Программа 2D и 3D графики применительно к мебельному производству

Введение

1. Двухмерное моделирование       2        стр.

2. Трехмерное моделирование       2-3     стр.

3. Современное программное обеспечение мебельного производства 3-4     стр.

4. 2D-Place           4-5     стр.

5. 3ds Max           5        стр.

6. AutoCAD           5-6     стр.

7. bCAD для Мебельщика (версия 3.9)      6        стр.

8. К3-Мебель          6-7     стр.

9. Базис-Конструктор-Мебельщик       7-8     стр.

10. Woody           8-10   стр.

11. 3D-Конструктор         10-11 стр.

10. Pro100           11-12 стр.

11. KitchenDraw          12      стр.

12. Заключение           13      стр.

13. Литература          14      стр.

Введение

Ни одно промышленное предприятие, чья деятельность связана со сложными технологическими процессами, не обходится  без программного обеспечения проектирования и расчета изготавливаемых изделий. Давно ушли в прошлое деревянные планшеты, за которыми инженеры рисовали проекции будущих деталей. В настоящее  время вся работа перекладывается  на мощные трехмерные редакторы, способные  сократить трудозатраты и время  на проектирование. То, что двадцать лет назад рисовал целый отдел, сейчас может выполнить один человек, а компьютер поможет ему избежать ошибок. Но при выборе редактора  нужно ориентироваться на область  его применения. Например, для организации, занимающейся изготовлением мебели, вряд ли будет полезен 3D-Studio Max —  большинство его возможностей никогда  не будут востребованы, а используемые функции (в силу своей универсальности) будут не настолько удобны, как  хотелось бы. Здесь нужен редактор пусть не такой универсальный, зато легкий в использовании и обладающий тем минимумом функций, который  необходим инженеру-проектировщику.

В современных условиях для  реализации функциональных задач в  любой предметной области необходимо использование автоматизированных рабочих мест на базе профессиональных персональных компьютеров. С помощью  чего можно осуществлять планирование, моделирование, оптимизацию процессов, принятие решений в различных  информационных системах и для различных  сочетаний задач. До недавнего времени  основными методами выполнения графических  материалов являлись черчение, рисунок, живопись, макетирование и другие виды работ, выполняемых вручную. Средства современной компьютерной техники  развиваются стремительными темпами, с этим связано появление высокопроизводительных персональных компьютеров, создание большого количества графических программ различного назначения, в том числе для  объёмного моделирования.

Сегодня изготовление мебели не обходится без применения программного обеспечения. По тому, как программы  дали возможность делать мебель гораздо  быстрее, нежели проектировать ее на бумаге. Сейчас сделать дизайн мебели для ее реализации проще простого с применением софта. Эти программы  значительно уменьшают время  и ошибки. Программное обеспечение  специально разработано для крупных, малых и средних мебельных  фабрик и мастерских.

Целью данной работы является рассмотрение существующих программ 2D и 3D графики применительно к мебельному производству

Двухмерное моделирование

Традиционный способ плоского геометрического моделирования  состоял в применении линейки, циркуля  и транспортира на чертежной доске. Именно этот способ обеспечил техническую  революцию на рубеже XIX-XX веков.

Появление ЭВМ стало благоприятной  предпосылкой для развития машинной графики, которая  включила в себя дисциплины геометрического моделирования  и вычислительной геометрии. Основная их задача состоит в решении геометрических задач в аналитической и вычислительной (алгоритмической) форме.

Параллельно с векторным  описанием геометрической информации развивались и дискретные представления  объектов, так же называемых растрами. Отсюда пришло понятие «растровая графика» [5].

К началу 80-х математический аппарат плоского геометрического  моделирования был уже достаточно хорошо сформирован для того, чтобы  обеспечить бурное развитие плоских CAD-систем. Инженеры сразу же оценили такие  преимущества, как автоматизация  построения геометрических элементов, копирование фрагментов, простота редактирования геометрической и текстовой информации, автоматическая штриховка и нанесение  размеров, точность и качество документации, в том числе её автоматическое формирование, компактность хранения и др.

