Материал | Код |
Стали конструкционные Стали конструкционные с содержанием углерода, % до 0,25 0,2,6 более 0,6 . . . | 00 01 02 03 . . . |
В ряде случаев при решении задач ТПП на конкретном предприятии целесообразно создавать специальные (локальные) системы кодирования по определенным частным системам.
1.8 Вопросы для самоконтроля
1. Что такое проектирование?
2. В чем особенность инженерного проектирования?
3. Что включает в себя инженерное проектирование?
4. Что указывается в техническом задании на проектирование?
5. На чем основывается методология современного проекти-рования?
6. Что представляет собой объект проектирования с точки зрения системного подхода?
7. Каковы основные характеристики объекта проектирования, рассматриваемого в качестве сложной системы?
8. На решение каких задач направлено применение системного подхода?
9. Что такое эмерджентность?
10. Что представляет собой самоорганизация системы?
11. Что представляет собой технологический процесс с точки зрения системного подхода?
12. Какие существуют основные типы моделей сложных систем?
13. Что называют пространством состояний системы?
14. Что называют фазовой траекторией системы?
15. Какие существуют разновидности системного подхода?
16. Каковы главные особенности проявления системного подхода?
17. Чем занимается научная дисциплина системотехника?
18. Какова основная цель анализа при проектировании?
19. Какие виды анализа различают?
20. Что такое декомпозиция?
21. Что такое агрегирование (агрегатирование)?
22. Каковы основные задачи моделирования?
23. Что представляет собой структурный синтез?
24. В чем состоит параметрический синтез?
25. Как рассматривается процесс проектирования с точки зрения структуры?
26. Какие различают уровни проектирования?
27. Какие существуют стадии проектирования?
28. Что представляют собой проектные процедуры и проектные операции?
29. Каков типичный алгоритм проектной процедуры?
30. Каково содержание основных проектных процедур при технологическом проектировании?
31. Почему этап технологической подготовки производства (ТПП) тесно связан с этапом конструирования?
32. Какова типичная последовательность разработки планов производства новой продукции?
33. Каковы особенности ТПП на базе единичных техпроцессов?
34. Какие направления выделяют при ТПП на базе технологи-ческой унификации?
35. В чем суть методики типизации технологических процессов и операций?
36. Что представляет собой групповой метод обработки?
37. Что послужило предпосылкой создания ЕСТПП?
38. Что представляет собой ЕСТПП?
39. Какие задачи решаются в рамках ЕСТПП?
40. Какие организационно-экономические мероприятия призвана обеспечить ЕСТПП?
41. Какие группы стандартов входят в ЕСТПП?
42. Почему ЕСТПП называют методологической основой созда-ния АСТПП?
43. Для чего вводятся системы классификации и кодирования объектов производства?
44. Какие типы кодов продукции машиностроения существуют?
45. Какие системы классификации используются в мировом машиностроении?
46. Какова общая схема кодирования деталей согласно ТКД?
2 АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
2.1 Проектирование с участием ЭВМ
Методология применения ЭВМ при проектировании основы-вается на следующих положениях.
1. Использование ЭВМ позволяет повысить производительность труда инженера.
2. ЭВМ не подменяет человека, а служит лишь орудием его творческого труда.
3. Применение ЭВМ требует повышения квалификации инженера, т. к., с одной стороны, он должен решать сложные твор-ческие задачи, а с другой – должен знать язык общения с ЭВМ.
Различают два вида проектирования с участием компьютера. Проектирование, при котором все проектные решения или их часть получают путем взаимодействия человека и ЭВМ, называют автоматизированным. Для отдельных частных случаев возможно также автоматическое проектирование – без участия человека на промежуточных этапах выполнения проекта. Оба этих вида проектирования включены в техническое направление «Автоматизированное проектирование», возникшее на базе достижений традиционных технических дисциплин, вычислительной математики и вычислительной техники.
Возможность компьютерного проектирования обусловлена следующими причинами.
1. Многие положения, принципы и приемы традиционного инженерного проектирования совместимы с требованиями автома-тизации.
2. Вычислительная математика предоставляет возможность алгоритмизировать и автоматизировать проектные процедуры, имеющие математическую интерпретацию.
3. Наличие вычислительной техники – необходимое условие реализации алгоритмизированных проектных процедур.
