Черепашков А.А., Носов Н.В. Компьютерные технологии, моделирование и автоматизированные системы в машиностроении

Подождите немного. Документ загружается.

Но есть и принципиально новые возможности, которые обе-

спечивают технологии компьютерного моделирования. Напри-

мер точная и оперативная проверка сопряжений и взаимопересе-

чений деталей сборки, проектирование деталей непосредственно

составе сборки, оптимизация конструкции изделия и техно-

логии сборки, реализация технологий разнесения компонент

и виртуальной реальности.

Согласно концепции комплексной автоматизации техниче-

ской подготовки производства, объемная геометрическая сборка

должна стать основой, центром электронного описания изделия,

которое непрерывно развивается и пополняется, концентрируя

данные, порождаемые в процессе решения последовательности

производственно-технических задач.

Геометрическая модель сборки не только наглядно определяет

структуру всего изделия, но и сама содержит важные информаци-

онные ресурсы, необходимые практически на всех этапах жизнен-

ного цикла технического объекта, даже помимо тех, на которых

сборка первоначально создавалась. Например, «конструкторская»

объемная модель изделия может быть с успехом использована для

разработки упаковки и операций складирования и перевозки про-

дукции, технологий производства, ремонта и утилизации.

Наличие полноценной объемной геометрической модели, соз-

данной на начальных этапах проектирования (в CAD-системах),

позволяет в дальнейшем имитировать функционирование (в САЕ-

системах) и технологию производства изделия (в САМ-системах),

оперативно создавать технологическую (в САРР-системах) и экс-

плуатационную документацию (ИЭТР).

До сих пор в полной мере не оценены возможности объем-

ного моделирования в технологиях обучения и переподготовки

кадров как для проектирования и производства изделий маши-

ностроения, так и для их эксплуатации и ремонта. Частично ре-

шению этой проблемы посвящено и данное пособие.

4.5.1.

Базовые функции молелирования сборок

Только геометрическая подсистема САПР, позволяющая

Моделировать все изделие в целом, дает возможность конструк-

тору оперативно оценить существующие проектные области и

203

204

205

геометрические ограничения на размещения отдельных деталей

устройства, определять положение и кинематику движения дета-

лей друг относительно друга.

Многие размеры деталей, их положение в пространстве и усло-

вия соединения задаются именно их положением в сборке.

Компьютерной моделью сборки (или просто компьютерной

сборкой) принято называть трехмерную геометрическую модель

изделия, объединяющую модели деталей, подсборок и стандарт-

ных изделий, а также информацию о взаимном положении этих

компонентов и зависимостях между параметрами их элементов.

В процессе моделирования компьютерных сборок пользова-

тель задает состав сборки, внося в нее новые компоненты или

удаляя существующие. Если сборка является частью другой сбор-

ки, она называется подсборка или узел сборки. Иерархию узлов

сборки можно расположить на нескольких уровнях для удобства

отражения состава и порядка построения конструкции.

Средства моделирования сборок, реализованные в современ-

ных САПР, дают возможность пользователю в интерактивном

режиме, с использованием наглядных динамических изображе-

ний всех компонент, проектировать и виртуально управлять по-

следовательностью и параметрами процесса сборки изделия.

Так же, как и при моделировании объемных деталей, после-

довательность всех действий конструктора отображается в дере-

ве построения (навигаторе) (рис. 4.5.2А, б).

Дерево построения сборки графически отображает логиче-

скую структуру состава и группировки деталей изделия. Дере-

во представляет собой графическую модель процесса сборки

и позволяет конструктору идентифицировать отдельные де-

тали в составе изделия (см. рис. 4.5.2а), оперативно получать

все сведения о них, а также управлять связями между деталями

и узлами (см. рис. 4.5.26). При работе со сборкой такой графиче-

ский навигатор поможет быстро найти нужную деталь, изменить

свойства компонент-модели, способы изображения, удалить или

переместить деталь или подсборку. Для сборок изделий машино-

строения сохранение в модели последовательности (истории по-

строения) будет далеко не лишней информацией.

