bCAD: 2D-черчение – проще не бывает

Андрей Пронько, Владимир Малюх

Постоянные читатели журнала «САПР и графика» уже имеют представление о программном пакете bCAD. Мы стараемся достаточно регулярно знакомить вас как с базовыми возможностями этого пакета, так и с нововведениями и усовершенствованиями, имеющими место в каждой новой версии. В данной статье мы хотели бы обратить внимание на такие сферы применения bCAD, как традиционное плоское черчение и подготовка конструкторской документации.

В настоящее время на рынке компьютерных программ проектировщик имеет огромный выбор продукции, призванной облегчить его работу и сократить время исполнения проекта. Такое обилие программ и, соответственно, неминуемая конкуренция заставляют разработчиков постоянно совершенствовать свои продукты. Однако все новшества касаются в основном процесса получения фотореалистического изображения и анимации. Немногим меньше внимания досталось процессу объемного моделирования и конструирования. Подобная «расстановка сил» является закономерной. Посудите сами: что может быть зрелищнее, чем великолепная анимация или изображение, полученное методом трассировки лучей? В предыдущих статьях, посвященных программным пакетам bCAD и опубликованных в журнале «САПР и графика», авторы неоднократно обращали внимание на огромные возможности bCAD в данных областях.

Однако для многих конструкторов и проектировщиков ошеломляющая красота полученного изображения и мультипликация являются лишь развлечением и возможностью познать, как далеко шагнули компьютерные технологии. Их повседневная работа связана с построением плоских чертежей, которые, конечно, не так зрелищны, однако являются крайне необходимыми в процессе проектирования. Наверное, ни один проектировщик, начиная от студента и заканчивая конструктором современных самолетов, не обходится без построения таких чертежей. Очень многие программы предоставляют своим пользователям возможность двухмерного черчения. В то же время нельзя утверждать, что все конструкторские бюро и проектные институты используют компьютерные технологии в процессе создания чертежа. Так в чем же дело? Ответ очень прост. Большинство высококлассных конструкторов привыкли создавать чертежи на бумаге. Они прекрасно понимают выгоду компьютерного черчения, однако существует несколько причин, удерживающих их от перехода к проектированию такого рода:

• Для того чтобы в полной мере воспользоваться возможностями программы, необходимо оставить свою основную работу и приступить к длительному ее изучению.
• На приобретение полноценной чертежной системы необходимо огромное количество денег.
• Для нормального функционирования программы, даже если это «облегченная» версия мощной системы, требуется мощное, а следовательно, дорогостоящее оборудование.
• Большинство известных программ разработано за рубежом, а следовательно, при возникновении какого-либо рода проблем трудно получить квалифицированную помощь.
• Отечественные системы, как правило, сделаны коллективами, выросшими в «отраслях», и поэтому страдают «профессиональным уклоном», то есть очень хорошо решают специфические задачи, но исполнение довольно простых операций порой затруднено.

На решении этих вопросов и сконцентрировали свое внимание разработчики bCAD при работе над усовершенствованием процесса двухмерного черчения.

