SolidWorks - стандарт трехмерного проектирования

От автора

Вот уже восьмой год пошёл с тех пор, как на мировом рынке САПР впервые появилась система SolidWorks. Тогда, в далеком 1995 году, никто и не мог предположить, какой отклик найдет SolidWorks в сердцах конструкторов и дизайнеров, сколько успешных проектов будет выполнено с его помощью и реализовано в производстве. Оглядываясь на прошедшие годы, можно смело утверждать, что концептуальные идеи, положенные разработчиками в основу SolidWorks 95 (так называлась первая версия), были настолько гармонично развиты в последующих 10 релизах, что в настоящий момент SolidWorks стал действительным стандартом трехмерного проектирования, как в России, так и во всём мире. Возможно, у вас возник резонный вопрос: если система SolidWorks столь популярна, о ней наверняка все давно уже сказано и написано. Стоит ли вообще читать эту статью? Решайте сами: в статье мы постараемся пролить свет как на некоторые интересные исторические факты становления SolidWorks, так и на современное положение, занимаемое этой системой на мировом рынке САПР. Не обойдётся и без описания наиболее интересных и поэтому значимых для нас технических новаций, на которых, собственно, и построен SolidWorks.

История SolidWorks

Несомненно, исторические корни, да и, собственно, динамика развития любой САПР, во многом определяют ее место среди себе подобных, что в свою очередь отражается на дальнейшем успехе (или неуспехе) этой системы на рынке. Зная историю развития SolidWorks, можно смело утверждать, что эта система с самых первых дней заняла прочное место на рынке САПР среди так называемых систем "среднего уровня", а впоследствии, набрав должную функциональность, внесла смятение в ряды своих более "тяжелых" товарищей. О том, как это происходило, читайте ниже. SolidWorks - разработка корпорации SolidWorks Corp. (США), которая в настоящее время является независимым подразделением транснациональной корпорации Dassault Systemes (Франция). История SolidWorks такова. Корпорация SolidWorks была основана в 1993 году в США в штате Массачусетс, где и поныне располагается её штаб-квартира. В основу коллектива SolidWorks Corp. вошли специалисты в области 3D параметрического моделирования, имевшие на тот момент уже большой практический опыт работы в других компаниях этого профиля, а также в машиностроении. При составлении технического задания на разработку программы авторы SolidWorks постарались заложить в его концепцию все самые передовые на тот момент идеи, большинство из которых ещё не было реализовано ни в одной из существовавших тогда САПР. Собственно, тенденция бурного развития персональных компьютеров в начале 90-х г.г. стала необходимым и достаточным условием для появления нового поколения САПР для ПК, что во многом определило перспективы дальнейшего развития этих систем. Если до середины 90-х г.г. системы 3D моделирования были дорогим удовольствием, поскольку функционировали исключительно на рабочих станциях в среде UNIX, то с появлением сравнительно недорогих и в то же время высокопроизводительных процессоров Intel Pentium и AMD, эта проблема была снята. Это обусловило массовый спрос на САПР нового поколения и, в частности, - на SolidWorks.

Рис.1. Награды, полученные SolidWorks за период с 1995 по 2002 г.

Весной 1993 г. под поручительство ведущих промышленных предприятий и влиятельных лиц США был взят банковский кредит, и начата разработка первой версии SolidWorks. Риск неудачи был велик, но полтора года кропотливой работы увенчались тем, что 25 декабря 1995 года на Рождество увидела свет первая версия системы SolidWorks, которая была названа по номеру текущего года - SolidWorks 95. Отличительные особенности SolidWorks 95 - адаптивная связь между деталями, сборками и чертежами, а также 100 % параметризация. Эта версия сразу же получила несколько престижных наград за новаторство в области САПР-технологий. К слову сказать, именно в этой версии впервые появилось дерево конструирования FeatureManager, отображающее иерархию модели и дающее возможность редактирования, как отдельных геометрических примитивов, так и перемещения во времени по структуре модели. Это сейчас подобное графическое представление модели уже стало своеобразным стандартом и используется во всех без исключения системах 3D моделирования. Тогда же это был прорыв в будущее, и сделали его скромные авторы SolidWorks 95. Но это было только начало. Двухполюсный мир так называемых систем "нижнего" и "верхнего" уровней (Рис. 2) замер в ожидании появления принципиально нового класса САПР. Через полгода после появления SolidWorks 95, а именно 23 июня 1996 г., выходит очередная версия - SolidWorks 96, которая была признана лучшей САПР 1996 г. на выставке AUTOFACT'96. Эта версия сразу же возглавила список Windows-подобных систем 3D моделирования, которые одна за другой, как грибы, стали появляться в то время на еще не сформировавшемся окончательно рынке САПР "среднего уровня".

