Состояние рынка САПР

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Состояние рынка САПР, или что изменилось на работающем промышленном предприятии

За последние 7-8 лет промышленными предприятиями накоплен немалый автоматизации локальных служб конструкторских и технологических подразделений. Несмотря на ограниченное применение средств САПР в реальной работе, результат очевиден - уровень владения новыми технологиями, знание различных прикладных систем, приобретенный реальный опыт работы плюс сотни (тысячи) разработанных чертежей, управляющих программ, моделей и т.п. Практически на каждом предприятии используются сети, ширится применение телекоммуникационных технологий (электронной почты, ИНТЕРНЕТ).

Автоматизированные системы проектирования постепенно, но все же становятся обычным и привычным инструментом конструктора, технолога, расчетчика. Конкурировать иначе в условиях, когда сроки являются основным требованием заказчика, не представляется возможным. И хотя психологически руководителю отечественного промышленного предприятия трудно свыкнуться с мыслью, что дискеты с программами могут стоить дороже оборудования, это нисколько не удивительно, ибо интеллектуальный продукт является плодом многолетних научных, исследовательских и практических работ целого коллектива и колоссальных финансовых вложений. Надо осознать, что не только аппаратные, но и программные средства компьютеризации являются такими же важнейшими частями и ресурсами научно-производственного процесса, как персонал, сырье или электроэнергия. конструкторский интерфейс экспорт

Стремительно развивающаяся компьютерная индустрия и выход новейших операционных систем WINDOWS 95 и WINDOWS NT 4.0 явно обозначили новый виток гонки информационных технологий. За видимой частью айсберга (измененный интерфейс, пиктограммные меню, удобная и наглядная работа с файлами) надо видеть главное - WINDOWS не ограничивается красивым оформлением, это качественно новый уровень работы пользователя, архитектуры комплекса, тесная интеграция разнородных систем, встроенные сетевые возможности и многое другое. Здесь стали реальностью многие задачи, решение которых в среде DOS в принципе не представлялось возможным.

Наметилось явное изменение структуры рынка САПР. Приобретение мощных дорогостоящих систем, требующих высокого уровня персонала, не решает всех проблем конструкторских и технологических служб. Тезис “мы купим 7 больших пакетов и нам больше ничего не надо” не оправдывается, а затраченные денежные средства зачастую не окупаются. Выход видится опять же в интеграции, позволяющей к тому же решать задачи при минимуме вложений. Появление в последнее время новой генерации систем среднего класса типа SolidWorks , тесно интегрированными с чертежной графикой, существующими технологическими и расчетными приложениями, позволяет говорить о том, что 50-80% задач можно решить при качественно меньших затратах. Можно прогнозировать передел рынка CAD/CAM, захват определенной его части, принадлежащей исключительно тяжелым системам, а также потеснение балансирующего между легким и средним классом AutoCAD.



2. Новейшие средства конструкторского твердотельного моделирования SolidWorks

Ярко выраженная полярность систем программного обеспечения САПР, существовавшая долгие годы, предлагала на выбор или мощные дорогостоящие “тяжелые” системы (класса CATIA, EUCLID, CADDS5, Pro/Engineer, Unigraphics) или “легкие” продукты, в основном отвечающие за выпуск чертежно-конструкторской документации или обеспечивающие ограниченное твердотельное моделирование. Появившиеся за последний год на рынке новейшие системы конструкторского моделирования заполняют этот вакуум и предлагают мощные решения среднего уровня в ценовом диапазоне $6000-$8000 за рабочее место. Один из самых заметных программных продуктов, относящихся к новой генерации, является SolidWorks, разработанный американской компанией SolidWorks Corporation, которая преследовала цель создания массовой системы для каждого конструктора под лозунгом “последние разработки в области CAD/CAM на каждый рабочий стол”. При этом мощный функционал продукта по возможностям конструирования приближает его к системам класса Pro/Engineer и позволяет создавать достаточно сложные трехмерные детали и сборки.

Твердотельное параметрическое моделирование детали базируется на создании дерева построений, отражающего этапы ее формообразования. Исходные примитивы, добавляемые к текущей модели или вычитаемые из нее, формируются на базе плоского эскиза (плоского замкнутого контура без самопересечений), выполненного в произвольно ориентированной плоскости. К ним относятся тела вращения и выдавливания, тела, полученные сопряжением произвольно ориентированных сечений или сдвигом. Мощный аппарат наложения размерных и геометрических связей (ограничений) на геометрические элементы обеспечивают построение параметрической модели с возможностью изменения произвольного параметра, связывания его с значением другого параметра и т.п. Сохраняется неразрывная связь эскиз - твердое тело, дающая возможность при необходимости корректировать модель через изменение её эскиза.

Возможности моделирования включают также в себя построения трёхмерных фасок и скруглений, ребер жесткости и литейных уклонов, создание различными способами полых (тонкостенных) тел, использование мощного аппарата построения вспомогательных плоскостей и осей. В версии SolidWorks-97 появились возможности оперировать трехмерными сплайнами и достаточно сложными поверхностями, которые могут служить ограничением при различных формообразующих операциях или границей отсечения части тела, а для деталей одной толщины выполнять развертку. Ведение файла протокола позволяет отслеживать процесс создания трехмерной модели и вносить в него необходимые изменений. Можно изменить любой параметр модели и через несколько секунд увидеть результаты полной перестройки модели.

Широкие возможности визуализации и создания фотореалистичных изображений с использованием дополнительных источников освещения и регулированием характеристик поверхности материала (отражение или поглощение им света, излучение и шероховатость поверхности) позволяют работать в режиме реального времени с тонированными изображениями модели.

Созданные детали могут объединяться в сборку с заданием ограничений взаимного расположения любых деталей друг относительно друга (соосность, фиксация, совпадение точек и плоскостей и многое другое) и регулировкой характеристик каждой детали.