Основной задачей, конечно же, явилось упрощение процесса черчения. Имея перед собой примеры подобного рода программ, выпущенных известными зарубежными компаниями, а также возможность наблюдать трудности, с которыми сталкивается инженер при переходе от «традиционного» метода черчения к компьютерному проектированию, разработчики решили отказаться от принятого в этих случаях интерфейса. Необходимость сложной работы с командной строкой была заменена возможностью оперирования интуитивно понятными пиктограммами, сопровождающимися необходимыми пояснениями. Это значительно упрощает процесс плоского черчения и не требует предварительного изучения специфических требований при работе с незнакомыми командами. Однако наличие огромного количества пиктограмм, соответствующих каждой команде в отдельности, сильно загромождает рабочее окно проектировщика. В то же время ограничение числа самих команд путем их унификации сильно замедляет процесс черчения и может свести к минимуму преимущества компьютерного проектирования. Выход из сложившейся ситуации был найден. При работе с панелью инструментов, отвечающих за плоское черчение (как, впрочем, и при работе с любыми другими инструментами), широко используется принцип встроенного меню. Так, например, в панели инструментов имеется лишь одна пиктограмма, отвечающая за черчение отрезка прямой линии. Однако при активизации встроенного меню мы получаем дополнительную панель, позволяющую выбрать способ построения данного отрезка, начиная от стандартного способа «по двум точкам» и заканчивая возможностями построения перекрестий и радиальных линий. Такие встроенные меню присутствуют при построении любого стандартного двухмерного примитива. Так, например, существует шесть способов построения отрезков, пять способов построения окружности, по четыре способа построения дуги и четырехугольника, три способа построения эллипса. Особняком стоят функции построения правильных многоугольников и произвольных ломаных. Такое многообразие обусловлено различием требований при выполнении конкретных задач, в каждой из которых наиболее удобен определенный способ построения того или иного примитива. Опытный конструктор без труда выберет оптимальный способ построения применительно к конкретной задаче, но и начинающий пользователь не остановится перед нелегким выбором. В каждом программном пакете bCAD независимо от его специализации и комплектации существуют необходимые пояснения, сопровождаемые конкретными примерами применения того или иного способа построения в различных ситуациях.

Однако независимо от способа построения той или иной фигуры необходимо обратить внимание на функцию, проходящую «красной нитью» по всему процессу плоского черчения, — функцию задания координат точки. Способы задания координат традиционны: «на глаз» с помощью курсора и «точный» при помощи клавиатуры. Специфика заключается в простоте выполнения данной операции. При работе с мышью необходимо переместить крестообразный курсор в нужное место и щелкнуть левой кнопкой мыши. Значения координат непрерывно отображаются в строке состояния, находящейся в верхней части окна редактора. Единицы измерения соответствуют текущим установкам. Два первых числа являются координатами в экранной системе координат. Следующие четыре числа отображают смещение относительно предыдущей указанной точки в прямоугольной и полярной системе координат. Таким образом, используя даже «неточный» способ задания координат, пользователь получает максимум необходимой информации и возможность выбрать вид этой информации, наиболее подходящий для его конкретных задач. Используя функции работы с сеткой и различного рода привязками, о которых будет рассказано далее, процесс задания координат с помощью мыши можно сделать максимально точным.

Ввод координат точки с клавиатуры всегда является более точным, но одновременно и более сложным. В связи с этим простота этого процесса при использовании bCAD просто поражает. Нет необходимости вызывать панель ввода координат при помощи каких-либо команд, а тем более переключаться на работу с командной строкой. Достаточно в режиме редактирования нажать одну из клавиш: @, 0..9 или «–» или «+», то есть попросту начать ввод требуемых координат, и нужная панель автоматически открывается. Числа при вводе координат разделяются пробелами или запятыми (как это удобнее для пользователя), что позволяет исключить ситуации, когда операция прерывается из-за орфографической ошибки при вводе. Закончив ввод координаты данной точки, вы нажимаете пресловутый Enter и переходите к работе с другой точкой.

Координаты могут быть введены как абсолютные, так и относительно предыдущей точки. Режим ввода относительных координат определяется наличием символа @ в начале строки. Наличие символа < перед значением координаты означает, что это значение угла. Таким образом, легко вводить с клавиатуры полярные координаты, не изменяя при этом типа текущей системы координат. Если же мы заменим число строк на символьное обозначение X, Y или Z, то система автоматически заменит этот символ на соответствующую координату точки, указанной курсором. Таким образом, можно совместно вводить координаты с клавиатуры и мышью.

