Solid Edge ST10

Vremurile în care puteam recunoaşte de la distanţă software-urile MCAD de pe monitoarele PC au cam apus: acum asemănarea lor, deşi benefică prin standardizarea interfeţei cu utilizatorul, ne cam obligă să lipim nasul de ecran pentru a distinge denumirea din antet. Şi încep cu această observaţie, pentru că în urmă cu două decenii Solid Edge se distingea prin rafinamentul aspectului şi al interacţiunii. Astăzi uniformitatea pare a ne obstrucţiona curiozitatea: oare mai găsim ceva din acea distincţie Solid Edge, acum, când toate au împrumutat GUI-ul de la Microsoft Office? (Deşi cele două software-uri MCAD mid-range rivale – SolidWorks şi Solid Edge – apăreau cam în acelaşi timp, 1995-1996, produsul de la ntergraph, cu interfaţa lui elegantă, ne sugera că inginerul-proiectant poate înlocui halatul de atelier cu cămaşa albă.) Mai notăm şi faptul că, prin originile sale, Solid Edge este direct înrudit cu SmartSketch (şi deci cu ,,SmartPlant 3D’’), un alt software de o eleganţă remarcabilă.

Şi, dacă tot am comis tangenţa la istoria produsului, încerc să recidivez mai concis: în 1998 software-ul Solid Edge este achiziţionat de UGS (Unigraphics), care îi şi înlocuieşte tehnologia de modelare 3D (ACIS) cu mai moderna Parasolid. În 2007 produsul trece în proprietatea lui Siemens AG, cu tot portofoliul EDS/UGS, secţiunea numindu-se de atunci ,,Siemens PLM Software”.

Portofoliul actual

Familia ,,Solid Edge” cuprinde o serie de aplicații software adresând fazele esențiale ale dezvoltării de produse: proiectarea 3D, analiza prin simulare, fabricația, managementul datelor de produs; adică în succesiunea clasică CAD, CAE, CAM, PDM (subsumată astăzi acronimului PLM) și alcătuind soluții pentru diverse specializări și destinații. Înainte de a le trece în revistă trebuie să remarcăm tehnologia ST (synchronous technology), prin care soluțiile de proiectare Solid Edge reușesc să combine modelarea directă cu modelarea obiectual-parametrică (vedeți caseta). De altfel, Siemens PLM denumește prin ,,Solid Edge ST10” pachetul conținând Solid Edge Design, Solid Edge Simulation, Solid Edge Manufacturing, Solid Edge Data Management și Solid Edge Portal.

Synchronous Technology

Încorporată în Solid Edge începând cu anul 2008 (după validarea ei în Unigraphics/NX), ,,tehnologia sincronă” realizează concilierea dintre proiectarea prin modelare directă (,,direct modeling”) și proiectarea prin entități de modelare (abordarea clasică în MCAD, numită ,,feature-based modeling”). Synchronous Technology adresează chiar fuziunea celor două abordări din modelarea 3D în cadrul familiei Siemens PLM, fuziune despre care am mai scris în recenziile de software-uri MCAD din ultimii ani, și necesară pentru eliberarea din constrângerile inerente modelării 3D bazate pe istoria operațiilor. (Notăm deci și o a doua denumire a abordării clasice: ,,history-based modeling”. Și dacă tot suntem în paranteza de după constrângeri ne amintim tehnologia ,,Rapid Blue”, introdusă odinioară de Solid Edge v.14.) Da, pe lângă coerența admirabilă pe care a adus-o modelarea prin entități succedate ierarhic, abordarea avea și dezavantaje:

1) limitări în creativitate (formele neconvenționale se creau cu ceva mai mult efort);

2) uneori modificările de proiect survenite în faze finale puteau ruina secvențe întregi de feature-uri. Așa încât mai toate software-urile MCAD s-au străduit în ultimul timp să integreze și abilități de modelare directă. În cazul de față, ST, care nu este o funcționalitate ,,direct modeling” complet ruptă de abordarea clasică, facilitează proiectantului o interacțiune liberă și intuitivă cu modelul 3D, îngăduindu-i să creeze forme care nu depind strict de geometriile anterioare și cărora software-ul le aplică automat relații parametrice (proiectarea rămânând astfel înscrisă în paradigma ,,dimension driven design”).

Concret, Synchronous Technology permite proiectantului să tragă/ împingă în orice direcție din spațiu oricare dintre formele modelului 3D, fie acționând direct asupra muchiilor sau fețelor, fie asupra unei schițe-profil create ad-hoc, caz în care va genera o entitate 3D nouă, capabilă să suporte ajustări ulterioare ca și entitățile de modelare clasice.

