О 3D ДОКУМЕНТИРОВАНИИ или Vox CAD vox Déi

В работе анализируется 3D документирование. Под этим термином понимается представление всех необходимых данных обекта в его 3D модели. Сравниваются 3D с 2D моделями, предлагаются некоторые новые виды документирования. Формулируется вывод о том, что 2D документирование исчерпало свои возможности.

1. Введение

Целью настоящего доклада является уточнение функциональных возможностей 3D документирования и его сравнительный анализ с 2D документированием. Оба вида представляют собой графическое документирование (ГОСТ 2.001-93 [1]), являющееся существенной частью всего процесса документирования. Текстовые документы (также представленные в электронном виде) не являются объектом анализа. В настоящей работе имеется в виду 3D документирование, используемое прежде всего в машиностроение, электротехнике и электронике.

При работе над предлагаемом докладом авторы натолкнулись на несколько стандартов системы ГОСТ Р 43. Информационное обеспечение техники и операторской деятельности (ИОТОД). Согласно ГОСТ Р 43.0.2-2006 [2] информационное обеспечение техники - это документы с информацией, зафиксированной на материальном носителе, и реквизитами, позволяющими идентифицировать ее предназначение для соответствующего образца техники, а информационное обеспечение операторской деятельности – это информационное обеспечение техники, предназначенное для изучения, обеспечения эксплуатации и ремонта соответствующих образцов техники операторами с помощью системы «человек - информация». В предоставленной  дефиниции отсутствует „обеспечения процессов проектирования, производства и утилизации” которое по нашему мнению должно присутствовать в подобном определении. Со своей стороны, техническая система «человек - информация»; техническая СЧИ - это система, состоящая из оператора (группы операторов) и информации, с которой он взаимодействует (они взаимодействуют) в своей деятельности в ходе информационно-обменного процесса. Согласно [2] нооника: направление в науке, изучающее психофизиологию информационно-обменных процессов человека и коллектива людей (общества); ноон-технология: технология создания информации в виде, соответствующем психофизиологии человека (с использованием результатов исследований, полученных в ноонике), для реализации оптимизированных информационно-обменных процессов в СЧИ при создании, хранении, передаче, применении сообщений; ноон-информация: информация, представленная в виде, соответствующем психофизиологии мышления человека, в том числе человека-оператора.

Классификационные группы стандартов системы ИОТОД приведены в табл. 1.

Таблица 1

Структура ИОТОД  

На настоящий момент (конец 2014 г.) действуют 7 стандартов группы 43.0. и 6 стандартов группы 43.2.

Исходя из темы предлагаемого доклада, очевидно, что его следовало бы рассматривать в аспекте системы ИОТОД. Этому однако мешают два момента: во-первых, система ИОТОД находится в начальном этапе разработки, и во-вторых, анализ ГОСТ Р 43.0.2-2006÷43.0.7-2011 показал, что терминологическая система ИОТОД объемиста и непроста, да и нет уверености, что она закончена. Поэтому было решено иметь в виду и использовать в данном докладе только отдельные термины и определения, представленные в стандартах группы 43.0.

Современное проектирование является автоматизированным, что связано прежде всего с использованием 3D моделей объектов. Существует и автоматизированное 2D проектирование. Оба вида проектирования требуют наличия какого-либо предварительного представления проектируемого объекта. Существенное различие между ними состоит в том, что 3D модель гораздо более ясная, чем 2D (более близка человеческому восприятию окружающего его предметного мира), что приводит к значительному облегчению внесения в неë необходимых коррекций. Поэтому есть все основания предполагать, в ближайшее время 3D модель превратится в основную форму используемой в автоматизированном проектировании модель.

Здесь под 3D документированием понимается совокупность 3D моделей сборочных единиц (СЕ) и их составных частей, которые вместе с остальными текстовыми документами СЕ содержат необходимую информацию обо всëм жизненном цикле изделия.

В рассмотренных ниже 3D и 2D моделированиях имеется в виду CAD система SolidWorks, являющаяся одной из наиболее распространенных систем среднего класса, образующих вместе с CAMWorks  CAD/CAM систему.

2. Функциональные возможности 3D документирования

2.1. Создание и использование 3D документирования для реализации жизненного цикла всего изделия.

Основными объектами, составляющими проектируемое изделие, являются сборочные единицы и детали. Ниже рассматриваются оба обекта в условиях 3D моделирования в рамках основных этапов жизненного цикла любого технического объекта (ТО), исходя из двух существенных для документирования ТО точек зрения - создания модели и ее чтение (восприятие)

Здесь мы воспользуемся терминами оператор и операторская деятельность:

оператор: человек, занимающийся какой-либо деятельностью с использованием технических (ого) устройств (а);

операторская деятельность: вид деятельности человека, направленный на применение или обеспечение применения образца техники [ГОСТ Р 43.0.2-2006].

В табл.2 указаны основные этапы, через которые проходит документация с целью еë восприятия для нужд жизнного цикла ТО.

Таблица 2

Техническая система „человек-информация”, в которой используется 3D документация (чтение 3D документация)

Основная информация, которая содержится в чертеже детали, сводится к формам, размерам, включая точность размеров, шероховатости поверхностей, геометрическим допускам, а также техническим требованиям, покрытиям, термообработке, штамповке, таблицам с характеристиками, информации в основной надписи и др.

А1. Формы

Формирование

Формирование производится путëм использования базовых функций CAD системы, которые в конкретном случае типы 21/2D или 3D.