Но этим возможности работы с координатами не ограничиваются. Существует отдельная пиктограмма, отвечающая за глобальные изменения в системе координат. При помощи панели управления пользователь может изначально установить, в какой системе координат будет работать: в декартовой или в полярной. Очень существенна возможность установления единиц измерения, позволяющая работать не с абстрактными единицами, а с реальными миллиметрами, дюймами, градусами и радианами. Данная функция позволяет не только планировать расположение отдельных фрагментов чертежа при выводе на печать без дополнительной конвертации в общепринятые единицы измерения, но и автоматически проводить расчеты, необходимые при простановке размеров и составлении пояснительных документов. Также предоставляется абсолютная свобода при выборе начала координат. Оно может располагаться в абсолютном нуле (в точке с координатами (0,0)), в последней точке, указанной в процессе черчения или редактирования, и в произвольной точке, выбранной пользователем (при этом отрабатываются все установки выравнивания и привязки, как к сетке, так и к узловым точкам объекта, о чем будет рассказано далее).

Значительно облегчает процесс черчения возможность установления и изменения параметров сетки. Пользователь может выбрать для себя внешний вид, шаг сетки, при необходимости установить угол ее наклона к горизонту. Функция выравнивания позволяет округлять значения координат точки в соответствии с шагом сетки или любым другим установленным значением. Как и во многих других системах компьютерного проектирования, конструктор может включить перпендикулярный режим, помогающий чертить строго вертикальные и горизонтальные линии. Особое значение функция выравнивания приобретает при задании координат при помощи мыши, значительно увеличивая при этом скорость создания чертежа.

Значительную роль в процессе черчения играет панель управления, позволяющая установить способ привязки узловых точек объекта. Как и функция выравнивания, привязки просто незаменимы при работе с компьютерной мышью. Сама собой отпадает необходимость с предельной точностью выверять координаты будущей точки. Достаточно просто указать вид привязки, приблизительно поставить курсор в соответствующую область (в зависимости от вида привязки) — и система сама безошибочно установит точку в соответствии с указанными требованиями. В настоящее время в bCAD применяется двенадцать способов привязки; следует отметить, что количество их увеличивается с выходом каждой новой версии, позволяя подбирать соответствующий способ для каждого конкретного случая.

Панель инструментов «Редактор контуров» дает возможность не только создавать новые контуры в bCAD, но и редактировать уже созданные. В эту панель входят функции, позволяющие удалять, добавлять и изменять положение узловых вершин контуров, объединять два самостоятельных контура в один и разрезать один контур на два. Достаточно интересной представляется функция сглаживания. Она позволяет создать криволинейный контур, проходящий через узловые точки созданной ранее ломаной, с использованием сплайн-функции. Пользователь также может без труда влиять на точность отрисовки сплайн. Функция «Восстановить ломаную» является обратной функции сглаживания и позволяет восстановить исходную ломаную. Несомненно обрадует конструкторов наличие в данной панели функций, автоматически создающих фаски и скругления заданной величины и позволяющих исключить столь кропотливую работу из процесса создания чертежа. В журнале «САПР и графика» № 4’98 была опубликована статья, посвященная нововведениям в bCAD версии 3.4. Одним из таких нововведений является функция создания припуска. Команда «припуск» позволяет создавать контур, эквидистантный (находящийся на равном расстоянии) указанному существующему контуру. Новый контур можно задавать либо проходящим через заданную точку, либо задав расстояние между новым контуром и исходным.

Итак, можно считать, что работа по созданию необходимых контуров завершена. Теперь на чертеж необходимо нанести штриховку, размеры, пояснительные надписи. Разработчики bCAD постарались максимально облегчить и эти операции. Процесс нанесения штриховки может быть выполнен в bCAD двумя щелчками мыши: первым вы выбираете замкнутый контур, который следует заштриховать, вторым — вид применяемой штриховки . bCAD обладает обширной библиотекой штриховок, однако существует также и возможность дополнить эту библиотеку, либо создавая собственные варианты, либо заимствуя их из других систем проектирования. При выборе вида штриховки проектировщик может по своему усмотрению изменять масштаб, толщину линии и угол поворота узора. Процесс вырезания окна из заштрихованной области еще проще. Здесь отпадает операция выбора штриховки. В случае если конструктор собирается создать заштрихованную область, не имея заранее созданного контура, ему достаточно указать последовательность точек, описывающих данную область. В bCAD возможны различные преобразования штрихуемых контуров, которые выполняются также просто и сопровождаются необходимыми описаниями и рекомендациями.