Interacțiunea este fluidizată de faptul că ST analizează permanent situația în cadrul modelului 3D virtual: ce geometrii sunt în vecinătatea cursorului de mouse (schițe-profil; fețe/muchii de entități) și ce operații se potrivesc contextului. (Această interacțiune de modelare gen ,,objectdriven” se numește Object Action Interface, fiind esența paradigmei DMUI – Direct object-Manipulation User Interface).

Probabil că denumirea tehnologiei derivă din faptul că sistemul realizează, inclusiv pentru entitățile create prin ,,modelare directă”, o sincronizare a geometriilor, a parametrilor și a regulilor. Mai reținem faptul că Synchronous Technology a fost integrată în arhitectura internă a software-urilor Solid Edge și NX/Uniographics ca un strat de aplicație construit pe componentele software D-Cubed și Parasolid.

• Solid Edge Design – realizează esențial-mente proiectarea de piese și ansambluri 3D, acoperind totodată generarea desenelor tehnice asociate proiectării constructive. Iar adiția de modelare directă implementată prin ,,synchro­nous technology” accelerează conceperea și faci­litează reviziile de proiect.
• Solid Edge Manufacturing – constituie de fapt o serie de soluții de asistență informatică dedicate fabricației de piese proiectate cu Solid Edge, acoperind atât tehnologii clasice, cât și noi: fabricație prin înlăturarea de material (frezare, strunjire, electro-eroziune), turnare, sudură, decuparea și deformarea foilor de tablă, dar și tipărire 3D.
• Solid Edge Data Management – vizează funcționalitățile de gestionare a datelor despre produsele proiectate/fabricate (PDM – product data management), cu mențiunea că beneficiarii pot scala de la soluția cu funcții PDM integrate nativ în Solid Edge (potrivită pentru întreprin­derile mici-medii) până la soluția de nivel PLM, recomandată întreprinderilor mari.

 Pornind de la proiectare

Având peste două decenii de experiență, Solid Edge Design adresează cu maturitate cerin-țele specifice soluțiilor software MCAD actuale: modelare robustă și totodată flexibilă de piese și ansambluri; desenare 2D fluidă, proiectare avansată a pieselor de tablă, randare foto-realistică a modelelor 3D, abilități de colaborare și mobilitate. Și, așa cum spuneam mai sus, inte­grarea lui ,,synchronous technology” îi conferă lui Solid Edge accentul modern privind viteza de concepție/modificare a proiectelor.

Implementarea de Sheet Metal Design din Solid Edge, considerată mult timp o referință pe piața soluțiilor MCAD, încă se dovedește acoperitoare pentru mai toate situațiile tehno­logice din domeniul pieselor/carcaselor din tablă (îndoiri, decupări, ștanțări, ambutisări; flanșe de prindere, reliefuri de colț, reliefuri de racordare, găuri, fante, etc). Pe lângă faza de proiectare a pieselor din tablă, aplicația asistă verificarea/validarea din perspectiva fabricabilității, ajută la documentarea proceselor de îndoire/tăiere, și chiar generează desenele digitale cu modelele plate (desfășurate) destinate mașinilor de tăiere/deformare automată (debitare cu plasmă, prese abkant, etc).

Funcționalitățile de creare/gestionare a ansam-blurilor îngăduie proiectanților să definească și să administreze relațiile dintre piesele com­punând ansambluri destul de complexe (cu până la câteva sute/mii de componente, funcțiile de tratare a ansamblurilor mari permițând constru­irea și vizualizarea în timp real), fiind completate de abilitățile destinate adiacent construirii și optimizării de prototipuri digitale (machete vir­tuale 3D). La capitolul ,,ansambluri” consemnăm și un avantaj adus de Synchronous Technology: putem aplica dintr-o dată modificări de forme (prin simple manevre de prindere & tragere) asu­pra mai multor piese din ansamblu.

Și funcțiile de generare a desenelor tehnice (desene de execuție, desene de ansamblu, detalii) acoperă mai toate cerințele din activitatea prac­tică a întreprinderilor producătoare. De cealaltă parte (adică în zona afișării 3D), menționăm tehnologia Luxion KeyShot, prin care Solid Edge poate crea imagini foto-realistice și animații bogate ale modelelor proiectate.

În privința colaborării între persoanele/orga­nizațiile implicate în proiect (specialiști, cole­gi, subcontractori, furnizori, beneficiari, clienți, organisme de auditare/avizare) consemnăm abilitățile de publicare și accesare via cloud/inter­net, dar și configurările/adaptările automate ale mediului CAD la standardele, la cerințele și la preferințele celor implicați. Notăm, de asemenea – la capitolul mobilitate (deci cumva adiacent colaborării) – existența versiunii de Solid Edge destinată tabletei Microsoft Surface Pro, versiune prin care utilizatorii devin capabili să acceseze proiectele 3D în diverse locații: în deplasări, la întâlnirile cu partenerii, în laboratoare, în hale de producție.

