Minha prática de engenharia me fez trabalhar com produtos CAD muito diferentes (ProE, UG, SolidW, Revit, Advance steel, AutoCAD, MachCAD, SCAD). Uso algumas ferramentas o tempo todo, outras de tempos em tempos, se for solicitado a realizar uma verificação ou análise. Conhecer a ferramenta de design é principalmente uma compreensão da linguagem lógica do programa e, se você possui vários programas, estudar o restante não é difícil, pois, na verdade, apenas os ícones e sua localização são alterados. Quanto mais programas você souber, mais tarefas específicas você poderá resolver. A prática de dez anos de uso do CAD me permitiu ter uma idéia do desenvolvimento deles, e eu realmente queria compartilhar isso.
Os sistemas CAD podem ser divididos em 3 níveis, de acordo com sua lógica e funcionalidade internas:
- Sistemas de baixo nível com um modelo matemático fechado de construções. Estas são máquinas de desenho. A lógica deles é muito simples - você pega, de fato, um lápis e desenha não apenas no papel, mas no espaço vetorial. Toda a lógica da construção vem apenas de suas considerações. Para trabalhar nesses programas, você já deve decidir sobre o tamanho dos objetos, suas características e geometria. I.e. todo o desenho é reduzido a várias iterações (ajustes) do desenho na imagem pretendida. Obviamente, tudo isso leva a um grande número de erros. No entanto, o uso de vários modelos inteligentes para tarefas típicas (layout da sala, estruturas metálicas) simplifica bastante esse método de desenho.
Por exemplo, para conformidade com GOST e SNiP, o modelo SPDS é adequado. Esses sistemas de design (AutoCAD, Bússola, Sketchup etc.) são mais adequados para a construção de desenhos, onde a maioria das regras e regulamentos já foram escritos e, de fato, todo o espaço de design gira em torno de nós, conexões, seções, etc. já inventados. Tudo isso deu origem a uma nova abordagem para o design - essa é a tecnologia BIM, que deve ser movida além do escopo, pois sua lógica é muito diferente de outros sistemas de design. Sobre ela um pouco mais tarde.
- Sistemas de nível médio (o mais famoso é o SolidWorks, embora nos últimos anos tenha praticamente alcançado sistemas de alto nível, além do Invertor e outros.). Eles têm um modelo matemático aberto (árvore de modelos). I.e. em qualquer estágio do desenho, você pode acompanhar as etapas anteriores da construção. Esses sistemas com sua lógica são fundamentalmente diferentes dos sistemas de nível inferior. Aqui você trabalha, por assim dizer, com sólidos. I.e. a matemática do modelo incorpora a integridade da geometria dos objetos de construção e qualquer interseção ou não conformidade com "dureza" é impossível. Daí o termo "modelagem sólida". De fato, trabalhando nesses programas, o engenheiro lida com cópias eletrônicas desses modelos, o que permite aplicar a lógica de montagem ao projeto. Como isso acontecerá na produção, deve ser implementado no modelo. Isso remove um grande número de problemas e reduz o número de erros de design. No entanto, o próprio engenheiro nesse caso requer uma ampla gama de conhecimentos no campo de requisitos para o objeto de design. Esses sistemas deram um passo significativo no sentido de reduzir a complexidade do trabalho de design em comparação com os sistemas de primeiro nível, mas não resolveram o problema de otimizar produtos por parâmetros, isso foi feito pelos sistemas de nível superior.