Трудно представить себе крупный чертеж без дополнительных выносных видов, необходимых для более подробного описания какого-либо узла или соединения. При «традиционном» способе создания чертежа в таких случаях возникает необходимость перечерчивать требуемый фрагмент чертежа в укрупненном масштабе. В bCAD для этих целей предусмотрена функция «Вырезка», позволяющая вырезать область чертежа и помещать ее в буфер обмена с последующей возможностью вставки, масштабирования и необходимого редактирования. Соответственно, существует несколько возможностей осуществлять вырезку области. Как и в предыдущих случаях, все они располагаются во встроенном меню.

Не вызывают никаких трудностей и вспомогательные операции при создании чертежей, такие как задание стиля линии и отрисовки кривых, загрузка фона чертежа, загрузка дополнительных шрифтов и библиотек штриховок, работа с неограниченным количеством окон и чертежей.

Особое внимание хочется обратить на различные варианты просмотра чертежа. Для того чтобы наиболее полно разработать или отредактировать отдельный узел или элемент, входящий в более сложную деталь или схему, можно воспользоваться функцией масштабирования области. Данная функция позволяет указать область чертежа, которая будет масштабироваться в текущем окне. Как и при использовании ряда других вышеописанных функций, под пиктограммой «Масштабирование области» скрывается встроенное меню, позволяющее выбрать наиболее удобный способ выделения требуемой области. По завершении редактирования выбранного фрагмента проектировщику, естественно, необходимо вернуться к общему виду чертежа для продолжения работы. Для этой цели специально предусмотрена функция «Показать все», автоматически изменяющая масштаб отображения таким образом, чтобы в окне поместились все элементы чертежа. С точки зрения инженерного подхода, наиболее «грамотным» является третий вид масштабирования, присутствующий в bCAD. Функция «Точное масштабирование» позволяет быстро и точно изменить масштаб в текущем окне несколькими способами. Пользователь всегда может определить точное значение масштаба при отображении чертежа. Соответственно, также без труда значение этого масштаба может быть изменено при помощи клавиатуры. При этом во избежание случайных ошибок всегда можно ввести минимальное значение, до которого будет округляться масштаб. Однако существуют и другие способы масштабирования, более удобные в некоторых случаях. Наиболее привычным для конструкторов, долгое время работающих с чертежами, скорее всего, будет масштаб, заданный в виде масштабных коэффициентов (1:2; 2:1 и т.д.). Кроме того, существует цифровая панель, увеличивающая или уменьшающая текущий масштаб при щелчке левой кнопкой мыши на выбранной цифре в соответствии с установленным множителем. Множитель задает реакцию на нажатие левой кнопки мыши. В зависимости от установок масштаб будет увеличиваться в Х раз, уменьшаться в Х раз или умножаться на 0.Х, где коэффициент Х соответствует выбранной цифре. Пользователь также может выбирать точку в чертеже, положение которой на экране при масштабировании остается неизменным. Таким образом, при создании чертежа у проектировщика есть не только богатый выбор инструментов для создания чертежа, но и широкие возможности необходимого масштабирования для того, чтобы сделать работу более удобной и быстрой.

