Новый уровень в дизайне и эстетике разрабатываемых изделий ОАО «ИЖ-АВТО»

Добиваясь высоких результатов в разработке сложной техники, мы часто не заботимся о внешнем виде изделий, оставляя его на втором плане. Сегодня, когда на рынке предлагается много качественных зарубежных товаров, вопрос о внешнем виде изделия, его эргономике как никогда актуален, так как эти свойства товара напрямую определяют его потребительский спрос.

Придать разрабатываемым изделиям привлекательный с точки зрения эстетики вид не просто. Однако есть инструмент, позволяющий дизайнерам, специалистам по стайлингу, эффективно и на высоком эстетическом уровне решать эту проблему. Речь идет о программном комплексе ICEM Surf – совершенном инструменте для моделирования сложных поверхностей. Признанный лидер в мире промышленного дизайна, ICEM Surf позволяет в максимально короткие сроки создавать продукты высочайшего класса и конкурентоспособности, чего зачастую так не хватает отечественным производителям товаров народного потребления.

Одним из первых российских предприятий, принявших на вооружение этот мощный инструмент стало ОАО «ИЖ-АВТО». Как в своё время Япония, взяв самые передовые технологии, вышла в мировые лидеры, сегодня «ИЖ-АВТО» намерен взять от автоматизации всё, на что она способна. Уже через год планируется выход в свет новой модернизированной модели автомобиля ИЖ 2126 «Ода», элементы внешнего вида которой вам предоставляется возможность оценить уже сейчас (рис. 1).

Мощный в работе и легкий в применении инструмент

Бесспорно, наличие сноровки и опыта работы в виртуальной среде - весомое подспорье на пути освоения любой системы. Однако, что касается виртуального стайлинга в ICEM Surf, то «лепить» модели с его помощью не сложнее, чем из пластилина. 

Но за изящной лёгкостью применения мощного инструмента стоит сложнейший математический аппарат, обеспечивающий высокое качество проектирования в рекордно короткие сроки. Так, например, оперирование кривыми и поверхностями на уровне 16-ого порядка в чистом Bezier-представлении в ICEM Surf является обычным делом. Разумеется, уровень мастерства, раскрывающий весь потенциал системы, достигается не сразу. По мере накопления профессиональных навыков и знаний постигаются преимущества исключительных технологий, заложенных в ICEM Surf. Так фичерная технология позволяет выполнять моделирование в наиболее простых для дизайнера условиях, оперируя несложно управляемыми элементами. К примеру, вместо сложнейших построений на криволинейной поверхности все действия сначала выполняются на плоскости, а затем эта геометрия автоматическими средствами «перекладывается» на криволинейную поверхность (рис. 2).

Наличие ассоциативной топологической шины (Associative Topology Bus - ATB) со всеми программными продуктами фирмы PTC (Parametric Technology Corporation), в частности с системой сквозного параллельного проектирования и подготовки производства Pro/ENGINEER, позволяет объединить работу дизайнеров, инженеров и технологов в единую систему, где исключаются многократные операции импорта/экспорта моделей. Иначе говоря, действия специалистов разных служб и отделов выполняются над одним объектом. Так при изменении дизайнером внешнего вида изделия, технологу, находящемуся в ассоциативной связи с ICEM Surf, не придётся вновь импортировать откорректированную геометрию, а затем снова разрабатывать процесс обработки. Достаточно будет выполнить операцию проверки состояния ATB-объектов на наличие в них каких-либо изменений – всё остальное Pro/ENGINEER выполнит сам! В разрабатываемых с применением ICEM Surf изделиях дизайнерские идеи всегда будут гармонично сочетаться с их промышленной функциональностью.

Сегодня в области стайлинга применяются две основные технологии: реверс-инжиниринг (reverse engineering) и свободное дизайн-моделирование (free-form modeling). Технология реверс-инжиниринга («обратное» проектирование) базируется на виртуальном моделировании, либо редактировании CAS/CAD моделей на основе физического прототипа. Эта технология, позволяя заимствовать чужие дизайнерские идеи, помогла добиться успеха не одному предприятию Юго-Восточной Азии.