Существует два подхода  к плоскому моделированию, которые  получили развитие в CAD-системах. Первый условно можно назвать чертежным, второй - твердотельным.

В чертежном способе основными  инструментами являются отрезки, дуги, полилинии и кривые.  В твердотельном  способе основными инструментами  являются замкнутые контуры; остальные  элементы играют вспомогательную или  оформительскую роль. Современные системы, как правило,  используют оба этих способа одновременно.

С развитием индустриальной промышленности было введено понятие  неаналитических кривых - сплайнов, позволяющих описать сложные  геометрические формы. Сплайны невозможно точно описать системой линейных, угловых и дуговых параметров. Стало развиваться представление  проектируемых объектов в объёме. Следует отметить, что замена объёмной задачи на семейство плоских долгое время оставалась единственным способом решения и во многих случаях приводит к приемлемым результатам и сегодня.

Трехмерное моделирование

Итак, объёмная модель, в  отличие от плоского метода, однозначно определяет геометрию всей спроектированной поверхности. Очевидно, что работа в  пространстве требует несколько  иных навыков, нежели традиционное черчение, но это совсем не означает, что для  получения поверхности требуется  рассчитать и ввести в компьютер  координаты каждой её точки.

Математический аппарат  объемного моделирования сегодня  достаточен для создания эффективных  инструментов инженера. Да и массовые технические средства сегодня достигли уровня,  необходимого для поддержки  трехмерной математики  (появились  аппаратные графические акселераторы).

Программное обеспечение  предоставляет удобные библиотеки для программирования трехмерной графики, самыми известными из которых являются Microsoft DirectX и кроссплатформенная OpenGL.

Как и в случае плоских CAD-систем, объёмное моделирование развивалось  в двух направлениях. Первое - поверхностное  моделирование, второе - твердотельное[5].

В поверхностном моделировании  основными инструментами являются поверхности, а базовыми операциями моделирования на их основе - продление, обрезка и соединение. Таким образом, конструктору предлагается

описать изделие семейством поверхностей. При твердотельном  способе основными инструментами  являются тела, ограниченные поверхностями, а главными операциями - булевы объединение, дополнение, пересечение. В этом случае конструктор должен представить  изделие семейством простых (шар, тор, цилиндр, пирамида и т.п.) и более  сложных тел.

С модели может быть получена не только информация о координатах  любой точки на поверхности, но и  другие локальные характеристики (нормали, кривизны и т.д.) и интегральные характеристики (объем, площадь поверхности, моменты  инерции и т.д.). На её основе всегда можно получить плоские модели: виды, сечения и разрезы, не прибегая к  услугам разработчика.

Современное программное  обеспечение мебельного производства

Современные системы автоматизированного  проектирования (САПР) предоставляют  конструктору широкие возможности  для геометрического моделирования  разрабатываемых изделий и составляющих их деталей. С точки зрения задачи построения геометрических моделей  наибольшей функциональностью обладают САПР машиностроения. Практически любую  машиностроительную САПР можно адаптировать для автоматизации решения задач  конструирования мебели.

Описан положительный  опыт использования подобных САПР для  проектирования изделий корпусной  мебели (например, AutoCAD, Mechanical Desktop, T-Flex CAD, SolidWorks и др.).

Однако позаказное промышленное производство предъявляет повышенные требования к уровню качества и срокам выполнения проектных работ, удовлетворить  которые в полной мере можно только с использованием специализированных САПР, учитывающих особенности конструирования  и производства сложных корпусных  мебельных изделий и ансамблей [6].

Несколько лет назад проблемы выбора соответствующей САПР у отечественных  мебельщиков практически не было (хотя потребность в такой системе, безусловно, была). Предприятие, в случае необходимости, приобретало один из программных пакетов, используемых в машиностроении, и программисты приспосабливали его для решения  задач проектирования мебели. Чаще всего для этих целей использовали универсальную САПР AutoCAD, обеспечивающую возможность проведения 2D и 3D-проектирования, дополненную открытым интерфейсом  на базе языков программирования C и AutoLISP. Но универсальность данной САПР –  это один из основных факторов, усложняющих  ее настройку и использование  при проектировании мебели. Необходимость  серьезного знакомства с самой САПР и компьютерной тематикой вообще, а также отсутствие специальных  эффективных «мебельных» инструментов – все это тормозило переход  профессиональных дизайнеров мебели на автоматизированное проектирование. Поэтому  около отечественные разработчики программного обеспечения начали создавать  специализированные САПР мебели.