Одной из ключевых задач при выполнении двухмерного чертежа является должное его оформление: простановка размеров и создание необходимых пояснительных надписей. В bCAD простановка размеров осуществляется очень просто. Конструктору необходимо выбрать тип размера из соответствующей панели инструментов. Данная панель содержит более десяти вариантов возможной простановки размеров. Таким образом, после выбора соответствующего типа размера достаточно указать точки, между которыми находится измеряемая величина, и программа сама определит величину измеряемого отрезка или угла. Порядок «оформления» проставляемого размера также остается за проектировщиком, начиная от длины выносных линий, величины и типа стрелок и заканчивая величиной, местом и стилем проставления размерных надписей. Процесс использования специальных символов при проставлении размеров был подробно описан в журнале «САПР и графика» № 4’98 и также производится значительно проще, чем во многих других системах автоматического проектирования. Все перечисленные опции, так же как и во многих других командах, находятся во встроенном меню, позволяя конструктору легко разбираться в их разнообразии, не загромождая экран.

Для того чтобы ввести какой-либо текст на поле чертежа, достаточно просто набрать его на клавиатуре. Символы появляются на экране буква за буквой сразу после нажатия соответствующей клавиши. Исправление ошибок производится стандартным способом путем использования клавиши Backspace. По завершении набора строки достаточно нажать клавишу Enter, и следующая строка начнется непосредственно под началом предыдущей. Перемещение начала строки осуществляется мышью или при помощи клавиатуры. Для изменения параметров текста пользователь уже привычным образом активизирует встроенное меню.

При работе с bCAD можно не только создать чертеж, но и выполнить необходимые вычисления: например, определить периметр и площадь соответствующих фигур. Результаты вычислений помещаются в специальное окно вывода и могут быть сохранены в качестве текстового файла. Таким образом, все полученные результаты можно не только приводить в качестве какого-либо отчета, но и использовать для дальнейших расчетов.

Использование bCAD дает богатые возможности при переходе от двухмерных к трехмерным изображениям и обратно. Способы таких переходов разнообразны и позволяют создавать как типичные объекты — путем использования функции вытягивания и создания тел вращения, так и сложнейшие нестандартные поверхности с использованием нескольких имеющихся сечений. Однако это тема другого не менее интересного разговора. В данный момент нас интересует, как наличие объемной модели может помочь при составлении плоских рабочих чертежей.

Во-первых, при расположении тела под нужным углом зрения у проектировщика отпадает необходимость в «представлении», как объект будет выглядеть на главном виде, виде слева и сверху. Достаточно просто воспользоваться пиктограммами, соответствующими данному виду. Естественно, наличие трехмерной модели значительно облегчает процесс построения аксонометрических проекций. Конструктор может либо численно, либо «на глаз» развернуть систему координат в требуемое положение и получить тот или иной вид аксонометрической проекции.

Но наиболее интересным выглядит применение трехмерной модели при необходимости построения разрезов. В bCAD существует специализированная функция для определения линии сопряжения поверхностей. Таким образом, для получения требуемого разреза достаточно в прямом смысле «разрезать» трехмерный объект плоскостью и воспользоваться данной функцией . Впоследствии и сам объект, и секущую плоскость можно удалить (либо переместить) и продолжать работу с плоской фигурой, полностью соответствующей требуемому разрезу. Следует также заметить, что сложность требуемого разреза не сказывается ни на точности результата, ни на скорости его получения.

С выходом весной этого года версии 3.5 выполнение чертежей еще более упростилось. Основной новинкой данной версии стал интерфейс прикладного программирования. На самом деле в виде нескольких бета-версий он был доступен с конца 1997 года. И к моменту официального выхода оказалось, что разработчики успели создать значительное количество приложений. Одним из них является пакет инструментов, автоматизирующих исполнение стандартных элементов чертежей в соответствии с правилами ЕСКД. Пакет разработан сотрудниками Новосибирского государственного технического университета. Среди инструментов пакета — весь стандартный машиностроительный крепеж, заполнение и сопровождение форматов чертежей и спецификаций, обозначения допусков и посадок, шероховатостей, подшипников, а также отверстия, пружины, канавки, фланцы, зубчатые колеса и многое другое — то есть все то, что порой делает работу конструктора рутинной и утомительной. Теперь он может сосредоточиться именно на проектировании и конструировании, а не тратить время на вычерчивание (пусть и механизированное) однообразных элементов. Более того, стандартные элементы, созданные такими инструментами, автоматически заносятся в базу данных чертежа, и затем их число автоматически подсчитывается, что чрезвычайно удобно при составлении спецификаций.

