10 - 2005

Моделирование больших сборок в Solid Edge

Константин Костромин, Лев Донковцев

Инструменты создания сборок

Технология Zero-D — плоские компоновки и виртуальная структура изделия

Моделирование деталей по месту

Сварка и обработка деталей в сборке

Семейства сборок и вариантные сборки

Динамические детали и сборки

Большие сборки: навигация и управление ресурсами

Чертежи больших сборок: быстрые проекции и диспетчер обновлений

Заключение

Мы продолжаем серию публикаций, посвященных обзору системы инженерного моделирования Solid Edge компании UGS. В этой статье мы рассмотрим построение сборок, возможности создания больших сборок в Solid Edge и управления ими.

Чтобы определиться с понятием «большие сборки», скажем, что зарегистрированный рекорд размера сборки Solid Edge на конец 2004 года — более 200 тыс. деталей — принадлежит компании Alcoa Packaging, Inc. Эта компания выпускает упаковочные линии и автоматы. Конечно, в таком количестве деталей есть много повторяющихся, что упрощает процесс проектирования, но не сильно снижает нагрузку на компьютер. Поэтому мы будем считать большими такие сборки, которые содержат 20-30 тыс. деталей и более. При работе с подобными сборками пользователю требуются средства для упорядочения информации и способы навигации в дереве сборки.

В этой статье мы рассмотрим управление большими сборками в Solid Edge, но сначала расскажем о том, как вообще создаются модели сборочных узлов и агрегатов, как моделируются детали по месту в контексте сборки, как строятся вариантные сборки и т.д.

Инструменты создания сборок

Проектирование сборочных узлов в Solid Edge ведется несколькими способами, среди которых имеются методы, обычно называемые «снизу вверх», то есть от отдельных деталей к агрегатам и далее к большой сборке, и «сверху вниз», то есть от идеи и компоновки изделия к компоновкам входящих в него узлов и далее к детальной проработке.

При сборке модели из готовых деталей пользователь размещает детали в пространстве сборки, накладывая геометрические связи между ними. С помощью специальных команд он совмещает оси вала и отверстия, прижимает плоские грани соседних деталей, задает соприкасающиеся поверхности кулачкового механизма и пр. Команды геометрических связей предназначены не только для правильного позиционирования деталей в первоначальный момент — геометрические и размерные связи управляют также поведением всей сборки при последующих изменениях, что особенно важно для проектирования движущихся механизмов.

Задача Solid Edge — сделать процесс моделирования как можно более удобным. Команда «Собрать» позволяет вести сборку одновременно нескольких деталей, перемещая и разворачивая каждую в процессе наложения связей. Solid Edge позволяет переходить с одной детали на другую в процессе размещения, передвигать связанные детали, менять способы привязки любой из размещаемых деталей, не выходя из команды. А поскольку Solid Edge не требует закончить размещение одной детали до того, как перейти к другой, значительно сокращается время моделирования и делается сам процесс понятнее.

Инструмент «Умная вставка» позволяет по выбранной геометрии подобрать ответный элемент для наложения связи. Если, например, пользователь выбрал окружность в подголовье размещаемого болта, то Solid Edge найдет под курсором подходящее отверстие на плоской грани и предложит разместить в нем болт, прижав головку болта к этой грани.

Еще одна часто повторяющаяся операция — размещение одинаковых деталей. Если детали располагаются регулярно (например, крепеж по сторонам пластины), то пользователь создает массив деталей. Если же детали располагаются нерегулярно, то Solid Edge запомнит порядок наложения связей при размещении первого экземпляра, а для остальных предложит выбрать лишь ответные поверхности на других деталях. Это не только ускоряет работу, но и гарантирует одинаковые условия размещения всех экземпляров в сборке.

Деталь совсем не обязательно привязывать по существующим поверхностям или осям. Часто бывает, что положение детали задается эскизами, например когда деталь еще не проработана полностью или когда она будет дорабатываться в сборке. Solid Edge позволяет использовать для привязки любые эскизы деталей и сборок, базовые плоскости и системы координат. Таким образом, конструктор может вести сборку «сверху вниз», размещая эскизы деталей и дорабатывая их по мере получения более подробной информации об изделии.

В начало В начало

Технология Zero-D — плоские компоновки и виртуальная структура изделия

Solid Edge применяется на самых ранних стадиях проектирования изделия — при компоновке и создании структуры будущего изделия. Традиционно компоновочные работы выполнялись на плоскости: по мере определения основных параметров изделия формировалась структура сборки, а по окончании компоновки задания на детальную проработку узлов и агрегатов раздавались коллективам исполнителей.

