工业软件居品分析——模子结构树
发布日期：2024-12-05 16:12 点击次数：68
在工业设想边界，软件器具的每一次创新都可能激励做事历程的鼎新。本文通过对比分析Solidworks、Creo、Fusion360三款主流CAD软件的模子树设想，深入探讨了工业软件中的中枢功能之一——模子结构树的设想和演变。
上一篇，笔者先容了工业软件中的三维模子浏览功能。本篇，笔者将分析工业软件中另一个进击基础共性功能——模子结构树（以下简称模子树，也有软件叫设想树、导航器、采取树、特征树、大纲等等，功能都访佛）
模子树出当今委果每一个工业软件中，岂论CAD、CAE、BIM如故其它丰富多采的工业软件，都在以这种明晰的树状结构来组织和处理数据并纪录操作过程。
本文以三款常用的CAD软件（Solidworks、Creo、Fusion360）为例，从他们的模子树设想及演化中，分析工业软件中的模子树的常见设想方式。
一、模子树的基本构成及作用CAD软件中，有两种建模方式，一种叫参数化建模，另一种叫径直建模。
参数化建模：在参数化建模中，设想师使用参数来界说和适度设想模子的体式、尺寸和特征。设想中的各个几何元素和特征都与参数筹商联，改变参数的值不错径直影响通盘这个词模子的几何体式。这使得设想师能够快速活泼地修改和调和设想，达成快速的设想迭代。径直建模：在径直建模中，设想师不错径直裁剪和调和几何体的体式，而不需要依赖于参数和特征。径直建模愈加目田和直不雅，适用于快速创建毛糙的几何体式或进行快速的修正和调和。两种建模要道一般都会用到模子树，不外在参数化建模中，由于需要纪录特征创建历史，模子树阐扬了更大的效力。
1985年，来自苏联的émigré 和列宁格勒大学的前老练Samuel Geisberg在好意思国创建了参数技艺公司(PTC)，以开发鼎新性的MCAD(机械狡计机支持设想软件)商场的Pro/Engineer系统。Samuel Geisberg在Pro/Engineer中使用的参数特征酿成了一个左证设想历史自动构建的树。自后，委果通盘的MCAD系统都复制了这种要道，这等于模子树的雏形。
1. 模子树的基本构成和档次结构模子树正常以树状结构呈现，其中树的根节点代表通盘这个词模子，而子节点代表模子中的各个部分、组件或特征。通过伸开或折叠节点，用户不错寻查或笼罩特定的模子元素，以便更好地证据和裁剪模子。正常来说模子树会有以下几部分构成：
根节点：模子结构树的最顶层节点，代表通盘这个词设想模子或安设体。根节点是模子结构树的启程点，通盘其他的节点都径直或迤逦地与根节点筹商联。子节点：根节点下方的节点，代表设想模子中的各个部分、组件或特征。每个子节点都与父节点径直贯串，并通过档次结构进行组织。分支：联结父节点和子节点的线条或联结线，代表节点之间的关联干系。分支将父节点与其贯串的子节点联结起来，酿成一个档次结构，为了视觉后果更浮现， 目下大部分CAD软件都不再使用联结线联结节点，而是接收缩进对皆来进展档次。叶节点：模子结构树中的最底层节点，不再有其他子节点与其关联。叶节点代表设想模子的最小构成单位，正常是基本的几何体、特征或零部件。档次干系：模子结构树中的节点按照档次干系进行组织，酿成从根节点到叶节点的逐级嵌套结构。通过伸开或折叠节点，设想师不错在不同档次间导航和处理模子的各个部分。
2. 模子树的作用在CAD软件中，模子树展示了设想模子的档次干系和构成部分，提供了一种通俗的方式来寻查和裁剪模子的不同元素。起到以下几个重要作用：
组织和处理数据：图形窗口中的零部件模子不径直体现安设干系，除了能看到的模子外，还有许多设想过程数据无法在图形窗口直不雅展示，比如材质、创建者、采取集、过滤器等数据。通过使用模子树，多种模态类型的数据都协调为笔墨和标记的抒发，设想师能够以明晰的方式组织和处理设想过程中的各样数据，不错在树的不同档次上创建和调和模子元素，稳重地掌合手模子的结构和构成。可视化导航：有的软件把模子树叫作念“导航”，恰是因为模子树为设想师提供了一种脱离图形窗口的快速导航器具，使其能够快速定位和采取特定的模子元素。采取功能那篇说过，在二维屏幕中寻查三维模子，会由于模子间的荫庇而导致部分模子难以采取。此时设想师不错通过在模子树中伸开和折叠节点，或是通过搜索栏过滤，稳重定位到怜惜部分，栽植了设想的效率。