Возможность автоматизации ТПП в машиностроении определяется в первую очередь развитием научных основ «Технологии машиностроения», а также математических методов, компьютерной техники и технологий программирования.
В настоящее время автоматизация ТПП является одним из основных направлений ее совершенствования. Необходимость применения ЭВМ для решения технологических задач вызвана, по крайней мере, следующими двумя причинами.
1. Машины и приборы становятся все более сложными и точными, следовательно, усложняется их разработка и изготовление, увеличиваются цикл и сложность подготовки их производства. Зачастую срок ТПП нового изделия становится соизмеримым со сроками нахождения изделия в производстве.
2. Для выпуска высококачественной продукции с наименьшими затратами необходимо повышать качество технологических решений за счет технико-экономических обоснований, рассмотрения большого количества вариантов ТП и выбора наилучшего. Применение средств вычислительной техники позволяет более тщательно выполнять эту работу.
Объектами автоматизации в ТПП являются:
1) проектирование технологических процессов;
2) проектирование технологического оборудования и оснастки;
3) решение инженерно-технических задач, в т. ч. выполнение стандартных расчетов (припусков, размерных цепей, профиля кулачков для станков-автоматов, режимов резания и норм времени, геометрии режущего инструмента и т. д.);
4) решение задач управления;
5) информационный поиск деталей-прототипов, сведений о процессах их обработки и средств технологического оснащения для заимствования;
6) разработка программ для оборудования с ЧПУ.
Стандарты ЕСТПП устанавливают, что работам по автоматизации системы ТПП, должны предшествовать следующие мероприятия.
1. Выбор объекта проектирования и обоснование необходимости его автоматизации.
2. Установление оптимальной очередности автоматизации решения задач.
3. Определение целесообразного уровня автоматизации проектирования.
4. Рационализация потоков информации.
5. Анализ и совершенствование методов решения задач.
2.2 История автоматизации машиностроительного проектирования
Исторически можно выделить три этапа развития автоматизации машиностроительного проектирования.
На первом этапе (до конца 70-х годов) был получен ряд научно-практических результатов, доказавших принципиальную возможность
проектирования сложных промышленных изделий. С помощью ЭВМ решались отдельные частные задачи, в основном расчетного характера. В СССР была создана специальная межотраслевая организация по применению математических методов и средств вычислительной техники для автоматизации процессов технической подготовки производства – Институт технической кибернетики Академии наук БССР (г. Минск), в котором под руководством начались работы по автоматизации конструирования и технологичес-кого проектирования: расчет деталей машин; конструирование сложных машиностроительных объектов; расчет режимов резания и норм времени, проектирование режущих инструментов и станочных приспособлений, автоматизации вычерчивания и т. д. На основе работ , , и др. [8–16] началось создание комплексных систем автоматизации ТПП и проек-тирования ТП.
Однако в силу особенностей ЭВМ того времени их использование в инженерном проектировании зачастую сводилось к следующей схеме:
1) математическая формулировка задачи;
2) выбор численного метода решения;
3) разработка алгоритма;
4) запись программы на алгоритмическом языке;
5) кодирование исходных данных;
6) ввод в ЭВМ;
7) решение задачи;
8) получение на выходе ЭВМ необходимой документации.
Общие возможности графических систем того времени в значительной мере определялись характеристиками имеющихся в то время графических аппаратных средств. Преимущественно использовались графические терминалы, подключаемые к большим ЭВМ (мэйнфреймам). Первой графической системой считается система SAGE, которая использовалась в системе противовоздушной обороны США с середины 1950-х годов.
В 1960 году Э. Сазерленд разработал первую компьютерную систему геометрического моделирования SKETCHPAD. Далее были разработаны и внедрены в практику еще несколько подобных проектов. В конце 1970-х годов стали появляться первые программы трехмерного моделирования. К этому времени относится появление известных систем CATIA и Unigraphics [17].
Среди первых работ по автоматизации проектирования технологических процессов нужно отметить создание языка APT (Automatic Programming Tools) в 1961 году в США. Этот язык стал родоначальником многих других языков программирования для оборудования с числовым программным управлением.
В системах инженерных расчетов и анализа центральное место заняли программы моделирования полей физических величин. Прежде всего, это программы анализа прочности по методу конечных элементов (МКЭ). К числу наиболее мощных программных пакетов этого класса относят: NASTRAN (развиваемый в настоящее время компанией MSCSoftware Corporation) и Ansys (Swanson Analysis Systems, Inc).