Сопряжения элементов сборки. Данные о связях компонентов

сборки, поддерживаемые системами моделирования, включают

довольно широкий диапазон сведений о параметрах каждой де-

тали и её взаимодействии с другими деталями и узлами изделия.

Наиболее важной составляющей этих данных являются условия

соединения, называемые сопряжениями. Условия сопряжения

определяют точное расположение одной детали относительно

Других. Например, две плоские поверхности деталей могут ка-

саться друг друга, или две цилиндрические поверхности могут

Располагаться на одной оси. Методически сопряжения можно

классифицировать как параметрические связи и ограничения, на-

ложенные на элементы геометрической модели изделия.

Пользователь может в интерактивном режиме задавать и ре-

дактировать условия сопряжения всех деталей, составляющих

сборку. Наложенные сопряжения автоматически изменяют про-

странственное положение деталей в сборке. В процессе работы

можно перемещать компонент в пределах его степеней свободы,

наблюдая за поведением сборки. При добавлении сопряжений

следует определить допустимые направления линейного или

вращательного движения компонентов. Если сопряжения всту-

пают между собой в противоречия, то связь не фиксируется

и должно выдаваться сообщение об ошибке.

В сопряжениях могут участвовать грани, ребра, вершины, гра-

фические объекты в эскизах, а также вспомогательные элементы

разных компонентов. В большинстве СГМ САПР можно задать

сопряжения следующих типов:

— совпадение элементов;

— параллельность элементов;

— перпендикулярность элементов;

— расположение элементов под заданным углом;

— расположение элементов на заданном расстоянии;

— касание элементов;

— соосность элементов.

На компонент, который уже участвует в одном или несколь-

ких сопряжениях, можно наложить только такое сопряжение,

которое не будет противоречить наложенным ранее.

Наличие механизма сопряжений в ЗD-сборках, как и привя-

зок в плоских моделях, можно считать характерным признаком

инженерных систем, так как без использования сопряжений не-

возможно точно задать положение детали в сборке. Простым

перемещением компонентов мышью практически невозможно

расположить компоненты сборки требуемым образом, а при ре-

дактировании несопряженных компонентов их взаимное поло-

жение легко нарушается.

В сборке, составленной с использованием сопряжений, необ-

ходимо зафиксировать в пространстве хотя бы один компонент.

Он будет играть роль «неподвижного звена» в цепочке сопряжен-

ных деталей. С ним будут прямо или опосредованно сопрягать-

ся остальные детали и узлы. Часто по умолчанию автоматически

фиксируется первый компонент, вставленный в сборку из файла.

Если ни один из сопряженных компонентов не зафиксирован,

то перемещение любого из них или наложение на него очередно-

го сопряжения может привести к нежелательному перемещению

остальных компонентов, хотя условия сопряжений по-прежнему

будут выполняться. В наиболее развитых машиностроительных

206

САПР данные о сопряжениях могут логически включать также

сведения о допусках и посадках деталей изделия.

Контрольпересечений является одной из важнейших функций для

подсистем моделирования сборок в машиностроительных САПР.

Система должна определять и визуализировать зоны пересечений

выбранных пользователем компонентов сборки (рис. 4.5.3).

Расчеты пересечений можно периодически проводить по мере

проектирования изделия. Это позволяет обнаружить ошибки на

ранних этапах проектирования, оперативно провести необходимые

207

изменения и сделать стоимость подобных изменений менее до-

рогой.

Моделирование детали в составе сборки — один из самых эф-

фективных способов моделирования реальных изделий.

Большинство систем моделирования сборок дают пользова-

телям возможность измерять входящие в сборку детали и узлы

и переносить размеры на другие детали. Причем этот процесс

можно производить непосредственно в контексте сборки. Поль-

зователь может проецировать существующие детали на рабочую

плоскость, а также использовать характерные точки элементов

моделей для привязки в процессе построения новой детали. Это

позволяет значительно ускорить проектирование, а также из-

бежать появления возможных ошибок, а новая деталь идеально

вписывается в заданные формы и габариты.

В сборке можно выполнить формообразующие операции,

имитирующие обработку изделия в сборе, например, создать от-

верстие, проходящее через все компоненты сборки, или отсечь

часть сборки плоскостью.