На основе трехмерного объекта возможно автоматическое создание чертежа детали, состоящего из основных и вспомогательных видов, сложных разрезов и сечений. Поддержка многочисленных форматов обмена позволяет использовать любой чертежно-графический редактор. Вообще следует отметить мощные интеграционные возможности системы, обеспечивающей интерфейс с ведущими технологическими и расчетными приложениями, а существующие средства разработки приложений позволяют стыковать прикладные системы с геометрическим ядром SolidWorks. Новая генерация систем может заметно потеснить дорогостоящие интегрированные системы и существенно снизит количественную потребность их применения. Предлагаемая связка SolidWorks и КОМПАС-ГРАФИК 5 обеспечит мощное конструирование и эффективный выпуск чертежной документации.



3. SolidWorks 97: от и до

Новейшая системы трехмерного проектирования, дающей конструктору качественно новые возможности.

3.1 SolidWorks «взрывает» рынок CAD/CAM

1995 год стал переломным для мирового рынка систем CAD/CAM массового применения. Впервые за долгое время пакеты твёрдотельного параметрического моделирования с промышленными возможностями стали доступны пользователям персональных компьютеров. Одно из лучших решений такого уровня смогла предложить американская компания SolidWorks Corporation. Созданная в 1993 году, эта фирма уже через два года, в ноябре 1995-го, выпустила на базе геометрического ядра Parasolid свой первый программный продукт. Пакет твёрдотельного параметрического моделирования SolidWorks 95 сразу занял ведущие позиции среди продуктов этого класса, буквально ворвавшись в мировую «табель о рангах» систем CAD/CAM.

К середине 90-х годов многие конструкторы и технологи во всём мире практически одновременно пришли к одинаковому выводу - для того, чтобы повысить эффективность своего труда и качество разрабатываемой продукции, необходимо срочно переходить от работы в смешанной среде двумерной графики и трёхмерного моделирования к использованию объёмных моделей, в качестве основных объектов проектирования. В поисках максимально подходящей для решения поставленной задачи системы пользователи определили требования к ней - стандартный и интуитивно понятный пользовательский интерфейс, возможность эффективного твёрдотельного моделирования на промышленном уровне и, конечно, наиболее привлекательная цена при высокой эффективности пакета.

Создатели системы SolidWorks учли все эти требования, и, таким образом, дали возможность десяткам тысяч конструкторов использовать на своих персональных рабочих местах новейшие достижения науки в области технологий CAD/CAM.

3.2 Пользовательский интерфейс SolidWorks

В отличие от многих других приложений САПР, созданных для работы на графических станциях с ОС UNIX и уже впоследствии переписанных под Windows, SolidWorks является первой системой твёрдотельного параметрического моделирования, изначально предназначенной для использования на персональных компьютерах под управлением наиболее распространенных операционных систем Windows 95 и Windows NT. При этом возможности твёрдотельного моделирования, реализованные в системе, вполне сопоставимы с возможностями систем «тяжёлого» класса, работающих на платформе UNIX.

SolidWorks 97 «играет» точно по принятым в Windows правилам, к их числу которых можно отнести многооконный режим работы, поддержка стандарта “drag and drop”, настраиваемый пользователем интерфейс, использование буфера обмена и полная поддержка технологии OLE Automation. Являясь стандартным приложением Windows, SolidWorks прост в использовании и, что особенно важно, лёгок в изучении. И разработчики системы совершенно оправданно заявляют, что «если Вы уже знаете Windows, то можете смело начинать проектирование с помощью SolidWorks».

Самое главное, что даёт конструктору SolidWorks 97 - это возможность работать так, как он привык, не подстраиваясь под особенности используемой компьютерной системы. Процесс моделирования начинается с выбора конструктивной плоскости, в которой будет строится двухмерный эскиз. Впоследствии этот эскиз можно тем или иным способом легко преобразовать в твёрдое тело. При создании эскиза доступен полный набор геометрических построений и операций редактирования. Нет никакой необходимости сразу точно выдерживать требуемые размеры, достаточно примерно соблюдать конфигурацию эскиза. Позже, если потребуется, конструктор может изменить значение любого размера и наложить связи, ограничивающие взаимное расположение отрезков, дуг, окружностей и т.п. Эскиз конструктивного элемента может быть легко отредактирован в любой момент работы над моделью.

Пользователю предоставляются несколько различных средств создания объёмных моделей. Основными формообразующими операциями в SolidWorks 97 являются команды добавления и снятия материала. Система позволяет выдавливать контур с различными конечными условиями, в том числе на заданную длину или до указанной поверхности, а также вращать контур вокруг заданной оси. Возможно создание тела по заданным контурам с использованием нескольких образующих кривых (так называемая операция лофтинга) и выдавливанием контура вдоль заданной траектории. Кроме того, в SolidWorks 97 необычайно легко строятся литейные уклоны на выбранных гранях модели, полости в твёрдых телах с заданием различных толщин для различных граней, скругления постоянного и переменного радиуса, фаски и отверстия сложной формы.

При этом система позволяет отредактировать в любой момент времени однажды построенный элемент твердотельный модели.

Важной характеристикой системы является возможность получения развёрток для спроектированных деталей из листового материала. При необходимости в модель, находящуюся в развёрнутом состоянии, могут быть добавлены новые места сгиба и различные конструктивные элементы, которые по каким-либо причинам нельзя было создать раньше.

При проектировании деталей, изготовляемых литьём, очень полезной оказывается возможность создания разъёмных литейных форм. Если для работы необходимо использовать какие-либо часто повторяющиеся конструктивные элементы, на помощь приходит способность системы сохранять примитивы в виде библиотечных элементов.

Кроме проектирования твёрдотельных моделей, SolidWorks 97 поддерживает и возможность поверхностного представления объектов. При работе с поверхностями используются те же основные способы, что и при работе с твёрдыми телами. Возможно построение поверхностей, эквидистантных к выбранным, а также импорт поверхностей из других систем с использованием формата IGES.

Значительно упрощают работу многочисленные сервисные возможности, такие как копирование выбранных конструктивных элементов по линии или по кругу, зеркальное отображение как указанных примитивов или модели.

