Объемная компоновка отсеков оборудования с использованием SolidWorks
Базовые возможности большинства современных систем трехмерного параметрического моделирования включают ряд таких инструментов проектирования, как анализ интерференции компонентов в сборке, расчет массово-инерционных характеристик и др., использование которых позволяет в первом приближении решить задачу объемной компоновки объектов в ограниченном пространстве. В настоящее время 3D САПР находят в конструкторской практике широкое применение. Параметрическое моделирование позволяет рассмотреть больше альтернативных вариантов конструкции, гибко варьируя значения проектных параметров, и выбрать наилучший из них, наиболее полно удовлетворяющий требованиям к будущему изделию. Однако это только базовые возможности систем 3D-моделирования. Если же добавить к ним алгоритмы автоматизированной компоновки и оптимизации с учетом геометрических ограничений, то проектировщик получит полноценный рабочий инструмент для решения задачи размещения объектов в 3D-пространстве. Таким образом, становится актуальной разработка специального модуля САПР, реализующего эти дополнительные возможности.
Рассмотрим возможности модуля автоматизированной компоновки, созданного на базе САПР SolidWorks, на примере размещения ракет и узлов подвески во внутреннем отсеке вооружения истребителя нового поколения. В данном случае объектами компоновки будут отсек вооружения, ракеты и пусковые устройства (катапультные установки). Поскольку объекты в отсеке должны находиться на безопасном расстоянии друг от друга, в моделях ракет необходимо заранее предусмотреть так называемые зоны безопасности, которые представляют собой пространство, защищенное от размещения других объектов. Зоны безопасности моделируются в виде тел упрощенной формы. На рис. 1 зоны безопасности показаны в виде полупрозрачного цилиндра, описанного вокруг ракеты, и прямоугольного параллелепипеда, охватывающего поверхность пускового устройства.
Рис. 1. Модели компонуемых объектов и зон безопасности
Создадим сборку, в которой разместим модели отсека и зон безопасности. Исходя из ограничений на компоновку отсека вооружения, условием взаимного расположения объектов является их сонаправленность, а также ориентация относительно направления полета самолета. Эти и другие ограничения оказывают существенное влияние на заполнение объема отсека, которое характеризуется плотностью компоновки.
Плотность компоновки отсека представляет собой отношение суммы объемов компонуемых объектов к объему всего отсека вооружения. При проектировании плотность компоновки применяется для оценки качества отсека. Увеличение плотности компоновки позволяет выдать рекомендации по уменьшению объема отсека, а следовательно, по снижению размерности (массы) самолета, что очень важно. Плотность компоновки отсека напрямую связана с определением лишнего объема отсека, который возникает в результате несоответствия форм отсека и компонуемых объектов, несовпадения размеров объектов и оболочки, а также размеров самих объектов. Но при условии учета специфических требований компоновки по взаимному расположению и направлению объектов далеко не всегда удается сократить лишний объем, при этом прежде всего необходимо предварительно оценить возможность размещения объектов в отсеке с учетом ограничений.
Используя функцию «Анализ интерференции компонентов» в сочетании с алгоритмами прикладного модуля, проведем автоматизированный анализ пересечения объектов и оптимизацию компоновки. Для решения задачи оптимизации следует указать параметры, значения которых будут варьироваться с заданным шагом, после чего запустить процедуру пошагового пересчета размеров с анализом интерференции. Модуль анализа автоматически отследит и устранит взаимопересечение зон безопасности, а также возможный их выход за границы объема отсека вооружения (рис. 2).
Рис. 2. Автоматизированный анализ пересечения объектов и оптимизация компоновки
Еще одним важным условием корректной компоновки ракет в отсеке вооружения является сохранение заданной центровки (расположения центра масс проектируемого самолета). Центровка самолета для различных вариантов компоновки ракет в отсеке может быть автоматически вычислена с помощью функции расчета массово-инерционных характеристик, являющейся базовой возможностью САПР SolidWorks (рис. 3). Однако рассчитать центровку для множества альтернативных вариантов компоновки отсека и выбрать из них наилучший будет проще с помощью прикладного модуля, который, помимо всего прочего, выдаст еще и проектные рекомендации в соответствии с ранее проведенным анализом взаимопересечения объектов.
Рис. 3. Определение массово-инерционных характеристик отсека с объектами компоновки
В заключение следует отметить, что модели отсека и компонуемых объектов могут быть как созданы средствами CAD-системы, в которой будет проводиться последующий анализ компоновки (в нашем случае — САПР SolidWorks), так и импортированы из других систем геометрического моделирования в форматах Parasolid, ACIS, STEP, IGES и др. На основании сделанных оценок модуль автоматизированной компоновки отсеков оборудования позволит рассмотреть максимальное количество вариантов проектных решений, что обеспечит сокращение сроков проектирования и уменьшение материальных затрат.