Параметризация сборок. Системы моделирования сборок предо-

ставляют возможность в интерактивном режиме не только задавать

параметрические связи и ограничения, но и вводить проектные пе-

ременные и составлять для них практически неограниченный на-

бор аналитических соотношений и формул. Ассоциативная связь

между деталями приводит к тому, что при изменении одной детали

остальные детали, связанные с ней, автоматически перемещаются

или даже меняют свою геометрию.

Ограничительные и ассоциативные отношения между дета-

лями полезны в тех случаях, когда множество размеров деталей

изделия определяется несколькими ключевыми размерами. По-

сле указания всех соотношений конструктору достаточно будет

изменить только ключевые размеры, а обо всех остальных систе-

ма позаботится сама. Сюда же относится возможность распро-

странения изменений, например, если изменяется диаметр вала,

то меняется и размер подшипника, который должен быть надет

на этот вал.

Параметризация стандартных и часто используемых элемен-

тов объемных сборок (рис. 4.5.4) существенно может сэкономить

время конструктора, поскольку избавляет его от необходимости

208

заниматься контролем всех деталей агрегата при изменении не-

которых его составляющих.

и состав подсистем геометрического моделирования лучших

машиностроительных САПР обычно входит целый арсенал для

создания параметризированных сборок. Этот и специализиро-

ванный язык для формирования выражений, возможность связи

с электронными таблицами (например, с Excel), возможность

экспорта и импорта внешних переменных.

Разнесение объектов сборки (эксплодирование) - самая яркая

функция, доступная пользователю в процессе моделирования,

когда одним нажатием на кнопку модель изделия веером рассы-

пается на составные части, обнажая все свои детали и узлы (см.

рис. 4.4.3). Динамическое разнесение является приятной возмож-

ностью, которая позволяет облегчить восприятие компьютерной

сборки человеком при просмотре объемной модели, состоящей

из плотно упакованного множества деталей и узлов. Разнесение

Удобно для пояснения принципа действия машин и анализа со-

става изделия. Динамика разнесения резко повышает зрелищ-

Ность презентаций результатов объемного моделирования.

Хотя следует заметить, что чаще всего для получения хороше-

го эффекта пользователь должен кропотливо, вручную задавать

Направление и расстояние для переноса каждого элемента.

209

Раздел 4. Компьютерная графика и геометрическое моделирование

Трудоемкий процесс создания наглядного разнесения возна-

граждается высоким эффектом данного функционала в учебных

целях, что не только целесообразно при применении геометри-

ческого моделирования в учебных заведениях, но и незаменимо

при создании эксплуатационной документации и электронных

технических руководств для сборщиков или потребителей про-

дукции.

Моделирование кинематики объектов сборки дает возмож-

ность учесть ряд следующих возможных проблем, возникающих

при проектировании движущихся частей машин и механизмов,

а именно:

— проверку возможности движения элементов сборки и усло-

вия достижения ими запланированных промежуточных и край-

них положений движущихся частей;

— анализ траектории движения элементов сборки;

- контроль пересечений и соударений движущихся частей;

- контроль обеспечения зон доступа к проведению работ

сборщиков и обслуживающего персонала.

В простейшем случае для реализации моделирования кине-

матики достаточно привлечения возможностей программного

механизма сопряжений элементов сборок. В этом случае необ-

ходимо таким образом накладывать связи и сопряжения на эле-

менты сборки, чтобы они соответствовали направлению, углам

поворота и расстояниям планируемых перемещений и не огра-

ничивали их.

Перспективы развития геометрического моделирования сборок.

Выраженная тенденция развития моделирования сборок в ма-

шиностроительных САПР заключается в том, что в дополнение

к универсальной подсистеме геометрического моделирования и на

ее основе создаются проблемно-ориентированные модули и под-

системы, предназначенные для решения узкоспециальных задач.

