Методы преобразования файлов CAD-чертежей

Введение

Метод перевода файлов CAD-чертежей

Обмен данными CAD – это метод обмена данными чертежей, используемый для преобразования между различными системами автоматизированного проектирования (САПР) или между САПР и другими последующими системами CAx. Многие компании используют различные системы САПР и обмениваются файлами данных САПР с поставщиками, клиентами и субподрядчиками. С 1980-х годов появилось множество различных технологий САПР, отличающихся целями применения, пользовательскими интерфейсами, производительностью, структурами данных и форматами файлов. Для обеспечения совместимости крайне важна точность процесса обмена данными, а также необходимы надежные механизмы обмена.

Нейтральный обмен файлами

Нейтральный обмен файлами использует промежуточный нейтральный формат для преобразования данных между системами САПР. Этот метод начинается с предварительного процессора, встроенного в исходную систему CAD, который генерирует нейтральный файл из исходного формата CAD. Целевая система CAD обрабатывает нейтральный файл и преобразует его в целевой собственный формат. Некоторые нейтральные форматы определены организациями по стандартизации, такими как IGES и STEP, в то время как другие являются проприетарными, но всё ещё широко используются и считаются квазипромышленными стандартами. Этот формат отличается от других тем, что он поддерживает только передачу данных о кривых и поверхностях свободной формы с сопутствующими комментариями, но не поддерживает другие геометрические или негеометрические объекты. Поэтому он ограничен представлением параметрическими полиномами, но это охватывает подавляющее большинство систем САПР, работающих со свободной формой. Он включает в себя поверхности типов Безие, B-сплайнов и тензорного произведения Куонса, а также соответствующие кривые. Спецификация VDA FS опубликована в немецком промышленном стандарте DIN 66301. PDES (Спецификация обмена данными о продукте) возникла в 1988 году в рамках исследования «Интерфейс данных определения продукта» (PDDI), проведённого McDonnell Aircraft Corporation по заказу ВВС США. PDES была разработана для полного определения продукта для всех приложений на протяжении всего его жизненного цикла, включая геометрию, топологию, допуски, связи, атрибуты и элементы, необходимые для полного определения детали или сборки. PDES можно рассматривать как расширение IGES, в котором добавлены организационные и технологические данные. Фактически, более поздние версии PDES включали в себя IGES. Разработка PDES под руководством организации IGES и в тесном сотрудничестве с Международной организацией по стандартизации (ISO) привела к созданию STEP. Parasolid может представлять модели каркаса, поверхности, твердого тела, ячеистые и общие не-многообразные модели. Он хранит топологическую и геометрическую информацию, определяющую форму моделей в передаваемых файлах. Эти файлы имеют опубликованный формат, позволяющий приложениям получать доступ к моделям Parasolid без необходимости использования ядра Parasolid. Parasolid способен принимать данные из других форматов моделирования. Его уникальная функциональность толерантного моделирования позволяет учитывать и компенсировать менее точные данные. IGES (Спецификация начального графического обмена) – устаревший формат, возникший в конце 1979 года и первоначально опубликованный Американским национальным институтом стандартов (ANSI) в 1980 году, до широкого внедрения технологии CAD в промышленности. В этом формате файла определение продукта рассматривается как файл объектов, при этом каждый объект представлен в формате, независимом от приложения. Эти системы имеют свои собственные проприетарные промежуточные форматы, некоторые из которых позволяют просматривать данные во время преобразования. Некоторые из этих преобразователей работают автономно, в то время как другие требуют установки одного или обоих пакетов САПР на машину преобразования, поскольку они используют код (API) из этих систем для чтения/записи данных. Некоторые компании также используют эти инструменты нижнего уровня для создания плагинов импорта или экспорта для других приложений САПР.

