Czas zmian CAD - 1980 r. - 1990 r.

Lata 80. to okres nowych wyzwań technologii CAD. W siódmej dekadzie XX w. CAD rozwijał się głównie na uczelniach – stanowił temat prac doktorskich i przedmiot badań. W kolejnym dziesięcioleciu natomiast wszedł na rynek komercyjny i napotkał nieznane do tej pory problemy. Szybki rozwój sprzętu, przestrzeganie harmonogramów prac, ostra konkurencja na rynku to tylko nieliczne z wyzwań,  z którymi mierzyć musieli się twórcy oprogramowania CAD.

W latach 80. Najlepiej działające programy CAD sprzedawano w pakiecie sprzęt/oprogramowanie. Wzajemna optymalizacja składowych umożliwiała płynne działanie, zestawy nie wymagały dodatkowego zasilania lub chłodzenia.

W 1981 roku IBM zawarło z Avions Marcel Dassault umowę umożliwiającą firmie IBM sprzedaż programu CATIA, w 1982 roku zaprezentowana została CATIA Version 1, która zawierała opcje modelowania 3D. Rozpoczęta w tamtym czasie współpraca trwa do dziś.

Najpopularniejsze (najtańsze) minikomputery DEC VAX współpracowały z wypuszczonym w 1983 r. oprogramowaniem InterAct i InterPro 3D firmy Intergraph (wcześniej M&S Computing).

Dominację komputerów DEC na początku lat 80. zakończyło wprowadzenie UNIXa charakteryzującego się otwartą architekturą, niskim kosztem oraz wysoką wydajnością. W pierwszych latach dekady pojawiły się również PC. IBM stworzyło pierwszego PC w 1981 roku. W 1982 roku zaprezentowany został pierwszy system CAD dla PC – Autodesk. W 1983 roku Adra System zaprezentowała CADRA 2D CAD, a w 1984 roku Bentley System – MicroStation. W 1984 roku zaprezentowano pierwszego Macintosha, a już w 1985 roku Diehl Graphsoft zaprezentował MiniCAD, który stał się najlepiej sprzedającym się oprogramowaniem CAD dla komputerów Apple. Ze względu na brak mocy obliczeniowej oraz słabą grafikę dopiero po intensywnym rozwoju w latach 90. PC i Apple zaczęły mieć rewolucyjny wpływ na rozwój CAD.

W 1987 roku Parametric Technology Corp. wypuściło pierwszy program 3D dla komputerów UNIX – Pro/Engineer. Pierwotnie program został zlekceważony przez innych graczy rynku CAD, uważali oni Pro/Engineer za niedojrzały i niestabilny. KU ich zaskoczeniu po 18 miesiącach od wprowadzenia program bił rekordy sprzedaży. Pro/Engineer charakteryzował się zdaniem użytkowników łatwością użytkowania oraz szybkością modelowania. Nowoczesny na tamte czasy interfejs programu pozostawił konkurencję w tyle.

W początkowej fazie rozwoju CAD firmy z branży motoryzacji i lotnictwa posiadały własne zespoły, które miały na celu stworzenie personalizowanych rozwiązań CAD. Trend ten uległ zmianie po 1985 roku, potentaci zaczęli korzystać z komercyjnych rozwiązań proponowanych przez wyspecjalizowane firmy CAD. Boeing porzucił autorski projekt TIGER 3D CAD (rozpoczęty w 1980 r.) w 1988 roku i zaczął korzystać z programu CATIA. Rezygnacja z systemów wewnętrznych na rzecz komercyjnych rozwiązań oznaczało dla sprzedawców oprogramowania CAD dwukrotne zwiększenie wielkości rynku.

Branża CAD pokładała wielkie nadzieje w rozwoju technologii w latach 80., miał to być złoty okres sprzedawców. Jednak panująca pod koniec dekady w Europie i Stanach Zjednoczonych recesja zmusiła sprzedawców do obniżenia cen (analogicznie zmalały uzyskiwane marże). Niektóre z firm znalazły się na skraju bankructwa. Wszyscy z niecierpliwością wyczekiwali zmian jakie przyniosą lata 90. .