Восприятие информации  (Чтение )

Некоторыми из возможных способов изучения внутренних форм деталей являются:

• изменение в реальном времени направления наблюдения модели;
• увеличение/уменьшение (ZOOM) выбранной части детали;
• изменение визуализации модели (Shaded With Edges- твердотельное изображение с видимыми рëбрами, Shaded- твëрдотельное изображение, Hidden Lines Removed- с отстранëнными невидимыми рëбрами, Hidden Lines Visible- с видимостью скрытых рëбер, Wareframe- проволочная модель);
• наблюдение 4-х проекций (максимум) детали, каждая из которых может изменять точку зрения на объект в реалном времени (Window\ Viewport\ Four View), рис.2;
• вырезанием части модели с целью раскрытия внутренних поверхностей; в SolidWorks  возможно сечение (Section View) не более 3-мя взаимно-перпендикулярными плоскостями, каждую из которых возможно наклонять; само сечение и последующее восстановление возможно осуществить с помощью фундаментальных команд Extruded Cut и Revolved Cut (рис.2); сечение произвольными поверхностями  (совокупность плоскостей)- Insert\ Features\ Split;
• наблюдение сечения произвольной поверхностью (совокупностью плоскостей) до окончательного выполнения команды Insert\ Features\ Split;
• наблюдение множества видов и разрезов 3D модели (открываются файлы всех модели и активируются командой Window\ Tile Vertically  или Tile Horizontally);
• комбинирование нескольких одинаковых 3D моделей и их сечение различным способом;
• представление материала как прозрачного с целью визуализации внутренних форм (рис.3б);
• комбинирование вышеперечисленных способов.

Примечание1. Дополнительные возможности см. п.2.5.

Примечание.2. Некоторые из способов могут предварительно быть подготовлены как 3D документация или же реализоваться во время чтения СЕ с помощью CAD системы или при использовании системы только для ознакомления с файлами, напр. eDrawings Viewer.

А2. Размеры

Формирование

Все необходимые размеры для однозначного формирования модели получаются во время создания последней, независимо от того получается ли соответствующая форма путëм простановки размеров или путëм их интуитивного оформления конструктором. Поэтому CAD система может представить информацию о расстоянии между двумя произвольными точками модели. Какие из размеров должны быть представлены (показаны) зависит от их роли в остальных этапах жизненного цикла ТО, причëм решающей является их роль при производстве изделия. Существенным моментом при формировании размеров является то, что номинальная величина любого размера может быть снята непосредственно с 3D модели. Если используемой технологией является 3D Printing (стремительно развивающаяся технология), то простановка размеров теряет смысл. То же самое имеет место и в случае автоматизированного производства печатных платок - в CADStar, OrCAD и др. формируются управляющие файлы для получения отверстий и производства графичных оригиналов. Аналогичная ситуация возникает и при использовании CAM системы для технологичной подготовки машин с ЦПУ, или точней при использовании CAD/CAM, которые в принципе располагают общей базой данных (геометрические данные, список составных частей и т.п.) и имеют непосредственную (автоматическую) связь между CAD и CAM. Поэтому учитывая, что геометрия (вкл. и номинальные размеры) автоматически переносятся с 3D модели, следует, что нанесение размеров в CAD системе после построения 3D модели становится беспредметным, т.е. чертеж не нужен.

Примечание. Если система является CAM и она не может принять конкретный вид 3D CAD модели, то в ней следует построить новую 3D модель. Для этого необходим чертеж или чтение 3D модели с ее размерами. Чтение форм может проводится используя способы, указанные в п.2.1А1, а размеры - проставляются автоматизированно в 3D CAD (см. ниже).

Особенно следует подчеркнуть, что в 3D моделировании геометрия и размеры неотделимы друг от друга и находятся в причинно-следственной связи, т.е. для формирования геометрии необходимы размеры и изменение одного ведëт к изменению другого. Кроме этого в компьютре геометрия и размеры представлены в аналитической форме. Всë это превращает указанную связь между геометрией и размерами в основополагающий фактор в современном проектировании и документировании, т.к. еë возможно воспроизвести и использовать на следующих этапах жизненного цикла изделия. Этот вывод становится фундаментальным, если учесть, что, по мнению некоторых авторов, станки с ЦПУ являются преобладающими в развитых странах, вследствии чего это относится и к САМ системам технологической подготовки производства.

Большое значение при сборке и функционировании изделий играют граничные отклонения размеров. Последние определятся двумя способами - путëм: а) выбора посадок и расчëта размерных цепей и б) предписанием, так называемых, общих допусков, которые являются допусками свободных размеров. Сравнение этих видов граничных отклонений (ГО) с точки зрения технологической подготовки производства показывает

• второй вид ГО присутствует во всех деталях, а первый – в значительно меньшем количестве деталей;
• второй вид ГО обеспечивается выбранным технологическим процессом, в то време как первый вид является объектом специального внимания технологов (в т.ч. и расчëтов) и как правило приводит к усложнению технологического обеспечения;
• осуществление ГО первого вида в значительной степени обеспечивается постоянством первоначально выбранной базы. Этому содействует и существующая в последнее время тенденция развития одномашинной (использование только одной машины) технологии производства деталей, при которой обеспечивается постоянство базы.
• определëнное облегчение проблемы технологического обеспечения ГО первого вида является соблюдениe простого, на первый взгляд, правила: все конструктивные размеры (размеры с ГО первого типа) должны неукоснительно проставляться. Если речь идëт о „ручной” простановке размеров в CAD системе, то расположение остальных размеров становится безразличным для технологической подготовке производства, ибо наличие 3D модели (при CAD/CAM системе) позволяет необходимые размеры извлекать непосредственно из модели. 