Neutral file exchange uses an intermediary neutral format to translate data between CAD systems. This method starts from a pre processor embedded in the original CAD system, which generates the neutral file from the originating CAD format. The target CAD system post processes the neutral file and converts it into the target native format. Some neutral formats are defined by standards organizations such as IGES and STEP while others are proprietary but still widely used and are regarded as quasi industry standards. This format differs from other formats in that it only supports the communication of free form curve and surface data with associated comments, but no other geometric or non geometric entities. Therefore, it is limited to representations by parametric polynomials, but this covers the great majority of free form CAD systems. It includes Bézier, B Spline and Coons tensor product types of surfaces and corresponding curves. The VDA FS specification is released in the German Industrial Standard DIN 66301. PDES (Product Data Exchange Specification) Originated in 1988 under the Product Definition Data Interface (PDDI) study done by McDonnell Aircraft Corporation on behalf of the U. S. Air Force. PDES was designed to completely define a product for all applications over its expected life cycle, including geometry, topology, tolerances, relationships, attributes, and features necessary to completely define a part or assembly of parts. PDES can be viewed as an expansion of IGES where organizational and technological data have been added. In fact, the later PDES contained IGES. The development of PDES under the guidance of the IGES organization and in close collaboration with the International Organization for Standardization (ISO) led to the birth of STEP. Parasolid can represent wireframe, surface, solid, cellular and general non manifold models. It stores topological and geometric information defining the shape of models in transmitting files. These files have a published format so that applications can have access to Parasolid models without necessarily using the Parasolid kernel. Parasolid is capable of accepting data from other modeler formats. Its unique tolerant modeling functionality can accommodate and compensate for less accurate data. IGES (Initial Graphics Exchange Specification) An outdated format originated in late 1979 and initially published by the American National Standards Institute (ANSI) in 1980 preceding the large scale deployment of the CAD technology in the industry. This file format considers the product definition as a file of entities, with each entity being represented in an application independent format. These systems have their own proprietary intermediate format some of which will allow reviewing the data during translation. Some of these translators work stand alone while others require one or both of the CAD packages installed on the translation machine as they use code (APIs) from these systems to read/write the data. Some companies also use these low level toolkits to create import or export plug ins for other CAD applications.

Список программных инструментов для разработчиков

Datakit CrossCad/Ware: SDK для чтения и записи CAD-форматов.

Список автономных приложений для конечного пользователя

Datakit CrossManager: многоформатный преобразователь CAD. PolyTrans|CAD: многоформатный преобразователь CAD. Transmagic: многоформатный преобразователь CAD.

Список плагинов для приложений CAD

Datakit CrossCad/Plg: Плагины импорта и экспорта для Rhino, SOLIDWORKS. PolyTrans|CAD: Плагины импорта/экспорта для 3ds Max, Maya, CADMATIC и Visual Components. Power translators: Плагины импорта для 3ds Max.

Качество обмена данными

Качество данных можно оценивать как внутренне, так и внешне. Внутренние проблемы связаны со структурой CAD-модели до начала процесса преобразования, а внешние – с проблемами, возникающими в процессе преобразования. Разработка стандарта STEP является наилучшим решением для устранения внешних проблем, расширяя его текущие возможности для поддержки 2D параметрических сечений, 3D параметрических сборок и моделирования на основе истории создания. Качество данных об изделии – ключевой фактор для предотвращения внутренних проблем при обмене данными и упрощения интеграции последующих приложений в цепочке проектирования. Поскольку каждая система САПР имеет свой метод описания геометрии, как математически, так и структурно, при преобразовании данных из одного формата САПР в другой неизбежно происходит некоторая потеря информации. Например, это происходит при преобразовании между системами САПР, использующими различные ядра геометрического моделирования, где несоответствия при преобразовании могут приводить к аномалиям в данных, таким как потеря исходного цвета деталей или неправильное положение тел. Это уже не характерно для современных стандартов, таких как STEP AP242, который включает свойства валидации. Свойства валидации – это ключевые характеристики модели (центр тяжести твердого тела, площадь поверхности, характеристики PMI или даже контрольные точки на форме), сохраняемые системой-отправителем и проверяемые системой-получателем. Это позволяет контролировать качество импортируемых данных. Важность обмена данными с использованием STEP настолько велика, что независимые организации (AFNeT, PDES, inc., ProSTEP iViP) регулярно проводят сравнительные тесты для проверки обмена между различными системами CAD и PLM. Некоторые системы САПР имеют функциональность для сравнения геометрии двух моделей. Таким образом, пользователь может сравнить модель до и после преобразования из одной САПР в другую, чтобы оценить качество преобразования и исправить обнаруженные дефекты. Однако часто такая функциональность позволяет сравнивать только триангулированные представления двух моделей. Сравнение топологических элементов двух 3D-моделей и восстановление их связности для отображения групп измененных граней – сложная алгоритмическая задача, поскольку различные системы САПР используют различные способы представления геометрических данных, но иногда это возможно. Например, компонент LEDAS Geometry Comparison, основанный на ядре C3D, может быть интегрирован в систему САПР (например, Autodesk Inventor) для сравнения 3D-моделей и выявления всех различий между ними.