Alte efecte ST

Un efect practic al tehnologiei de sincronizare se observă la crearea schițelor generatoare: dacă pentru formele create prin abordarea proiectării bazate pe entități puteam crea doar schițe profil plane (2D), Synchronous Technology ne permite să creăm – luând ca reper direct formele existente – schițe tridimensionale (3D) pentru generarea de noi forme, ceea ce simplifică conceperea de geometrii solide.

Din perspectiva eficienței practice probabil că cel mai substanțial avantaj al modelării directe implementate prin ST îl vom avea la modificările de proiect înspre stadiile finale (însoțite aproape inevitabil de presiunea timpului), când vom putea aplica ajustări de forme imediate, prin tragere/ împingere de fețe și/sau de muchii, sau prin respecificare de cote, inclusiv asupra geometriilor create prin abordarea tradițională, și fără teama alterării de entități. Synchronous Technology stă și la baza tratării geometriilor 3D importate din alte platforme CAD, care ajung astfel să poată fi accesate și editate direct (adică inclusiv prin tragerea de entități/ forme, sau prin adăugarea de cote directoare – totul fiind integrat ca nativ în modelul proiectat). Utilizatorii pot astfel să lucreze nestânjeniți cu date multi-CAD, ceea ce va facilita colaborarea cu furnizorii, partenerii și cu beneficiarii. De asemenea, suportul ST se poate manifesta (și chiar încurajează) refolosirea de modele 3D existente (existente fie în colecțiile de fișiere native Solid Edge, Parasolid, NX, fie în fișiere create cu alte sisteme CAD), iar mediul Solid Edge ajunge astfel să asimileze componente de proiect inserate prin ,,copy & paste”. Până și funcția CAE poate beneficia de Synchronous Technology, întrucât pregătirea modelelor pentru analizare cu elemente finite (FEA) este mult ușurată cu noul Solid Edge.

Noutăţi din ST10

• În privința proiectării, noua ediție a tehnologiei de substrat din Solid Edge adresează trei direcții convergente: modelarea generativă, fabricația aditivă și ingineria inversă. Sintagma ,,proiectare generativă” presupune folosirea unor optimizări topologice 3D pentru a obține efecte benefice privind greutatea, rezistența și consumul de material pentru reperele proiectate și fabricate. (Notăm că multe dintre software-urile MCAD moderne includ algoritmi de ,,Topology Optimization”.) În anumite contexte, tehnologia TO permite proiectanților să definească datele de intrare – materialul specific, spațiul de proiect (gabaritul), solicitările admisibile, constrângerile și condiția de greutate – iar software-ul generează o soluție geometrică corespunzătoare, și rezultatul poate fi trimis imediat către o imprimantă 3D (apropo de convergența cu fabricația aditivă). În funcție de prevalența criteriilor/ specificațiilor de intrare, scopul modelării generative poate varia între greutatea redusă a pieselor și minimizarea pierderii de material în procesul de producție. Însă pot rezulta și forme complexe, sau forme optimizate pentru turnare ori pentru vreo tipărire 3D la rezoluție înaltă. De asemenea, norii de puncte obținuți prin scannare 3D (de la palpatoare mecanice sau prin tehnologii optice) pot fi integrați în termenii condițiilor de pornire pentru aplicarea optimizărilor topologice.

• În segmentul CAE, pe lângă funcțiile de analiză la solicitările mecanice/structurale, noile soluții Solid Edge Simulation aduc lucruri deosebite în privința analizei curgerii fluidelor și a transferului de căldură. De fapt, aici avem o familie de produse, scalabilă în funcție de complexitatea problemelor inginerești: Solid Edge Simulation Express este potrivit la analizarea comportamentului pentru piese individuale; Solid Edge Simulation este destinat analizelor de ansambluri mecanice; Femap ne poate ajuta la definirea și analizarea sistemelor complete; iar FloEFD for Solid Edge este soluția pentru studierea dinamicii fluidelor (CFD).

Geometriile, modelele de elemente finite cu condițiile de graniță, precum și rezultatele simulărilor pot fi transferate facil de la Solid Edge la Femap, pentru a derula analize mai complexe. Observăm că soluțiile Solid Edge Simulation folosesc aceeași tehnologie de substrat (FEA) și același solver ca și soluția mare, Femap. (vedeţi tabelul)

• Pentru fabricație putem apela atât funcțiunile CNC tradiționale cât și noile unelte de tipărire 3D. Soluțiile Solid Edge Manufacturing încorporează o serie de funcții de prelucrare prin așchiere (fabricație substractivă), dar software-ul furnizează suport și pentru alte operații tehno­logice: tăiere/debitare, croire în tablă, turnare în matrițe, sudare, asamblare. și din nou fabricație aditivă.