Для моделирования кинематики и динамики движения в ряде

машиностроительных САПР применяются специализирован-

ные подсистемы, обладающие значительно более широкими

возможностями, чем ставший уже традиционным механизм со-

пряжений. Они объединяются с системами инженерного анали-

за (CAE). В этой среде можно не только проектировать траек-

тории движения, но и учитывать инерционные характеристики

210

4.5. Моделирование объемных сборок

конструкций, упругие и пластические деформации (вплоть до

разрушения) [95, 108, 163].

Для получения анимации и реалистических изображений изделий

также невозможно обойтись без геометрического моделирова-

ния. В технике анимация предназначена для наглядной имита-

ции работы машин и механизмов. Анимационный видеоролик

(«кинограмма») формируется в полуавтоматическом режиме

из последовательности статических положений модели («ка-

дров»)- Часть характерных положений пользователь назначает

сам, а промежуточные кадры создаются автоматически. Анима-

ция сложного устройства может состоять из набора дискретных

«шагов», каждый из которых включает «непрерывную» последо-

вательность кадров. На каждом шаге можно задавать различные

виды и параметры движения: скорость, частоту вращения и пр.

Создание так называемого «фотореалистического» изобра-

жения из геометрической модели требует привлечения методов

и средств компьютерной графики: моделирование цвета, осве-

щенности, отражения, теней, прозрачности, фактуры поверхно-

сти. Для получения реалистических изображений используется

интерактивный «рендеринг» геометрической модели. Рендеринг —

это процесс преобразования модели для вывода на экран мони-

тора. В отличие от механизма геометрических преобразований,

в процессе рендеринга в основном выполняются операции над

пикселями устройства отображения, которые частично отраба-

тываются аппаратными средствами видеоадаптера монитора.

В процессе рендеринга производится наложение реалистиче-

ской текстуры на геометрическую модель изделия. Хорошие ре-

зультаты моделирования текстуры поверхности достигаются при

использовании фракталов - перспективного математического

метода моделирования.

Для экономии дискового пространства и удобства воспро-

изведения видеоролика «сценарий» анимации и реалистиче-

ские изображения записываются в специальных форматах ма-

шинной графики. Различия понятий компьютерная графика

и компьютерное геометрическое моделирование мы обсуждали

в начале данного раздела. Применение различных методов моде-

лирования для решения одной прикладной задачи иллюстрирует

важнейщую тенденцию развития компьютерных технологий -

211

Раздел 4. Компьютерная графика и геометрическое моделирование

212

4.5. Моделирование объемных сборок

проявляется важное дидактическое свойство специальных си-

стем - возможность ускоренного развития квалификации моло-

дых специалистов не только в компьютерной, но и в предметной

области.

В учебных целях компьютерное геометрическое моделиро-

вание чаще всего используется при освоении прикладных про-

грамм, т.е. как объект изучения. Однако было отмечено, что при

«правильном» внедрении проблемно-ориентированных подси-

стем САПР для обучения студентов компьютерным технологи-

ям явственно проявляется дополнительный «предметный» обу-

чающий эффект от применения компьютерного моделирования,

который необходимо развивать и целенаправленно использовать

для развития профессиональных способностей. Компьютерная

модель изделия кроме геометрии содержит и важную для форми-

рования специалиста информацию о составе, структуре и прин-

ципах проектирования рациональных технических объектов, т.е.

геометрические библиотеки типовых решений можно уже трак-

товать как базы знаний, в которых в материализованном виде

накоплен опыт проектирования.

По большей части, машиностроительные сборки с ограниче-

ным числом элементов строятся достаточно просто. Но в прак-

тической работе проявляются некоторые типовые проблемы ра-

боты со сложными сборками.

Проблемы точности формообразования обычно проявляются

при моделировании сборок из заранее подготовленных моделей

деталей. Затруднения вызывают ситуации, в которых сложные

формы деталей и узлов должны стыковаться вдоль криволиней-

ной поверхности. На помощь здесь может прийти проектирова-

ние переходников прокладок и вставок в контексте сборки.

Проблемы потери и поиска файлов моделей типичны для ло-

кальных автоматизированных мест и программ.