Среди конкурирующих групп  разработчиков лидирующее положение  быстро заняли те, которые уже имели  существенные теоретические и практические заделы в области автоматизации  проектирования и трехмерного геометрического  моделирования: ЗАО «ПроПро Группа» (г. Новосибирск), НВЦ «ГеоС» (г. Нижний Новгород) и ООО «Базис-Центр» (г.  Коломна Московской обл.).

Следует также отметить две  украинские фирмы,  предложившие собственные  автоматизированные решения задач  конструирования корпусной мебели: научная фирма ООО «ИнтеАр  Лтд.» (г.Киев) и научно-производственное предприятие ООО «Элекран Софт» (г.Одесса). В настоящее время перечисленные  компании занимают доминирующее положение  на отечественном рынке специализированных САПР мебели [6].

Помимо специализированных САПР мебели,  предлагаемых отечественными разработчиками, в России используются также некоторые, аналогичные по назначению, зарубежные программные  продукты. Среди них наибольшую известность  получили следующие программы: DecoDesign (Design Labs, Испания), Pro100 (ECRU, Польша), 20-20 Kitchen Design (20-20 Technologies, Канада), AutoKitchen (Microcad Software, Испания), KitchenDraw (Б. и Ф. Лаудрины, Франция) и некоторые другие. Следует отметить, что большинство из перечисленных программ используются главным образом для автоматизации работы в мебельных салонах, обеспечивая прием заказов и проектирование интерьеров помещений с использованием поставляемых обширных библиотек параметрических моделей изделий. Конструкторские возможности этих программ ограничены по сравнению с отечественными разработками (в частности, в них не обеспечивается выполнение ряда требований ЕСКД).

Ниже приводится краткое  описание некоторых из перечисленных  программ, получивших достаточно широкое  распространение среди российских мебельщиков.

2D-Place

Программа позволяет вести  следующие операции:

- производить автоматический  расклад деталей по листам (с  учетом направления фактуры), с  целью минимизации отходов, и,  при необходимости, с учетом  содержимого склада стандартных  листов и полезных отходов;

- вести склад стандартных  листов и остатков с учётом  их материалов;

- вести базы деталей,  материалов и кромок;

- распечатывать карты  раскроя и статистику разложения;

- хранить базу моделей  мебели;

- работать с базами  деталей предыдущих версий программы  и файлами универсальных форматов (с разделителями табуляциями).

- задавать параметры полезных  отходов для каждого из материалов;

- распечатывать базы деталей  на принтере и передавать в  редактор электронных таблиц MS Excel.

Список деталей можно  объединять в модели мебели. В этом случае для разложения достаточно выбрать  необходимые модели и указать  количество. Список расскладываемых  деталей создается автоматически.

3ds Max

Наиболее известная, универсальная  и распространенная программа трехмерного  моделирования — 3ds Max компании Autodesk (3ds Max) [9]. Основное назначение этого  очень мощного инструмента —  наглядное моделирование любых  предметов или композиций и дальнейшее анимирование полученной сцены, которую можно просмотреть на экране компьютера, сохранить в виде фильма, объемной модели или изображения. Очень удобно, что файлы моделей 3ds Max c расширением 3DS являются для большинства программ фактическим стандартом обмена трехмерными моделями. Для конструирования мебели как такового программа не предназначена, но для мебельщика она незаменима в трех случаях:

Создание 3D-моделей мебели для экспорта в программы моделирования  интерьера. От модели требуется только внешнее сходство с реальным объектом. Такие модели очень напоминают макеты, склеенные из бумаги: максимум геометрического подобия, правдиво раскрашенная поверхность и пустота внутри. Каждая модель может стать независимой частью общего проекта, включающего несколько таких моделей и фон.

