Ma pratique d'ingénierie m'a fait travailler avec des produits CAO très différents (ProE, UG, SolidW, Revit, Advance Steel, AutoCAD, MachCAD, SCAD). J'utilise certains outils tout le temps, d'autres de temps en temps, si on me demande d'effectuer une vérification ou une analyse. Connaître l'outil de conception, c'est avant tout comprendre le langage logique du programme, et si vous possédez plusieurs programmes, étudier le reste n'est pas difficile, car en fait seules les icônes et leur emplacement changent. Plus vous connaissez de programmes, plus vous pouvez résoudre de tâches spécifiques. La pratique de dix ans d'utilisation de la CAO m'a permis de me faire une idée de leur développement et je voulais vraiment partager cela.
Les systèmes de CAO peuvent être divisés en 3 niveaux selon leur logique interne et leur fonctionnalité:
- Systèmes de bas niveau avec un modèle mathématique fermé de constructions. Ce sont des machines à dessiner. Leur logique est très simple - vous prenez, en fait, un crayon et dessinez non seulement sur du papier, mais dans un espace vectoriel. Toute la logique de la construction vient uniquement de vos considérations. Pour travailler dans ces programmes, vous devez déjà décider de la taille des objets, de leurs caractéristiques et de leur géométrie. C'est-à-dire tout dessin est réduit à plusieurs itérations (ajustements) du dessin à l'image voulue. Bien sûr, tout cela conduit à un grand nombre d'erreurs. Cependant, l'utilisation de divers modèles intelligents pour des tâches typiques (agencement de pièce, structures métalliques) simplifie considérablement cette méthode de dessin.
Par exemple, pour la conformité avec GOST et SNiP, le modèle SPDS est bien adapté. Ces systèmes de conception (AutoCAD, Compass, Sketchup, etc.) sont plus adaptés à la construction de dessins, où la plupart des normes et règles ont déjà été écrites et, en fait, tout l'espace de conception tourne autour de nœuds, connexions, sections, etc. déjà inventés. Tout cela a donné lieu à une nouvelle approche de la conception - il s'agit de la technologie BIM, elle doit être déplacée, car sa logique est très différente des autres systèmes de conception. Un peu plus tard à son sujet.
- Systèmes de niveau intermédiaire (le plus célèbre est SolidWorks, bien que ces dernières années, il ait pratiquement atteint les systèmes de haut niveau, ainsi que Invertor et autres.). Ils ont un modèle mathématique ouvert (arbre de modèle). C'est-à-dire à n'importe quelle étape du dessin, vous pouvez suivre les étapes précédentes de la construction. Ces systèmes avec leur logique sont fondamentalement différents des systèmes de niveau inférieur. Ici, vous travaillez, pour ainsi dire, avec des solides. C'est-à-dire les mathématiques du modèle intègrent l'intégrité de la géométrie des objets de construction et toute intersection ou non-respect de la "dureté" est impossible. D'où le terme de "modélisation solide". En fait, en travaillant dans ces programmes, l'ingénieur gère les copies électroniques de ces modèles, ce qui vous permet d'appliquer une logique d'assemblage à la conception. Comme cela se produira en production, cela devrait être implémenté dans le modèle. Cela supprime un grand nombre de problèmes et réduit le nombre d'erreurs de conception. Cependant, l'ingénieur lui-même dans ce cas nécessite un large éventail de connaissances dans le domaine des exigences pour l'objet de conception. Ces systèmes ont franchi une étape importante vers la réduction de la complexité du travail de conception par rapport aux systèmes du premier niveau, mais n'ont pas résolu le problème de l'optimisation des produits par paramètres, cela a été fait par des systèmes de haut niveau.