В процессе проектирования создаются сложные параметриче-

ские сборки, состоящие из многочисленных компонентов, кото-

рые могут являться моделями деталей, записанными в различных

Файлах, или другими сборками, в свою очередь состоящими из

Множества файлов. Добавление компонента в сборку создает связь

Между сборкой и файлами компонентов. При открытии сборки

программа должна найти файл компонента, чтобы отобразить его

213

комплексное использование компьютерного моделирования в

промышленных системах.

После объединения анимации и реалистических изображе-

ний геометрических моделей следующим логическим шагом

представляется реализация виртуальной реальности, о целях и за-

дачах которой, применительно к задачам машиностроения, мы

порассуждаем в завершении данного раздела.

Для проектирования трубопроводов и трассировки кабельной

проводки в сложных машиностроительных изделиях использу-

ются специализированные модули промышленных автомати-

зированных систем. Такие подсистемы САПР предназначены

для автоматизации типовых работ по прокладке и модификации

трасс, размещению элементов, вычислению потребных длин

и диаметров, автоматическому созданию сборочных чертежей

и спецификаций. Применение специализированных подсистем

не только сокращает время и увеличивает производительность

труда, но и, что самое главное, резко уменьшает количество не-

избежных раннее ошибок и как следствие — объем доводочных

работ. Например, стыковка элементов трубопроводов, получен-

ных на основе геометрических моделей, происходит настолько

точно, что исключает слесарные операции подгонки, обычно не-

избежные при традиционной технологии проектирования.

Для высокоуровневой автоматизации технической подготовки

производства отдельных типов изделий удобны параметрические

графические библиотеки. Для ряда структурно простых объектов

(валы, зубчатые передачи, пружины и пр.) можно максимально

автоматизировать выполнение проектных процедур. В ряде слу-

чаев узкая специализация позволяет добиться даже автомати-

ческого проектирования типовых изделий, например лопаток

турбин. Очевидно, что создание и применение подсистем САПР

такого уровня специализации возможно в очень ограниченных

профессиональных пределах. Например, экономически эффек-

тивны подсистемы проектирования штампов и пресс-форм,

содержащие параметрические библиотеки стандартных дета-

лей или даже уже готовые параметризованные типовые изделия

[160]. Профессиональные проектировщики обычно предпочита-

ют использовать только стандартные детали из библиотек, а ти-

повыми решениями увлекаются начинающие проектанты. Здесь

в сборке, при этом изменения, сделанные в компоненте, автома-

тически отражаются на сборке.

Как правило, сама модель сборки не включает моделей дета-

лей, а лишь содержит информацию о моделях деталей и описа-

ние связи между ними. Модели деталей сохраняются в отдельных

файлах, разбросанных в папках на жестком диске компьютера

разработчика. В файле сборки хранятся только ссылки на эти

компоненты. Это позволяет исключить дублирование и сокра-

тить потребные затраты дисковой и оперативной памяти ком-

пьютера. Однако в данном случае модель сборки становится

зависимой от структуры файловой системы компьютера и при

произвольном перемещении файлов может произойти потеря

информации о компонентах сборки, а в результате возможно

полное разрушение модели сборки. Это очень существенно, ког-

да необходимо сохранить сложную компьютерную сборку в ар-

хиве или передать в другое подразделение смежнику.

Решение описанной проблемы обеспечивает переход от

привычного размещения моделей в стандартной файловой си-

стеме ПК к хранению всех данных по сборке в специальной

базе данных.

Проблемы сохранности и передачи информации о сложных сбор-

ках можно назвать типичным проявлением «лоскутной» автома-

тизации, когда компьютеризируются отдельные рабочие места.

Лучше всего проблемы хранения и переноса сложных моделей

сборок решаются при использовании специализированных си-

стем управления инженерными данными (PDM-систем). PDM

переводит разрозненные файлы деталей сборки, разбросанные

по дискам автоматизированного рабочего места разработчика,

в централизованный архив без потерь - в форме структуриро-

ванной базы данных.

Проблемы унификации и стандартизации элементов сборок

чаще всего связаны с недостатками в организации технической

подготовки производства, когда как при внедрении автоматизи-

рованной системы сохраняются традиционные «бумажноориен-

тированные» методы технического документооборота.