Кроме того, появляются первые программные комплексы анализа систем на макроуровне. Одним из ведущих комплексов этого класса является система Adams от компании Mechanical Dynamics Inc. Основное назначение Adams (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems) – кинематический и динамический анализ механических систем с автоматическим формированием и решением уравнений движения.
На втором этапе (80-е годы) происходило совершенствование функциональности САПР, разрабатывались математические модели, методы и алгоритмы, учитывающие возросшие возможности ЭВМ в области обработки информации. Причем особое внимание уделялось алгоритмизации задач, которые до этого не представлялись как имеющие расчетный характер. Таковы, например, задачи проектирования технологических процессов. Решались также задачи обеспечения удобства оперативной связи проектировщика с ЭВМ, создания баз и банков данных, библиотек алгоритмов и математических моделей. Разрабатывались специализированные ЭВМ, ориентированные на решение узкопрофильных задач. Появились и начали использоваться графические рабочие станции или автоматизированные рабочие места на компьютерах под управлением операционных систем DOS, Unix и др. К началу 80-х годов относится появление первой версии известной системы AutoCAD для персонального компьютера. В 1989 году вышла первая версия отечественной системы автоматизированного черчения «КОМПАС». Значительное внимание уделялось вопросам стандартизации графических программ. В частности на международном уровне утверждены стандарты CGI (Computer Graphics Interface), PHIGS (Programmer's Hierarchical Interactive Graphics System), IGES (Initial Graphics Exchange Specification), DXF (Autocad Data eXchange Format), STEP (Standard for Exchange Product Model Data).
На третьем этапе (начиная с 90-х годов) бурное развитие микропроцессоров расширило возможности использования рабочих станций на персональных ЭВМ, что привело к снижению стоимости внедрения САПР на предприятиях. Продолжается совершенствование систем и расширение их функциональности. Характерной особен-ностью этого этапа стало появление комплексных интегрированных САПР. Разрабатываются графические форматы для обмена данными между программами разных фирм-производителей. Унификация основных операций геометрического моделирования привела к соз-данию инвариантных геометрических ядер, предназначенных для применения в разных САПР. Наибольшее распространение получили два геометрических ядра Parasolid (продукт фирмы Unigraphics Solutions) и ACIS (компания Spatial Technology).
С конца 90-х годов рабочие станции под управлением ОС Windows не уступают Unix-станциям по объемам продаж. В 1993 году компанией Silicon Graphics предложен графический стандарт OpenGL (SGI Graphical Language), широко используемый в настоящее время.
2.3 Система автоматизированного проектирования
Система автоматизированного проектирования (САПР) представляет собой комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с необходимыми подразделениями проектной организации или коллективом специалистов, выполняющих проектирование (ГОСТ ).
Система автоматизированного проектирования, как и любая сложная система, состоит из подсистем. Различают следующие подсистемы:
1) проектирующая – для непосредственного выполнения проектных процедур, например, для геометрического моделирования, изготовления документации, инженерных расчетов и т. д.;
2) обслуживающая – для обеспечения функционирования проектирующих подсистем (операционная система, система управления базами данных – СУБД, обучающие системы, сетевое программное обеспечение и т. д.).
В САПР принято выделять семь видов обеспечения:
1) техническое обеспечение – аппаратные средства (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое коммутационное оборудование, линии связи, измерительные устройства);
2) математическое обеспечение – заложенные в систему математические методы, модели и алгоритмы;
3) программное обеспечение – компьютерные программы;
4) информационное обеспечение – банки данных, информаци-онные фонды, каталоги, библиотеки, справочники на машинных носителях;
5) лингвистическое обеспечение – языки общения проекти-ровщика с ЭВМ, языки программирования, языки обмена данными (трансляторы) между техническими и программными средствами;
6) методическое обеспечение – инструкции пользователя, методики проектирования;
7) организационное обеспечение – документация, регламен-тирующая работу проектной организации (инструкции, приказы, штатное расписание, режим коллективного проектирования).
В области общего машиностроения принято выделять следующие разновидности САПР:
· САПР на базе подсистемы машинной графики и геомет-рического моделирования;
· САПР на базе СУБД (в основном используется в технико-экономических приложениях);
· САПР на базе конкретного прикладного пакета (математи-ческое моделирование, инженерный анализ);
· комплексные интегрированные САПР.