Из вышесказанного следует, что с точки зрения геометрии (форма и размеры) в общем случае вообще нет нужды составлять 2D модели (чертежи), как и незачем наносить размер в готовую 3D модель (за исключением конструкторских размеров). Одновременно, если не используется CAD/CAM система часто требуется предварительное нанесение размеров. Ниже рассмотрены возможности SolidWorks для нанесения размеров в 3D  модели, т.е. визуализации желанной размерной сети:

1. Ручное составление размерной сети

Оно проводится путëм использвания команд DimXpert в SolidWorks (View\ Toolbars\ DimXpert): Size Dimension (проставление формообразующих размеров путëм указания поверхностей) или Location Dimension (простановка координирующих размеров путëм указания двух поверхностей, между которыми следует расположить размер). Одинаковые формы указываются Pattern Feature с целью автоматического определения количества одинаковых элементов с одинаковыми размерами.

Примечание. Следует отметить, что у средне-сложных и сложных деталях возникает проблема с идентификацией отсутствующих размеров, т.к. при развороте 3D модели расположенные чаще всего в трëх плоскостях элементы размеров (вспомагательные размерные линии, размерные линии и размерные числа) пересекаются. Разрешением проблемы в какой-то степени является проверка размерной сети путëм анализа модели в конкретной проекционной плоскости: Feature Manager Tree: Annotation (Top, Front, Right) или путëм использования нескольких изображений 3D модели (Window\ Viewport\ Four View), которые получаются автоматически: вид спереди, вид сверху и вид слева (метод проецирования в первом квадранте), рис.2.

2. Автоматизированное создание размерной сети DimXpert\ Auto Dimension Scheme

            а) настройки   Settings:

Prismatic Parts (представление на формообразующих размерах с помощью показательной линии, расположенной перпендикулярно оси поверхности) или   Turned (размеры являются линейными размерами, параллельными оси поверхности).

Plus and Minus Tolerancing (граничные отклонения размеров).

Одинаковые элементы (если таковые имеются) Pattern Dimensioning: Linear (линейные размеры одинаковых элементов) или Polar (угловые размеры одинаковых элементов).

            б) выбор баз (Primary Datum, Secondary Datum, Tertiary Datum).

Три базы являются тремя взаимно-перпендикулярными плоскостями (цилиндрические поверхности), чьи сечения (оси) образуют координатную систему. Они служат начальной точкой размеров, располагаемых по трëм осям, т.е. соответствующие координирующие размеры элементов детали располагаются по отношению к ним. Базы упорядочиваются по важности, причëм самой важной принимается первая. Следует подчеркнуть, что задание трëх взаимно-перпендикулярных плоскостей не обязательно - если в соответствующем направлении нет элементов, требующих нанесения координирующих размеров, то плоскости не задаются. Указанные базы не образуются, если в детали отсутствуют три взаимно-перпендикулярные плоскости (цилиндрические поверхности).

3. Комбинированное составление размерной сети

В сложных деталях чаще всего изпользуется комбинированное составление размерной сети – сначала вручную наносят размеры сложных элементов детали, а затем автоматизировано - остальные.

Восприятие информации  

Возможны два способа:

а) непосредственное снятие размеров с модели („вручную” - путëм указания и измерения соответствующего расстояния, или автоматизировано - раскрытием сети размеров, определëнной при 3D моделировании);

б) путëм использования нескольких изображений 3D модели (Window\ Viewport\ Four View), расположенных в трех взаимно-перпендикулярных плоскостях.

А3. Шероховатость

Создание

Для обозначения шероховатости используется Annotation: Surface Finish. Автоматизированный вариант в данный момент не существует.

Восприятие информации  

Эта операция реализуется сравнительно просто, используя 3D модель ТО.

А4. Геометрические допуски

Создание

Допуски формы, расположения, ориентации и биения предписываются „вручную” путëм использования DimXpert: Geometric Tolerance. Фиксация этих допусков в модели не обязательно. Их записывают лишь в случаях, когда это необходимо для обеспечения качества работы или сборки ТО. Они предписываются по аналогии или путëм расчëта размерных цепей (допуски расположения, ориентации и биения). Подобные допуски используются относительно редко.

Восприятие информации  

Небольшое количество геометрических допусков облегчает их чтение.

А5. Другие

Создание

Любая текстовая информация может вводиться до формирования соответствующего элемента или прикрепляться к сформированному элементу 3D модели, используя Annotation: Note. Возможно также введение информации в растровом формате при предварительно выбраных плоскостях (Tools\ Sketch Tools\ Sketch Picture). Таблицы, включая основную надпись, возможно построить, используя Insert\ Tables\ Design Table или Title Block Table.

Восприятие информации  

Проблемы не существуют.

На рис.1 и рис. 2 представлены части 3D документов детали, причëм на рис.1 представлены две детали „Основа“ и „Скоба“ СЕ „Лампа сигнальная“ (рис.3), а на рис. 2 разрезанная деталь „Основа“ задана в 4-х изображениях, каждое из которых возможно изменять независимо от остальных.

Б. Сборочные единицы

Характерная информация о СЕ представляется формами, позициями, размерами и другими (технические требования, таблицы с характеристиками, информацией в основной надписи и др.), и сопровождается документом – списком составных частей (ССЧ).

Б.1. Формы

Создание

Сборка готовых деталей и СЕ более низшего иерархического уровня обеспечивается существующими функциями CAD системы.