修改和裁剪：模子树使设想师能够方便地对模子进行修改和裁剪。通过采取特定的节点，设想师不错变调其属性、尺寸、位置等，对模子进行调和和优化，以知足设想条目。历史纪录与版块适度：由于模子树纪录了设想模子的历史和演变，设想师不错稳重地回溯到先前的版块，并在需要时进行修改和更新。这关于设想迭代、比较不同版块以及进行变更处理极度有效。可视化气象指导：模子结构树不错用于骄慢模子元素的气象指导。举例，不错使用图标、神色或其他可视化方式来指导模子元素的选中气象、笼罩气象、差错气象等，以便设想师能够更好地证据和处理模子的气象。二、不同CAD软件模子树之异同1. Solidworks模子树SW是我居品分析著作中的常客，并非我何等擅长使用它，而是因为在CAD软件中它一直以易学易用著称。在SW中，模子树被称为“设想树”，放在了FeatureManager窗口的一个TAB页下。不错通过快捷键笼罩或伸开。模子树中的每个节点都有示意类型的图标、称呼、以及示意气象的标记。
1）Solidworks模子树布局
由下图可见，SW的模子树界面从上到下交替是搜索栏、根节点、文献夹器具、参考/基准、设想特征、清偿适度棒。
在搜索栏，通过输入文本，模子树中的通盘筹商对象，岂论是特征、草图如故文献夹，都不错在此处过滤。
点击骄慢窗格的伸开图标，不错伸开如下图的骄慢窗格，协调寻查和处理零部件的显隐气象、骄慢模式、外不雅、透明度等属性。
位于树结构最下方的清偿适度棒，不错通过鼠标拖拽，将模子清偿到设想历程中的任一气象。这种设想在诸多参数化建模的CAD软件中都有使用，由于设想历史正常比较长，且后创建特征依赖于先创建特征，因此通过CtrlZ震惊正常是不成行的。使用清偿适度棒，不错在清偿的气象下插入新的特征或修改曩昔的特征，从而弥补设想师因前期考虑不周而带来的子虚。
2）SW模子树的节点有哪些
在系统选项中，不错看到模子树中通盘能够骄慢的节点。不错看到，在SW中，除了上头提到的基本模子树结构外，还提供了许多文献夹器具节点，用于组织和处理数据，用户不错招引其显隐气象。
其中：
Favorites 文献夹：添加特征、草图、配合和参考几何体。通过使用保藏文献夹，不错稳重窥察带有极长特征树的零件或安设体中的阵势。还不错使用保藏夹来高亮骄慢特征，以便在协调时间供其他团队成员寻查。
Sensors 文献夹（传感器）：添加传感器以监视选择的属性。传感器监视零件和安设体的所选属性，并在数值超出指定阈值时发出告戒。用户不错用传感器检测物体的尺寸、质地等数据，也不错进行两个物体之间的间距的监测。
方程式文献夹：不错添加新的方程式、裁剪或删除方程式。当您将第一个方程式添加到零件或安设体时，将出现方程式文献夹。使用全局变量和数学函数界说尺寸，并生成零件和安设体中两个或更多尺寸之间的数学干系。Annotations 文献夹：来适度尺寸和注解的骄慢。Design Binder 文献夹：保留设想日记，添加附件自界说文献夹：将特征拖入文献夹中，以减小 FeatureManager 设想树的长度。其它文献夹器具就不逐个先容了，文献夹不算设想特征，通过使用多样功能的文献夹，不错在不贬抑特征干系和设想历史的情况下对各样设想数据进行分类处理，栽植设想效率。
设想特征部分节点的档次结构与前文提到的基本构成无异，都是按照特征的父子级干系进行联结，针对不同类型的特征，提供不同的图标来展示。
SW的特征称呼后带着一大串讲明笔墨，这种进展时势使得模子树显得千里重和混乱，讲明内容不错在右键菜单中取消骄慢，从而使得模子树更浮现。然而要是用户既需要看这些讲明，又不念念看这些长篇累牍的括号和字符呢？在这个版块中，SW似乎莫得提供其他的寻查方式。
3）弹出式的模子树
当SW的用户在属性窗口中操作时，由于属性窗口和模子书窗口同属FeatureManager窗口的Tab页，导致二者无法并排寻查，而在内容操作中又有同期寻查二者的需要，因此SW提供了在右侧弹出模子树的功能，这种模子树访佛于Catia中那种底色透明的模子树，尽可能减少关于图形窗口的空间占用。
2. 浅谈下Catia的模子树我第一次看到Catia时，它那莫得配景板的模子树给我留住了真切的印象，不外Catia的模子树也饱受诟病，因为它和别的软件不同，模子树并不是个孤独窗口，更像一个三维场景中的模子对象，不错拖拽、放大镌汰，用户时时不防备激活模子树，导致场景中的其他物体无法裁剪，或者不防备把它拖到屏幕外，找不追念了。
