Лучшие форматы файлов САПР для совместного использования 3D и 2D файлов

Сегодня поговорим о форматах предоставляющих возможность сохранять, передавать и просматривать 3D модели и 2D чертежи без потери какой-либо информации.

Эволюция инженерной графики - это богатая историческая тенденция: от древних египтян, которые использовали угловые линейки, до древней Греции, где стилус и иглы были инструментами, необходимыми для создания надписей. Изобретение протракторов, регулируемых угловых линейок, рентгенографических карандашей и открытие различных проекционных объектов в конце 18-го века привело к революционизированию инженерного проектирования. Инженерное моделирование сегодня является результатом всех этих тенденций, и с появлением программного обеспечения для автоматизированного проектирования (CAD) в двух измерениях (2D) и трех измерениях (3D) произошел отход от традиционного стиля черчения. Во всех этих исторических тенденциях графического изображения цель оставалась: создание языка, который передает информацию в технических и графических терминах от одного человека к другому.

Во некоторых отраслях промышленности проекты, чертежи и другая документация все еще пишутся на бумаге. У многих компаний есть архаичные методы и все еще используют бумажные системы регистрации.

В современном цифровом мире это уже не жизнеспособный метод работы. Научные открытия и связанные с ними технические достижения, повлекшие за собой столь удивительные перевороты в промышленности и давшие такие громадные толчки быстрому и массовому накоплению капиталов, с ясностью показывают, как важен для целей капитализации процесс САПР проектирования. Мы живем и работаем во все более сознательном мире, где важна переработка отходов. Перенос бумажных документов и документов в цифровую систему является отличным способом сделать это. Более того, ожидается, что предприятия минимизируют свой углеродный след и уменьшат ущерб окружающей среде.

Помимо уменьшения воздействия на окружающую среду, переход на цифровую систему также помогает улучшить бизнес-процессы и повысить эффективность. Файлы могут храниться на компьютерах и облачных хранилищах для мгновенного доступа. Кроме того, чертежи, диаграммы и конфиденциальная информация могут обрабатываться и редактироваться с использованием передового программного обеспечения вместо ручной замены. Эти новые типы программ первоначально назывались приложениями (или прикладными программами).

Основное различие между 3D-моделированием и 2D-проектированием заключается в том, что механическое оборудование моделируется, а не рисуется. 3D-моделирование действительно стало стандартным инструментом, используемым в инженерных разработках, особенно в области машиностроения.

Для этого используется формат файлов САПР, который позволяет хранить и обмениваться проектами и данными между приложениями САПР.

Форматы файлов чрезвычайно важны при рассмотрении дизайна САПР. При создании любого типа документа с помощью компьютера его необходимо сохранить в виде файла. Преобразование файлов является неотъемлемой частью проектирования САПР. При использовании программного обеспечения, такого как Kompas 3D, SolidWorks, CATIA или Autoвesk, ваши 2D и 3D проекты создаются в разных форматах файлов. Формат файла - это информация и инструкции, относящиеся к тому, как документ читается и отображается. Этот источник содержит всю информацию, касающуюся документа и того, как его следует обрабатывать и визуализировать.

Разное программное обеспечение использует разные проприетарные или непатентованные форматы файлов. Из-за этого множества различных форматов файлов и программного обеспечения, САПР часто приходится конвертировать.

• У бизнеса может быть набор проектов или планов, но у них может не быть программного обеспечения для их просмотра.  
• Формат файла обычно относится к тому, какая программа использовалась для создания документа; например, файл *.xls является родным для Microsoft Excel.
• Версия файла Компас 3D V12 не сможет открыть версию созданную в более новом выпуске програмного продукта Компас 3D V21, наоборот возможно.

Преобразования файлов CAD играют жизненно важную роль

САПР - дизайн работает практически так же. Например, документ Kompas 3D сборка или файл *.a3d будут содержать информацию о содержимом количестве деталей модели и ее привязках. При использовании таких программ, как AutoCAD или Компас 3D, вы создаете цифровой документ. Этот документ затем сохраняется как определенный тип формата файла. Формат файла определяет, какую программу вы можете использовать для просмотра документа. Кроме того, он также будет диктовать, что содержится в документе. Для файла CAD это означает сам дизайн. 