Аспекты создания САПР отражены в ГОСТ 34.601-90. При создании САПР реализуется комплексный иерархический подход.
· Отдельные подсистемы САПР должны отвечать принципам совместимости и системного единства, быть информационно согласованными, иначе САПР из целостной иерархической системы превращается в совокупность разрозненных аппаратных и программных средств.
· В любом случае САПР принято строить как открытую развивающуюся систему, замыкающим звеном которой является инженер-проектировщик. Открытость САПР означает ее перено-симость на другие платформы и модифицируемость.
· Принцип типизации предусматривает разработку и исполь-зование типовых и унифицированных элементов САПР. Типизируют элементы, имеющие перспективу многократного использования.
· Промышленные САПР, как правило, проходят сертификацию.
Для современных САПР характерен ряд признаков:
· объектно-ориентированное взаимодействие человека и ЭВМ. Пользователь работает в режиме манипулирования изображениями заготовок, деталей, сборочных единиц, со схемами, текстом и т. д. в реальном масштабе времени. В основу манипулирования заложено программирование соответствующих процедур, выполняемых ЭВМ. Человек видит информационные объекты, получаемые с помощью средств вывода информации, и воздействует на них за счет устройств ввода информации;
· сквозная информационная поддержка на всех этапах обработки информации на основе интегрированной базы данных. База данных предусматривает единую унифицированную форму представления, хранения, поиска, отображения, восстановления и защиты информации;
· безбумажный процесс обработки информации. Все промежуточные варианты и необходимые численные данные записываются на машинных носителях и доводятся до пользователя через экран монитора. На бумаге фиксируется только окончательный вариант документа: чертеж, технологическая карта, карта эскизов и т. д.
Для САПР характерны два режима функционирования [2]:
1. Режим пакетной обработки (автоматический режим) – предусматривает решение задач без вмешательства в этот процесс проектировщика на промежуточных этапах. Его применяют лишь в тех случаях, когда удается заранее предусмотреть все возможные ситуации при решении и формализовать выбор продолжений решения в точках ветвления алгоритма.
2. Диалоговый режим (оперативный, или интерактивный). Его используют, если существуют трудноформализуемые процедуры принятия решения; когда объем исходной вводимой информации недостаточен для полного описания алгоритма проектирования. На основе диалогового режима возможно создание пакетов самообу-чающихся программ, позволяющих накапливать опыт проектирования и формировать алгоритмы классификации, генерирования понятий, поведения объекта проектирования.
Для САПР технологических процессов обычно характерен диалоговый режим работы, т. к. решение технологических задач часто затруднено наличием большого количества влияющих факторов и отсутствием точных закономерностей проектирования.
2.4 Аппаратные и программные средства САПР
Наиболее распространены следующие конфигурации аппаратных средств САПР:
1) на базе мэйнфреймов – больших высокопроизводительных многопроцессорных компьютеров с централизованной обработкой данных с десятков и сотен рабочих мест;
2) на базе рабочих станций (персональных компьютеров), объединенных в сеть.
В обоих случаях пользователи САПР обладают возможностями: обмена информацией и совместного использования программ, баз данных, печатающих устройств и др. При этом устройства ввода данных индивидуальны.
К программным средствам САПР можно отнести всю совокупность машинных программ, необходимых для выполнения процедур автоматизированного проектирования. Общесистемное программное обеспечение служит для организации функционирования технических средств; основу его составляет операционная система. Наряду с общесистемным программным обеспечением, в САПР используются специальные прикладные пакеты программ, направленные на сокращение времени и стоимости разработки проекта изделия, а также повышение качества проектирования. В области машиностроения такими пакетами являются CAD/CAM/CAE/PDM-системы [6, 18].
CAD-системы (сomputer-aided design — компьютерная поддер-жка проектирования) предназначены для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации. Как правило, в современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной объемной конструкции (детали) и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т. д.). Геометрия является определяющим фактором конструкции изделия. Поэтому ведущие CAD-системы позволяют реализовать идею сквоз-ного цикла подготовки производства и обеспечить информационную поддержку последующих этапов жизненного цикла сложных промыш-ленных изделий.