- Systèmes de haut niveau avec un modèle mathématique ouvert de constructions avec la possibilité d'une analyse de bout en bout du modèle selon des critères établis (résistance, fabricabilité, contraintes géométriques, etc.). Les capacités complètes de ces systèmes ne sont utilisées que par des utilisateurs très avancés et, en règle générale, uniquement dans des industries soumises à des restrictions élevées et à des tâches complexes (aviation, espace, nucléaire, etc.). C'est-à-dire ces systèmes sont à la pointe des systèmes de conception, ils sont les plus avancés et les plus complexes. Leur complexité réside dans le fait que lors de la modélisation du programme vous «force» à déterminer clairement la relation des objets géométriques. C'est-à-dire Avant de réaliser ce qui a été conçu dans un modèle 3D, vous devez au moins représenter approximativement la nature élément par élément du produit. Chaque modèle est caractérisé par au moins trois dimensions de définition de la reliure (plan d'esquisse, profondeur d'esquisse et taille de l'esquisse elle-même), chaque positionnement (assemblage) - au moins trois surfaces ou générateurs connectés. Pour un produit de 10 unités d'assemblage, le nombre minimum de relations de définition est de 90 (10x3x3). En pratique, il y en a toujours plus. À cet égard, pour que tout s'assemble correctement, il est très important de construire correctement les connexions d'objets en tenant compte d'un grand nombre de paramètres (résistance, fonctionnement, collectabilité, fabricabilité). Tout cela vous fait réfléchir et réfléchir sérieusement, mais un modèle bien construit est capable d'adaptation - il est facile de le changer en fonction de l'émergence de nouvelles exigences ou limitations. Ce sont ces systèmes, soumis à une modélisation correcte, qui permettent d'optimiser au maximum le produit en fonction d'un grand nombre de paramètres. Trois types de systèmes logiciels appartiennent à ce type de produit: Unigraphics (NX), ProEngineer, Catia. La logique de ces trois systèmes est très similaire, donc choisir celui à utiliser se résume généralement à une convenance personnelle.
Et enfin, les systèmes BIM. Il s'agit d'une approche fondamentalement différente de la conception. En fait, les systèmes BIM sont des bibliothèques structurées de solutions possibles liées aux objets de conception. C'est-à-dire chaque objet de conception possède un certain ensemble de paramètres et de caractéristiques qui y sont déjà intégrés et l'utilisateur ne peut sélectionner ces paramètres que dans les bibliothèques proposées en fonction de l'objectif de l'élément ou des exigences du client. Ces systèmes comprennent Revit, Advance Steel, Tekla Structures. Ces systèmes simplifient grandement la vie et réduisent quelque peu les exigences de qualification d'un ingénieur, car ils impliquent déjà eux-mêmes la solution de problèmes de conception. En fait, le travail dans ces programmes se résume à la détermination correcte des paramètres de conception à partir des bibliothèques proposées. Ces systèmes sont pratiques pour les projets de construction, car le volume des bibliothèques de solutions de construction n'est pas important. Ce qui manque à ces systèmes, c'est une analyse normale des exigences de résistance et de stabilité. Il est toujours pratique d'utiliser d'autres produits logiciels (Lira, SCAD) pour analyser les décisions de conception.
C'est le présent des systèmes de conception, mais qu'est-ce qui nous attend dans le futur? L'objectif principal des systèmes de CAO est de réduire le temps de conception. À cet égard, tous les systèmes modernes dépassent des centaines de fois le Kuhlmann et la règle à calcul. Pour cela, trois outils principaux sont utilisés:
- Création de bibliothèques de décisions dans le cadre de restrictions, normes et règles de conception.
- Création de modèles adaptatifs de bout en bout capables d'adaptation.
- Création d'environnements de design communicatifs (Windchill ou Teamcenter, etc.).
Tout cela a permis de minimiser le temps de conception et de mise à niveau des produits.
Cependant, ces systèmes sont bons s'ils sont appliqués dans l'entreprise ayant sa propre "école", c'est-à-dire avec sa base de solutions, ses exigences en matière de géométrie, de technologie et d'autres limitations. Si vous décidez de créer quelque chose de fondamentalement nouveau dans le système existant de conception et de production, vous rencontrerez d'énormes difficultés, vous devrez changer d '«école», et c'est très difficile. C'est-à-dire il faut bien comprendre que ce sont les limites de la conception qui créent la possibilité d'élaborer des principes et des recommandations durables pour la conception. Ce qui à son tour limite le champ des solutions possibles. Sinon, le système est réduit à un degré élevé d'incertitude, ce que l'esprit humain ne peut tout simplement pas résoudre, mais c'est en lui que la solution technique la plus efficace peut être trouvée.
En fait, l'esprit humain a maintenant atteint la limite d'application en tant que principal générateur de la pensée du projet. Cela s'est produit parce que notre réflexion est limitée par le nombre de décisions logiques que nous sommes capables d'analyser. En moyenne, une personne est capable de calculer les conséquences des décisions en trois étapes, puis les décisions avec un haut degré d'incertitude se trouvent.
Pour étendre ces limites, autorisez les modèles mathématiques à créer de longues connexions logicielles. C'est-à-dire la conception transformée en programmation, seuls les paramètres physiques de l'environnement, l'objet de conception lui-même et ses exigences opérationnelles sont utilisés à la place du code. Cela vous permet d'effectuer un grand nombre d'itérations à la recherche de la solution optimale. Cependant, cette approche s'est épuisée de la même manière que les modèles mathématiques sont toujours basés sur les idées générales d'une personne sur la façon dont cela devrait être vrai.