Если вы используете САПР на регулярной основе, вы, вероятно, знаете о связанных типах файлов - это даст вам гибкость при отправке проектов другим сотрудникам и клиентам. Благодаря наличию международных кодов и стандартов во всех областях машиностроения BSI, ANSI, ISO, CSN, GB, DIN и др., соответствие этим стандартам в процессе проектирования систематизирует  3D-моделирование. Дизайн может быть создан в другой стране или на другом языке, отличном от его предполагаемого рынка, и он все еще будет универсально понятным для  R&D департамента.

Основной целью графических изображений в машиностроении является коммуникация. 3D-моделирование расширяет возможности обмена идеями не только с инженерами, но и с неинженерным персоналом. За последние несколько десятилетий в междисциплинарной коммуникации в дизайне был пробел. Инженеру трудно объяснить геометрические расчеты маркетологу, а маркетологу сложно объяснить это потребителю. С 3D-моделированием, разрыв ликвидируется.

Зачем использовать 3D-моделирование

Кажется, что у людей есть сильная тенденция связывать трехмерное моделирование только с архитектурным дизайном. Это не совсем неправильно, но 3D-моделирование можно использовать практически в любой отрасли, включая потребительские товары, проектирование одежды и даже в образовательных целях, например в школах на уроках геометрии. То же самое относится и к другим областям исследований, таким как биология или химия, где трехмерные модели используются в качестве визуальных представлений органов тела или химической структуры атома. Получение визуального представления объекта - только одно преимущество. В дополнение к получению точного рендеринга объекта, 3D-моделирование (по крайней мере, с инженерной точки зрения) дает много технических деталей с почти нулевыми ошибками, если таковые вообще имеются. Это означает, что автоматизированное проектирование и составление чертежей (CAD) может помочь профессионалам создавать 3D-модели как для теоретических (в случае прототипов), так и для существующих объектов (таких как 3D-модель человеческого сердца), с гораздо большей детализацией. Студенты и любители могут поиграть с 3D-моделированием, чтобы ознакомиться с дизайном или даже создать простые предметы, такие как мебель, игрушки, предметы домашнего обихода и другие творческие проекты.

Важные особенности 3D и 2D CAD файлов

3D-моделирование - это математический, систематический и графический метод представления, используемый для создания цифрового представления объекта с помощью программного обеспечения САПР. Модель отражает наиболее важные черты всего, что моделируется. Он поддерживает понимание дизайна в его упрощенной форме и в основном представляет собой конечное представление компонентов и процессов.

Документация является очень важной частью любого процесса проектирования. Прежде чем мы рассмотрим фактические типы файлов, важно понять их различные свойства. Различные типы файлов могут позволять вам просматривать чертеж САПР по-разному. Более того, некоторые типы файлов САПР могут быть ограничены только 2D-дисплеями, подходящими для демонстрации дизайна конечному пользователю. Ниже приведены некоторые основные функции форматов файлов 3D и 2D CAD:

Фирменный или нейтральный

Существует два основных типа файлов: собственный и нейтральный. Все программы проектирования САПР используют собственный тип файла. Этот тип файла специфичен для этой программы - как правило, его можно просматривать только в той же программе, в которой он был создан. Если вы попытаетесь отправить кому-то запатентованный файл CAD, и у него не будет той же программы, ему будет трудно открыть его. Нейтральные файлы, с другой стороны, можно просматривать на множестве программ - они предназначены для взаимодействия.

При выборе типа файла вы должны подумать, кто будет его использовать - это внутрифирменный документ, к которому другие инженеры-механики получат доступ? Некоторые программы CAD используют собственные форматы файлов. Это форматы файлов, которые были созданы исключительно для использования в этой программе. Если вы попытаетесь открыть частный файл в другой программе, вы получите сообщение об ошибке. Файл отформатирован и закодирован таким образом, что его можно открыть только с помощью программы, которая его создала.