CAM-системы (computer-aided manufacturing — компьютерная поддержка изготовления) предназначены для проектирования обработки изделий на станках с ЧПУ и выдачи программ для этих станков (фрезерных, сверлильных, эрозионных, пробивных, токарных, шлифовальных и др.). Кроме того, к функциям CAM относят
программирование роботов и разработку технологических процессов обработки деталей. В отечественной литературе CAM-системы часто относят к автоматизированным системам технологической подготовки производства (АСТПП), наряду с системами CAPP (Computer Automated Process Planning – автоматизация планирования процесса производства). Наибольшая выгода от применения CAM-систем проявляется в сокращении циклов производства, особенно при изготовлении сложнопрофильных деталей. Часто в CAM-системах можно использовать геометрическую модель детали, созданную в CAD-системе.
САЕ-системы (computer-aided engineering — компьютерная поддержка инженерных расчетов) представляют собой обширный класс систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчетную задачу (группу задач), начиная от кинематического анализа, расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья. В CAЕ-системах также можно использовать трехмерную модель изделия, созданную в CAD-системе. CAE-системы еще называют системами инженерного анализа или автоматизированными системами научных исследований (АСНИ).
PDM-системы (Product Data Management — управление проектными данными) предназначены для решения проблем совместного функционирования компонентов автоматизированных систем различного назначения. Они либо входят в состав модулей конкретной автоматизированной системы, либо имеют самостоя-тельное значение и могут работать совместно с разными программ-мными компонентами. Системы управления техническими докумен-тами и документооборотом, относящиеся к сфере проектирования и производства в промышленности, иногда называют системами управления техническими данными, или системами TDM (Technical Data Management).
За последние годы CAD/CAM/CAE/PDM-системы прошли путь от сравнительно простых программных приложений до интегри-рованных программных комплексов, обеспечивающих единую поддержку всего цикла разработки, начиная от эскизного проекти-рования и заканчивая технологической подготовкой производ-
ства, испытаниями и сопровождением. К наиболее известным интегрированным CAD/CAM/ CAE/PDM-системам относят: Pro/Engineer (Parametric Technology Corp.), Unigraphics (Unigraphics Solutions, Inc), CATIA (DASSAULT SYSTEMS), EUCLID-IS (Matra Datavision), I-DEAS (SDRC), I/EMS (Intergraph, Inc).
Однако основные выгоды от применения так называемых «тяжелых» систем проявляются при изготовлении сложной наукоемкой продукции (кораблей, самолетов, танков, различных видов промышленного оборудования и др.). Для производственных задач, решаемых большинством машиностроительных предприятий, часто бывает достаточно возможностей систем среднего уровня.
Наиболее известными системами среднего уровня на основе графического ядра ACIS являются: AutoCAD, Mechanical Desktop и Autodesk Inventor (Autodesk Inc.); Cimatron (Cimatron Ltd.); ADEM (Omega Technology); Mastercam (CNC Software, Inc.); Powermill (DELCAM) и др. К числу CAD/CAM-систем среднего уровня на основе ядра Parasolid принадлежат, в частности, Solid Edge и Unigraphics Modeling (Unigraphics Solutions); SolidWorks (SolidWorks Corp.) и др.
Ряд CAD/CAM/CAE/PDM-систем среднего уровня разработан в СССР и России. Наибольшее распространение среди них получили программные продукты компаний «Аскон», «Топ Системы» и некоторых других.
На базе интегрированных CAD/CAM/CAE/PDM-систем развивается новое направление автоматизированного проектирования – виртуальная инженерия (virtual engineering). Виртуальная инженерия основана на имитационных программных технологиях виртуальной реальности, охватывающих весь цикл разработки и производства продукта. Используя специальное оборудование (головные дисплеи, устройства осязания, расширенную звуковую системы), проек-тировщик может погружаться в виртуальную среду, создавать компоненты, модифицировать их, управлять различными устройствами и взаимодействовать с различными объектами.
2.5 Системы геометрического моделирования
В условиях применения сквозных компьютерных технологий, когда информация с компьютера передается непосредственно на станок по локальной сети, чертежи теряют свое ведущее положение, которое они занимали в традиционном проектировании. Тем не менее во всех машиностроительных САПР обычно имеются средства разработки чертежей и часто средства подготовки другой конст-рукторской документации (спецификаций и др.). Эти средства используются:
1) для создания дополнительного архива на бумажных носителях;
2) для передачи конструкторской документации на производство, где компьютерные технологии еще не применяются;
3) для обеспечения станочника наглядными материалами, позволяющими выполнять визуальный контроль процесса изготовления изделия.