В крупных проектах или в больших КБ с богатой производ-

ственной историей одни и те же детали используются в разных

изделиях. Например, если нескольким пользователям был нужен

214

4.5. Моделирование объемных сборок

один стандартный элемент в разных сборках, то, как правило,

они многократно дублируют его. Для решения этой проблемы ис-

пользуется механизм ссылок налетали, а не их копирование. Ин-

формация об экземплярах деталей или узлов содержит сведения

о том, в каких местах изделия используется одна и та же деталь.

Экземпляр - удобная общая концепция для описания стандарт-

ных деталей, в частности крепежных, поскольку она позволяет

однократно сохранить параметры деталей, а затем использовать

их сколько угодно раз. Но в общем случае, когда необходима

унификация изделий в крупном проекте или на предприятии

в целом, с этой проблемой лучше справляется PDM. В этом слу-

чае создаются и используются дополнительные метаданные,

представляющие собой информационную модель изделия.

О PDM, информационных моделях и моделировании инфор-

мационных систем мы поговорим в следующих разделах. Рас-

сматривая приведенный выше пример, мы еще раз обращаем

внимание читателя на глубокое проникновение, взаимное влия-

ние и связи многих моделей и методов компьютерного модели-

рования, которые используются для автоматизации современно-

го машиностроения.

4.5.2. Использование компьютерных сборок для организации

процессов разработки сложных технических объектов

Многие сложные, наукоемкие и инновационные изделия маши-

остроения проектируются не индивидуально, а большими коман-

дами разработчиков, которые должны действовать сообща - согла-

сованно и практически единовременно.

Для передовых машиностроительных КБ, заводов и объеди-

нений локальные компьютерные технологии уже давно ста-

ли привычным инженерным инструментом, а при внедрении

Корпоративных автоматизированных систем актуальными

являются проблемы повышения эффективности проектно-

Конструкгорских работ и обеспечения возможности коллек-

тивного труда над проектом. В современных условиях часто

создаются временные объединения специалистов, организаций

и Фирм, которые разобщены территориально и организационно-

витуальные предприятия.

215

Раздел 4. Компьютерная графика и геометрическое моделирование

216

4.5. Моделирование объемных сборок

Если один из разработчиков захочет изменить конфигурацию

компонента, то при этом сразу возникает неотложная задача

внесения изменений во все зависимые компоненты, сделанные

другими разработчиками.

При традиционной технологии организации работ — на локаль-

НЫХ рабочих местах - много времени и сил каждого участника про-

екта уходит на отслеживание актуальности и соответствия моделей

деталей, их сопряжения друг с другом, и внесение соответствующих

изменений. Кроме этого, меняются спецификации сборок, другие

данные и документы, составляющие проект. Это отслеживание

приходится осуществлять вручную, и в итоге нет никакой гарантии,

что отдельные части проекта точно соответствуют друг другу.

При моделировании сборок «сверху вниз» вначале создаются

концептуальные, структурные схемы изделия в целом, а только

затем производится проектирование отдельных деталей. В про-

цессе проектирования элементов производятся детализации

и уточнения первоначального схемного решения. За счет такой

«правильной» иерархии работ увязка отдельных частей между

собой осуществляется значительно быстрее.

Более того, в современных САПР появилась возможность

проектирования деталей непосредственно в контексте самой

сборки, при этом кроме автоматического возникновения ассо-

циативных связей происходит и автоматическое определение

большинства параметров компонентов, что избавляет пользо-

вателя от необходимости вручную вычислять и контролировать

большинство размеров деталей.

Существенное преимущество проектирования «сверху вниз»

заключается в том, что внесение изменений в проект не требует

Редактирования многочисленных связей. Детали автоматически

обновляют свои параметры на основе сохраненной в параметри-

ческих ассоциациях истории своего построения.

