Wiele lat temu oprogramowanie CAD zbudowane na architekturze parametrycznej zrewolucjonizowało metody pracy konstruktorów w branży mechanicznej. Celem oprogramowania parametrycznego było udostępnienie projektantowi takich narzędzi aby zaczął bardziej koncentrować się na projekcie, a nie na rysowaniu dokumentacji. System parametryczny samodzielnie tworzył rysunek złożeniowy lub wykonawczy na podstawie modelu trójwymiarowego projektowanego urządzenia. Po osiągnięciu tych celów w zasadzie skończyły się możliwości dalszego dynamicznego rozwoju parametryzacji w oprogramowaniu CAD, a firmy oferujące systemy o architekturze parametrycznej zaczęły koncentrować się na usprawnianiu parametryzacji i wprowadzaniu nowych funkcji w oprogramowaniu wykorzystującym parametryzację. Jednakże parametryzacja wykazuje pewne niedoskonałości, które eliminuje zupełnie nowa, opatentowana przez firmę Autodesk, technologia dla oprogramowania CAD – adaptacyjność. Ta nowa technologia stanowi podstawę systemu CAD nowej generacji jakim jest Autodesk Inventor. Ale po kolei...

Części projektowane w systemie parametrycznym zbudowane są z elementów kształtujących (ang. Features). Głównym zadaniem parametryzacji jest więc możliwość zastosowania wymiarów parametrycznych do kontrolowania rozmiarów tych elementów kształtujących i wzajemnego położenia ich względem siebie w modelowanej części. Dzięki istnieniu wymiarów parametrycznych łatwo jest wprowadzać zmiany w obrębie danej części. Tutaj jednak objawiają się pierwsze wady parametryzacji, z których największą jest konieczność powiązania nowo tworzonych obiektów z obiektami utworzonymi wcześniej. W czasie edycji części może okazać się, że zmiana położenia danego elementu kształtującego, np. żebra, jest uzależniona od zmian w innych elementach kształtujących danej części, co może być niezgodne z intencją naszego projektu lub po prostu niemożliwe.

Okazuje się więc, że w systemie parametrycznym należy przewidywać to w jaki sposób dane elementy kształtujące będą stosowane w celu uzyskania żądanego kształtu części oraz zapewnienia odpowiedniej elastyczności we wprowadzaniu zmian, co wymaga od projektanta dużego doświadczenia i wyczucia.

Poszczególne części w urządzeniu mechanicznym nie powstają w izolacji od innych części. Elementy kształtujące pojedynczych części są ze sobą w interakcji, tworząc połączenia statyczne lub dynamiczne. Konieczne jest więc zastosowanie narzędzi do właściwego ustawiania części względem siebie. Tutaj techniką stosowaną we współczesnym oprogramowaniu CAD o architekturze parametrycznej są wiązania i zmienne parametryczne.

Przykładowo, jeżeli chcemy współosiowo ustawić względem siebie otwory znajdujące się w dwóch różnych częściach to stosujemy wiązania (np. współosiowości), które zapewnią takie ustawienie dwóch części, żeby otwory były współosiowe. Jednakże gdy chcemy zmienić położenie jednego z otworów w taki sposób, żeby także otwór w drugiej części zmienił swoje położenie, a nie cała część to musimy zastosować zmienne parametryczne, które zapewnią takie powiązanie. Wprowadzenie zmiennych parametrycznych wiąże się z ingerencją w opis parametryczny obu części co komplikuje budowę tych części. I tutaj ujawnia się powtórnie niedoskonałość systemów o architekturze parametrycznej, polegająca na konieczności przewidywania powiązań tym razem nie w obrębie jednej części lecz dwóch lub więcej współpracujących ze sobą części.

Okazuje się więc, że wprowadzanie zależności parametrycznych ogranicza elastyczność wprowadzania zmian w projekcie, a kolejność tworzenia elementów kształtujących w częściach może być głównym czynnikiem ograniczającym zakres edycji całego projektu. W skrajnych sytuacjach możemy osiągnąć pat, który polega na tym, że wprowadzenie jakiejkolwiek zmiany w projekcie jest blokowane przez sposób zamodelowania (kolejność elementów kształtujących) poszczególnych części. Każdy doświadczony projektant używający systemu parametrycznego na pewno pamięta sytuacje z początków pracy z systemem, w których musiał dość gruntownie przebudować kilka części, żeby wprowadzić prostą, wydawało by się, zmianę w projekcie.

Przedstawione powyżej wady architektury parametrycznej zostały dostrzeżone w firmie Autodesk. Po kilku latach badań firma Autodesk opatentowała technologię o nazwie Adaptive Engine, i oparła na niej swój najnowocześniejszy program do projektowania w branży mechanicznej – Autodesk Inventor. Ta nowoczesna technologia informatyczna rozciąga się na wiele aspektów działania programu jednakże obecnie skoncentrujemy się na adaptacyjności w projektowaniu części i składaniu zespołów.

W skrócie można powiedzieć, że adaptacyjność to umiejętność dopasowania się elementów kształtujących jednej części do elementów kształtujących innej części bez konieczności stosowania parametrów. W programie Inventor adaptacyjność nie usuwa całkowicie parametryzacji lecz w wielu przypadkach może ją częściowo lub całkowicie zastąpić. Możemy więc zaprojektować część, w której elementy kształtujące nie będą opisane wymiarami parametrycznymi. Jednakże część ta uzyska swoje docelowe wymiary w chwili połączenia jej z inną części, z którą będzie współpracować w zespole. Część więc „zaadaptuje” się do istniejących warunków geometrycznych.


Rys.1. Część przed dopasowaniem i po dopasowaniu z zastosowaniem adaptacyjności.