При редактировании конструктор может возвратить модель в состояние, предшествовавшее созданию выбранного элемента. Это может потребоваться для выполнения каких-либо действий, невозможных в текущий момент.

3.3 Создaние эскизa

Пpоцесс создaния модели в SolidWorks нaчинaется с постpоения опоpного телa и последующего добaвления или вычитaния мaтеpиaлa. Для постpоения телa пеpвонaчaльно стpоится эскиз констpуктивного элементa нa плоскости, впоследствии пpеобpaзуемый тем или иным способом в твёpдое тело. SolidWorks пpедоствaляет пользовaтелю полный нaбоp функций геометpических постpоений и опеpaций pедaктиpовaния. Основное тpебовaние, пpедъявляемое системой к эскизу пpи paботе с твёpдыми телaми - это зaмкнутость и отсутствие сaмопеpесечений у контуpa.

Пpи создaнии контуpa нет необходимости точно выдеpживaть тpебуемые paзмеpы, сaмое глaвное нa этом этaпе - зaдaть положение его элементов. Зaтем, блaгодapя тому, что создaвaемый эскиз полностью пapaметpизовaн, можно устaновить для кaждого элементa тpебуемый paзмеp. Кpоме того, для элементов, входящих в контуp, могут быть зaдaны огpaничения нa paсположение и связи с дpугими элементaми.

3.4 Создaние твеpдотельной пapaметpической модели

SolidWorks содеpжит высокоэффективные сpедствa твеpдотельного моделиpовaния, основывaющиеся нa постепенном добaвлении или вычитaнии бaзовых констpуктивных тел. Эскиз для получения бaзового телa может быть постpоен нa пpоизвольной paбочей плоскости.

Типовые инстpументы для получения бaзовых тел позволяют выполнить:

- выдaвливaние зaдaнного контуpa с возможностью укaзaния углa нaклонa обpaзующей;

- вpaщение контуpa вокpуг оси;

- создaние твёpдого телa, огpaничивaемого повеpхностью пеpеходa между зaдaнными контуpaми;

- выдaвливaние контуpa вдоль зaдaнной кpивой;

- постpоение фaсок и скpуглений paзличного видa;

- постpоение уклонов;

- создaние paзличного типa отвеpстий;

- получение paзвёpтки тел paвномеpной толщины.

Основные методы создaния твёpдого телa сочетaют в себе тaкже возможность комбинaции всех пеpечисленных способов кaк пpи добaвлении мaтеpиaлa, тaк и пpи его снятии. Естественный поpядок paботы констpуктоpa без тpудa позволяет создaвaть сложные твёpдотельные модели, состоящие из сотен констpуктивных элементов. Пpи необходимости во вpемя paботы возможно введение вспомогaтельных плоскостей и осей для использовaния в дaльнейших постpоениях.

Пapaметpы всех создaнных констpуктивных элементов доступны для изменения, тaк что в любой момент paботы можно изменить пpоизвольный пapaметp эскизa или бaзового телa и выполнить зaтем полную пеpестpойку модели.

Кpоме создaния твёpдых тел, в SolidWorks существует возможность постpоения paзличных повеpхностей, котоpые могут быть использовaны кaк для вспомогaтельных постpоений, тaк и сaмостоятельно. Повеpхности могут быть импоpтиpовaны из любой внешней системы или постpоены теми же способaми, что и твёpдые телa (выдaвливaние, вpaщение, пеpеход между контуpaми и т.п.). Допускaется получение слепкa любой из повеpхностей уже постpоенного твеpдого телa.

Pежимы визуaлизaции полученной модели позволяют пpосмaтpивaть ее кapкaсное или pеaлистичное изобpaжение. Для повышения кaчествa тониpовaнных изобpaжений могут быть изменены физические хapaктеpистики повеpхности детaли (текстуpы) и нaзнaчены дополнительные источники светa.

3.5 Библиотеки стaндapтных элементов

SolidWorks пpедостaвляет возможности создaния библиотек стaндapтных твеpдотельных моделей. Пpи этом необходимо создaть упpaвляющую тaблицу с пapaметpaми постpоенной модели. Стpочки тaблицы содеpжaт нaбоpы пapaметpов для paзличных типоpaзмеpов. Впоследствие для получения конкpетной детaли тpебуемого типоpaзмеpa достaточно будет выбpaть нужное знaчение из спискa.

3.6 Создание сборок

SolidWorks 97 предлагает конструктору довольно гибкие возможности создания узлов и сборок. Система поддерживает как создание сборки способом “снизу вверх”, т.е. на основе уже имеющихся деталей, число которых может доходить до сотен и тысяч, так и проектирование “сверху вниз”.

Проектирование сборки начинается с задания взаимного расположения деталей друг относительно друга, причем обеспечивается предварительный просмотр накладываемой пространственной связи. Для цилиндрических поверхностей могут быть заданы связи концентричности, для плоскостей - их совпадение, параллельность, перпендикулярность или угол взаимного расположения.

Работая со сборкой, можно по мере необходимости создавать новые детали, определяя их размеры и расположение в пространстве относительно других элементов сборки. Наложенные связи позволяют автоматически перестраивать всю сборку при изменении параметров любой из деталей, входящих в узел. Каждая деталь обладает материальными свойствами, поэтому существует возможность контроля собираемости сборки. Для проектирования изделий, получаемых с помощью сварки, система позволяет выполнить объединение нескольких свариваемых деталей в одну.

3.7 Управление моделью с помощью Дерева Построений (Feature Manager)

Для упрощения работы с трехмерной моделью на любом этапе проектирования и повышения её наглядности в SolidWorks 97 используется Дерево Построений (Feature Manager) в стиле Проводника Windows 95. Оно представляет собой своеобразную графическую карту модели, последовательно отражающую все геометрические примитивы, которые были использованы при создании детали, а также конструктивные оси и вспомогательные плоскости, на которых создавались двухмерные эскизы. При работе же в режиме сборки Дерево Построений показывает список деталей, входящих в сборку. Обычно Дерево Построений отображается в левой части окна SolidWorks, хотя его положение можно в любой момент изменить.