- Sistemas de nível superior com um modelo matemático aberto de construções, com a possibilidade de uma análise completa do modelo de acordo com os critérios estabelecidos (resistência, capacidade de fabricação, restrições geométricas, etc.). Os recursos completos desses sistemas são utilizados apenas por usuários muito avançados e, em regra, apenas em indústrias com altas restrições e tarefas complexas (aviação, espaço, nuclear, etc.). I.e. esses sistemas são a vanguarda dos sistemas de design, são os mais avançados e complexos. A complexidade deles reside no fato de que, ao modelar o programa, o "força" a determinar claramente a relação dos objetos geométricos. I.e. Antes de perceber o que foi concebido em um modelo 3D, você deve representar pelo menos aproximadamente o caráter elemento a elemento do produto. Cada modelo é caracterizado por pelo menos três dimensões definidoras da encadernação (plano do rascunho, profundidade do rascunho e o tamanho do rascunho), cada posicionamento (montagem) - pelo menos três superfícies ou geradores conectados. Para um produto de 10 unidades de montagem, o número mínimo de relacionamentos de definição é 90 (10x3x3). Na prática, sempre há mais. Nesse sentido, para que tudo seja montado corretamente, é muito importante construir corretamente as conexões dos objetos, levando em consideração um grande número de parâmetros (resistência, operação, coleta, manufatura). Tudo isso faz você pensar e pensar muito, mas um modelo bem construído é capaz de adaptação - é fácil alterá-lo, dependendo do surgimento de novos requisitos ou limitações. São esses sistemas, sujeitos à modelagem correta, que possibilitam otimizar o produto o máximo possível, de acordo com um grande número de parâmetros. Três tipos de sistemas de software pertencem a esse tipo de produto: Unigraphics (NX), ProEngineer, Catia. A lógica desses três sistemas é muito semelhante; portanto, a escolha de qual usar geralmente se resume à conveniência pessoal.
E, finalmente, sistemas BIM. Essa é uma abordagem fundamentalmente diferente para o design. De fato, os sistemas BIM são bibliotecas estruturadas de possíveis soluções ligadas a objetos de design. I.e. cada objeto de design possui um determinado conjunto de parâmetros e características já incorporados e o usuário pode selecionar esses parâmetros apenas nas bibliotecas propostas, dependendo da finalidade do elemento ou dos requisitos do cliente. Esses sistemas incluem Revit, Advance steel, estruturas Tekla. Esses sistemas simplificam bastante a vida útil e reduzem um pouco os requisitos para a qualificação de um engenheiro, uma vez que eles próprios já implicam a solução de problemas de projeto. De fato, o trabalho nesses programas se resume à determinação correta dos parâmetros de design das bibliotecas propostas. Esses sistemas são convenientes para projetos de construção, uma vez que o volume de bibliotecas de soluções de construção não é grande. O que falta a esses sistemas é uma análise normal dos requisitos de resistência e estabilidade. Ainda é conveniente usar outros produtos de software (Lira, SCAD) para analisar as decisões de design.
Este é o presente dos sistemas de design, mas o que nos espera no futuro? O principal objetivo dos sistemas CAD é reduzir o tempo de design. Nesse sentido, todos os sistemas modernos superam o Kuhlmann e a régua de cálculo centenas de vezes. Três ferramentas principais são usadas para isso:
- Criação de bibliotecas de decisão no âmbito de restrições, normas e regras de design.
- Criação de modelos adaptáveis de ponta a ponta capazes de adaptação.
- Criação de ambientes de design comunicativo (Windchill ou Teamcenter, etc.).
Tudo isso permitiu minimizar o tempo de criação e atualização de produtos.
No entanto, esses sistemas são bons se forem aplicados na empresa com sua própria "escola", ou seja, com sua base de soluções, requisitos de geometria, tecnologia e outras limitações. Se você decidir criar algo fundamentalmente novo dentro do sistema existente de design e produção, encontrará enormes dificuldades, terá que mudar a “escola”, e isso é muito difícil. I.e. deve ser claramente entendido que são as limitações no design que criam a possibilidade de desenvolver princípios e recomendações sustentáveis para o design. O que, por sua vez, limita o campo de possíveis soluções. Caso contrário, o sistema é reduzido a um alto grau de incerteza, que a mente humana simplesmente não pode resolver, mas é nele que a solução técnica mais eficaz pode ser encontrada.
De fato, agora a mente humana atingiu o limite de aplicação como o principal gerador do pensamento do projeto. Isso aconteceu porque nosso pensamento é limitado pelo número de decisões lógicas que somos capazes de analisar. Em média, uma pessoa é capaz de calcular as conseqüências das decisões em três etapas, depois as decisões com um alto grau de incerteza.
Expandir esses limites permite que modelos matemáticos construam longas conexões de software. I.e. design transformado em programação, apenas parâmetros físicos do ambiente, o próprio objeto de design e seus requisitos operacionais são usados em vez de código. Isso permite realizar um grande número de iterações em busca da solução ideal. No entanto, essa abordagem se esgotou da mesma maneira que os modelos matemáticos ainda se baseiam nas idéias gerais de uma pessoa sobre como isso deve ser verdade.