Собственные форматы файлов САПР будут содержать все от оригинального дизайна. Эти документы можно обмениваться, хранить и легко дублировать. Система автоматически записывает каждый компонент или материал, использованный в реестре, тем самым автоматически подготавливая спецификацию инженерного материала без помощи дизайнера. Этот тип файла полезен для обмена проектами внутри компании - каждый пользователь будет иметь доступ к одним и тем же программам. Если это так, можно использовать собственный файл. Поэтому нейтральный формат файла не требуется. В качестве альтернативы, если документ распространяется среди клиентов, у которых необязательно имеется программное обеспечение САПР, следует использовать нейтральный формат файла.

Также стоит учесть, что собственные файлы в САПР не могут быть открыты в предыдущих версиях ( тоже касается и одинаковых версий программы но с разными версиями сервис паков). Максимум что нам предлагает например Компас 3D программа это сохранить как в формат предыдущей версии или в бесплатную облегченную версию 5,11 с рядом ограничений. В ситуации когда необходимо конвертировать пакет документов созданный в более новой версии чем ваша. Пересохранять каждый файл вручную трудозатратно и мало эффективно. Благодаря стараниям народных умельцев, конвертировать пакет Компас-3D документации можно в пару кликов.

Нейтральный формат файла не является исключительным для одной программы САПР, отсутствуют проблемы с версиями файлов. Стандартное программное обеспечение для 3D-моделирования дает пользователю возможность экспортировать и импортировать файлы для компонентов, макетов, изометрических чертежей и сборок деталей. Он считается независимым от производителя и может быть открыт в разных программах, которые могут его прочитать. Этот тип формата файла САПР кодируется таким образом, чтобы использовать общую информацию и стандартизированные протоколы, чтобы многие программы могли понять его содержание. Для проектов, которые охватывают такие области машиностроения, как электротехника, инженер-механик может легко отправить модель инженеру-электрику, который затем может загрузить проект в свое собственное программное обеспечение для 3D-моделирования электрической платы, чтобы завершить его.

Непатентованные или нейтральные форматы файлов САПР полезны, когда вам нужно обмениваться документами с внешними источниками. Вы можете, например, пожелать поделиться дизайном продукта САПР с клиентом - однако, он может не иметь доступа к программе САПР. Но, отправив дизайн как непатентованный формат, они все равно могут открыть файл. Я собрал для вас список самых популярных форматов файлов САПР. Этот список, конечно, не является исчерпывающим. Как говорится, существует больше форматов файлов САПР, чем программ проектирования САПР! 

В следующем списке перечислены основные типы файлов, с которыми вы столкнетесь для совместного использования 3D и 2D файлов.

STEP AP203 , AP214 (файлы *.stp / *.step).

Наиболее требовательным в вычислительном отношении типом 3D-моделирования являются твердотельные 3D-модели. Это наиболее широко используемый формат файла CAD. STEP напрямую связан с ISO 10303. Это стандарт компьютерного представления информации о производстве продукции. STEP является одним из наиболее широко используемых форматов файлов CAD. ISO 10303 является стандартом для компьютерного представления информации о производстве продукции. Из-за своего статуса он общепризнан в качестве отраслевого стандарта. Большинство современных программ САПР поддерживает этот формат файлов. STEP может поддерживать как отдельные файлы, так и форматы сборок, а также может содержать спецификацию.  Файлы STEP, однако, не разрешают редактирование, потому что нет дерева функций. 

AP203 - конфигурируемые управляемые трехмерные конструкции механических деталей и сборок - применяется к механическим САПР в целом.

В версии 2 AP203 обеспечивает лучшую совместимость с AP214. Начиная с AP203 (издание 1), издание 2 добавляет, по модульному принципу:

1. Цвета и слои.
2. Текстовые аннотации, связанные с геометрией.
3. Геометрические размеры и допуски (GD & T), с графическим представлением.
4. Свойства проверки (глобальные, как объем, площадь, центр; локальные, как облака точек).
5. История дерева построения в 3D.
6. Определения для PDM также добавлены (особенно, управление конфигурацией).

AP214 - основные данные для процесса проектирования автомобильной механики - больше ориентирован на автомобильную промышленность.