Feature Manager предоставляет мощные средства редактирования структуры модели или узла. Он позволяет переопределять порядок следования отдельных конструктивных элементов либо целых деталей, создавать в пределах детали или сборки несколько вариантов конфигурации какого-либо элемента и т.д.

3.8 Визуализация проектируемых изделий

Используемая в SolidWorks 97 технология OpenGL позволяет конструктору практически мгновенно получить высококачественные тонированные изображения деталей или сборок, а также динамически вращать их в режиме реального времени. Причем все это доступно без установки на компьютер дорогостоящих дополнительных графических ускорителей.

Кроме того, специальное приложение PhotoWorks даёт возможность создавать фотореалистические изображения построенных объектов. Таким образом, рекламные изображения будущего изделия вполне можно подготовить еще до момента его изготовления. Для того, чтобы представить изделие наиболее наглядно (например, при подготовке презентационного фильма), можно показать входящие в него детали или сборки рассечёнными несколькими плоскостями, оставив при этом неизменными их геометрические параметры.

3.9 Генерация чертежей

После того, как конструктор создал твёрдотельную модель детали или сборки, он может автоматически получить рабочие чертежи с изображениями всех основных видов, проекций, сечений и разрезов, а также с проставленными размерами. SolidWorks поддерживает двунаправленную ассоциативную связь между чертежами и твердотельными моделями, так что при изменении размера на чертеже автоматически перестраиваются все связанные с этим размером конструктивные элементы в трехмерной модели. И наоборот, любое изменение, внесенное в твердотельную модель, повлечет за собой автоматическую модификацию соответствующих двумерных чертежей.

В SolidWorks 97 поддерживается выпуск чертежей в соответствии со стандартами ANSI, ISO, JIS и рядом других. Для оформления чертёжно-конструкторской документации в полном соответствии с ЕСКД рекомендуется использование применение SolidWorks совместно с мощным чертёжно-графическим редактором КОМПАС 5 для Windows.

3.10 Поддержка технологии OLE

Как уже говорилось выше, в SolidWorks 97 полностью поддерживается технология компании Microsoft, известная как OLE (связывание и встраивание объектов). Эта программная технология позволяет связывать твёрдотельные модели, сборки или чертежи, созданные с помощью SolidWorks 97, с файлами других приложений, что значительно расширяет возможности автоматизации процесса проектирования.

С помощью технологии OLE можно использовать информацию, полученную в других приложениях Windows, для управления моделями и чертежами SolidWorks. Например, размеры модели могут быть рассчитаны в специальных математических приложениях и переданы в SolidWorks. Можно управлять размерами деталей с помощью таблиц Microsoft Excel, задавая различные по конфигурации и габаритам варианты (то есть формировать таблицы стандартизованных изделий). Электронные таблицы также могут быть использованы для составления спецификации на сборочную единицу.

3.11 Импорт и экспорт данных

Моделирование и получение чертёжно-конструкторской документации - это лишь один из этапов на пути от принятия решения о проектирования изделия до выпуска готовой продукции. Поэтому необходимо обеспечить доступ других приложений CAD/CAM к созданной в SolidWorks твёрдотельной модели.

Система поддерживает обмен информацией через следующие стандартные форматы:

- IGES, наиболее распространенный формат обмена между системами объёмного моделирования;

- X_T, формат для обмена с системами объёмного моделирования, использующими геометрическое ядро Parasolid;

- SAT, формат для обмена с системами объёмного моделирования, использующими геометрическое ядро ACIS;

- STL, формат для обмена с системами быстрого прототипирования (стереолитографическими системами);

- DXF для обмена данными с различными чертёжно-графическими системами;

- DWG для обмена данными с AutoCAD;

- VRML для обмена данными проектирования через Internet.

3.12 Приложения к SolidWorks

SolidWorks Corporation тесно сотрудничает с другими компаниями, чьи продукты дополняют SolidWorks 97. Продукты третьих фирм дают пользователю возможность, например, рассчитать прочностные характеристики будущей детали с помощью метода конечных элементов или же подготовить управляющую программу для оборудования с ЧПУ, не покидая привычную для него среду SolidWorks.

К числу партнёров SolidWorks Corporation относятся такие известные компании - разработчики CAD/CAM/CAE решений, как ANSYS, Delcam plc., Surfware Incorporated, Structural Research & Analysis Corporation, The Mac-Neal-Schwendler Corporation и многие другие. Например, для анализа прочностных характеристик конструкции с помощью метода конечных элементов может быть использована специальная версия системы COSMOS - COSMOS/Works для SolidWorks. При этом нет необходимости импортировать геометрию детали в это расчётное приложение, так как оно использует ту же математическую модель, что и сам SolidWorks 97.

Аналогичным образом (то есть без конвертирования данных) может выполняться подготовка управляющих программ для обработки созданных в SolidWorks моделей на оборудовании с ЧПУ.



4. Специализированные инженерные приложения Autodesk Mechanical Desktop.

Программный продукт, объединяющий в себе средства конструирования деталей, узлов и моделирования поверхностей.

В пакет Autodesk Mechanical Desktop входят практически все необходимые инженеру - конструктору средства моделирования геометрических объектов. Он объединяет в себе возможности новейших версий известных программных продуктов копании Autodesk:

- Autocad Designer 2 для конструирования деталей и сборочных узлов.

- AutoSurf 3 для моделирования сложных трехмерных поверхностей с использованием NURBS - геометрии.

- Автокад в качестве общепризнанной графической среды САПР.

- IGES Translator для обмена файлами с другими системами САПР.

- Плюс новый способ организации взаимодействия Autodesk Mechanical Desktop с другими машиностроительными приложениями - система меню MCAD.

Дополнительные возможности Autodesk Mechanical Desktop

Параметрическое моделирование твердых тел на основе конструктивных

элементов.