Data quality can be addressed intrinsically and extrinsically. Intrinsic problems are those related to the CAD model’s structure before any translation process begins, while extrinsic problems relate to those issues appearing during translation. The development of STEP is the best solution to solve the extrinsic problems, extending its current capabilities to support 2 D parametric sections, 3 D parametric assemblies, and history based modeling. Product data quality is a key issue to avoid intrinsic data exchange problems and simplify the integration of downstream applications in the design chain. As each CAD system has its own method of describing geometry, both mathematically and structurally, there is always some loss of information when translating data from one CAD data format to another. One example is when the translation occurs between CAD systems using different geometric modeling kernels, in which the translation inconsistencies can lead to anomalies in the data. like loss of the original color of the parts, or incorrect position of bodies. This is no longer the case with modern standards like STEP AP242, which embeds Validation Properties. Validation Properties are key characteristics of the model (Center of Gravity of a solid, wet area of a surface, PMI characteristics or even check points on a shape), stored by the emitting system and checked by the receiving system. This allows to control the quality of the imported data. Quality of exchange using STEP is so important that regular benchmarks are run by independent associations (AFNeT, PDES, inc., ProSTEP iViP) to check exchanges between various CAD and PLM systems. Some CAD systems have functionalities to compare geometry of two models. So, user can compare the model before and after translation from one CAD to another one to estimate quality of the translation, and to fix found defects. But often such functionalities can compare only tessellations of two models. It is really hard algorithmic problem to compare topological elements of two 3D models and restore their associativity to show groups of modified faces, because there are very different representation of geometry data in different CAD systems, but sometimes it is possible. For instance, the component LEDAS Geometry Comparison based on C3D kernel can be integrated in CAD system (like Autodesk Inventor,) to compare 3D models and pinpoint all of the differences between them.

Цифровые макеты MultiCAD

Две тенденции в области CAD/CAM/CAE PLM стимулируют развитие технологий обмена данными CAD. Одна из них – необходимость тесного взаимодействия в современных расширенных предприятиях, использующих несколько CAD-систем. Другая – растущая зависимость от цифровых макетов, позволяющих визуализировать, проектировать в контексте, проводить моделирование и анализ крупных сборок до начала физического производства. Постоянное совершенствование технологий обмена данными позволило значительно удовлетворить эти потребности. Возможность визуализации сборок среднего и даже большого размера стала одним из первых успехов этих форматов преобразования CAD. Улучшения в аппаратном обеспечении и разработка облегченных форматов поддерживают работу с еще более крупными сборками. Современные достижения позволяют создавать «Активные макеты». Эта технология обеспечивает проектирование в контексте с проведением симуляций, таких как динамический анализ зазоров и автоматическое создание огибающих траекторий движения. Активные макеты позволяют редактировать компоненты непосредственно в многокадровской сборке. Отображение на разных уровнях детализации обеспечивает интерактивную производительность даже при работе с огромными сборками.

Обмен данными CAD-CAM

Программирование NC обычно требует, чтобы геометрия, полученная из системы CAD – будь то каркасная модель, поверхность, твердотельное тело или комбинированный формат – была лишена каких-либо неровностей и несогласованностей, которые могли возникнуть на этапе создания геометрии в CAD-системе. Поэтому обмен данными между CAD и CAM должен включать инструменты для выявления и исправления этих несоответствий. Как правило, эти инструменты входят в состав программного обеспечения для обмена данными каждого CAM-решения. В полноценной среде PLM обмен данными между CAD и CAM должен обеспечивать не только передачу геометрии. Информация о производстве продукта, независимо от того, была ли она создана конструктором для использования в производстве или производственной организацией для использования в проектировании, должна быть частью системы обмена данными. STEP NC был разработан для передачи GD&T и другой PMI от CAD и CAM к станку с ЧПУ.