Вся сфера включенной информации AP214 охватывает:

1. Изделия как механические детали, узлы, инструменты, используемые при производстве.
2. Информация для плана процесса, контроля конфигурации, применяемая на этапе проектирования.
3. Данные, связанные с документацией процесса изменения дизайна, утверждения, безопасности.
4. Геометрические данные как: каркас, поверхностные модели, граненые модели, поверхности коллектора и твердые тела (BREP), конструктивная геометрия твердого тела, гибридные модели.
5. Ссылки на данные продукта, представленные в другом формате, чем STEP.
6. Кинематические структуры.
7. Данные о  состоянии поверхности.

В отношении этого объема применяются ограничения. На практике не охватываются:

• Параметрическое представление форм,
• Непрерывное моделирование кинематики с течением времени,
• Данные, относящиеся к анализу методом конечных элементов (см. AP209),
• Данные, относящиеся к конкретным технологиям, таким как пневматические, гидравлические, электрические или электронные.

Второе издание AP214 было выпущено в 2003 году, оно вносит различные исправления, но не меняет сферу применения.

Большинство современных программ САПР будет поддерживать формат файла STEP. Он совместим и не привязан к одной проприетарной программе. STEP используется для трехмерных чертежей CAD. Одним интересным преимуществом трехмерного моделирования в машиностроении является определенность свойств и поведения компонентов. Определенность является результатом соответствующих данных, собранных и сохраненных в программном обеспечении, что устраняет догадки при разработке и реализации. С помощью привязанных данных о материале модели STEP можно легко определить реакцию компонентов на такие воздействия, как температура, напряжение, скручивающие силы и поток жидкости. Материалы и компоненты имеют определенные характеристики поверхности, что позволяет в реальном времени увидеть как внутренние, так и внешние компоненты. Факторы, которые необходимо учитывать при сопряжении компонентов, предварительно загруженных в программное обеспечение для трехмерного моделирования.

IGES (файлы *.igs / *.iges).

Initial Graphics Exchange Specification (Eye-jess как он произносится) - еще один популярный формат САПР, не зависящий от производителя. Этот формат файла был впервые опубликован в 1980 году и до сих пор широко используется в индустрии САПР. Файлы IGES Согласно Techopedia, аббревиатура IGES расшифровывается как «Начальная спецификация обмена графикой — особый тип графического формата файлов, который используется для протоколов передачи файлов».

Он был разработан Американским национальным институтом стандартов (ANSI) для проекта автоматизированного производства военно-воздушных сил США, который продолжался с 1976 по 1984 год. Затем ВВС смогли использовать его для отправки данных на большие расстояния в удаленные конечные системы с использованием телефона и другого оборудования связи с медленной связью. Формат IGES оказал наиболее положительное влияние, когда возникла необходимость в безопасной передаче данных в случае, когда обе конечные системы были разными. Из-за отсутствия цветопередачи и текстур его, как правило, не следует использовать для обмена проектами со сторонними организациями. Каркасные 3D-модели — этого типа могут вообще не выглядеть реалистичными, потому что их конструкции или чертежи состоят только из каркасных сетей. Этот формат файла относится конкретно к каркасным схемам и схемам - его следует использовать только для проектных работ, не делясь дизайном с посторонними людьми за пределами вашей компании. Разработка IGES была остановлена в 1996 году. Тем не менее, он все еще поддерживается многими программами CAD.

STL (файлы *.stl) - cтереолитография.

Формат файла STL Stereolithography это формат пустотелой модели (скорлупа, внутри пусто), является универсальным форматом, который получил в последнее время широкое распространение как формат передачи данных для установок быстрого прототипирования. Это формат для чистой информации 3D, который был специально создан программами 3D печати. Сочетание 3D-моделирования и 3D-печати позволяет всем и каждому стать инженерами, архитекторами, дизайнерами и, в некоторой степени, изобретателями. Люди могут воплощать свои идеи в более реалистичные модели, не тратя слишком много денег на создание прототипов в натуральную величину. STL касается геометрии поверхности и форм - ее нельзя использовать для представления цвета или текстур. Вместо того чтобы использовать только линии и дуги каркасов, поверхностные модели выглядят как бумажные модели, так как каждый лист «бумаги» может быть размещен в любом месте на экране под разными углами, чтобы построить желаемые формы. Также можно выделить и присоединиться к поверхности, чтобы внести дополнительные изменения. Поскольку поверхности непрозрачные или полупрозрачные - в отличие от прозрачных - фоновые области затемняются, создавая более реалистичное визуальное представление.