Конструктивные элементы

Произвольные конструктивные элементы можно моделировать путем выдавливания, вращения и сдвига плоского эскизного контура, а также путем отсечения фрагментов от твердотельных объектов произвольными поверхностями.

В конструкцию можно включать стандартные элементы: сопряжения (галтели), фаски и отверстия (в том числе с зенковкой, разверткой и резьбовые).

Параметрические возможности

- Любой размер может быть переменным.

- Переменные могут использоваться в математических формулах

- Переменными можно управлять глобально при помощи таблиц параметров.

Моделирование поверхностей произвольной формы

· Моделирование примитивных поверхностей (конус, шар, цилиндр) и сложных поверхностей произвольной формы

· Моделирование трубчатых поверхностей, поверхностей натяжения, изгиба, перехода; плавное сопряжение произвольных поверхностей.

· Расчет площади поверхности и объема.

Расчет масс-инерционных характеристик и анализ взаимодействия моделей

· Расчет площади, поверхности, массы и объема деталей и сборочных узлов.

· Расчет моментов инерции.

· Анализ взаимодействия деталей в сборочных узлах.

Геометрические зависимости

· Предусмотрены следующие типы зависимостей между элементами: горизонтальность, вертикальность, параллельность, перпендикулярность, коллинеарность, концентричность, проекция, касание, равенство радиусов и координат Х и Y.

· Наглядное обозначение наложенных зависимостей специальными символами.

Средства работы с эскизами

· Построение и редактирование набросков стандартными средствами Автокада.

· Копирование эскизов на другие грани и модели.

Выполнение рабочих чертежей

· Двунаправленная ассоциативная связь между моделью и ее чертежом.

· Автоматическое удаление штриховых и невидимых линий.

· Соответствие стандартам ANSI, ISO, DIN, JIS и ЕСКД.

· Ассоциативное нанесение размеров и выносок.

Конструирование сборочных узлов

Сборка деталей в узлы

· Графическое и логическое представление иерархической структуры сборочного узла.

· Организация деталей и подузлов в виде внешних ссылок.

Наложение зависимостей на компоненты узлов

· Задание расположения деталей относительно друг друга по их ребрам, осям или граням.

· Возможность свободно-координатного расположения деталей.

· Графическая индикация степеней свободы компонентов.

Выполнение сборочных чертежей

· Выполнение схем сборки-разборки.

· Проставление номеров позиций на сборочных чертежах и автоматический выпуск спецификаций.

4.1 Основные приемы работы в среде Autodesk Mechanical Desktop

· Составляющие AMD и их отличительные особенности

· Приложения для Autodesk Mechanical desktop, разработанные в рамках Mechanical Application Iniciative

· AutoCAD Designer R2.1

· AutoSurf R3.1 и транслятор IGES R13.1

· Совместное использование Designer и AutoSurf в AMD

· Интерфейс и функциональные модули AMD

· Параметрическое моделирование трехмерных твердотельных объектов в AutoCAD Designer R2.1 (модуль PARTS) o Создание профилей формообразующих элементов o Способы задания и построения конструкторско-технологических элементов o Редактирование трехмерных моделей

· Сервисно-информационные возможности и обмен данными в AutoCAD Designer R2.1

· Расчет массово-инерционных характеристик и визуализация трехмерных моделей

· Генерация рабочих чертежей параметрических моделей в AutoCAD Designer R2.1 (модуль DRAWINGS)

· Двунаправленная ассоциативная связь «модель-чертеж»

· Создание проекционных видов

· Редактирование проекционных видов

· Введение справочных размеров, аннотаций и осевых линий

· Поддержка международных стандартов

· Преобразование чертежа модели в двухмерный чертеж

Работа в среде Autodesk Mechanical Desktop R2.1 (далее AMD), предназначенного для автоматизации проектных, конструкторских и технологических работ в подразделениях машиностроительного комплекса. Учитывая, что данный продукт ориентирован на моделирование параметрических твердотельных сборок деталей, узлов, агрегатов, изделий, автоматизированный выпуск конструкторской документации (КД), массово-инерционный анализ готового изделия, он без сомнения привлечет внимание всех специалистов, желающих увеличить эффективность своего труда.

Реальный процесс проектирования основан на двух подходах: при проектировании «сверху вниз» работа начинается от наброска изделия в целом до наброска деталей, составляющих исходное изделие; при проектировании «снизу вверх» вначале делается набросок деталей, а затем на основе спроектированных деталей моделируется изделие. В AMD принят второй подход, а весь процесс конструирования разбит на несколько этапов, включающих:

· создание наброска базового элемента (этап эскизного проектирования);

· наложение геометрических и размерных зависимостей;

· построение базовой детали;

· редактирование детали с использованием конструкторско-технологических элементов;

· получение деталировочных чертежей смоделированных деталей;

· создание сборок агрегатов, узлов, изделий;

· модификация сборок (при необходимости);

· получение конструкторской документации;

· анализ массово-инерционных характеристик (при необходимости);

· экспорт деталей и сборок в программы анализа и обработки.

4.2 Составляющие AMD и их отличительные особенности

Autodesk Mechanical Desktop - интегрированный пакет, работающий в среде AutoCAD R13, и включающий прикладные программы AutoCAD Designer R2.1, AutoSurf R3.1, а также транслятор IGES R13.1.