Rozwój CAD - 1970r. - 1980r.

Dalszy rozwój systemów CAD szedł w parze z prężnym rozwojem technologii w latach 70. Kołem zamachowym stał się rozwój języków programowania, systemów operacyjnych oraz stworzenie komputerów o nieznanej do tej pory mocy obliczeniowej. Przykład może tu stanowić minikomputer VAX.

W dalszym ciągu prekursorami rozwoju technologii CAD były firmy z branży motoryzacyjnej oraz lotniczej. Wyżej wymienione korporacje posiadały specjalne, międzynarodowe działy mające za zadanie tworzenie autorskich programów CAD.

W tamtym okresie programy CAD stanowiły zamiennik 2D dla klasycznych ręcznych rysunków. Wdrożenie CAD minimalizowało liczbę ludzkich błędów powstających podczas kreślenia kopii projektów oraz zwiększało możliwość ponownego wykorzystania rysunków. Jednym z najbardziej znanych programów CAD, który powstał w latach 70. Jest CADAM. Aplikacja przetrwała pod tą samą nazwą do dziś, oczywiście interfejs i kody źródłowe są już skrajnie różne od pierwowzoru. W 1975 roku francuska firma lotnicza zakupiła licencje CADAM i rozpoczęła pracę nad doskonaleniem programu czego efektem finalnym było stworzenie znanego do dziś programu 3D CATIA.

Pierwszy program 3D – SynthaVision firmy MAGI został stworzony został w 1972 roku dla przemysłu nuklearnego. Pierwszy raz posłużono się tu modelami przestrzennymi brył.

Lata 70. Rozpoczęły złoty okres 2D CAD, jednak zainteresowanie klientów szybko przeniosło się na możliwość 3D programów. Praca doktorska K. Vesprille’a z 1975 roku czerpiąca z badań de Casteljau i Bezier’a stała się podstawą dla opracowań na temat krzywych 3D i zasad modelowania powierzchniowego.

W 1978 roku wypuszczony został program BUILD autorstwa Iana Braid bazujący na B-rep – reprezentacji granic. Podejście to polega na reprezentowaniu geometrii poprzez krawędzie, ściany i wierzchołki uznane za tytułowe „granice” obiektu.

Komputeryzacja i spadek cen sprzętu umożliwiły wejście CAD w świat inżynierii. Pod koniec dekady użycie CAD  w biurach projektowych stało się wysoce opłacalne. Wzrost popularności programów zmusił gigantów rynku do stworzenia wspólnych norm. W ten sposób w 1979 roku powstało IGES (Initial Graphic Exchange Standard) będące do dziś wiodącym standardem w branży.

Wartość rynku oprogramowania i sprzętu CAD wzrosła z 25 milionów dolarów na początku lat 70. do prawie miliarda dolarów u schyłku dekady. Zainteresowanie inwestorów oprogramowanie CAD właściwie odzwierciedlało ten trend. W 1979 roku firma Auto-trol na skutek publicznego przetargu została wybrana pierwszych dostawcą oprogramowania CAD.

Sukces rozwoju technologii CAD w latach 70. został oparty na udoskonaleniu fundamentalnych algorytmów oraz obniżce cen i zwiększeniu dostępności sprzętu komputerowego. Na początku lat 80. wiele firm nie wyobrażało sobie już powrotu do dawnych praktyk i rysowania przy użyciu ołówka i kalka. Rozpoczęła się era komputeryzacji inżynierii.

Historia CAD – do 1970 roku

Nie można pisać o BIM-ie i nie wspomnieć o CAD – w ostatecznym rozrachunku bez oprogramowania CAD metodologia BIM nie istnieje.

CAD to akronim od angielskich słów  Computer Aided Design oznaczających Projektowanie Wspomagane Komputerowo. Dziś nie potrafimy już wyobrazić sobie, że niegdyś praca projektanta nie opierała się wcale na rysowaniu przy użyciu komputera lecz wszystko robione było ręcznie. Drobna zmiana nie polegała na usunięciu elementu poprzez kliknięcie jednego przycisku. Potrzebne były gumki, nożyki, a niekiedy cały rysunek musiał zostać stworzony od nowa.