Проектирование «сверху вниз» можно использовать для цен-

трализованного назначения и утверждения ключевых параме-

тров сборки, которые затем используются как основа для рас-

пределения работ по группам исполнителей, передачи работ

в специализированных подразделениях проектной организации

или смежникам. Уровень вложенности иерархии - количество сту-

пеней в детализации проекта — определяется только сложностью

217

В начале 1990 г. растущая потребность в совместном проек-

тировании стала главной движущей силой в разработке систем

управления инженерными данными. PDM-системы аккуратно

отслеживают состав изделия, все изменения деталей и узлов, их

связь друг с другом, чтобы все участники проекта могли работать

в реальном масштабе времени — «параллельно».

Благодаря внедрению в практику автоматизированного про-

ектирования интегрированных компьютерных систем и парадиг-

мы параллельного проектирования, когда команды технологов

и проектировщиков стали работать совместно, приоритет раз-

работчиков сместился от локальных систем в сторону «сборко-

центричной» концепции САПР. Распространены два подхода

к моделированию сборок: «сверху вниз» или «снизу вверх».

При моделировании сборок «снизу вверх» созданные заранее

модели деталей последовательно объединяются в модели сборки

изделия. Сначала необходимо спроектировать все детали, затем

вставить их в сборку и назначить все нужные сопряжения для

фиксации расположения деталей. Чтобы внести изменения в мо-

дель, необходимо отредактировать детали по отдельности. Затем

снова перестроить сборку.

Таким же путем развивались методы компьютерного геоме-

трического моделирования. И в недалеком прошлом в САПР

реализовывали и поддерживали исключительно эту технологию

проектирования [47].

Проектирование снизу вверх является предпочтительным для

заранее сконструированных, готовых деталей или стандартных

компонентов, таких как крепежные детали, элементы гидро-

и пневмосистем, приборы, технологическая оснастка и инстру-

мент и т.д. Стандартные детали и узлы не меняют свою форму

и размеры в процессе итерационного проектирования. Можно

заменить только компонент в целом.

Но этот кажущийся более привычным подход обладает рядом

недостатков. Форма и размеры большинства нестандартных дета-

лей в сборках взаимосвязаны. Для моделирования отдельных дета-

лей с целью последующей их «сборки» требуется точно представ-

лять взаимное положение деталей и топологию изделия в целом,

вычислять и прогнозировать размеры одних деталей для того, что-

бы в зависимости от них устанавливать размеры других деталей.

Раздел 4. Компьютерная графика и геометрическое моделирование

4.6. Проекционные вилы и ассоциативные

связи 3D и 2D-моделей

В современной концепции автоматизации проектно-

конструкторских работ объемное моделирование выполняет

функцию основного инструмента, предназначенного для ре-

218

4.6. Проекционные виды и ассоциативные связи 3D и 2D-моделеи

219

и структурой изделия. «Разузлование» изделия производится до

тех пор, пока отдельные элементы проекта не становятся удоб-

ными для индивидуального проектирования на локальных авто-

матизированных местах или программах.

Технология проектирования «сверху вниз» особенно полезна

при работе с изделиями, содержащими силовые рамы, каркасы, ста-

нины, корпуса и другие базовые элементы, которые используются

для крепления основной массы деталей в правильном положении.

Сейчас почти все производители САПР предлагают в качестве

преимущественного «системного решения» (метода использова-

ния компьютерных технологий для решения задачи комплексной

автоматизации предприятия) подход сверху вниз [29, 45, 57].

Смешанный способ проектирования. На практике чаше всего

используется смешанный способ проектирования, сочетающий в

себе приемы моделирования «сверху вниз» и «снизу вверх». В этом

случае часть деталей и узлов разрабатывается независимо от сбор-

ки, а другая часть создается по иерархии вхождения в сборку. Та-

кой способ приемлем даже на локальных рабочих местах. В сборку

сначала вставляются готовые модели компонентов, определяю-

щих ее основные характеристики, а также модели стандартных из-

делий. Остальные детали дорабатываются в контексте сборки.

Например, при проектировании пресс-формы вначале соз-

даются модели отдельных формообразующих элементов — ма-

триц и пунсонов. Они дополняются стандартными деталями

и узлами. Затем эти детали вставляются в сборку, и производится

их компоновка. Остальные компоненты, например прокладки,

крышки и прочие детали, зависящие от их размера и положения,

создаются «на месте» (в контексте сборки) с учетом формы и раз-

меров базовых компонентов (см. рис. 4.5.2, 4.5.3).