4.2.1 AutoCAD Designer R2.1

AutoCAD Designer, будучи специализированной программой, предназначена для пользователей, работающих в основном в машиностроении и смежных отраслях, и призвана автоматизировать процесс создания КД деталей и сборочных единиц. У пользователей может возникнуть законный вопрос, нужно ли вообще заниматься параметрическим трехмерным твердотельным моделированием, если КД представляет собой набор двухмерных чертежей, и нужно ли платить дополнительно за Designer, если в AutoCAD R13 есть встроенные функции генерации сложных трехмерных твердых тел? Однако для повышения производительности труда инженеров, получения надежного, гибкого и простого в применении средства для оптимизации процесса проектирования механических деталей и сборочных единиц и, наконец, объединения задач CAD/CAM в одной среде трехмерное моделирование просто необходимо. Оптимизация процесса проектирования достигается за счет создания оптимальной среды на всех этапах конструирования: от эскизного проектирования до готовой КД изделия. Каким образом достигнута такая оптимальность? Во-первых, оригинальным подходом к построению твердых тел в AutoCAD Designer, позволяющим проектировать модели на основе конструкторско-технологических элементов, оперируя привычными для конструкторов терминами (сопряжение, фаска, отверстие и т.д.), тогда как в традиционных программах трехмерного моделирования их приходилось подменять специфическими геометрическими понятиями (дуга, линия, окружность и пр.). Во-вторых, параметрическими свойствами проектируемых в AutoCAD Designer моделей и сборочных единиц, обеспечивающими возможность их корректировки практически на любой стадии проектирования, в чем заключается основное преимущество перед традиционными трехмерными моделями, как правило статичными и с трудом поддающихся редактированию (например, твердые тела, созданные стандартными средствами AutoCAD). При этом трехмерные модели деталей проектируются как бы в два этапа: сначала создается характерный профиль детали на плоскостном эскизе, а затем добавляется третье измерение. Будучи трехмерным, моделирование тем не менее проходит на плоском экране монитора; такой подход выгодно отличается от традиционных методов, где пользователю предлагается спроектировать трехмерный объект одной командой, контролируя одновременно все три пространственные координаты. Далее моделирование сборочной единицы также максимально приближено к реальности и практически полностью автоматизировано - пользователю нужно задать только параметрические связи между существующими объектами, ограничивающими количество степеней их свободы. И, наконец, возможностью контроля процесса проектирования моделей и сборок по их проекционным видам, генерирующимся автоматически. При этом постоянная действующая двунаправленная ассоциативная связь «модель-чертеж» в сочетании с параметрическими свойствами дает возможность вносить коррективы как в самой модели, так и в ее проекционных видах путем простого изменения существующих размеров, а встроенные функции анализа взаимопересечения деталей в сборочных единицах полностью гарантируют пользователя от ошибок, неизбежно возникающих при создании независимых проекций сложных сборочных единиц средствами двухмерной графики. Таким образом, параметрические свойства, двунаправленная ассоциативная связь «модель-чертеж», а также моделирование на основе конструкторско-технологических элементов, позволят пользователям проектировать трехмерные объекты и сборки концептуально, не привязываясь изначально к конкретным размерам деталей и составу сборок и оптимизируя модели по мере их создания, что в полной мере адекватно реальному процессу проектирования в мировой конструкторской практике.

4.2.2 AutoSurf R3.1 и транслятор IGES R13.1

AutoSurf R3.1 - специализированная прикладная программа, предназначенная для трехмерного моделирования абсолютно гладких поверхностей произвольной сверхсложной формы, что особенно актуально в авиа-, автомобиле-, и судостроении. Для изделий (например, фюзеляжей самолетов, корпусов кораблей и автомобилей) этих отраслей типичны чрезвычайно сложные поверхностные формы, для анализа которых, как правило, недостаточно проекционных видов и сечений, а требуется построение трехмерных моделей. Действительно, моделируя сложные поверхности на плоских чертежах, конструктор задает граничные контуры поверхности, ее характерные линии, направляющие и образующие, сечения поверхности на дискретных интервалах и т.д., но при этом не видит саму поверхность! Естественно, в этом случае спор о преимуществах двухмерного или трехмерного моделирования просто неуместен.

Полностью интегрированная с AutoCAD R13 программа AutoSurf R3.1 предоставляет высокоэффективные и в то же время простые в применении средства моделирования поверхностей на основе использования неоднородных рациональных B-сплайновых численных методов (NURBS). Ее расширенные возможности построения и редактирования геометрических форм органично дополняют встроенные функции среды AutoCAD по моделированию трехмерных объектов. Благодаря этой мощной комбинации пользователи могут конструировать и моделировать - начиная от пресс-форм и крепежных элементов турбин и заканчивая любыми компонентами изделий автомобильной и аэрокосмической отраслей, а также компонент для потребительских товаров и медицинского оборудования.

Поставляемый с пакетом AutoSurf R3.1 транслятор IGES (AutoCAD IGES Translator R13.1) предназначен для корректного и полного обмена информацией с высокоуровневыми программами САПР, что дает возможность использовать в работе с AutoSurf форматы других прикладных программ, применяемых вашей компанией либо вашими партнерами. Причем, поскольку поверхности в AutoSurf описываются численными методами NURBS в рамках базы данных AutoCAD ( формат .DWG), полученные модели объектов могут корректно передаваться между прикладными программами САПР высокого уровня, затем обрабатываться в AutoSurf и далее передаваться в аналитические прикладные программы или в средства генерации управляющих программ для станков с ЧПУ, замыкая разорванную в настоящее время цепочку задач CAD/CAM.

4.3 Совместное использование Designer и AutoSurf в AMD

Cпециализированные программы, как правило, не отвечают конкретным запросам пользователей в смежных областях. В частности, программы AutoCAD Designer и AutoSurf имеют свои ограничения в использовании. С одной стороны, Designer предоставляет высокоэффективное средство для моделирования трехмерных объектов, формообразующие элементы которых отличаются сравнительной простотой. Однако, в действительности даже в изделиях общего машиностроения многие детали имеют в своем составе поверхности произвольной формы. С другой стороны, AutoSurf позволяет строить поверхности произвольной формы, а также пространственные объекты любой степени сложности, однако максимальная эффективность при применении AutoSurf достигается только в случаях, когда моделируемое изделие имеет достаточно много поверхностей произвольной формы, как, например, в авиа- или автомобилестроении. Но и в этих отраслях существует широкий спектр изделий, которые чрезвычайно просто и быстро можно смоделировать средствами AutoCAD Designer, в то время как в AutoSurf построение поверхностных оболочек подобных объектов может оказаться более трудоемким. В свете вышесказанного становится очевидным, что наилучший результат в трехмерном моделировании реальных конструкций может быть достигнут при совместном использовании обеих этих программ. С помощью Autodesk Mechanical Desktop можно вводить поверхности произвольной формы в качестве формообразующих элементов параметрических моделей и применять в дальнейшем полученные модели для конструирования сборочных единиц.