Следует отметить, что разработки силами вузов имеют несколько интересных и, как мы считаем, полезных особенностей. Во-первых, преподаватели, как правило, имеют более широкое и систематическое представление о процессе проектирования в отличие от сотрудников отраслевых НИИ и КБ, которые часто «зацикливаются» на «своих» задачах. Поэтому универсальные инструменты более целесообразно отдать «на откуп» вузам, а узкоспециализированные системы — отраслевым разработчикам. Во-вторых, имея опыт преподавания обучения, вузовские специалисты делают системы простыми в освоении и легкими в использовании. Богатая «полигонная» практика — испытание систем на студентах — позволяет решить одну из сложных задач, с которыми сталкиваются все разработчики ПО: тщательное тестирование и проверку программ. И, наконец, документирование и написание руководств — кто может это сделать лучше, чем профессиональный преподаватель?!

Даже электронный чертеж (не путать с моделью изделия — речь идет именно о чертеже), как известно, делается в конце концов для того, чтобы быть напечатанным на бумаге. Казалось бы — стандартная процедура, особенно в среде Windows. Но даже здесь у bCAD есть своя «изюминка». Многие пользователи различных САПР знакомы с проблемой вывода крупных чертежей на принтер малого формата. Увы, не всем еще по карману плоттер формата А0. Эту рутинную операцию bCAD осуществляет автоматически. Достаточно лишь выбрать ориентацию и размер листа — разбиение произойдет само собой . Еще одна мелочь — цветное изображение удобно чертить и обсуждать с коллегами, а вот нормоконтроль принимает только черно-белые чертежи. Все это легко можно проделать одним щелчком мыши. Кстати, о соблюдении требований ЕСКД к типам линий: в отличие от многих пакетов bCAD поддерживает не только пунктиры, но и толщину линий, и при печати ваши чертежи будут выглядеть точно в соответствии с требованиями стандарта.

Учитывая полный спектр возможностей при использовании bCAD для плоского черчения в сочетании с простотой его использования и огромным количеством поясняющих и обучающих пособий, можно с полной уверенностью утверждать, что данная программа не только пригодна для выполнения компьютерных работ, но и незаменима для осуществления обучающего процесса.

Ни у кого нет сомнения в необходимости обучения компьютерному проектированию учащихся высших и средних учебных заведений. Однако известно, что те немногие программные пакеты, которые могут быстро и эффективно осуществлять процесс построения рабочих чертежей, обычно требуют для изучения гораздо больше времени, чем им могут выделить при составлении учебных планов. В результате учащиеся, прошедшие курс обучения этим пакетам, не могут не только считать себя полноценными проектировщиками, но зачастую даже полноценно использовать полученные навыки в своих учебных целях. В подобной ситуации вышеописанные свойства bCAD не только могли бы облегчить работу учащимся, избавив их от необходимости то и дело обращаться к старым добрым кульману, карандашу и ластику, но и помогли бы сделать их знания более глубокими. Известно, что при работе над курсовыми и дипломными проектами львиная доля времени и сил уходит на оформление чертежей, спецификаций и т.д. Естественно, от этого страдает содержательная часть работы. Подтверждением вышеизложенному может служить некоторый опыт использования bCAD как инструмента для проведения обучающего процесса в ряде учебных заведений.

Необходимо также отметить существенную разницу в цене пакета и в политике обновления, которую проводят разработчики bCAD. Этот аспект, как правило, является не менее интересным, чем содержательная часть проекта, как для конструкторских и проектных бюро, так и для учебных заведений. Но это, как говорится, уже совсем другая история.  

«САПР и графика» 1'2000