Этот формат файла подходит для использования в основных ситуациях, когда сложные данные САПР не требуются.

Простым примером трех типов файлов представлений является трехмерная модель простого куба. Чтобы нарисовать каркасную модель, все, что вам нужно сделать, это сделать двенадцать линий и соединить их, указав координаты каждой точки; поверхности являются пустыми пространствами, что позволяет видеть фон через куб. На экране видны только линии. Чтобы превратить куб в модель поверхности, вы должны покрыть все стороны непрозрачными или полупрозрачными поверхностями. Хотя вы можете видеть только три плоскости спереди, важно создать все шесть плоскостей, чтобы сделать его максимально реалистичным при взаимодействии с кубом, например при его вращении. Для сплошной твердой модели вы можете добавить больше точек данных, таких как материалы и предел прочности рамы, что делает модель еще более реалистичной.

Преобразования STL, IGES файлов в STEP.

Если мы импортируем сетку из stl файла и делаем сразу экспорт в step без каких либо доработок - мы получим полноценную просто поверхность. Расчеты, симуляции по проектированию могут выполняться только с твердотельной моделью. В случае необходимости преобразования STL, IGES файлов в STEP (STP) файл, для дальнейшего редактирования нам понадобиться бесплатная программа FreeCAD. CAD возможности FreeCAD бизируются на ядре OpenCasCade это CAD ядро професионального уровня. Нажимаем Файл ▻ Создать ▻ Импортировать. После импорта детали в виде сетки и плоскостей для FreeCAD модель будет представлять собой набор граней. Инструменты модуля деталей расположены в меню Деталь, которое появляется при загрузке модуля Part. Вам захочется преобразовать модель в форму, обрабатываемую FreeCAD, и это можно сделать внутри FreeCAD.

Для этого:

1. Переключитесь на модуль Part
2. Выберите сетку, и выберите в меню Деталь --> Создание формы из сетки
3. Нажмите OK в диалоговом окне
4. Выберите вновь созданную форму
5. Получившуюся сетку ▦ преобразовываем в твердое тело ■ , нажимаем команду в меню Деталь ▻ Преобразовать в твердые.
6. Выбрать вновь созданное твёрдое тело
7. Выбрать в меню Деталь -> Уточнить форму

Последний шаг не обязателен, но это очистит тело от его от ненужных кромок на плоских и цилиндрических поверхностях.

В случае необходимости 

Сетку удалить, оставшееся твердое тело выбрать курсором необходимо экспортировать в STEP файл.

X3D (файлы *.x3d) язык моделирования виртуальной реальности

X3D фактически заменяет предыдущий стандартный формат файлов VRML (файлы .vrml). VRML был популярен, но ограничивался только несколькими различными программными пакетами, этот стандартный формат файла фактически используется для представления трехмерной графики и интерактивной векторной графики. Этот непатентованный формат файлов был разработан совместно с Консорциумом Web3D.  X3D - это нейтральный формат файла - он используется для представления трехмерной компьютерной графики в формате XML. Благодаря помощи консорциума Web3D VRML и его преемник X3D стали международными стандартами (ISO). VRML был впервые указан в 1994 году, а X3D был утвержден в 2005 году. Оба формата файлов не являются собственностью и могут быть открыты в различных программах.

Формат файла  X3D  (VRML) обычно используется для веб-графики - он может указывать цвет поверхности, текстуры, прозрачность и другие важные графические понятия.

X3D можно использовать для кодирования графических сцен с помощью синтаксиса XML. Кроме того, это позволяет интегрировать с рядом различных API.

КОМПАС-3D имеет достаточно развитые возможности импорта/экспорта данных трехмерных моделей  в нейтральные (промежуточные) форматы файлов: STEP AP203), AP214 (*.stp), (*.step), IGES (*.igs), (*.iges), STL (*.stl),
VRML (*.wrl).