Свободное дизайн моделирование — самая прогрессивная и перспективная технология воплощения дизайнерских идей непосредственно в среде 3D моделирования. При такой технологии исключается необходимость в традиционном физическом макетировании, и все поиски стилевого решения протекают в виртуальном окружении. Особенностью этой технологии является то, что дизайнер должен обладать высокой квалификацией в области компьютерного стайлинга.

Стайлинг в ICEM Surf может начинаться с эскиза, наброска или чертежа, отражающего концепцию будущей формы. В качестве же вспомогательной, ограничивающей геометрии используются 3D модели элементов несущих конструкций или агрегатов, разработанные в системах CAD конструкторского или компоновочного назначения, например, в Pro/ENGINEER или Pro/DESKTOP. Обычно, первые шаги к автоматизации дизайна не начинаются сразу со свободного дизайн-моделирования. Как показывает практика, в подавляющем большинстве случаев освоение высоких технологий стайлинга плавно переходит от реверс-инжиниринга к свободному дизайн-моделированию. Эффективность работ в области стайлинга определяется сбалансированным сочетанием сильных сторон обеих технологий.

ICEM Surf и реверс-инжиниринг. Диагностика качества поверхностей

Когда дизайнерами-стилистами на макетах будущего изделия «нащупана» идея зарождающегося стиля, перед разработчиками становится задача перехода от пластилиновой модели к модели математической. И недостаточно просто перейти к точной математической копии - необходимо получить модель уровнем качества выше – с идеально гладкими и отточенными формами, равномерными по плавности и кривизне (это называется достичь эстетики класса А). Такая задача как нельзя более успешно выполнима в ICEM Surf. Обладая полнотой вариативности, динамичности и функциональности, ICEM Surf позволяет достигать идеальной, математически точной гладкости поверхности.

В качестве «точки опоры» используются оцифрованные данные, снятые с макета координатно-измерительной машиной (рис. 3). Инструментарий обмера не имеет принципиального значения, поскольку уже сам макет несёт в себе широкий набор дефектов поверхности, которые на первый взгляд могут быть и незаметны. Задача виртуального стайлинга на стадии реверс-инжиниринга заключается в том, чтобы выявить все эти дефекты, а главное – исправить. Не секрет, что далеко не в каждом даже достаточно мощном пакете CAD имеется приемлемый набор средств диагностики «внешности» и качества форм. В ICEM Surf заложен уровень диагностики, с которым трудно тягаться другим системам CAD. Разумеется, в других системах есть похожие возможности, но такой легкости и удобства в использовании, широкой функциональности, как в ICEM Surf в них просто не найти. А вот чего заведомо нет ни в одной системе, так это такой высокой динамики представления реалистичных изображений. Вы можете потянуть мышкой за точку поверхности модели, выполняя необходимые изменения, и сразу же (без единого намека на подтормаживание даже на персональном компьютере) наблюдать точные результаты трансформации с безупречным фотореалистичным качеством (рис. 4).

В процессе работы модель помещается в настраиваемую пользователем рабочую комнату (environment) с управляемыми источниками света (точечными, рассеянными или направленными). Можно модифицировать поверхность, и контролируя отражения в ее зеркальной поверхности, добиваться ее совершенного качества. Для более адекватного представления характера геометрии применяется такой вид диагностики как щелевые источники света, которые дают полную картину распределения линий отражения и бликов по всей поверхности модели. Рисунок 5, на котором представлено то, что было снято с макета и то, что пойдёт после оптимизации в ICEM Surf на обработку станком с ЧПУ, красноречиво демонстрирует оправданность затрачиваемых на обработку оцифрованной поверхности усилий. 

Диагностика, бесспорно являющаяся критерием оценки качества, представляет интерес лишь в тандеме с мощным аппаратом моделирования, позволяющим добиваться того самого идеального качества, которое и необходимо контролировать такими совершеннейшими средствами диагностики. Следует отметить, что ICEM Surf одинаково корректно оперирует как Bezier-представлением в чистом виде, так и NURBS. Использование NURBS характеризуется лоскутной структурой поверхности, управление которой затрудняется экстремально высоким количеством сегментов и контрольных точек. Потери в плавности при свободном трансформировании, отсутствие надёжных механизмов сглаживания, сложности в управлении данными — всё это и ограничивает использование NURBS-представления в свободном дизайн-моделировании эстетических форм. Поэтому базой для стайлинга, конечно же, служит Bezier-представление, так как гладкость и строгость форм – это привилегия в первую очередь обширных (односегментных) поверхностей.