Wydawać nam się może, że początki CAD sięgają mniej niż wieku wstecz. O ile patrząc na to przez datę powstania komputera (1945r.) uznać można takie założenie za właściwe to podwaliny programów powstały już ponad 2 300 lat temu!

Za twórcę fundamentów programów CAD uznać należy Euklidesa z Aleksandrii, który w dziele „Elementy” z końca IV w. p.n.e. zawarł wiele twierdzeń i formuł, na których do dziś bazują programy wspomagające projektowanie komputerowe. Potwierdzenie aktualności twierdzeń starożytnego matematyka stanowiło dzieło Leon Battista Alberti „Dziesięć ksiąg o sprawach budownictwa” z 1435 roku, gdzie zalecone zostało stosowanie geometrii euklidesowej.

Kolejnym krokiem milowym dla osób opracowujących projekt było wynalezienie kalki w XIX wieku.

Dalsze punkty odnoszą się już bezpośrednio do czasów po wynalezieniu komputera – po 1945 roku. W 1957 roku dr Patric J.Hanratty opracował pierwszy komercyjny program CAM (Computer Aided Manufacturing – pl. Komputerowe Wspomaganie Wytwarzania) do cyfrowego programowania maszyn obróbczych o nazwie PRONTO.

Pierwszy program wspomagający projektowanie komputerowe - CAD powstał zaledwie 15 lat po wynalezieniu komputera. W 1960 roku Ivan Sutherland w swojej rozprawie doktorskiej na MIT przedstawił program „Sketchpad” (pl. „szkicownik”).  Praca w aplikacji była możliwa poprzez użycie świetlnego pióra do rysowania po ekranie komputera.

Ze względu na znaczne koszty technologii programy CAD stosowany były początkowo głównie w branży lotniczej i motoryzacyjnej. Pierwotnie programy tworzone były w celu automatyzacji powtarzalnych prac kreślarskich. Wspomniany wcześniej dr Hanratty był współtwórcą programu CAD o nazwie DAC stworzonego dla General Motors w połowie lat 60. XX wieku. Podobne programy powstały dla McDonnell-Douglas - CADD – 1966r., Ford – PDGS – 1967r., Lockheed – CADAM – 1967r. i wiele podobnych.

Nie tylko amerykańskie uczelnie mają swój wkład w rozwój programów CAD. W 1965 roku na Uniwersytecie Cambridge zespół Charlesa Lange rozpoczął poważne badania nad modelowaniem 3D w CAD.

W połowie lat 60. francuski badacz Paul de Faget de Casteljau pracując dla Citroen rozpoczął pionierskie badania nad krzywymi i powierzchniami w 3D CAD. Zbieżne badania prowadził zatrudniony w Renault Pierre Bezier, wynikiem których było stworzenie krzywej Beziera. Kontynuowane badania Casteljau i Beziera stały się podwaliną 3D CAD.

Koniec lat 60. to okres prężnego rozwoju CAD. Inwestorzy zauważyli potencjał drzemiący w automatyzacji powtarzalnych czynności. CAD nie przebił się jeszcze do budownictwa, jego główną siłę napędową stanowiła branża motoryzacyjna zaliczana w drugiej połowie XX wieku to najbardziej innowacyjnych gałęzi przemysłu. Optymalizacja kosztów i pracy oraz rozwój miast zmuszały firmy do zwiększonej produkcji środków transportu. Racjonalizacja już na etapie opracowywania koncepcji przynosiła firmą największe zyski.

Archicad + PARAM-O - obiekt

"W projektowaniu generatywnym nie chodzi o zaprojektowanie budynku - chodzi o zaprojektowanie systemu, który zbuduje budynek" 

Lars Hesselgren, dyrektor ds. badań i starszy partner w PLP Architecture.

Trafny cytat, którego autorem jest Lars Hesselgren otwiera temat programowania wizualnie konkretnych obiektów przy użyciu aplikacji PARAM-O - dodatku do Archicad 24/25 firmy Graphisoft.