Восприятие информации  

Визуализацию деталей в СЕ с целью раскрытия связей между ними возможно обеспечить различными способами:

• путëм расмотрения множества динамических проекций (проекция, у которой исходная точка зрения на геометрическую модель может изменяться в реальном времени),  на различные плоскости, например, в SolidWorks могут быть определены 4 динамическими проекцими (первоначально - вид спереди, вид сверху, вид слева и аксонометрическая проекция) - Window\ Viewport\ Four View. В каждой из проекций возможно самостоятельно изменять направление наблюдения и визуализацию модели;
• путëм увеличения/уменьшения (ZOOM) выбранной части СЕ;
• путëм различной окраски каждой детали (рис.3);
• путëм разрезания части СЕ, например,1/4 и окраски разреза в выбранный цвет; разрезы могут быть полными или неполными, причëм некоторые из деталей могут оставаться неразрезанными, независимо от того, что через них проходит секущая плоскость (рис.3а и рис.4а);
• путëм представления материала отдельных внешних деталей прозрачным с целью визуализации внутренних деталей (рис.3б);
• путëм воспроизведения однаковых моделей, в каждой из которых (без первоначальной) осуществлëн соответствующий разрез;
• путëм одновременного рассмотрения 3D моделей составных деталей (всех или части) и СЕ: раскрыть файлы всех моделей и используя команды Window\ Tile Vertically  или Tile Horizontally;
• путëм переброски 3D моделей всех/части деталей до 3D модели  СЕ (Insert Components);
• путëм комбинирования вышеперечисленных методов.

Замечание. 1. Дополнительные возможности см.п.2.5.

Замечание. 2. Некоторые из способов могут быть предварительно подготовлены как 3D документация или же реализованы во время чтения СЕ. Эти возможности не связаны со стандартизованным документированием, потому что каждый оператор может использовать соответствующий документ по своему усмотрению с помощью своей CAD системы или Viewer.

Б2. Позиции

Формирование

• с помощью Annotation\ Balloon.

Восприятие информации  - беспроблемно.

Б3. Размеры

Определение

Создание размерной сети („вручную”) здесь весьма упрощено в сравнении с размерной сетью у деталей, т.к. размеров в СЕ гораздо меньше.

Восприятие информации  

Обыкновенно относительно просто. При возникновении проблем можно использовать решение п.А2 (ручное составление размерной сети).

Б4. Другие

Как и в п.А. Детали. Сварка и спайка вводится с помощью Annotation\ Weld Symbol.

Б5. Список составных частей

Формирование

• с помощью Bill of Materials и дополнения соответствующей информации (наименования составных частей, обозначений и др.) и задания необходимых настроек.

Восприятие информации - беспроблемно.

Вывод: 3D документирование относительно легко создается и используется.

Следует отметить, что вышерассмотренные различные возможости использования атрибутов 3D модели детали и СЕ, могут использоваться всеми участниками жизненного цикла ТО (табл.2), включая и оператором машины. Для этой цели необходимо исполнение легко реализуемых условий - компъютерные знания и умения, соответствующие CAD системе или Viewer и компьютеру.

На рис.3 и рис.4 представлены различные варианты части 3D документов СЕ „Лампа сигналной”, причëм на рис.3а 1/4 корпуса 4 и основания 12 устранены (Assembly Features\ Extruded Cut), на рис.3б введено свойство прозрачности (Edit Appearance\ Transparent Amount) для деталей 4 и 12, на рис.4а вырезана ¼ всех деталей, пересекаемых двумя секущими плоскостями, а на рис.4б представлен вид СЕ.

2.2. Использование 3D документирования на остальных этапах функционального проектирования

 После формирования геометрической модели деталей и СЕ последняя используется для их расчëтов (проверочные расчëты соблюдения принятых граничных величин или проектные расчëты с целью корректировки полученных в геометрической модели размеров), как и необходимые исследования. Все эти расчëты и исследования базируются на непосредственном использовании разработеной CAD модели. Легче всего эта связь реализуется в системах CAD/ CAM/ CAE (САD включает все геометрически ориентированные задачи, в то време как САЕ включает все вычислительные задачи, которые возникают в процессе проектирования размерных цепей, прочностных и деформационных расчëтах и т.п, включая и оптимизационные задачи). Система SolidWorks является представителем такой CAD/ CAM/ CAE системы. Конкретные возможности CAE в данном случае следующие:

• SolidWorks Simulation - модуль для проведения множества анализов: статический, частотный, температурный, потери устойчивости, на усталость, на разрушение при падении, сосудов под давлением;
• SolidWorks Motion - модуль для проведения динамического анализа и исследования поведения движущихся частей;
• FloXpress - приложение, расчитывающее динамику проходящего через СЕ флуида;
• др.

Во всех этих анализах используется готовая 3D модель, а результаты анализов могут непосредственно вводится обратно в модель с одновременной коррекцией всех элементов, связанных с изменениями. Другими словами, чертеж не нужен.

На этом этапе проектирования разрабатывается и сопровождающая текстовая документация - технические описания, руководства для обслуживания и ремонта и др., которые в применяемых в настоящий момент формах содержат текст, схемы, чертежи и аксонометричные изображения. Графические изображения, как правило, должны сниматься с готовой 3D модели, например, Exploded View (разобранный?? вид) для получения Руководства для эксплуатации и ремонта. В текстовой документации этого этапа обыкновенно используется много чертежей, которые при электронном варианте представлении документации могут заменяться 3D моделью.

