SiemensPLMSoftware旗下的二三维一体化设计仿真软件SolidEdge最新版本ST10融合了三大建模核心:顺序建模、同步建模、收敛建模,具有正向设计和逆向设计能力,覆盖了当今产品设计的所有方面。
讲到建模技术,那就离不开CAD的发展历史。下面这张图,非常形象地说明了这个进展。
三维CAD,经历将近半个世纪的发展,从线框建模、实体建模,到现在的特征建模(也就是SolidEdge所提到的顺序建模)、同步建模、收敛建模,每个建模技术,都与当时的时代条件相匹配。
基于历史特征的顺序建模的特点是:
智能草图:草图需要完全约束(到后续Windows平台上,草图则可以欠约束),并且通过草图驱动三维模型。
历史树特征:严格基于操作历史的前后顺序过程,特征之间存在父子关系。前端特征做了修改,后续特征必须重新计算、生成。
特征关联:以草图为载体,特征和尺寸,可以做到多重链接,以保证设计理念的贯彻。
基于历史特征的顺序建模存在的问题在于:
1.由于特征都有父子关系,因此当前的设计方法都要求预先规划设计工作。先做什么,后做什么,必须预先规划好。
3.异种CAD数据读入以后,所有的特征参数都丢失了,因此只能是死疙瘩一块,导致不能编辑修改异种CAD数据,造成信息孤岛,阻碍了模型信息的传递。
4.无法重用异种CAD数据和经验。由于异种CAD数据没有任何参数和特征,因此无法使用参数驱动、特征拷贝的方式来重用已有经验数据。
5.特征之间的链接关系是隐性的,导致设计变更也是隐性完成。如果预先不知道他们之间的链接关系,那么有时候会产生意想不到的灾难。因此也导致工程师宁可重新建模,也不敢修改别人的设计数据。
正式因为存在以上顺序建模无法克服的问题,西门子公司经过多年研发,于2008年正式推出同步建模技术,它一举突破了顺序建模的设计瓶颈,大幅提高设计效率,给三维CAD注入新的活力。
同步建模技术同时加入到西门子旗下的两款产品:SolidEdge和NX。但由于两款产品的使用方法和场景不一样,同步建模的应有也有所差异。NX仅用于无参模型的修改方面,而SolidEdge则作为一个新的建模方法,用于新模型的创建、异种CAD数据的修改、数据重用等各个设计领域。而且只要学会操控下图的方向盘,就能直观地进行所见即所得地创建三维模型。
同步建模,顾名思义,就是在进行三维建模,拖动几何体的时候,同步解算三维驱动尺寸、三维几何约束、三维几何关系,并赋予参数特征,实现直观式的所见即所得三维设计模式。
同步建模自2008年诞生以来,SolidEdge将产品编号从V系列,变更到ST系列(SynchronousTechnology),到2017年,SolidEdge的最新版本ST10。
那么,同步建模的特点:
1.融合了二、三维的操作环境。无需刻意去创建草图,系统会自动捕捉草图平面,实现从2D到3D的自然过渡。整个操作过程,可以在全三维环境下完成,也可以切换到二维平面视图,自然方便。
2.图形化的操作手柄方向盘,实时操控整个三维建模过程。它融合拉伸、旋转、平移、对齐等众多可视化操作过程。换句话说,只要学会了控制方向盘,就能得心应手地用同步建模创建三维模型。
3.将二维草图的尺寸和几何约束上升到三维空间,实现三维可驱动尺寸、三维几何约束的建模体系。三维可驱动尺寸即为PMI,可以实现从CAD到CAM的完整尺寸链的传递。修改三维尺寸的同时,自动实时捕获几何约束关系,实时规则自动赋予,以保证所有的设计修改在可控的范围内完成。而且由于都是实时操作,无需等待,即可完成设计修改。
4.可以编辑修改来自异种CAD的模型数据。根据适用的实时规则,自动增加三维可驱动尺寸,自动识别和维护设计意图。通过方向盘即可使用对模型的编辑修改,并且可以使用简单的拷贝、粘贴,来实现多异种CAD数据的重用。实时剖面则实现了二维直接驱动三维的能力。
5.无需打开零件,即可在装配环境下同时直接编辑修改多个零部件。在编辑多个零件的时候,实时规则、三维几何约束等自动应用到所编辑模型上。
SolidEdge的顺序建模和同步建模,已经和谐地融合到一个零件里,共同存在。对于工程师而言,要创建一个三维模型,可以根据自身对建模技术掌握的程度,合理应用顺序建模和同步建模。你可以100%使用顺序建模,也可以100%使用同步建模,或者两者兼而有之。系统会根据模型的操作过程,自动匹配相对应的修改方法。如果当前选择的模型是用同步建模创建的,那么就用同步建模方法修改,如果当前选择的模型使用顺序建模创建的,那么就自动用顺序建模方法修改。而且顺序建模的特征,可以一键转换到同步建模环境。
讲到这里,大家是不是已经感觉到SolidEdge不简单,可以在同一零件环境下,包含两种建模技术,而且这么和谐地融合在一起,给工程师带来更多的选择和方便性。
同步建模和顺序建模,都是从无到有,属于产品的正向设计过程。但在当今时代,3D扫描和3D打印的成熟发展,对产品设计也提出了新的要求,一种被称为逆向工程的逆向设计,正越来越多地得到工程师的青睐。当我觉得要对已经存在的产品进行改型设计时,逆向设计就是最佳选择。
因此,SolidEdgeST10引入西门子的收敛建模技术,实现逆向设计能力。收敛建模,就是把B样条模型和三角面(小平面)模型无缝组合在一起,如布尔运算等,提供更加广泛的灵活设计方法。集参数化、直接和小平面建模能力的SolidEdge,为实现更高的生出来提供了真正美好的愿景。
有了收敛建模技术,SolidEdgeST10的逆向工程模块,就具备了对小平面模型进行编辑修改的能力,例如删除、修补小平面模型、自动识别小平面模型、提取面、转换为B样条模型。导入STL数据,就能通过SolidEdgeST10,转换为可供DNC数控机床加工的B样条表示的高精度模型。
有了收敛建模技术,SolidEdgeST10推出的创成式设计,优化你的产品设计,即满足给定的强度条件下,是重量和材料最优化,达到材料的最小化。优化后的产品,还能再应用同步建模、顺序建模,进一步完善产品,然后再通过3D打印,生成实物。
所以,SolidEdgeST10将三个建模技术:顺序、同步、收敛,融为一体,为工程师提供独一无二的灵活建模手段。不管是正向设计,还是逆向设计,SolidEdge肯定能满足你的设计要求。