Aby zrozumieć projektowanie generatywne należy zapamiętać, że programujemy algorytm, dzięki któremu otrzymamy gotowy obiekt. Na początku powinniśmy mieć gotowy zamysł efektu naszej pracy lecz poszczególne etapy podzielić należy na jak najmniejsze zadania. Należy tu wdrożyć myślenie od szczegółu do ogółu. Docelową bryłę rozkładamy na jak najmniejsze fragmenty i po kolei montujemy je w naszym skrypcie.

Pracę w PARAM-O należy rozpocząć od stworzenia prostych obiektów. Nie ma sensu rzucać się na głęboką wodę. Solidne podstawy podobnie jak dobre fundamenty w budynku zapewnią nam stabilną i bezproblemową pracę przy bardziej złożonych zadaniach.

Programowanie wizualne kubika w PARAM-O.

1. Wstawienie kształtu

1.1 Przeciągamy węzeł SHAPES->BLOCK na obszar roboczy*

*alternatywnie podwójne kliknięcie na węzeł również powoduje jego pojawienie się w obszarze roboczym.

1.2 Automatycznie tworzy się widok wstępny*

* zaznaczono opcję AUTOMATIC (w lewym dolnym rogu). Przy zaznaczonej opcji MANUAL widok pojawi się po odświeżeniu.

2. Nadanie wymiarów*

*wymiary pobrane zostaną z okna DOMYŚLNE WYMIARY [m]

2.1 Przeciągamy węzeł PARAMETERS -> DIMENSION 1 na obszar roboczy

2.2 Łączymy zaczep* DIMENSION 1 -> SIZE X

*zaczep - półkole na boku węzła

3. Okno opcji węzła*

*zmiana nazwy węzła

3.1 Podwójne kliknięcie na węzeł - okno opcji węzła. W tym miejscu możliwa jest zmiana nazwy węzła w celu jego łatwiejszej identyfikacji. Opcje różnią się zależnie od węzła.

4. Podstawowe wymiary

4.1 Przeciągamy węzeł PARAMETERS -> DIMENSION 1, DIMENSION 2, HEIGHT na obszar roboczy i łączymy je z SIZE X, SIZE Y, SIZE Z. Wymiary pobierane są z położonych w dolnym lewym rogu wymiarów domyślnych [m].

4.2 Zmieniamy nazwy węzłów na SZEROKOSC, DLUGOSC, WYSOKOSC.

4.3 Domyślne wymiary zmieniono na 3x2x5 [m]. Automatycznej zmianie uległ widok wstępny.

UWAGA: Jeżeli nie nadamy obiektowi podstawowych wymiarów nie będziemy mieli możliwości zmiany jego rozmiarów przy użyciu głównych wymiarów obiektu.

5a. Dodanie atrybutów obiektu*

*przykład błędnej operacji

5a.1 ATTRIBUTE INPUTS -> SURFACE łączymy z BLOCK->VISIBLE

5a.2 Tytuł węzła BLOCK podświetlił się na czerwono. Zniknął widok wstępny. Jest to BŁĘDNA OPERACJA.

5b. Dodanie atrybutów obiektu*

*właściwa operacja

5b.1 ATTRIBUTE INPUTS -> SURFACE łączymy z BLOCK -> SURFACE

5b.2.1 Podwójnie klikamy w węzeł SURFACE.
5b.2.2 NODE NAME - zmieniamy nazwę węzła
5b.2.3 CREATE PARAMATER -> TRUE - umożliwia zmianę parametru z poziomu okna obiekt
5b.2.4 PARAMETER NAME - nazwa parametru w oknie obiektu Archicada

6. Tworzenie grupy*

*grupa umożliwia wspólne manewrowanie węzłami

6.1 Trzymając CTRL klikamy na węzły.

6.2 PPM klikamy na jeden z zaznaczonych węzłów i wybieramy 

GROUPING->CREATE NEW GROUP

6.3 Wygląd grupy

7. Zapisywanie obiektu

7.1 Klikamy OK (przycisk w prawym dolnym rogu)

7.2 Pojawia się okno NAZWA OBIEKTU - wpisujemy nazwę i zatwierdzamy OK

7.3 Pojawia się okno PARAM-O MANAGER z nowym obiektem.

7.4 Obiekt PARAM-O w oknie OBIEKTU

Obiekty utworzone w PARAM-O otworzyć można również w starszych wersjach Archicada (przed wersją 24).