3. Creo模子树Creo的前身是Pro/E，可谓参数化设想的始祖，如前文所提到，恰是PTC的独创东谈主发明了基于特征创建历史的特征树，影响了委果通盘CAD软件。
在本节，笔者先对Creo 5.0版块进行分析，发现了Creo与SW的一些相反。此后，笔者又将Creo5.0与Creo9.0纵向对比，发现Creo模子树窗口的诸多变化，从中不错看出Creo模子树窗口的设想趋势。
1）Creo模子树的界面布局
Creo的模子树窗口合座布局与SW相反不大，在右上角提供3个下拉菜单列表，不错招引模子树的节点类型、骄慢模式等。比较于SW需要在繁芜的右键菜单中庸藏于边缘的系统选项中寻找节点过滤器等功能，Creo把这些功能放在手边，关于用户更友好一些。
SW中的清偿适度棒，在Creo中成为了一个绿色的箭头，功能是相通的，都不错拖拽清偿到原始气象并进行裁剪。
SW的右键菜单里内容极度多，字数悲伤不一，关于生手用户可能不易找到需要的功能。
Creo的右键菜单相对圣洁许多，字数短，也莫得逾越2层的菜单。
在节点信息的处理上，Creo提供了树列功能，不错横向推广模子树的信息列，以列表时势将物体的质地、体积、创建者等多种属性参数在模子树中协调查撑持理，念念要骄慢的属性不错不才图所示的模子树列窗口中进行筛选。这种展示方式目测是优于SW中在称呼后径直加讲明内容的。
开启树列后，模子树右侧就会出现一个表格，用户不错手动调度其宽度。
2）Creo模子树的节点有哪些
Creo5.0中，模子树节点以特征为主，此外还不错骄慢材料和珍贵，然而并莫得发现SW中的各样文献夹器具节点。
在Creo5.0中，SW文献夹器具中的保藏夹、历史纪录等功能，都分散在各个选项卡的功能按钮里，模子树中莫得协调处理器具。
Creo5.0也莫得提供采取集等功能，在设想时难以对设想数据进行分类处理，在这极少上，SW胜。
除了示意特征类型的图标外，Creo还以下图这种图示符的时势来抒发零部件的气象。图示符渊博比较小，至于图标右侧，不错抒发元件隐含、冻结、未皆备拘谨等气象。不外这种气象教导符太综合了，莫得教学的用户算计看不懂。
3）Creo9.0中对模子树作念的校正
比较于Creo5.0，Creo9.0的模子树窗口有了较大篡改。不错看到前边提到的一些问题一经在Creo9.0中完善了。
第一 ，在用户界面方面，Creo9.0 将蓝本下拉列表中的功能铺开，让用户不错一次点击就选中功能。底部的清偿适度棒，Creo与SW访佛，从插入箭头改成了一条绿线。此外，Creo9.0中有好多种树结构，除模子树外，还有层树、设想树、机构树等，不错并排骄慢。如下图中由上到下就分辩骄慢了模子树、层数、机构树。在Creo5.0中，模子树和层树如故只可切换骄慢的，无法并排骄慢。
第二，Creo9.0比较于Creo5.0，在模子树中新增了顶级节点——设想项，设想项之下包括面组、主体、以及各样文献夹等子节点，设想项中的节点与模子树中纪录的特征创建历史互相孤独，但也互筹商联，比如在设想项中删除了某个特征，在模子树中对应的特征也会被删除。这弥补了上文提到的Creo5.0中短缺文献夹器具来处理数据的问题。
设想项不错在模子树窗口中与特征串行骄慢，也不错孤独出一个“设想树”窗口，与”模子树”窗口并排骄慢。虽然这么也不成幸免地占用了贵重的横向空间。
第三，Creo9.0也对模子树过滤器等窗口界面进行校正，进一步对模子树的节点进行了分类，使得过滤项结构愈加明晰，便于用户采取。
从Creo的演化旅途来看，其模子树鉴戒了SW等软件的模子树的优点，也保留了我方的一些特质。
4. Fusion360模子树Fusion360行动Autodesk家确当红炸子鸡，同期具备径直建模和基于特征建模两种建模方式，其模子树功能与前边两个不太相通，被拆分红圈4所示的“浏览器”和圈9所示的“时候轴”。
浏览器：列出部件中的对象（零部件、实体、草图、原点、纠合、构造几何图元等），况兼可让您适度对象的可见性。时候轴：列出在设想中实践的操作。在时候轴中的操作上单击鼠标右键可进行变调。拖动操作可变调操作的狡计法例（仅限参数化建模模式）