Создание 3D-моделей сложного крепежа и фурнитуры, отсутствующих  в стандартных базах данных САПР. Как правило, сами разработчики САПР рекомендуют такой способ добавления новых элементов в библиотеки. Некоторые производители фурнитуры  распространяют среди корпоративных  клиентов готовые библиотеки своей  продукции, а иногда конструктору мебели приходится создавать такие элементы самостоятельно.

Создание деталей сложной  формы, резных, гнутых и фигурных элементов  для последующего экспорта в САПР.

Auto CAD

Несмотря на то, что для  автоматизации мебельных предприятий  разработано несколько специализированных САПР, в той или иной степени  учитывающих особенности проектирования и производства мебели, для решения  этих задач нередко используется система AutoCAD в «чистом» виде. Это  объяснятся ее широкими функциональными  возможностями и распространенностью  на предприятиях различного профиля.

Система AutoCAD – одна из самых  мощных систем автоматизированного  проектирования в классе систем, работающих на персональных компьютерах. Она может  выполнять практически все виды чертежно-конструкторских работ, необходимых  в самых разнообразных областях технического проектирования, в том  числе и для проектирования мебели [9].

Основные возможности  системы AutoCAD следующие:

построение и редактирования двухмерных (плоских) чертежей и получение  твердых копий графических документов;

развитые технологии работы со структурами данных (блоки, внешние  ссылки и т.п.), что позволяет организовать совместное использование информации с другими приложениями, а также  применение информации из внешних баз  данных;

трехмерное (пространственное) моделирование и создание реалистического  изображения пространственных объектов с удалением невидимых линий, наложением теней и текстур, различными вариантами освещения;

эффективная работа с архивами чертежей: стандартизация, сопровождение  архивов, работа в сети, защита от сбоев;

индивидуальная настройка  рабочей среды в соответствии с индивидуальными потребностями  и наклонностями конкретного  пользователя и спецификой предметной области;

наличие встроенного языка  программирования AutoLISP (и его развития – Visual LISP), который позволяет создавать  прикладные проблемно-ориентированные  системы проектирования для различных  сфер применения.

bCAD для Мебельщика (версия 3.9)

В конце 2005 г. ЗАО «ПроПро  Группа» выпустила новые редакции «мебельных»  программных пакетов, основанные на системе bCAD версии 3.9: bCAD для Мебельщика, bCAD для Мебельщика-Про, а также новое приложение bCAD Салон. Существенное усовершенствование первых двух пакетов - включение в их состав модуля Мастер расстановки крепежа  и комплектующих. Этот модуль позволяет  упростить и ускорить произвольную расстановку крепежных и декоративных элементов вдоль торцов и пластей  панелей, автоматически установить детали с заданным шагом относительно выбранной базы. Его использование  особенно удобно при проектировании сложных мебельных конструкций, не позволяющих прибегнуть к функции  автоматической расстановки [1].

Приложение bCAD Салон предназначено  для разработки проекта интерьера  помещения с использованием моделей  изделий, предварительно подготовленных в САПР bCAD для Мебельщика. Вначале  создается виртуальный макет  комнаты, оборудование интерьера которой  предполагается выполнить, а затем  выполняется расстановка моделей  мебели из подготовленного каталога.

К3-Мебель

Группа компаний  «ГеоС»,  предлагает мебельным предприятиям программные комплексы К3-Мебель и К3-Мебельное предприятие, позволяющие  автоматизировать процессы проектирования,  подготовки производства и продажи  корпусной мебели.

Комплекс программ К3-Мебель представляет собой набор программ, созданных на базе геометрического  ядра К-3, которые обеспечивают автоматизацию  всех работ по проектированию, подготовке производства и продаже мебели. Каждая программа выполняет свою функцию  и передает необходимые данные другим программам комплекса. Это позволяет  унифицировать и автоматизировать все работы в рамках конкретного  предприятия и его торговой сети [4].

Составными частями комплекса  являются следующие программы:

К3-Торговля мебелью –  для оформления заказов на стандартную  мебель по заранее подготовленным электронным  каталогам;

К3-Салон мебели – программа, объединяющая средства подготовки электронных  каталогов на стандартную мебель и средства приема заказов на нестандартную  мебель;

К3-Мебель ПКМ (Проектирование Корпусной Мебели) – объединение  возможностей программы К3-Салон  мебели со средствами проектирования.