2.3. Использование 3D документирования при технологическом проектировании ТО

Самым существенным этапом после функционального проектирования является производство проектируемого ТО. Поэтому этот этап анализируется отдельно.

            А. Детали

Производство деталей может совершаться на машинах с ЦПУ (автоматизиранно) или на универсальных машинах („вручную”). Трудно без учëта конкретного региона объективно оценить процентное соотношение между двумя формами. Вопреки этому едва ли будет правильным принимать, что в скором времени машины с ЦПУ станут единственными. Причины этого коренятся в высокой, пока что, их цене и высоких требованиях к обслуживающему персоналу и климатическим условиям работы.

А1. Автоматизированное производство

Существенным для машин с ЦПУ является составление управляющей программы (УП) для машины. Основными способами разработки (программирование) УП металлорежещих машин являются:

• CAM программирование - использование CAM систем;
• диалоговое (цеховое, графическое) программирование - программирование на самих машинах путëм использования меню типизированных обработок, представленных в графической форме;
• ручное программирование или ISO программирование (G код) - классическое программирование с использованием стандартного языка ISO.

CAM программирование

При рассмотрении CAM систем (п.2.1, А2) было отмечено, что при их использовании не нужны как чертежи, так и показанные размеры, кроме размеров с зафиксированными граничными отклонениями.

Диалоговое программирование

При таком программировании используются готовые шаблоны для частей детали. Эти части могут корректироваться, причëм в некоторых из предлагаемых софтуеров возможно инсертовать чертеж детали в *.dxf формате, чьи данные (связанные прежде всего с контуром) автоматично используются для целей программирования. Получение контура 3D модели не является проблемой. Некоторые из софтуеров диалогового программирования предлагают 3D визуализацию обработанной детали, инструментов и приспособлений.

ISO программирование

Ручное программирование представляет собой составление УП с помощью какой-либо текстообработывающей программы и перевод результата на машину CNC. Для еë составления необходим чертеж детали. Чтение модели детали производится путëм использования одного из способов, указанных в п.2.1, причëм операция упрощается, если нанесена размерная сеть.

Любая современная машина CNC обеспечивает возможность осуществления всех 3-х видов программирования, причëм самым распространеным и с наибольшими возможностями считается CAM программирование.

Учитывая вышесказанное можно снова подчеркнуть – обыкновенно, для автоматизированного изготовления деталей чертежи не нужны.

А2. Ручное производство

Восприятие информации  с 3D модели в этом случае проводится в соответствии с п.2.1.

Б. Сборочные единицы

Б1. Автоматизированное производство

Автоматизированная сборка (производство) используется в преобладающей части изделий электронной индустрии (которые со своей стороны, являются составными частями почти всех остальных СЕ), значительной части изделий электротехнической промышленности и немалой части военной промышленности, фармацевтической и пищевой промышленности, как и всех остальных промышленностей. Управлявающие программы составляются с помощью CAM систем, которые обыкновенно включают программирование для NC, CNC и индустриальные роботы, другого софтуера или вручную. Первые чаще всего используют CAD модели изделия. Например, в электронике для автоматизированной сборки печатных узлов (печатные платы  с монтированными элементами и устройствами) модель узла, полученная с помощью CAD системы, необходима и достаточна для создания УП.

Б2. С помощью другого софтуера и ручного производства

Преобладающим способом сборки изделий является комбинация автоматизированных и ручных операций для одного и того же изделия. Здесь возможности разнообразны и трудно поддаются классификации, но для всех случаев имеются основания считать, что способы (п.2.1) применимы.

Сказаное до сих пор в п.2.3 даëт основание сделать вывод: чертежи в большинстве случаëв не нужны, а в остальных – не обязательны.

2.4. Сравнение 3D и 2D документирований

В табл. 3 дано сравнение 2D и 3D документирований по 8  признакам.

     Таблица 3

Сравнение между 2D и 3D графическим документированием

* имеется в виду наложение разнородной информации одну на другую при вращении 3D модели;

** возможность непосредственного использования информации в модели соответствующей CAD системы для проектирования другой деятельности в рамках жизненного цикла изделия;

*** в SolidWorks существувет известная возможность на базе 2D модели построить 3D модель, но переходить от 3D к 2D, а от него снова к 3D неоправданно.

2.5. Виды документирования

На данный момент не разумно исключать 2D документирование, т.к. в обозримом будущем продолжится его использование. Причины этому самые разнообразные. Одновременно следует уделить подобающее внимание  3D документированию.

Независимо от преобладания положительных качеств 3D документирования (табл. 3) пока есть все основания говорить о видах документирования с целью поиска наиболее подходящего вида документирования для конкретных условий, в которых осуществляется жизненный цикл данного изделия.

Наиболее существенным при восприятии атрибутов графического документа является восприятие форм ТО, при чëм мышление производится в виртуальной форме 3D восстановления в человеческом мозгу (обыкновенно не всего объекта сразу, а последовательно его отдельных частей). Кроме основных конкурентов 2D и 3D документирование в качестве компромисса возможно предложить различные комбинации последних. Необязательный характер стандартов документирования позволяет использовать модификации стандартизованных возможностей документирования в рамках фирмы или при наличии соглашения между двумя и более фирмами. Все виды документирования следует рассматривать как возможности, облегчающие в различной степени восприятие вложенной в документ информации. Одновременно некоторые из них расширяют вышеперечисленные возможности восприятия (т.2.1).

Одна из возможных систематизаций размерностей модели с учëтом возможностей CAD систем, представлены в табл.4.