Portanto, todas as decisões de projeto são limitadas pelas idéias dos engenheiros sobre o que devem ser e não são o mais otimizadas possível sob as condições especificadas. I.e. as decisões de projeto são limitadas pela tecnologia e pensamento inerte dos participantes do projeto. O advento da impressão 3D expandiu drasticamente os limites da tecnologia e proporcionou a oportunidade de criar produtos exclusivos. Assim que a restrição na forma tecnológica da peça foi suspensa, surgiram sistemas para encontrar formas ideais por carga ou outros parâmetros. No entanto, a forma e o material ainda não são uma solução abrangente para o problema de design, mas apenas a otimização local.
Então, onde mais os sistemas de design devem se esforçar? Como o principal cliente do trabalho de design complexo são as grandes empresas, e as grandes empresas buscam reduzir custos, então, é claro, a principal ordem dos desenvolvedores é a seguinte:
- Integração profunda de design e produção (para reduzir erros de design em soluções tecnológicas).
- Projetar equipamentos em conjunto com o design do produto. De fato, tudo se resume ao fato de que novas soluções ótimas de alta qualidade só são possíveis se a tecnologia de produção mudar. I.e. Paralelamente, dois processos de projeto devem ser conduzidos, a máquina-ferramenta e o próprio produto.
- O uso da IA para ir além da "escola" do design. I.e. Os sistemas de IA devem ser usados para:
- na primeira etapa - a alocação de soluções de design de modelo e sua otimização dentro da estrutura das soluções existentes na empresa.
- saída das soluções de modelos para a combinação de modelos.
- A transição da combinação de modelos para a criação de novos modelos de design flexíveis.
De fato, o design acabará perdendo sua face humana em termos de tarefas de engenharia e começará a parecer mais com programação, ou seja, modelos físicos e de estado sólido desaparecerão completamente, e um complexo matemático de soluções será criado imediatamente dentro da estrutura do ambiente de design matemático. A tarefa manual será reduzida à compilação das tarefas técnicas mais completas e informativas; o restante do software deve ser feito por si só.
Talvez isso pareça utópico. Mas já agora eu tinha que usar elementos desse futuro não distante. Por exemplo, eu tive a tarefa, dentro da estrutura de limitações tecnológicas, de criar um modelo de uma asa composta. Fiz um modelo matemático no MachCAD, um modelo parametrizado no ProE, vinculei esses arquivos diretamente e através de macros, e consegui desenhos que funcionavam em uma certa faixa de valores geométricos. Portanto, esse modelo para outros usuários é uma caixa preta.
O usuário pode simplesmente escolher o tipo de perfil, escopo, requisitos de mecanização e, na saída, os desenhos recebidos da asa. Ao mesmo tempo, eu próprio era mais um programador do que um engenheiro. Se incluíssemos sistemas avançados de tecnologia e otimização nesse esquema, teríamos o produto do futuro, mas, é claro, essa não é uma tarefa fácil.
O desenvolvimento do CAD deve ter como objetivo eliminar o fator de erro humano dos sistemas de design. Obviamente, a IA lidará com a tarefa de design com mais eficiência. Mas esse desenvolvimento tem um grande número de contradições, de éticas a econômicas. Imagine se todo o departamento de design de Tupolev ou Sukhoi puder ser substituído por um grupo de programadores e engenheiros analistas - perda de empregos, "se tudo der errado", "e então uma explosão nuclear, e conseguirmos os bolsos do porão ...". Essas contradições são de natureza sistêmica e praticamente insolúveis. Acho que não veremos em breve sistemas de design verdadeiramente novos. Os lançamentos de todos os programas mencionados acima contêm menos e menos alterações qualitativas e mais são reduzidos à facilidade de uso e modernização dos modelos existentes.
E, finalmente, gostaria de observar um problema muito complexo e óbvio da escola de design russa - ela ainda não possui seu próprio pacote de software de nível superior. A Europa possui NX e Catia nos EUA - o ProE não é apenas um software, é a personificação de uma escola de design e idéias sobre o processo de automação de design. E, é claro, dos desenvolvedores russos, eu gostaria de obter um sistema que esteja imediatamente um passo à frente do que normalmente conseguimos e alcançamos.