В основе современного автоматизированного проектирования машиностроительных изделий лежит математически точное объемное геометрическое моделирование [6, 18]. Системы геометрического моделирования (наиболее развитые в CAD) позволяют создать информационную среду, подобную реальной среде, в которой создаются и изменяются физические модели. Они обеспечивают решение ряда проблем, связанных с использованием физических моделей в процессе проектирования (измерение, манипулирование) и позволяют рассматривать процесс проектирования как постепенную детализацию формы по мере развития идей разработчика. Кроме того, математически точные геометрические модели играют определяющую роль на всех последующих этапах жизненного цикла изделия, служат основой для оформления различной проектной документации.
Параметрическое моделирование (parametric modeling) заключается в том, что проектировщик определяет форму заданием геометрических ограничений и некоторых размерных параметров. Примерами ограничений являются параллельность двух граней, касательность двух линий и т. д. К размерной параметризации относят не только возможность свободного переназначения размеров формы (адаптивная параметризация), но и установление соотношений между размерами в виде математических уравнений (принудительная параметризация).
Системы геометрического моделирования делят на каркасные, поверхностные, твердотельные и гибридные (немногообразные).
В системах каркасного моделирования (wireframe modeling systems) форма объекта представляется в виде набора характеризующих ее линий и узловых точек. Соответствующее математическое описание каркасной модели представляет собой набор уравнений кривых, координат точек, условий принадлежности точек кривым и не содержит сведений о внешних поверхностях и объеме моделируемого объекта.
В системах поверхностного моделирования (surface modeling systems) математическое описание включает в себя не только сведения о ребрах и узлах, но и данные о поверхностях. Деталь, построенная методами поверхностного моделирования, представляется пустотелой оболочкой, состоящей из большого числа элементарных участков – патчей. Патчи поверхности могут объединяться в одну поверхность или разбиваться на части. Из поверхности можно удалить часть ее патчей. В процессе модификации поверхности могут быть разрезаны, разбиты, сглажены, сопряжены, продлены. Считается, что методами поверхностного моделирования можно достоверно представить изделия сколь угодно сложной формы. Визуальная поверхностная модель объекта позволяет оценить эстетичность проекта, а математическое описание позволяет построить программу обработки детали на станке с ЧПУ ( рисунок 2).
Рисунок 2 – Моделирование обработки сложной
поверхности на станке с ЧПУ
Некоторые способы получения сложного контура поверхности:
· по вспомогательным пересекающимся или непересекающимся линиям;
· построение одной полилинией;
· построение в результате топологических операций;
· построение в результате применения к элементам преобразований (сдвиг, поворот, копирование массивом и т. д.).
Редактирование сложных контуров включает в себя следующие функции:
· добавление, удаление и изменение положения вершин контура;
· геометрическое перестроение сегментов контура (отсечение и дотягивание до указанных границ, удаление указанной части сегмента, рассечение в указанных точках и т. д.);
· геометрическое перестроение контура в целом (добавление или удаление отверстий, растягивание или сжатие в заданном направлении или масштабе, создание скруглений и фасок и т. д.).
Системы твердотельного моделирования (solid modeling systems) предназначены для работы с объектами, состоящими из замкнутого объема или монолита (solid). Твердое тело (solid-модель) характеризуется многогранным представлением и может быть отображено в виде прозрачного или непрозрачного объема, границы которого состоят из совокупности линий ребер и поверхностей граней. Математическое описание объекта, созданного в системе твердотельного моделирования, содержит сведения, по которым система может определить, где находится какая-либо точка: внутри объема, снаружи него или на его границе. Результаты твердотельного моделирования могут быть использованы:
· для контроля взаимного расположения деталей и работы механизма;
· для автоматизации подготовки конструкторской документации;
· для расчета инерционно-массовых характеристик изделия;
· для последующего проектирования обработки на станках с ЧПУ;
· для последующего моделирования условий нагружения в CAE-системе.