4.4 Интерфейс и функциональные модули AMD

Поскольку AMD является интегрированным пакетом прикладных программ для AutoCAD R13, он органично вписывается в интерфейс этой графической оболочки, обеспечивая доступ ко всем функциональным возможностям AutoCAD. Доступ к командам AMD аналогичен доступу к стандартным командам AutoCAD и осуществляется посредством падающего меню, панели инструментов или командной строке. При этом оригинальная концепция данного программного обеспечения в сочетании с дружественным интерфейсом AutoCAD делают AMD чрезвычайно простым в изучении и применении. Говоря об интерфейсе AMD, необходимо выделить четыре функциональных модуля этого пакета:

· модуль параметрического твердотельного моделирования (меню PARTS или Детали);

· модуль параметрического моделирования сборочных единиц (меню ASSEMBLIES или Узлы);

· модуль моделирования поверхностей произвольной формы (меню SURFACES или Поверх);

· модуль генерации двумерных чертежей (меню DRAWINGS или Чертеж).

Первые два модуля представляют собой составные части программы Designer; модуль поверхностей включает функции AutoSurf по моделированию абсолютно гладких поверхностей произвольной формы; последний модуль является универсальным и применим для генерации чертежей стандартных трехмерных объектов AutoCAD и комбинаций разнородных трехмерных объектов.

4.5 Параметрическое моделирование трехмерных твердотельных объектов в AutoCAD Designer R2.1 (модуль PARTS)

Основные понятия

Как правило, даже сложные машиностроительные детали формируются из сравнительно простых элементов. Более того, многие формообразующие элементы являются стандартными конструкторско-технологическими элементами, например: фаска, сопряжение, отверстие. Другие же элементы, отличаясь простотой образующих поверхностей, тем не менее обладают достаточно произвольной формой, но и в этом случае они всегда имеют один или более типичных профилей в одной из проекций или в сечении.

Процесс моделирования в AutoCAD Designer как раз и сводится к тому, чтобы сначала задать на плоскости типовой профиль, а затем придать ему пространственные свойства, построив так называемую базовую форму, а затем добавлять к ней новые конструкторско-технологические элементы (стандартные или описываемые типовыми профилями). Создание типовых профилей формообразующих элементов в AutoCAD Designer происходит в два этапа (при этом выполняемые действия максимально приближены к операциям, осуществляемым конструкторами в повседневной практике): сначала строится на так называемой эскизной плоскости концептуальный эскиз профиля, а затем на его элементы накладываются геометрические связи и вводятся параметрические размеры. По умолчанию при создании базовой формы в качестве эскизной плоскости используется плоскость XY пользовательской системы координат, однако задание профилей других конструкторских элементов может производиться и в плоскостях, отличных от исходной. В этом случае следует определить новую эскизную плоскость при помощи команды AMSKPLN (опция Sketch Plane в меню Parts, подменю Sketch или опция Плоскость построений в меню Детали, подменю Эскиз). Для ориентации эскизной плоскости в пространстве можно использовать как непосредственно грани существующей модели, так и специальные неформообразующие конструкционные элементы - рабочие плоскости. Помимо рабочих плоскостей в AutoCAD Designer для привязки формообразующих элементов при моделировании также эффективны другие неформообразующие конструкционные элементы: рабочая ось и рабочая точка.

4.5.1 Создание профилей формообразующих элементов

Геометрия эскиза может быть любой сложности. Однако в AutoCAD Designer существует единственное ограничение - эскиз профиля должен иметь только один замкнутый контур, именно этот контур используется при последующем задании третьего измерения. Наряду с замкнутым контуром допускается использование незамкнутых линий, которые могут служить осями при последующем введении параметрических размеров и связей. Поскольку AutoCAD Designer полностью интегрирован в среду AutoCAD, геометрические построения на плоскости выполняются командами рисования и редактирования двухмерных объектов в AutoCAD. В отличие от обычной работы в AutoCAD, где требуется абсолютная точность построения моделей, здесь при построении эскиза не нужно соблюдать большую точность ни в отношении предполагаемых размеров, ни в отношении относительного расположения элементов эскиза (параллельность, перпендикулярность и т.д.). Забудьте про режимы ШАГ, СЕТКА и ОРТО и функции объектной привязки. Проектируйте концептуальный эскиз так, как если бы в вашем распоряжении были только лист бумаги и карандаш, а затем AutoCAD Designer осуществит профилирование вашего эскиза, уловив заложенную в нем концепцию, и придаст ему более четкие очертания. Профилирование эскиза производится командой AMPROFILE (или опцией Контур в меню Детали из подменю Эскиз). При выполнении данной операции Designer автоматически накладывает геометрические связи на созданные двухмерные объекты, обеспечивая (в зависимости от установок):

· горизонтальность почти горизонтальных линий;

· вертикальность почти вертикальных линий;

· параллельность почти параллельных линий;

· перпендикулярность почти перпендикулярных линий;

· замкнутость почти замкнутых линий;

· концентричность почти концентричных дуг и т.д.

«Почти» в данном случае означает, что взаимное расположение объектов соответствует заданным линейному и угловому допускам, значения которых доступны в диалоговом окне при запуске команды AMPARTVARS (Parts/Preferences или подменю Установки... меню Детали). При этом угловой допуск (по умолчанию 4° ) управляет ориентацией (параллельность или перпендикулярность) линейных элементов эскиза по отношению к осям системы координат и между ними, а линейный допуск, определяемый размером курсора-мишени, - взаимным расположением характерных точек элементов эскиза (концов отрезков, центров дуг и окружностей и т.д.).