Одним из основополагающих признаков эстетики класса А является, так называемая тенденция формы — когда поверхности, перетекая одна в другую, стыкуются между собой не просто по касательности (класс Б), а сохраняют непрерывность по кривизне (класс А), передавая тенденцию течения кривизны (рис. 6). Говоря математическим языком — это сопряжения с непрерывностью по второй производной. Обычные системы CAD на такое не способны, и их возможности ограничиваются лишь выравниванием по касательности первой производной. И еще один немаловажный факт: необходимым минимальным условием двусторонней непрерывности по второй производной является 6-ой порядок кривой, и чем порядок выше, тем более эстетичной получается проектируемая форма. А, как известно, в среде стайлинга (CAS/CAD) выше 7-го порядка на сегодняшний день кроме ICEM Surf никакая другая система не оперирует. Проблему же повышения порядка такого плана пакеты решают сегментированием – переводом в NURBS (более сложная форма делится на несколько менее сложных), что недопустимо для реально эффективного стайлинга. Таким образом, использование любого другого продукта заведомо ограничивает свободу дизайн-моделирования. Приходится выбирать - либо работать в границах 7-го порядка, что значительно снижает темпы и одновременно держит на минимальном уровне обеспечения тенденций формы, либо отказаться от вариативности, концентрируясь на обеспечении требуемого качества посредством NURBS, что является для поиска стайлинговых решений не лучшим вариантом. В этом кроется одна из причин, почему ICEM Surf занимает такие прочные позиции на мировом рынке.

Но применение ICEM Surf далеко не ограничивается областью реверс-инжиниринга, как прямого воспроизведения имеющегося физического макета в виртуальной среде и доведения формы до совершенства. Наиболее полно широкие и гибкие возможности этого мощного инструмента раскрываются при его использовании в свободном дизайн-моделировании.

ICEM Surf в свободном дизайн-моделировании

На сегодня свободное дизайн-моделирование — самая прогрессивная и перспективная технология воплощения дизайнерских идей и реализует принцип осуществления стайлинга непосредственно в среде 3D-моделирования. При такой технологии исключается этап предварительного физического макетирования, и все поиски стилевого дизайнерского решения производятся в виртуальном окружении. Творчество дизайнера максимально сконцентрировано на поиске оптимальной формы и ничем не ограничивается. Как было отмечено ранее, в качестве источника информации, позволяющей не выбиваться из желаемых габаритов и выдерживать правильные пропорции, может использоваться эскиз или набросок, представленный в растровом формате. Построение по принципу «от плоскостной геометрии к пространственной» состоит в том, что на начальном этапе, опираясь на одну из проекций, выстраиваются плоскостные кривые. Затем они по контрольным (управляющим) точкам вытягиваются в одном направлении (перпендикулярном к плоскости, в которой лежат), при этом используется соответствующий эскиз другой проекции. Построенные таким образом кривые служат границами для создаваемых поверхностей. Набор таких инженерных функций, как протягивание профилей, скругление, смещение, обрезание, окаймление, создание секторов и тел вращения является мощным инструментом, определяющим эффективность свободного дизайн-моделирования в ICEM Surf. Так проектирование головки рычага переключения передач (рис. 7) начиналось с нескольких сферических элементов, которые в процессе работы свободно модифицировались, приобретая нужные формы. Сама ручка рычага – это также поверхность вращения со «свободным» профилем образующей (free form).

Другим примером применения технологии свободного дизайн-моделирования с помощью ICEM Surf могут служить варианты задней части автомобиля «Ода-Универсал», которая в отличие от передней, моделировалась полностью по технологии свободного стайлинга (рис. 8). Это позволило отработать множество вариантов решений одних и тех же элементов без существенных материальных затрат и в гораздо более сжатые сроки.

Бирбраер Р.А., Окатьев В.В., Бельцов В.Г., Столповский В.В. — публикуется с нарушением авторских прав (не удалось связаться с авторами). Материал будет убран по первому требованию.