1）Fusion360模子树界面布局
Fusion360的“浏览器”在靠左侧抛弃时，底色是透明的，为图形窗口留出尽可能多的空间。由于纪录特征创建历史的重负给了时候轴，浏览器承载的信息量少了许多，也莫得提供太多招引选项，因此比较圣洁，用的最频繁的骄慢/笼罩按钮放在每一个节点前。示意节点类型的图标放在称呼前，示意气象的标记放在称呼后。
Fusion360中的“时候轴”承担了纪录特征创建历史的功能，并横向排布设想特征，这与其他软件从上到下的逻辑很不同，最左侧的播放器具的设想契合了“时候轴”的称呼，很合适用户的心计模子，将创建过程以动画的时势进行播放，随时回滚气象和裁剪。
这种时候轴的设想，看起来如实圣洁优雅，然而也存在一些问题，举例，只消一溜的情况下，特征间的父子干系怎样抒发？属性信息怎样抒发？要是模子复杂，可能会很快把屏幕横向宽度占满，此时用户需要横向漂浮才调找到某一特征，窗口的横向漂浮正常在体验感上不如纵向漂浮。在短缺笔墨描摹的情况下，在渊博图标中定位怜惜部分亦然比较坚苦的事情。
要是将建模模式切换到径直建模，那么时候轴会散失，这些特征会回到浏览器上，但特征间并没未必序干系。
2）Fusion360中有哪些节点
Fusion360浏览器中的节点除基准、草图和零部件等设想对象外，还包括文档招引、定名视图、分析等节点，创建的采取集也会在浏览器中出现，总体来说莫得提供太多非常的器具。时候轴中等于常见的特征，如拉伸、草图、镜像、孔等。
总体而言，Fusion360比较轻量化，由于它把设想、制造、仿真等阶段的功能放到了不同的做事空间里，在一个空间里的信息量就少了许多，比如设想空间的模子树就无谓考虑仿真、制造筹商的节点了。浏览器窗口也莫得搜索栏、清偿适度棒、切换骄慢模式等功能，很从简，但这么又可能无法知足有复杂需求的用户。是以有的东谈主说Fusion360适当创客和小团队，不适当大型复杂装备的设想。
三、总结与瞻望不错看到，模子树行动CAD软件中的进击构成部分，具有许多优点，比如栽植设想效率、组织和处理设想元素、维持版块适度等，同期也存在一些局限性，这些局限性恰是居品司理们不错校正的标的。以下是模子树的一些局限性：
复杂性可视化难题：关于大型和复杂的模子，模子结构树可能变得极度复杂和混乱，使设想师难以快速证据和操作模子的结构和干系。性能和雄厚性：当模子结构树中包含渊博元素或复杂的设想干系时，CAD软件的性能和雄厚性可能会受到影响，导致泉源速率变慢或出现崩溃的情况。学习和稳健本钱：关于入门者来说，证据和使用模子结构树可能需要一定的学习和稳健本钱。设想师需要熟悉软件的特定操作和术语，以充分运用模子结构树的功能。拆开活泼性：在某些情况下，模子结构树可能拆开活泼性，非常是当设想需要活泼调和和再行组织模子时。某些软件中，变调模子结构树的组织可能需要进行复杂的操作或再行创建模子。这亦然许多软件在维持参数化建模的同期推出径直建模模式的原因。不错看到岂论达索、PTC如故欧特克，均在对模子树不停地迭代优化，现存的模子树也不一定是一种范式，比如Fusion360就把建模历史放到了窗口底部时候轴中展示。
畴昔的模子树又会变成什么样呢？
如今AI技艺发展赶紧，在工业软件中的庸碌应用仅仅旦夕的问题，在AI加持下，畴昔设想仿真等做事大约大部分都将是自动化的，彼时模子树是否还存在都难说。可能仅仅用户在查验AI设想的落幕时需要调出来看一下零件间的干系。而当用户选中某个零部件时，AI技艺不错匡助自动识别和组织设想模子的不同部分和组件，自动分析和索取设想元素，按需生成愈加轻量化的结构树，放松设想师的操作包袱。
目下CAD软件也在运用VR、AR等技艺芜乱二维平面的落幕，在三维假造寰宇进行设想，一经有软件不错在VR空间中进行创作了，这也将成为畴昔的一个趋势。芜乱了维度落幕，模子树的所承担的做事可能以其他时势所分管，大约用三维模子代替综合的标记和笔墨，就像下图3DE平台中这么。又大约像学问图谱那样变成网状干系。
新的交互环境势必为交互设想带来新的挑战。
作家：石寒，公众号：工业软件居品分析
本文由 @石寒 原创发布于东谈主东谈主都是居品司理，未经许可，闭塞转载。
题图来自 Unsplash，基于CC0左券。
该文不雅点仅代表作家本东谈主，东谈主东谈主都是居品司理平台仅提供信息存储空间服务。