щения компоновочных задач. В процессе создания ЗD-моделей

окончательно прорабатывается предложенное в концептуальной

схеме изделия расположение конструктивных элементов, уточ-

няется их форма, конкретизируются все геометрические пара-

метры изделия. Для некоторых геометрически сложных изделий

только объемная модель позволяет дать полное и однозначное

описание их формы и размеров.

В результате создания объемной модели автоматически и аб-

солютно точно могут быть вычислены массово-центровочные

характеристики изделия, определены площади, габариты, гео-

метрические характеристики всех требуемых сечений и базовых

поверхностей.

Вышеперечисленные задачи - это очень значимые, но далеко

не единственные области приложения объемного геометрическо-

го моделирования. На современном витке спирали технического

прогресса объемная геометрическая модель становится основой и

первоисточником при создании плоских геометрических моделей и

графических изображений, используемых в инженерной практике.

Техническая подготовка машиностроительного производства

пока немыслима без чертежей, технологических карт и другой

«бумажной» проектно-конструкторской документации, при-

чем на разработку проектной документации тратится до 70%

временных ресурсов проектировщика. Большинство практиков

сходятся во мнении, что при современном уровне развития ком-

пьютерных технологий и в обозримой перспективе полноценной

замены чертежам пока нет. В пользу этого выдвигаются следую-

щие веские аргументы:

1. Чертеж — это юридический документ, содержащий все

подписи ответственных лиц. Только недавно в российских го-

сударственных стандартах было узаконено понятие «Документ

технический электронный (ДТЭ)» [80—82], предусматривающий

Использование «электронных» подписей. Электронные подписи

только начинают внедряться в промышленности, а для массово-

го их использования требуется специальное программное обе-

спечение и, конечно, PDM.

2. Чертеж содержит многие обозначения, наличие которых не

Предусмотрено в ЗD-моделях. Действительно, допуски, посадки,

шероховатости, покрытия, технические требования и многое

другое не входят в описание геометрии. Эта информация может

быть добавлена в атрибуты комплексных моделей изделия [81]

Но набор видов, разрезов, сечений, выносных элементов, их ко-

личество и расположение на чертеже, которые осознанно дела-

ются конструкторами, также несут важную информацию, кото-

рая не передается в объемной модели.

3. Конструкторская и технологическая документация ис-

пользуется в производственных подразделениях, не оснащенных

компьютерной техникой, — цеховыми технологами, мастерами,

рабочими, в конце концов. Технически установить компьютер

на любом рабочем месте не составляет труда, но экономическая

целесообразность этого пока не выдерживает никакой критики.

4. Есть такие детали, которые проще и дешевле изготовить по

плоскому чертежу. Можно добавить, что существует определен-

ный класс деталей, для которых не только не требуется создание

ЗD-моделей, но даже и обычных чертежей. Это так называемые

«бесчертежные» изделия, информация о которых представлена

только в спецификации.

Опытный производственник на каждом конкретном пред-

приятии, наверное, сможет найти еще немало причин, по кото-

рым скорый переход на безбумажную технологию технической

подготовки производства или технически невозможен, или эко-

номически нецелесообразен.

Таким образом, для реальных производственных приложений

принципиально важно, чтобы ЗВ-модель, разработанная в под-

системе геометрического моделирования, смогла бы быть ис-

пользована для автоматизации разработки чертежей, специфика-

ций, технологических карт и другой технической документации.

Одним из важнейших инструментов систем объемного геометри-

ческого моделирования, предлагаемых для промышленного приме-

нения, является механизм получения плоских проекционных видов.

Твердотельная геометрическая модель с математической точ-

ки зрения идеально приспособлена для вычисления плоских

проекций, хорошо известных любому инженеру, изучавшему

проекционное черчение. Затем полученные проекционные виды

используются в качестве заготовок при разработке чертежей.

На рисунке 4.6.1 а, б показаны объемная геометрическая мо-

дель сборки и автоматически сгенерированный главный проек-

220

221