Программа К3-Мебель ПКМ позволяет  проектировать изделия мебели, используя  стандартизованные заготовки в  виде прототипов изделий мебели. Ее возможности:

- создание пространственных  моделей мебели;

- расстановка крепежа  и расчет присадочных отверстий;

- работа со справочником  материалов и комплектующих;

- выпуск конструкторской  документации;

- подготовка полноцветных  изображений мебели;

- расчет комплектации  и себестоимости мебели;

- подготовка компьютерных  каталогов изделий;

- создание библиотек параметрических  моделей мебели.

Для автоматизации выполнения ряда операций в составе комплекса  К3-Мебель созданы специальный Конструкторский  модуль и программа "Раскрой листовых материалов". При подготовке производства стандартной и нестандартной  мебели с целью обеспечения единства работы с информацией в системе  имеются средства для обработки  заказов и подготовке производственных заданий. Выполнение анализа информации по заказам обеспечивает программа  График заказов, которая позволяет  осуществлять контроль прохождения  заказа от момента приема до момента  выполнения и передачи в архив.

Базис-Конструктор-Мебельщик

ООО «Базис-Центр» предлагает производителям мебели Базис-Конструктор-Мебельщик - комплексную систему автоматизации  конструкторско-технологических работ  мебельного предприятия,  имеющую  гибкую, настраиваемую модульную  структуру.

Основной упор при разработке системы был сделан на организацию  простого и удобного интерфейса и  строгое соблюдение требований ЕСКД по возможности в автоматическом режиме. Исходя из того, что процесс  проектирования любого изделия –  это процесс творческий, итерационный, часто интуитивный – в концепцию  системы было введено требование универсальности, то есть применимости системы на всех этапах проектирования: от момента зарождения идеи до передачи документации в производство.

В настоящее время система  Базис представляет собой САПР корпусной  мебели. Сферу ее применения составляют мебельные предприятия, занимающиеся производством любой корпусной  мебели, независимо от объемов производства, используемых материалов и оборудования и особенностей технологических  процессов.

В состав программной системы  Базис-Конструктор-Мебельщик входят следующие модули [15]:

- Базис-Мебельщик - базовый  модуль, фактически, это графический  редактор Базис-Конструктор,  возможности  которого расширены применительно  к проектированию корпусной мебели;

- Базис-Шкаф - модуль параметрического  проектирования мебельных изделий,  конструктивным прототипом которых  является шкаф;

- Базис-Смета - модуль  расчета сметной стоимости изделия  с учетом стоимости расходуемых  материалов, комплектующих и трудозатрат  по каждой из работ (операций) процесса его изготовления;

- Базис-Раскрой - модуль  формирования карт раскроя листовых  материалов (ДСтП, ДВП, фанеры и  других) с возможностью их оптимизации  по ряду критериев;

- 3D-визуализатор - модуль  для получения трехмерного изображения  моделей мебельных изделий, созданных  с помощью модуля Базис-Мебельщик. 

Дополнительно может быть выполнено комплектование системы  модулями Базис-Склад, Базис-Салон и  Базис-ЧПУ.

В настоящее время модуль Базис-ЧПУ может использоваться совместно с деревообрабатывающим оборудованием немецких компаний HOMAG Group (под управлением системы WoodWOP 4.5), BIESSE Group  (под управлением системы NC500 или NC1000) и IMA (под управлением  программы ImaWop 4.0) [7].

Woody

OOO «ИнтеАр Лтд» предлагает  мебельным предприятиям программный  комплекс для проектирования  корпусной мебели и шкафов-купе, формирования оптимального плана  раскроя листовых и кромочных  материалов и ведения складского  учета, разработки дизайна интерьера  помещений. В состав комплекса  входят следующие программы [10]:

Woody - конструирование корпусной  мебели и шкафов-купе, подготовка  параметрических моделей мебельных  изделий для программы Salon+3D, формирование  конструкторской документации;

Sawyer - формирование оптимального  плана раскроя листовых и кромочных  материалов, ведение складского  учета материалов;

Salon+3D - расстановка моделей  мебели и дизайн интерьера  помещения, расчет стоимости заказа  и подготовка его спецификации, формирование прайс-листов и каталогов  изделий для использования в  мебельном салоне.