Функции моделирования, поддерживаемые большинством систем твердотельного моделирования, могут быть разделены на пять основных групп [6]:
1. Функции создания примитивов (primitive creation function) и булевские операторы (Boolean operations). Функции создания примитивов позволяют строить простейшие объекты (базовые тела, такие как параллелепипед, цилиндр, шар, конус, шар, клин, тор) указанием соответствующих значений их параметров. Булевские операторы позволяют создавать так называемые составные тела путем комбинирования примитивов: твердотельные модели рассматриваются как множества точек, к которым применяются булевские операции теории множеств. Большинством систем твердотельного моде-лирования поддерживаются следующие булевские операции: сложение, вычитание и пересечение множеств. В итоге базовые тела образуют конструктивные элементы сложного тела. Таким образом, функции моделирования первой группы позволяют проектировщику быстро создавать форму, близкую к окончательной форме детали.
2. Функции создания объемных тел путем перемещения поверхностей. Обеспечивают создание тел сложной внешней формы кинематическим способом. Это так называемые функции заметания (swinging) и скиннинга (skinning). Функция заметания позволяет создавать объемное тело путем подъема (выдавливания, экструдии) или вращения некоторого профиля по заданному направлению. Функция скиннинга создает объемное тело, натягивая поверхность на заданные поперечные сечения.
3. Функции, предназначенные для редактирования существующей формы. Обычно это функции скругления (rounding), плавного сопряжения (blending) и лифтинга (lifting). Скругление или плавное сопряжение используется для модифицирования существующей модели, состоящей в замене острого ребра или вершины гладкой криволинейной поверхностью. Частный случай скругления с добавлением, а не удалением материала называется выкружкой (filleting). Лифтингом называется операция поднятия всей грани объемного тела или ее части в заданном направлении.
4. Функции моделирования границ (boundary modeling). Позволяют манипулировать вершинами, ребрами и гранями твердого тела. Данные операции аналогичны функциям систем поверхностного моделирования и служат в основном для создания сложных контуров заметания или скиннинга, а также изменения формы уже существующего тела. Например, перемещение вершины, замена прямого ребра криволинейным и т. п.
5. Функции объектно-ориентированного моделирования (feature-based modeling) или моделирования при помощи свободных форм. Позволяют создавать объемные тела, используя привычные элементы форм, получаемые в результате конкретного процесса производства. Таким образом, информация о методе построения контуров и тел в дальнейшем будет определять как способ внесения изменений в геометрическую модель изделия, так и проектирование технологии ее обработки, например, в процессе фрезерования. Однако к настоящему времени еще не создана программная среда, заранее определяющая методологию проектирования в зависимости от типа изделия.
Одной из важных характеристик твердого тела является история его создания. Содержательная часть истории создания включает описание всех элементов, используемых для построения тела, параметры и последовательность выполненных операций. История создания имеет иерархическую структуру. На нижнем уровне размещаются геометрические примитивы (плоские или объемные), параметры примитивов. На всех последующих уровнях могут размещаться сборки тел, полученные в результате преобразования объектов нижнего уровня, а также промежуточные результаты топологических операций над отдельными конструктивными элементами. На верхнем уровне истории находится результирующее тело, например, деталь или сборка результирующих тел, например, узел или агрегат (рисунок 3).
Рисунок 3 – Сборочная модель вентиля и иерархия ее создания
Модификация модели зависит от способа ее построения и базируется на истории создания твердого тела. Основные правила модификации составного трехмерного тела:
· если при его построении использовались другие тела, то редактировать надо либо значения параметров конструктивных элементов, либо топологические операции;
· если при построении сложного тела использовались образующие линии, то редактировать необходимо геометрию этих линий.
Часто решающим фактором является умение конструктора использовать тот или иной метод редактирования.
Гибридные (немногообразные) системы моделирования (nonmanifold modeling system) позволяют использовать каркасные, поверхностные и твердотельные модели одновременно в одной и той же среде моделирования, расширяя диапазон доступных моделей сверх возможностей любой из упомянутых систем.
2.6 Компьютерный инженерный анализ в машиностроении
После того как в результате проектирования получены объемные модели изделий, появляется возможность дополнить данные о геометрии некоторыми физико-механическими свойствами и попытаться исследовать модель изделия, подвергнув некоторым важнейшим тестам прямо на компьютере, не прибегая к дорогостоящему опытному изготовлению. Такая возможность позволяет сэкономить значительные средства за счет того, что на компьютере можно испытать гораздо больше вариантов проекта изделия, чем это было бы в рамках натурного теста. Для инженера технолога CAE-системы могут быть полезны при решении задач проектирования технологической оснастки и исследовании новых технологических процессов.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 |