После профилирования узловые точки эскиза (концы отрезков и центры дуг) отмечены на экране крестиками, а один из узлов - крестиком в рамке. Этот узел, называемый фиксированной точкой, при последующем внесении изменений в эскиз останется неизменной конструкторской базой. При желании фиксированную точку можно переопределить в другом узле эскиза командой AMFIXPT (Parts/Sketch/Fix Point или опцией Фиксировать точку в меню Детали, подменю Эскиз). Наложенные программой связи можно отобразить на экране командой AMSHOWCON (Parts/Sketch/Constraints/Show или опцией Показать в меню Детали из подменю Эскиз, подменю Зависимости). При этом каждый примитив в эскизе обозначается номером в кружке, а имеющиеся связи показываются условными символами рядом с примитивом с номерами парного объекта, для которого действует данная связь. Если программа неадекватно восприняла предложенную концепцию и ввела лишние связи, их можно удалить командой AMDELCON (Parts/Sketch/ Constraints/Delete или опцией Удалить в меню Детали из подменю Эскиз, подменю Зависимости). Недостающие связи вводятся вручную командой AMADDCON (Parts/Sketch/ Constraints/Add или опцией Наложить в меню Детали из подменю Эскиз, подменю Зависимости). Если же программа адекватно интерпретирует выбранную концепцию или есть необходимость самостоятельного ввода в эскиз геометрических связей, в диалоговом окне команды AMPARTVARS надо отключить опцию Apply Constraint Rules (или опцию Накладывать автоматически в меню Детали из подменю Установки...). При использовании эскиза с точной геометрией и размерами в диалоговом окне следует отключить опцию Assume Rough Sketch (или опцию Считать набросок черновым).

В перечисленных выше случаях пользователем полностью контролируется процесс введения связей и параметрических размеров, поскольку после каждой операции над эскизом программа сообщает, сколько связей или размеров требуется для того, чтобы профиль был однозначно определен. При этом однозначное определение профиля не является обязательным и AMD обеспечивает функции формообразования. Однако при редактировании модели, основанной на эскизе с неполных набором связей, могут возникнуть ошибки в процессе моделирования.

Введение параметрических размеров - важнейшая операция последующих этапов работы, поскольку именно параметрические размеры обеспечивают редактирование модели. Простановка параметрических размеров на эскизе принципиально не отличается от аналогичной процедуры, осуществляемой стандартными средствами AutoCAD, однако является более «интеллектуальной» по сравнению с последней. Для введения всех типов параметрических размеров применяется единая команда AMPARDIM (Parts/Sketch/Add Dimension или опция Размер в меню Детали из подменю Эскиз), при этом тип размера (линейный, угловой, радиальный и т.д.) фиксируется автоматически в зависимости от последовательности и расположения указанных конструктором точек. Далее, после простановки каждого размера программа по-прежнему выдает сообщения о том, сколько связей/размеров надо еще ввести для однозначности эскиза. Если же из-за ошибки замыкается размерная цепь либо указывается конфликтующее значение размеров (например, значение охватывающего размера меньше, чем значение охватываемого размера), Designer выдает соответствующее предупреждение, и перейти к последующим этапам работы можно, только удалив избыточные геометрические связи или размеры.

Кроме этого, при ошибочном введении параметрические размеры можно удалить, так же как и геометрические связи, однако при этом рекомендуется воздержаться от команды UNDO: данные команды, групповые, поэтому, удаляя ошибочно введенные связи или размеры можно потерять и верно определенные связи. Вместо команды UNDO следует использовать команду AMDELCON (Parts/Sketch/Constraints/Delete или опцию Удалить в меню Детали из подменю Эскиз, подменю Зависимости) для связей и команду ERASE для параметрических размеров.

Как было сказано, реальный процесс конструирования характеризуется тем, что окончательные значения размеров деталей, как правило, заранее неизвестны и подлежат дополнительному уточнению (включая «проводку» листов извещений). Отсюда вытекает необходимость редактирования параметрических размеров, выполняемого при наличии активного эскиза командой AMMODDIM (Parts/Change Dimension или опцией Изменить размер в меню Детали из подменю Эскиз).

Следует отметить, что все значения параметрических размеров выражаются переменными, имена которых генерируются автоматически для всех вновь создаваемых размеров: d0, d1, d2 и т.д. По умолчанию на экране отображаются численные значения, однако командой AMDIMDSP (Parts/Display/Dim Display или опцией Размеры в меню Детали из подменю Изображение) можно задать индикацию значений размеров на экране в виде имен переменных или в виде уравнений. Задание переменных значений размеров возможно двумя способами:

· с использованием имен переменных. Очень часто многие размеры на чертеже логически взаимосвязанными. Простейший пример: при простановке размеров на симметричном эскизе расстояние от контура эскиза до оси симметрии равно половине габаритного размера; в этом случае при запросе значения размера можно ввести математическое выражение, например d0/2 или для какого-либо другого случая d1*2+d2;

· с использованием глобальных параметров. Поскольку проектируемая модель детали впоследствии органично входит в сборочную единицу, ее размеры зависят от других деталей; так, диаметры вала и отверстия втулки, устанавливаемой на этот вал, должны быть одинаковыми. Следовательно, в этом случае при простановке размеров целесообразно ввести переменный глобальный параметр, например с именем diameter, командой AMPARAM (Parts/Parameters или подменю Параметры из меню Детали) и приписать ему какое-либо численное значение или уравнение, а затем, создавая модели вала и втулки, при простановке соответствующих параметрических размеров указать имя параметра вместо численного значения. Данная операция позволит редактировать обе модели, изменив всего лишь один глобальный параметр.

4.5.2 Способы задания и построения конструкторско-технологических элементов

На основе профилированного эскиза с полным набором связей (далее «профиль») можно построить базовую форму следующими способами:

· выдавливанием;

· вращением;

· перемещением вдоль криволинейной двухмерной направляющей.

Новые конструкторско-технологические элементы к базовой форме добавляют либо одним из выше перечисленных способов, либо вводом стандартных элементов, а именно:

...