Рис. 2, 3, 4. Тенденции развития мирового рынка САПР.

1 января 1997 г. выходит в свет SolidWorks 97 - новый шедевр SolidWorks Corp. Эта версия SolidWorks впервые нашла применение в отечественной промышленности. Начиная с 1997 г. уже можно говорить о появлении принципиально нового класса программных продуктов - САПР "среднего уровня" (Рис. 3). SolidWorks перенял у "лёгких" систем открытость интерфейса и доступную цену, а у "тяжёлых" - великолепные возможности 3D моделирования (к слову сказать, SolidWorks построен на геометрическом ядре Parasolid, т.е. на том же ядре, что и Unigraphics). 3 августа 1997 г. появляется SolidWorks 97 Plus. В это самое время длившиеся с начала года переговоры между руководством SolidWorks Corp. и Dassault Systemes завершаются подписанием соглашения о переходе права собственности на SolidWorks к Dassault. Но, несмотря на пессимистичные прогнозы скептиков о том, что "CATIA удушит SolidWorks", этого не только не происходит, но наоборот - SolidWorks выходит на новый уровень развития: разработчики поворачиваются лицом к европейскому рынку и что особенно приятно - к России. 24 марта 1998 г. выходит SolidWorks 98 - на русском языке! Русифицирован не только пользовательский интерфейс (меню, окна, справка), но и техническая документация. SolidWorks становится первой и до сих пор единственной зарубежной САПР, переведённой на русский язык собственными силами разработчика. Тенденции роста интереса к SolidWorks в России приводят к тому, что, несмотря на тяжелый августовский кризис, в начале октября 1998 г. открывается офис компании SolidWorks Russia. 20 октября того же года выходит в свет SolidWorks 98 Plus - очередная новая версия уже полюбившейся в народе системы. Эта версия SolidWorks, наряду с импортными стандартами, поддерживает ЕСКД, как самостоятельный чертёжный стандарт! До сих пор подобная функциональность не реализована ни в одной импортной CAD-системе, кроме SolidWorks. В течение последующих 4-х лет выходят версии SolidWorks 99, 2000, 2001, 2001 Plus и, наконец, в конце прошлого года - SolidWorks 2003. Характерной особенностью каждой новой версии SolidWorks по-прежнему остается одновременный выпуск программы по всему миру сразу более чем на 10 языках (в том числе и на русском). Функциональные возможности SolidWorks крепнут с каждой новой версией: твердотельное и поверхностное моделирование, возможность обмена геометрическими моделями с любыми существующими на рынке системами, работа с большими сборками и многое, многое другое. Такова история развития SolidWorks. Но она ещё не дописана до конца: в этом году нас ожидает очередная версия, в которой, надеемся, будет ещё проще и интересней работать, потому что:

SolidWorks - это система комплексной автоматизации проектирования и подготовки производства

Анализируя мировые тенденции развития САПР, и прослеживая аналогии с серединой 90-х годов (см. предыдущую главу), когда CAD-системы среднего уровня одержали уверенную победу над 2D-системами, можно сделать вывод, что сейчас наблюдается очередной качественный переход в развитии 3D моделирования в сторону единых интегрированных решений. Появилась новая градация в позиционировании САПР на рынке - комплексные системы. Безусловно, ярчайшим представителем этого направления является SolidWorks 2003, степень интеграции и функциональные возможности которого уже давно ни у кого не вызывают сомнений. В настоящий момент структуру пакета SolidWorks можно представить следующим образом:

• есть базовое решение, куда входят возможности 3D моделирования деталей и сборок, экспресс-анализ прочности и кинематики, оформление чертежей, импорт/экспорт геометрии из других систем, API интерфейс;
• помимо базового решения разработано более 300 специализированных модулей, решающих различные прикладные задачи, такие как, управление данными, технологическая подготовка производства и т.д. (Рис. 5, 6).

Рис. 5. SolidWorks - комплексное решение.

Рис. 6. Принципиальная схема работы SolidWorks в единой сети предприятия под управлением SWR-PDM.