Ainsi, toutes les décisions de conception sont limitées par les idées des ingénieurs sur ce qu'elles devraient être, et pas aussi optimales que possible dans les conditions données. C'est-à-dire les décisions de conception sont limitées par la technologie et la pensée inerte des participants à la conception. L'avènement de l'impression 3D a considérablement élargi les frontières de la technologie et a permis de créer des produits uniques. Dès que la restriction de la forme technologique de la pièce a été levée, des systèmes de recherche de formes optimales en fonction de la charge ou d'autres paramètres sont apparus. Cependant, la forme et le matériau ne sont pas encore une solution complète au problème de conception, mais seulement une optimisation locale.
Alors, où devraient aller les systèmes de conception? Étant donné que le principal client des travaux de conception complexes est les grandes entreprises et que les grandes entreprises cherchent à réduire les coûts, alors, bien sûr, l'ordre principal pour les développeurs est le suivant:
- Intégration profonde de la conception et de la production (pour réduire les erreurs de conception concernant les solutions technologiques).
- Conception d'équipements en lien avec la conception de produits. En fait, tout se résume au fait que de nouvelles solutions optimales de haute qualité ne sont possibles que si leur technologie de production change. C'est-à-dire En parallèle, deux processus de conception doivent être conduits, la machine-outil et le produit lui-même.
- L'utilisation de l'IA pour aller au-delà de "l'école" du design. C'est-à-dire Les systèmes d'IA doivent être utilisés pour:
- dans un premier temps - l'allocation des solutions de conception de modèles et leur optimisation dans le cadre des solutions existantes dans l'entreprise.
- sortir des solutions de modèles pour combiner des modèles.
- La transition de la combinaison de modèles à la création de nouveaux modèles de conception flexibles.
En fait, la conception perdra finalement son visage humain en termes de tâches d'ingénierie et commencera à ressembler davantage à de la programmation, c'est-à-dire les modèles physiques et à semi-conducteurs disparaîtront complètement, et un complexe mathématique de solutions sera créé immédiatement dans le cadre de l'environnement de conception mathématique. La tâche humaine sera réduite à la compilation des tâches techniques les plus complètes et informatives, le reste du logiciel doit être fait par lui-même.
Cela semble peut-être utopique. Mais déjà maintenant, je devais utiliser des éléments de cet avenir pas lointain. Par exemple, j'ai eu la tâche, dans le cadre des limitations technologiques, de créer un modèle d'aile composite. J'ai créé un modèle mathématique dans MachCAD, un modèle paramétré dans ProE, lié ces fichiers directement et via des macros, et j'ai obtenu des dessins qui fonctionnaient dans une certaine plage de valeurs géométriques. Ainsi, ce modèle pour les autres utilisateurs est une boîte noire.
L'utilisateur pouvait simplement choisir le type de profil, la portée, les exigences de mécanisation et, en sortie, recevoir les dessins de l'aile. En même temps, j'étais moi-même plus programmeur qu'ingénieur. Si nous avions inclus des technologies avancées et des systèmes d'optimisation dans ce schéma, nous aurions obtenu le produit du futur, mais, bien sûr, ce n'est pas une tâche facile.
Le développement de la CAO devrait viser à éliminer le facteur d'erreur humaine des systèmes de conception. Bien sûr, l'IA fera face à la tâche de conception plus efficacement. Mais cette évolution présente un grand nombre de contradictions éthiques à économiques. Imaginez si l'ensemble du bureau d'études Tupolev ou Sukhoi peut être remplacé par un groupe de programmeurs et d'ingénieurs analystes - perte d'emploi, "si tout se brise", "puis une explosion nucléaire, et nous obtenons les poches du sous-sol ...". Ces contradictions sont de nature systémique et pratiquement insolubles. Je pense que nous ne verrons pas bientôt de véritables nouveaux systèmes de conception. Les versions de tous les programmes mentionnés ci-dessus contiennent de moins en moins de modifications qualitatives et davantage sont réduites à la facilité d'utilisation et à la modernisation des modèles existants.
Et enfin, je voudrais noter un problème très complexe et évident de l'école de design russe - elle n'a toujours pas son propre progiciel de haut niveau. L'Europe a NX et Catia aux États-Unis - ProE n'est pas seulement des produits logiciels, c'est l'incarnation d'une école de conception et d'idées sur le processus d'automatisation de la conception. Et, bien sûr, des développeurs russes, j'aimerais obtenir un système qui aura immédiatement une longueur d'avance sur ce que nous obtenons et rattrapons habituellement.