Таблица 4

Виды документации ТО

В зависимости от возможности воздействия на данный документ или его часть, используя команды CAD системы, весь (часть) документ(а) можно назвать активным (наличие возможности) и пассивным (отсутствие возможности). Например, наличие возможности измерить расстояние классифицирует документ как активный. Документ или его часть возможно назвать динамическим, если точку зрения на геометрическую модель возможно изменять в реальном времени, т.е. модель можно рассматривать под произвольным углом, или статическим - при отсутствии такой возможности. В этом случае, 3D модель является динамической, а 2D модель - статической.

3D - „2D“ (п.1.3, включает пасивную 2D в активную 3D) представляет включение чертежа ТО в еë 3D модель с помощью Tools\ Sketch Tools\ Sketch Picture, в результате чего полученный документ включает кроме статического чертежа и динамическую 3D модель, разширяющую возможности восприятия в первую очередь формы объекта.

2D - „3D” (п.1.4, добавление к активной 2D модели множества пассивных 3D моделей) является комбинацией чертежа и известного количества аксонометрических проекций, полученных из 3D модели.

3D - 2D (п.1.5, комбинирование на активной 3D и активной  2D модели) представляет визуализацию на мониторе одновременно и 3D и 2D моделей, на которых возможно использовать все возможные команды CAD системы. Эта возможность возникает при открытии всех файлов обеих моделей и активировании команды Window\ Tile Vertically  или Tile Horizontally.

„3D” (п.1.6, псевдо 3D, пассивные 3D) включет совокупность подходяще разрезанных 3D моделей, представленных аксонометрично.

„2D“ (п.1.7, псевдо 2D) - 3D модель, представленная динамическими проекциями в 3-х плоскостях (вид спереди, сверху и слева).

2D+ (п.1.8, расширенная 2D) - 2D модель, представленная большим, чем необходимо (лишними) проекциями, с целью облегчения восприятия геометрии объекта.

2.6. Некоторые утверждения и выводы

В результате вышесказанного возможно сформулировать следующие утверждения:

Утверждение 1

3D модель ТО превращается в источник объективной информации, которая обменивается (вручную или автоматизирано) с программным обеспечением систем, используемых в жизненном цикле ТО.

Утверждение 2

Современное документирование ТО из самостоятельной деятельности превращается в неотделимую часть процесса проектирования.

Утверждение 3

Тенденцией в современном документировании является уменьшение роли 2D документирования и увеличение роли 3D документирования.

 Утверждение 4

Нанесение размеров начинает терять своë традиционно важное значение как определëнный способ простановки размеров, их необходимость и достаточность, и т.п.

Выводы

1. Обучение 3D документированию должно превратиться в обязательное в дисциплинах, занимающихся графической подготовкой студентов.

 2. 2D документирование начинает терять свою фундаментальную роль в инженерном образовании.

Существенными причинами перехода к 3D документированию являются:

• технически возможно - современные CAD системы это обеспечивают;
• 3D модель, являясь результатом проектирования изделия, превращается в сущность с точки зрения документирования;
• 3D документирование нормативно обеспечено [3,4 и др.]
• 3D модель более близка к человеческому восприятию окружающей действительности, и поэтому оператор более легко воспринимает предлагаемую информацию;
• при осуществлении 2D документирования необходимо проходить через следующие переходы: 3D проектирование - 2D документирование - 3D, восстанавливаемое человеком; при осуществлении же 3D документирования переход  3D-2D-3D отпадает;
•  3D модель позволяет переброску значительной части информации в автоматизированном виде в соответствующий софтуер для производства ТО, как и проектирование остальных этапов его жизненного цикла.

3. Заключение

Все вышеперечисленные рассуждения исходять из современного состояния CAD систем. Учитывая темпы развития IT индустрии, в т.ч. и закон Мура о росте производительности компъютров во времени, можно предположить, что обратный отсчëт времени для 2D документирования уже начался.

Список литературы

1. ГОСТ 2.001-93 ЕСКД. Общие положения.

2. ГОСТ Р 43.0.2-2006  Информационное обеспечение техники и операторской деятельности. Термины и определения.

3. ISO/CD 16792:2011 Technical product documentation — Digital product definition  data practices.

4. ISO 10303-... Industrial automation systems and integration - Product data representation and exchange.

Рисунки к докладу

 Часть 3D документа детали „Основа” (поз.12) и  „Скоба” (поз.5) СЕ „Лампа сигнальная” (рис. 3а) 

Четыре динамические проекции (модели) детали „Основа”

Часть 3D документа СЕ „Лампа сигнальная”: а) вырезана ¼ части деталей, находящиеся в секущей плоскости; б) введено свойство „прозрачность”для двух из деталей

Варианты части 3D документов СЕ „Лампа сигнальная”: а) вырезана ¼ всех деталей, находящихся в секущих плоскостях; б) аксонометрический вид.