Базовое решение SolidWorks - это система гибридного параметрического моделирования, которая предназначена для проектирования деталей и сборок в трёхмерном пространстве с возможностью проведения различных видов экспресс-анализа, а также оформления конструкторской документации в соответствии с требованиями ЕСКД. Отличительными особенностями SolidWorks являются:

• твердотельное и поверхностное параметрическое моделирование;
• полная ассоциативность между деталями, сборками и чертежами;
• богатый интерфейс импорта/экспорта геометрии;
• экспресс-анализ прочности деталей и кинематики механизмов;
• специальные средства по работе с большими сборками;
• простота в освоении и высокая функциональность;
• гибкость и масштабируемость;
• 100% соблюдение требований ЕСКД при оформлении чертежей;
• русскоязычный интерфейс и документация.

Рис. 7. Детали, сборки и чертежи SolidWorks ассоциативно связаны между собой.

Проектирование деталей, сборок и оформление чертежей

В SolidWorks можно одинаково удачно работать как с твёрдыми телами, так и с поверхностями. Как правило, деталь представляет собой твёрдое тело, поверхность, либо - сочетание твердого тела и набора поверхностей. Процесс построения 3D модели основывается на создании элементарных геометрических примитивов и выполнения различных операций между ними. Подобно конструктору "LEGO" модель набирается из стандартных элементов (блоков) и может быть отредактирована путём добавления (удаления) этих элементов, либо - путём изменения характерных параметров блоков. 3D модель несёт в себе наиболее полное описание физических свойств объекта (объем, масса, моменты инерции) и даёт проектанту возможность работы в виртуальном 3D пространстве, что позволяет на самом высоком уровне приблизить компьютерную модель к облику будущего изделия, исключая этап макетирования.

Рис. 8. Проектирование больших сборок (проект "Мини завод по производству мягкой кровли", ГНПЦ "Звезда-Стрела", г. Королев).

В течение последних нескольких лет разработчики SolidWorks уделяют пристальное внимание работе с большими сборками, количество компонентов которых может составлять десятки и сотни тысяч единиц. Безусловно, для работы с такими комплексными моделями требуется использовать специальные методики управления отдельными деталями и узлами сборки, рационально распоряжаться ресурсами процессора и оперативной памяти. Для этого в SolidWorks существует специальный режим, который так и называется "Режим работы с большими сборками". Этот режим позволяет оптимально распределить программные и аппаратные ресурсы, экономя, таким образом, время загрузки и перестроения сборки. Лучшим доказательством работоспособности "Режим работы с большими сборками" являются работы наших заказчиков, которые в течение последних двух лет создают крупные проекты, состоящие из 10 - 60 тысяч компонентов.

Экспресс-анализ

В базовую конфигурацию SolidWorks, входит модуль экспресс-анализа прочности - COSMOSXpress. COSMOSXpress является "облегчённой" версией пакета COSMOS/Works, и предназначен, в первую очередь, для инженеров-проектировщиков, не обладающих глубокими познаниями в теории конечно-элементного анализа. Тем не менее, COSMOSXpress позволяет проектировщику определить, где расположены концентраторы напряжений, оценить "перетяжелённые" элементы конструкции, из которых может быть удалён избыточный материал с целью снижения веса и, соответственно, стоимости будущего изделия.

Рис. 9. Расчет на прочность в COSMOSXpress.

COSMOSXpress выполнен в виде программы-помощника, подсказывающей пользователю последовательность действий, необходимых для подготовки расчётной модели и проведения анализа. Пользовательский интерфейс COSMOSXpress, как и SolidWorks, выполнен на русском языке, что по-своему уникально, поскольку этого нет ни в одной импортной системе конечно-элементного анализа.

Трансляция данных

На современном этапе экономические потери при обмене CAD-моделями очень существенны, именно поэтому в базовое решение SolidWorks включены все необходимые трансляторы, обеспечивающие корректную передачу данных, как в нейтральных форматах, так и в "родных" форматах большинства имеющихся сейчас на рынке САПР:

Нейтральные форматы

• IGES (*.igs)
• Parasolid (*.x_t, *.x_b)
• STEP AP203, 214 (*.step)
• ACIS (*.sat)
• VDAFS (*.vda)
• DXF/DWG STL (*.stl)
• VRML (*.wrl)
• lTIFF (*.tif), JPEG (*.jpg)

Прямые интерфейсы

• Unigraphics
• CATIA
• PRO/Engineer
• CADKEY
• Solid Edge
• Mechanical DesktopInventor
• AutoCAD

В 2000 г. пакет SolidWorks был сертифицирован по стандарту STEP AP 203 (ISO/IEC 10303 Standard for the Exchange of Product Model Data) компанией U.S. Product Data Association (US PRO, США). Полноценно поддерживая стандарт STEP, SolidWorks гарантирует надёжный обмен данными с различными конструкторско-технологическими системами. Используя сертифицированное программное обеспечение, предприятие получает дополнительные гарантии качества выпускаемой продукции, а также перспективы в получении зарубежных заказов.