AutoCAD (файлы *.dwg /*.dxf) формат обмена чертежами

DXF (a.k.a. Drawing eXchange Format) - это двухмерный формат файла, используемый службами разработки и проектирования AutoCAD. На самом деле это собственный проприетарный тип файла AutoCAD для 2D-представлений. Несмотря на то, что он считается проприетарным, он используется огромным количеством различных программ и систем. В связи с этим он обычно считается универсальным форматом файлов для просмотра документов 2D CAD.  Программное обеспечение, такое как AutoCAD, облегчает создание информативных проектов 2D CAD. Эти конструкции могут быть отправлены на оборудование для производства продукции или резки заготовок материалов. AutoCAD используется примерно 80 000 предприятий по всему миру, из которых 56 000 находятся в Соединенных Штатах.

Формат файла DWG постоянно заменяет использование DXF из-за его ограничений, но на данный момент DXF по-прежнему является основным. Для того что бы конвертировать 2D-файлы Компас в AutoCAD, не зависимо от того, чертеж это, фрагмент или спецификация. Достаточно выполнить команду Меню: Файл > Сохранить как, и в проводнике выбрать соответствующий формат AutoCAD. Импорт / экспорт 2D документов Компас не требует задания каких-либо параметров, кроме папки для сохранения результата импорта.

Библиотека пакетного сохранения файлов КОМПАС-3D в различные форматы предназначена для пакетного сохранения чертежей, фрагментов, спецификаций, текстовых документов, деталей и сборок в форматы предыдущих версий КОМПАС-3D, растровые форматы и PDF.

PDF (*.pdf файлы).

Формат файла PDF (Portable Document Format) является собственностью Adobe, но имеет широкий спектр применения. PDF-файлы могут быть преобразованы в файлы AutoCAD. Файлы CAD также можно экспортировать в PDF-файлы для удобства просмотра.

Если вы хотите просто продемонстрировать 3D или 2D дизайн клиенту или кому-то без знаний CAD, подойдет файл PDF. Многие программы САПР позволяют вам экспортировать вашу работу в 3d PDF.

Настоящая статья отвечает моему личному убеждению, что каждый человек должен делать доступным для других то, чему он научился, в чем приобрел опыт, особенно те аспекты обучения и опыта, которые в какой то мере уникальны и практичны для будущих поколений. Надеюсь, что вы нашли эту подборку полезной. Формат файла, который вы выберете, будет зависеть от типа используемой вами программы САПР. Возможно, вам придется использовать собственный формат файла - просто знайте, что его можно экспортировать как файл другого типа. Теперь у вас должно быть четкое представление об основных универсальных доступных форматах файлов - это может улучшить ваши знания в области САПР и расширить кругозор.

Какие проблемы могут возникнуть при использовании этих форматов?
Одной из основных проблем при использовании этих форматов является несовместимость между различными системами САПР. Например, данные, переданные в формате DXF в программу AutoCAD, могут не быть некоректно прочитаны программой SolidWorks. Также некоторые данные, переданные в программу SolidWorks, могут не быть прочитаны полностью программой AutoCAD.
Другой проблемой является невозможность передачи всех данных 3d и 2d с помощью одного формата. Например, формат DXF не поддерживает передачу информации о параметрах модели, а формат IGES не поддерживает передачу информацию о геометрии и процессах производства.

Форматы файлов STEP, IGES, DXF, DWG и PDF - это стандарты, которые облегчают совместное использование 3D- и 2D-данных. Они помогают уменьшить рутину, улучшить скорость, с которой 3D-модели и 2D-чертежи могут быть созданы, переданы, скомбинированы, проанализированы, использованы.

Если у вас есть необходимость в создании высококачественного чертежа ISO, DIN, ANSI, ЕСКД или трехмерной модели в Автокад, Компас 3D? Я понимаю с каким трепетом вы относитесь к выбору дизайнера, и я стараюсь ваши ожидания оправдать.  Для обсуждения именно вашего варианта чертежа, я готов выпить с вами чашечку кофе ☕, а также вы можете связаться и поддерживать со мной связь с помощью электронной почты ✉. И мы детально обсудим ваш проект. Испытайте мои навыки и опыт обслуживания клиентов - свяжитесь удобным способом, чтобы обсудить ваш следующий проект сегодня.

Если у вас есть, что добавить по теме, не стесняйтесь. Понравилась статья? Поделись с друзьями!