Archicad + PARAM-O - interfejs

Podstawową wytyczną przy tworzeniu nowych aplikacji jest ich intuicyjność. W obecnych czasach użytkownicy nigdy nie rozpoczynają testowanie nowych programów od czytania instrukcji. Przyjmuje się, że już na wstępie odbiorca powinien w łatwy sposób odnaleźć się w sposobie działania aplikacji.

Na tej zasadzie powstało PARAM-O – dodatek do projektowania wizualnego obiektów w programie Archicad 24 i 25 firmy Graphisoft. Designerzy zastosowali rozwiązania analogiczne do znanych już użytkownikom sposobów projektowania wizualnego. Param-o wyglądem przypominam Grasshoppera (Rhino) oraz Dynamo. Funkcjonalność jest tu znacznie uboższa od wyżej wymienionych programów, umożliwia jednak tworzenie spersonalizowanych obiektów bez konieczności programowania ich w GDL (co do niedawna było zmorą użytkowników Archicada).

Po otwarciu aplikacji oczom projektanta pojawia się przedzielone na trzy główne części okno.

• Część po lewej stronie zajmują węzły – to dzięki nim możliwe jest tworzenie obiektów, bez konieczności pisania kodu. Posiadają one wstępnie zdefiniowane ustawienia.
• Środek to obszar roboczy – w tą przestrzeń należy przeciągać węzły i łączyć je ze sobą.
• Część po prawej stronie umożliwia uzyskanie wstępnego widoku obiektu na podstawie aktualnych poleceń znajdujących się w obszarze roboczym. Można zdecydować o automatycznym lub manualnym odświeżaniu danych. Manualne odświeżanie polecane jest przy skryptach o znacznych rozmiarach.

Zasady działania programu są bardzo proste – węzły z lewej części okna przeciągnąć należy na obszar roboczy. Otrzymane rezultaty działań zobaczyć można w oknie po prawej stronie. Po podwójnym kliknięciu w węzeł ulokowany na obszarze roboczym pojawia się jego okno właściwości.

Podstawowe węzły:

• WYMIARY – przeciągnięcie wymiarów na obszar roboczy i połączenie ich z KSZTAŁTEM umożliwia zmiany wymiarów obiektu końcowego. Wymiary w obszarze roboczym zmieniać można za pomocą DOMYŚLINYCH WYMIARÓW. Należy zapamiętać, że niezależnie od jednostek w jakich operujemy w Archicadzie wymiary podane są w metrach.

        Jeżeli nie połączymy WYMIARÓW z KSZTAŁTEM to w finalnym obiekcie nie                 będziemy mieć możliwości zmiany jego szerokości, długości i wysokości.

• KSZTAŁT – umożliwia stworzenie kształtów w oparciu, o które będziemy projektować nasz obiekt.
• ATRYBUTY – dzięki nim mamy możliwość zmiany wyglądu kształtu.

Pozostałe węzły:

• Dane wyjściowe – umożliwiają wstawianie liczb, długości, wartości kąta, określeń prawda/fałsz itp.
• Seria elementów – tworzy wielokrotności elementów.
• Transformacja – przesunięcie lub obrót elementów o określone dane wyjściowe.
• Transformacja kształtu – np. obrót wokół własnej osi.
• Działania matematyczne – dodawanie, odejmowanie danych wyjściowych lub WYMIARÓW.
• Działania trygonometryczne – sinus, cosinus itp.
• Operacje na elementach – scalanie lub odejmowanie fragmentów elementów.
• Dodatki – obiekty GDL.
  
  
  

Teraz możemy przejść do tworzenia pierwszego obiektu.