De exemplu, soluția ,,CAM Express” (care fie vine odată cu noul Solid Edge, fie ca modul add-on pus pe anteriorul Solid Edge) ne poate ajuta să programăm mașinile de prelucrare automată cu comenzi numerice. Ea încorporează tehnologii de mașinare moderne și include suport pentru o serie de CNC actuale. CAM Express ne sugerează intuitiv o corespondență între formele modelului 3D proiectat în Solid Edge și operațiile de mașinare corespunzătoare. Dar probabil că cel mai spectaculos aspect constă în abilitatea de a genera comenzi pentru mașinarea în 5 axe, pentru frezare și pentru frezare cu strunjire. Vom observa și abilitățile de simulare a mașinării destinate atât detectării de coliziuni (atingeri nedorite între scule, suport și semifabricat), cât și optimizării traseelor de așchiere.

În privința fabricației aditive vom menționa explicit comanda ,,3D Print”, prin care putem asigura materializarea modelelor create în Solid Edge: fie generând fișierul format STL (format pe care îl recunosc mai toate imprimantele 3D), fie trimițând modelul către aplicația Microsoft 3D Builder. Sau trimitem proiectul unor servicii web de printare 3D, de unde am putea obține și vari­ante de costuri pentru diferite materiale.

Tot la capitolul fabricație includem și soluți-ile de Sheet Metal și de Welding, întrucât aici proiectarea este nemijlocit legată de procesul tehnologic. De exemplu, proiectarea pieselor din tablă vizează procesul integral: de la definirea formelor la generarea modelului desfășurat (aplatizat) care urmează a fi tăiat din foaia de tablă (și eventual prin croire cu optimizarea multiplicării în suprafața semifabricatului de tablă), apoi îndoit și deformat (ambutisare, embosare, nervurare, ștanțare, decupare, etc). Solid Edge Fabrication and Welding desemnează operațiile constructive/tehnologice de asamblare/montare prin sudare sau cu organe de asamblare, iar sistemul infor­matic va reprezenta componentele implicate în montaj (cordoane de sudură; șuruburi, prezoane, piulițe, șaibe, nituri, etc) și va documenta corespunzător standardelor industriale.

• Și în privința ,,product data management” există posibilitatea unei scalări a soluțiilor în func-ție de mărimea/cerințele beneficiarilor. (Notăm aici remanența unei ușoare confuzii culturale între acronimele PLM și PDM.) Lucrurile pornesc de la micile funcționalități PDM diseminate în nucleul software-ului, adică de la managementul meta-datelor asociate fișierelor de proiectare: buna integrare cu sistemul de operare va permite utilizatorilor să aibă o previzualizare a pieselor/ansamblurilor din fișierele accesate prin navigare în Windows Explorer, sau le va îngădui să aleagă, din meniul lor contextual, deschiderea proiectelor în aplicații precum Revision Manager sau View & Markup. Și se poate ajunge până la integrarea completă cu Teamcenter, soluția PDM/PLM cu cele mai avansate facilități de gestionare a proiectelor în grupurile de lucru mari și distribuite.
• Publicarea documentelor tehnice benefi­ciază și ea de accente noi. {i este, așa cum sub­liniam și în alte ocazii, reprezentată în primul rând de abilitățile MBD (deși în familia Solid Edge nu se uzează acronimul de la Model Based Definition). De fapt, soluțiile Solid Edge Technical Publications cuprind mai tot ce înseamnă docu­mente tehnice digitale generate/gestionate de mediul Solid Edge. Comprehensibile și cu actualizare automată, documentele virtuale ajută la diseminarea proiectelor către persoanele implicate.

 Abilităţi Solid Edge Technical Publications:

• crearea rapidă de imagini 2D și 3D ilustrând proiectele în lucru;
• generarea de animații prezentând asamblarea, montarea, funcționarea sau cinematica produselor aflate în proiectare;
• publicarea facilă a documentelor de proiectare tehnologică (cu detalii privind manufacturarea produselor);
• crearea facilă de manuale de utilizare și de mentenanță a sistemelor/produselor proiectate/fabricate;
• publicarea de cataloage, accesabile prin navigatoare web/internet, prin care clienții potențiali află despre portofoliul de produse.

Facilitățile privind colaborarea, așa cum poate fi aceasta realizată în zilele noastre, sunt furnizate în primă instanță prin Solid Edge Portal. Această soluție permite diseminarea datelor pen­tru întregul flux de proiectare și de fabricație, adresându-se deci atât colaboratorilor din faza de concepție, cât și tehnologilor, departamentelor de achiziții/marketing/vânzare. Pentru întreprinderile distribuite, sau pentru includerea eventualilor parteneri externi (contractori, furnizori, clienți), se recurge la soluția ,,cloud”, prin care fișierele implicate în proiectare, simulare și fabricație pot ajunge cu ușurință la toți cei implicați.

Mircea Băduț este inginer, consultant CAD/IT