Лепаров Михаил Николаевич (11 марта 2015 г. 20:15)	* Vox pópuli vox Déi- (лат)  Глас народный, глас Божий.
Горнов Александр Олегович (14 марта 2015 г. 11:18)	Уважаемые  Михаил  Николаевич и  Маркс  Христофорович! Приветствую  Вашу  мощную команду соавторов!    У  меня уточняющие  вопросы … Есть  ли  у Вас  оценка  объёма (%)  фактического и  комплексного  (или  существенного)  применения  данных  3D - технологий  в рамках  каких - либо производств, фирм или стран? И, если можно, пример(ы)   организации инженерной подготовки  в  технических  государственных  или корпоративных  университетах,  изначально учитывающий  данный уровень развития технологий  практически на всех стадиях жизненного цикла изделий?  Каковы, при этом её особенности на начальных стадиях?   Или это уровень корпоративной переподготовки? И, большое спасибо за  доклад. Он,  конечно, “пленарного значения”, по определению Ирины  Дмитриевны,  и я к её мнению безусловно присоединяюсь !  А.О.
Лепаров Михаил Николаевич (14 марта 2015 г. 12:41)	Здравствуйте, Александр Олегович! Мы приветствуем Вас тоже!   Вопрос об объеме применения данных 3D – технологий: весьма важный вопрос. Мы искали статистическые данны, но не нашли. 3D printing приобретает огромную скорость, но пока является технология прежде всего для одноразового использования, потому что она не дешевая; печатные платы производят автоматизированно в Болгарии примерно 100% (мнения колег Технического университета, занимающиеся платками), а печатных узлов- 60-70%, а остальная часть- ручная или комбинированно автоматизированная и ручная; станки с ЦПУ- мнение ведущего технолога (профессор) нашего университета, что в Болгарии- в производственные фирмы-около 90% (подчертал, что ето впечатление, а не исследование). Большинство из станков с ЦПУ програмирует на CAM системах. Остальные вопросы тоже интересные, но мало могу сказать. В Технического университета Софии конечно у всех специальных кафедров обучают CAD, технологические кафедры- CAM, есть кафедры, которые обучают CAD/ CAE / CAM конкретных ТО, но обучение по всему жизнену циклу в одной кафедре мне не известно. По моему все остальное- корпоративное. Пожалуйста, извините мой русский С уважением млепаров
Горнов Александр Олегович (14 марта 2015 г. 13:59)	Михаил Николаевич, спасибо !  Я тоже  думаю, что пока, но только пока, это корпоративный уровень . Но, это  уровень задающий потребности, скоро определит ( если уже не определил )  содержание подготовки в корпоративных вузах, а  затем  частных и государственных . К этому надо готовиться ... Думаю  надо будет, как минимум . порыскать в свободное время в  Интернете и обобщить....   С  уважением , А.О.
Головнин Алексей Алексеевич (22 марта 2015 г. 21:00)	Уважаемые Михаил Николаевич, Маркс Христофорович! Обстоятельства не позволили прочитать Ваш доклад внимательно сразу. Насколько мне стало понятным после прочтения, Вы взяли на себя работу по разъяснению нам даже не перспектив, а узаконенных в Российских государственных стандартах реалий в области конструкторского документирования, имеющего непосредственное отношение к нашей работе. Такое чувство, что видя наше положение издалека, Вы решили тянуть нас из болота. Замеченное Вами отсутствие „обеспечения процессов проектирования, производства и утилизации”, в ГОСТ Р 43.0.2-2006 наверное связано с его явным отношением только эксплуатации. В ГОСТах ЕСКД эти периоды жизненного цикла изделия есть. Рассмотрение в Вашем докладе САПР среднего класса подсказывает нам, что вопросы, которыми мы привыкли ограничивать себя, не выходят за рамки легкого САПРа, между тем, после перехода от предметного образования к компетентностному, нам нельзя забывать о межпредметной связи.  Нашел у Вас понятное «… чертеж не нужен» и «нет нужды составлять 2D модели (чертежи)», узаконенное в Российских государственных стандартах еще в 2006 году. Представляется, что Ваше утверждение 2: «Современное документирование ТО из самостоятельной деятельности превращается в неотделимую часть процесса проектирования» в Российских стандартах в было продекларировано еще в 1993 году: «Возможность информационного обеспечения поддержки жизненного цикла изделия». В 2013 году оно звучит в безапелляционном виде: «Информационная поддержка жизненного цикла изделия».  Спасибо Вам за мягкое напоминание о грядущих переменах. Небольшое замечание: ГОСТ 2.001 совсем недавно переработан. (ГОСТ 2.001-2013 ЕСКД. Общие положения. М., Стандартинформ, 2014), однако это никак не повлияло на восприятие Вашего доклада. С уважением Головнин А.А.
Лепаров Михаил Николаевич (22 марта 2015 г. 23:01)	Здравствуйте, Алексей Алексеевич! Всегда рад общаться с Вами. Мне нравиться Ваше прямое отношение к рассматриваемого вопроса. Спасибо большое за мнение и информации. Я не выразился бы так: "тянуть нас из болота". Никто никого не тянеть. Ето наше исследование, которые впервым раз публикуется. Мы ожидали отношение к сущность доклада, но к сожалению не получили. А сущность является не стандартов, не возможность не делание чертежи, а  утверждение, что в современных условиях (или в ближайшее время) чертежи не нужные со все возникающие последствия, в т.ч. для обучения "черчением". Предложены разные виды документирования, в сжаты формы, но они являются новыми возможности описания объекта. Для нас идеи доклада являются существенным для тематики конференции и непонятно почему отношение к этих идей- положительное или отрицательное,  от никого не присуствует. Пожалуйста, извините мой русский. С уважением млепаров