Оформление чертежей

Процесс конструирования в SolidWorks не заканчивается на разработке объемных деталей и сборок. Программа позволяет автоматически создавать чертежи по заданной 3D модели, исключая ошибки проектанта, неизбежно возникающие при начертании проекций изделия вручную. SolidWorks поддерживает чертёжные стандарты GOST, ANSI, ISO, DIN, JIS, GB и BSI. Чертежи SolidWorks обладают двунаправленной ассоциативностью с 3D моделями, благодаря чему размеры модели всегда соответствуют размерам на чертеже. В SolidWorks имеется бесплатный модуль - eDrawings, с помощью которого можно создавать, просматривать и выводить на печать электронные чертежи SolidWorks и AutoCAD. Благодаря встроенной программе просмотра чертежи eDrawings можно сразу же открыть для просмотра без использования каких-либо заранее установленных на компьютере CAD-систем или других средств просмотра. Очень удобным и наглядным средством, позволяющим понять конструкцию изделия, изображённого на чертеже, является возможность анимировать чертёж и посмотреть, как соотносятся между собой чертежные виды.

Интерфейс прикладного программирования

В состав базового решения SolidWorks входит специальный интерфейс для разработки пользовательских подпрограмм - SolidWorks API (Application Programming Interface). API интерфейс содержит сотни функций, которые можно вызывать из программ Microsoft Visual C++, Visual Basic, VBA (Excel, Word и т.д.) или файлов-макросов SolidWorks. Эти функции предоставляют программисту прямой доступ к функциональным возможностям САПР SolidWorks и позволяют автоматизировать и, таким образом, идеально настраивать систему на решение специфичных задач конкретного предприятия. В отличие от ряда конкурирующих систем, API-интерфейс входит в базовую функциональность SolidWorks и поставляется совершенно бесплатно.

Техническое сопровождение

Очень важным моментом в приобретении программных решений SolidWorks является подписка на техническое сопровождение (Subscription Service). Приобретая систему SolidWorks, далеко не все заказчики задумываются о том, что функциональность программы не ограничивается только лишь набором команд или кнопок, входящих в базовую поставку. Любая САПР имеет свой собственный жизненный цикл, постоянно развивается и открывает своим пользователям всё новые и новые функциональные возможности. Каждый год корпорация SolidWorks выпускает одну-две новых версии своей программы, а также не менее 10 обновлений, добавляющих в SolidWorks принципиально новую функциональность. Оплачивая техническое сопровождение программы, Вы получаете не только возможность поддерживать Вашу лицензию SolidWorks в "боевой" форме, но и неограниченный доступ к базе знаний SolidWorks, накопленной мировым сообществом пользователей за годы существования продукта. А это - не менее 50% дополнительной функциональности системы, описанной в полезных и, зачастую, нетривиальных ответах на, казалось бы, неразрешимые вопросы. Поэтому вывод очевиден: сопровождение необходимо как начинающим, так и опытным пользователям.

Заключение

В этой статье мы постарались осветить наиболее интересные и важные вопросы, связанные с историей развития, местом на мировом рынке САПР и техническими особенностями системы SolidWorks. К сожалению, невозможно объять необъятное, точно также как нельзя в рамках одной статьи рассказать обо всех достоинствах SolidWorks. Подводя итоги, можно сказать, что за прошедшие семь лет пакет SolidWorks стал настолько популярен в мировом инженерном сообществе, что его по праву можно назвать "народной системой". С 1995 по 2003 г. SolidWorks внедрён более чем на 30 тысячах промышленных предприятий; свыше 4000 высших учебных заведений по всему миру используют SolidWorks для подготовки студентов. Начиная с декабря 1995 года, когда увидела свет первая версия, системой SolidWorks оснащено уже более 200 тысяч инженерных рабочих мест, что говорит само за себя. SolidWorks является на настоящий момент бесспорным лидером среди пакетов 3D моделирования, как в России, так и зарубежом. Такие качества, как интуитивно понятный интерфейс, русификация и поддержка ЕСКД, предопределяют успех внедрения SolidWorks на предприятиях отечественной промышленности. Именно поэтому, выбирая SolidWorks в качестве базовой САПР, предприятие получает не только хороший, качественный и функциональный набор программ, но и ориентируется на самые передовые технологии, ставшие стандартом де-факто для автоматизированного проектирования во всём мире. Присоединяйтесь к сообществу пользователей SolidWorks!