Программа Woody позволяет  выполнять трехмерное моделирование  мебели, обеспечивая контроль зазоров  деталей в модели изделия и  заданных габаритов изделия, наклон деталей на произвольный угол и автоматический подбор фурнитуры в зависимости  от угла между сопрягаемыми деталями (угловые петли, шарнирные эксцентриковые стяжки и т.п.). Для деталей, соединяемых  под произвольным углом, можно назначить  различные схемы сопряжения и  параметры подрезки одной детали по торцу или по пласти другой. При  редактировании изделия схема соединения и угол подрезки автоматически корректируется в соответствии с новым расположением  деталей в пространстве.

Особенностью программы Woody версии 2.0 является иерархическое  представление проекта, включающее множество изделий, которые можно  поворачивать, переносить, удалять, добавлять, копировать и произвольно компоновать  в пространстве. Таким образом, пользователю предоставляется возможность формировать  сложный мебельный гарнитур из заранее  подготовленных моделей отдельных  корпусов. Компонуя модели корпусных  изделий мебели в пространстве сцены, можно корректировать габаритные размеры  изделий, что незамедлительно приводит к автоматическому изменению  всей конструкции, т.е. к перестроению размеров деталей, позиций креплений  и фурнитуры, рабочих чертежей. При  этом можно получить техническую  документацию как на мебельный гарнитур в целом, так и на каждое изделие, входящее в его состав.

Программа Sawyer позволяет  формировать план оптимального раскроя  листовых и кромочных материалов и осуществлять ряд функций складского учета.

Программа Salon+3D позволяет  быстро смоделировать помещение  заданных очертаний и размеров (или  его наиболее существенную часть), а  затем выполнить в нем расстановку  моделей мебели и аксессуаров, выбранных  из электронного каталога. Графические  средства программы позволяют осуществить  быстрое вращение модели интерьера, приблизить и рассмотреть наиболее важные ее части и детали. Освещение  сцены автоматически подстраивается таким образом, чтобы лучше отображался  объем и взаимное расположение объектов в модели интерьера. Кроме того, можно  настроить освещение сцены с  помощью ручного управления источниками  света (положение, направление, интенсивность, угол, цвет и т.д.) [11].

Программа Salon+3D обеспечивает оперативный расчет стоимости заказа с учетом индивидуальной комплектации изделий и распечатку спецификации заказа. В спецификацию заказа вносится информация об артикулах, размерах, ценах  и количестве изделий, представленных в заказе. По указанию пользователя в нее может быть помещен трехмерный эскиз модели интерьера с обозначением размеров и автоматической простановкой позиций изделий, представленных в  спецификации.

В программу Salon+3D встроены средства для создания прайс-листов (или библиотек  изделий), содержащих трехмерные модели, которые можно разрабатывать  как «с нуля», так и воспользоваться  прототипами, подготовленными в Woody, а также импортировать изображения  из графического редактора InteAr или  других 3D-редакторов, используя различные  файловые графические форматы (например, 3DS или STL).

Программа Salon+3D обеспечивает возможности для формирования моделей  столешниц,  которые могут накрывать  напольные изделия,  представленные в проекте интерьера. Конфигурации столешниц могут быть произвольными, задаваемыми путем ввода последовательности точек контура. Материал столешниц  выбирается из специальной библиотеки материалов,  поддерживаемой программой. Построенные столешницы автоматически  включаются в спецификацию и учитываются  в стоимости заказа.

3D-Конструктор

ООО «Элекран Софт» предлагает мебельным предприятиям программный  комплекс для проектирования изделий  корпусной мебели, разработки дизайна  интерьера помещений, формирования оптимального плана раскроя листовых конструкционных материалов. В состав комплекса входят следующие программы [2]:

3D-Constructor - конструирование  корпусной мебели, подготовка параметрических  моделей мебельных изделий для  программы 3D-Flat, формирование конструкторской  документации (чертежи, спецификации, ведомости материалов и др.);