Головнин Алексей Алексеевич (22 марта 2015 г. 23:42)	Михаил Николаевич! Я и сам уже заметил, что в научном общении допустил образные выражения. Надеюсь, никто не воспринял их обидными для себя, но уж очень Ваш доклад выделяется из всех других представленных докладов. Хотя Вы и пишите, что Ваш доклад не о стандартах, при его чтении я все время сравнивал его содержание с содержанием Российских стандартов, тем более Вы их назвали в самом начале. Ведь стандарты ЕСКД с 2006 года содержат требования не только к чертежам, но и к электронным геометрическим моделям. А на нашей конференции эта область конструкторских технологий представлена очень слабо. (На память приходят два доклада «Некоторые проблемы исполнения стандартов ЕСКД в компьютерной графике», Токарев Владимир Адольфович, Токарев Владислав Владимирович, 2010) и («Использование модуля PMI в UGS NX», Власов Станислав Олегович, 2012). Прошло 5 лет и эта тема (3D документирования) как бы сошла на нет, как будто 3D документирование перестало существовать. Для меня тоже загадка, почему Ваш доклад остался «незамеченным», хотя менее радикальные доклады на тему "2D или 3D" вызвали оживленную дискуссию. С уважением обычно Ваш внимательный читатель Головнин А.А.
Лепаров Михаил Николаевич (22 марта 2015 г. 23:53)	Алексей Алексеевич! Конечно я не в обиде.   Тоже Ваш внимательный читатель млепаров
Шацилло Людмила Анатольевна (24 марта 2015 г. 2:36)	Уважаемый Михаил Николаевич! Безбумажные технологии, рассчитанные на станки с ЧПУ, действительно не требуют чертежа. Аннотирование 3D-модели технического объекта (ТО)  в  CAD-системах, может быть, еще не совсем привычно для нас, но именно так задумано и, действительно, нет необходимости создавать ассоциативные чертежи по электронным моделям. Но помнится, Владимир Адольфович даже писал, что руководство требует, чтобы чертежи были! Просто мы еще не отвыкли воспринимать ТО без чертежей. Правила  аннотирования аксонометрических изображений, регламентирует ГОСТ. А раз так, то привязка размеров  к базам отсчета на 3D-модели важна не только с точки зрения читаемости, но и с точки зрения создания проекционных изображений на чертеже. Просто при необходимости простановки размеров и других аннотаций, лежащих в плоскостях, отличных от текущей рабочей системы координат, необходимо ее переориентировать, или создать дополнительную. В модуле PMI в UGS NX, например, есть различные варианты расположения плоскостей задания рамеров и аннотаций.  Очень актуальную Вы подняли тему в контексте: 3D или 2D? Куда деваться, перейдем на другое восприятие информации о ТО. Переключимся и справимся с Божьей помощью! Шацилло Л.А.
Лепаров Михаил Николаевич (24 марта 2015 г. 13:57)	Уважаемая Людмила Анатольевна! Ожидал и оцениваю Ваше мнение. Спасибо.   млепаров
Варушкин Владимир Петрович (24 марта 2015 г. 21:42)	Здравствуйте уважаемые Михаил Николаевич и Маркс Христофорович! Указанная проблема 3D документирования и использования, общая. Понятна устоявшаяся дефиниция системы «человек↔информация», которую, в данном случае, можно и расширить «человек↔информация↔производство». Стандарт системы ИОТОД ноон-технологии базируется на принципе 2D построения и восприятия в 3D модели. Но и существует сквозная 3D технологии в КОМПАС-СТ3D (см. ссылку: http://support.ascon.ru/news/): CAD, CAE, CAM, CAPP, MDM, PDM и PLM-управления данными изделия на всех стадиях жизненного цикла. Как вы верно подметили, в 3D моделирование находится в начальном этапе разработки. Этот вопрос модернизируется разработчиками САПР, о чем говорят новые версии программ: КОМПАС-3D, AutoCAD, SolidWorks, Siеmens, Rhino и других. В том числе появлением новых приложений, плагинов под конкретные задачи в программные продукты. Решается 3D документирование технической системы программной средой и компетенцией операторов (пользователей). Вами дано сравнение 2D и 3D графического документирования с возможностью систематизации размерностей модели. Тем не менее, изготовление ассоциативных чертежей в 2D необходимо в конкретном производственном случае. Кроме этого, технология СТ3D программного обеспечения КОМПАС-3D выстроена в порядке: конструкторское проектирование, расчеты, разработка конструкторской документации, утверждение документов и данных специалистом, руководителем, н. контролем, т. контролем, метрологом, гл. специалистом электронной и собственноручной подписью на бумажном носителе. Далее следует переход к обмену данными с внешними системами ERP/MES – исследования, проектирования, подготовка производства, изготовление, сопровождение в эксплуатации, утилизации, ликвидации. Разработаны варианты данных ERP/MES – по расписанию выгрузки информационных объектов, удовлетворяющих определенным условиям операторам объектов. Внесенные изменения в справочники конструктора MDM регистрируются в архиве, архивно хранятся, выдаются по абонентскому учету с автоматическим оповещением. Автоматизирована проверка комплектности, атрибутов и др. Моделируется коллективная работа в PDM. Информационная безопасность сертифицирована для программных продуктов КОМПАС-3D, ВЕРТИКАЛЬ, ГЕММА-3D. ЛОЦМАН: PLM обеспечивает – контроль доступа к защищаемым информационным объектам в соответствии с матрицей доступа, регистрацией входа (выхода) субъектов, доступа в систему (из системы), регистрацией запросов на доступ к защищаемым информационным объектам. С уважением, В. Варушкин
Лепаров Михаил Николаевич (25 марта 2015 г. 1:47)	Здравствуйте, Владимир Петрович! Мы понимаем, что Вы имеете в виду, но мы думаем, что  до "революционных" перемен только вопрос времени и оно- на горизонте. С уважением млепаров, мпопов