W celu wykonania powiązania adptacyjnego stosujemy zwykłe wiązania zespołów, których używamy przy montowaniu całego złożenia. Adaptacyjność w programie Inventor to cecha, która jest włączana i wyłączana. Adaptacyjność może być włączona dla wybranego elementu kształtującego, całej części lub podzespołu. Możemy także zamienić adaptacyjność części: jeżeli pierwsza części adaptowała się do drugiej części to możemy przez zwykłe przełączenie adaptacyjności spowodować, że teraz część druga będzie adaptować się do części pierwszej.

Widać już że adaptacyjność to całkowicie nowe podejście do projektowania części trójwymiarowych. Celem nadrzędnym tej technologii jest maksymalne uproszczenie techniki projektowania i wprowadzania zmian. Dla jeszcze lepszego zrozumienia adaptacyjności wbudowanej w programie Inventor prześledźmy następujący przykład.

Część typu płyta (A) posiada otwór. Wałek (B) jest utworzony w parametrycznym powiązaniu do otworu (cross part parametric). Geometria otworu w płycie (A) została wykorzystana do parametrycznego utworzenia wałka. Dzięki temu średnica wałka jest zależna od średnicy otworu i jeżeli przemieścimy otwór lub zmienimy średnicę otworu to wałek odpowiednio się przesunie lub zmieni. Oprogramowanie parametryczne zapewni w tym przypadku konieczną elastyczność.


Rys. 2. Model zawierający powiązanie parametryczne

Jednak w wyniku rozbudowy projektu powstał wspornik (C), a położenie i średnica wałka (B) powinny być teraz określane przez wspornik. W systemie parametrycznym konieczne jest więc przebudowanie parametrycznej definicji wałka (B) w taki sposób, żeby jego położenie i średnica były zależne teraz od wspornika (C), a nie od płyty (A). Konieczne jest także odpowiednie przebudowanie definicji otworu w płycie (A).

Jeżeli pomnożymy taką sytuację przez 30 części, z których każda zbudowana jest z 10 elementów kształtujących to otrzymamy ogromną listę współzależności, które trzeba będzie przejrzeć i odpowiednio skorygować. Okazuje się więc, że zastosowanie wzajemnego powiązania parametrycznego między częściami (cross parts parametric) traci uzasadnienie i staje się źródłem problemów.

Autodesk Inventor, dzięki nowoczesnej technologii adaptacyjnej rozwiązuje takie zadanie zupełnie inaczej niż oprogramowanie o architekturze parametrycznej. Wszystkie części budowane są niezależnie i w celu dopasowania ich wymiarów oraz położenia wystarczy odpowiednio zastosować adaptacyjność dla poszczególnych części. Aby wałek (B) został wstawiony w otwór i uzyskał odpowiednią średnicą wystarczy włączyć adaptacyjność wałka i zastosować wiązanie zestawiające zespołów. Wałek (B) zaadaptuje się do wymiaru otworu w płycie (A). Przemieszczenie i zmiana średnicy otworu spowoduje przemieszczenie i zmianę średnicy wałka.

Rys. 3. Powiązanie adaptacyjne komponentów

Symbol adaptacyjności oznaczony jest czerwono-niebieskim okręgiem w strukturze projektu informując jaka część jest częścią adaptowalną. Gdy pojawi się wspornik (C), który ma w efekcie końcowym ustalać położenie i średnicę wałka to okazuje się, że także otwór w płycie (A) powinien zostać przesunięty oraz powinien mieć inną średnicę. Należy więc dodatkowo włączyć adaptacyjność płyty (A) i ustalić położenie wałka we wsporniku (C).

Rys.4. Zmiana adaptacyjności części na skutek wprowadzenia nowych warunków geometrycznych

Średnica i położenie wałka zaadaptują się do wspornika, a średnica i położenie otworu w płycie zaadaptują się do średnicy i położenia wałka. Można problem rozwijać dalej wprowadzając czwartą część, która ustali położenie wałka i teraz adaptować powinny się zarówno płyta jak i wspornik, itd...Widać więc jak łatwo można odwrócić kolejność zmian i wzajemne zależności pomiędzy częściami projektu oraz jak łatwo przebudować projekt. I to wszystko bez powiązań parametrycznych oraz wnikania w definicję części. Nawet w bardzo rozbudowanym projekcie złożonym z setek części, adaptacyjność działa sprawnie i nie powoduje generowania dodatkowej pracy, a działania konstruktora sprowadzają się do właściwego przełączenia adaptacyjności. Ogromną zaletą adaptacyjności jest także to, że jest intuicyjna i łatwa w zastosowaniu oraz zgodna z naturalnym spojrzeniem konstruktora na proces projektowania.

Podsumowanie
Możliwości technologii adaptacyjnej opatentowanej przez firmę Autodesk i zastosowanej w programie Autodesk Inventor wykraczają daleko poza możliwości parametryzacji. W tym artykule przybliżyłem tylko jeden aspekt zastosowania adaptacyjności. Technika ta pozwala na osiągnięcie tych samych efektów co parametryzacja oraz jeszcze więcej. Technologia adaptacyjna eliminuje problemy wzajemnych zależności między częściami złożenia diametralnie ułatwiając projektowanie i wprowadzanie zmian. Systemy pracujące tylko w architekturze parametrycznej mogą powodować ograniczenie wydajności pracy, szczególnie gdy pojawiają się problemy związane z wprowadzaniem zmian w projekcie. Program Autodesk Inventor jest pierwszym programem nowej generacji, który w pełni wykorzystuje technologię adaptacyjną. Równie ważne jest to, że systemy CAD bazujące tylko na tradycyjnej architekturze parametrycznej nie mogą w pełni zastosować adaptacyjności ze względu na ograniczenia parametryzacji. Przyszłość należy do technologii adaptacyjnej.