В Solid Edge компоновщик тоже может начинать работу в привычной плоской обстановке. Непосредственно в среде сборки Solid Edge предоставляет полный набор инструментов построения плоских эскизов, причем параллельно конструктор создает структуру изделия — дерево сборки. На этом этапе, пока структура изделия еще не приняла окончательной формы и может часто меняться, Solid Edge не создает на диске никаких дополнительных файлов. Редактор виртуальных компонентов позволяет быстро создавать виртуальные сборки и детали, назначать им необходимые атрибуты, перегруппировывать детали и сборки с помощью мыши.

Важно отметить, что уже на данном этапе конструктор задает связь между структурой сборки и начерченной им плоской геометрией — так, выбранная группа линий становится обозначением конкретного компонента сборки. Далее конструктор оперирует не отдельными линиями, а плоским эскизом детали или вложенной сборки, перемещая его аналогично перемещениям реальной детали в процессе компоновки. Если в виртуальной структуре оказывается несколько одинаковых деталей, то остальные экземпляры не строятся заново, а размещаются конструктором на плоском эскизе сборки. Изменение одного эскиза детали приведет к автоматическому изменению всех остальных экземпляров деталей в компоновке.

Отличие этого подхода от привычного создания геометрических блоков состоит в том, что эскиз детали связан с деревом сборки и в дальнейшем будет правильно помещен в реальный файл детали, создаваемый на диске. Этот же файл получит все ранее заданные для детали атрибуты.

Поскольку новое изделие редко создается с нуля, а чаще в нем используются уже имеющиеся наработки, то Solid Edge предусматривает использование существующих трехмерных моделей в компоновке. Конструктор может разместить на компоновочном эскизе любую имеющуюся деталь или сборку, привязав ее к плоской геометрии или к другим деталям. При этом положение детали будет управляться изменением эскиза, и наоборот — эскиз будет меняться при перемещении детали.

При промышленном использовании этого подхода выяснилось, что для компоновки часто удобнее использовать плоский вид детали или сборки, а не саму пространственную модель. Вследствие этого в Solid Edge был добавлен инструмент быстрого построения ассоциативных плоских видов модели. Плоские виды хранятся в том же файле детали или сборки и могут использоваться при компоновке вместо трехмерных моделей. Удобство такого решения заключается в том, что позднее Solid Edge автоматически подставит трехмерные модели на место плоских видов, а конструктору не нужно будет размещать детали повторно.

По завершении основных работ по компоновке конструктор сообщает Solid Edge о необходимости создать реальную файловую структуру на диске. Именно в этот момент виртуальная структура превращается в реальную, а именно:

• виртуальное дерево сборки превращается в реальное;

• в оговоренных ранее каталогах создаются все файлы новых деталей и вложенных сборок;

• каждому новому файлу присваиваются атрибуты, в файлы копируются необходимые эскизы;

• каждая деталь — как новая, так и уже имеющаяся — располагается на своем месте в сборке, а в результате создается готовое задание на детальную проработку изделия.

В качестве компоновочного эскиза конструктор может использовать и имеющиеся сборочные чертежи, например форматов DWG и DXF. Трансляторы Solid Edge автоматически распознают слои, блоки, размеры, текст, штриховку и прочие объекты файлов AutoCAD, что облегчает подготовку сборочного чертежа к компоновочным работам.

Технология построения компоновки получила название Zero-D — нуль-мерное проектирование (в отличие от двумерного и трехмерного), при котором проектирование возможно даже без геометрии, а только со структурой сборки. Эта технология может служить примером классического подхода к проектированию «сверху вниз» — то есть от идеи до детальной проработки. В Solid Edge имеются и другие средства поддержки этого подхода — моделирование деталей в контексте сборки, то есть по их месту.

В начало В начало

Моделирование деталей по месту

При моделировании по месту необходимо опираться на геометрию окружающих деталей. Так, иногда требуется, чтобы прижим, фиксирующий деталь в технологическом приспособлении, повторял форму прижимаемой поверхности. А в случае проектирования пресс-форм и электродов соответствие поверхностей соприкасающихся деталей особенно важно.

Механизм транзитивных копий Solid Edge позволяет заимствовать поверхности других деталей сборки. Создаваемые объекты ассоциативно связаны с родительскими деталями и изменяются как при изменении формы родителей, так и (если это необходимо) при их перемещении в сборке.

Кроме того, простым щелчком мыши пользователь может привязываться к ребрам окружающих деталей при построении плоских эскизов и при указании высоты выступа или глубины выреза. Такие связи тоже будут ассоциативными, если это необходимо пользователю.

Диспетчер транзитивности — средство управления связями Solid Edge — позволяет не запутаться в сложных взаимосвязях внутри сборки.

Solid Edge предлагает множество различных способов параметризации деталей и сборок (транзитивные копии, копии деталей, размерные связи, табличные зависимости, связи с внешними приложениями и пр.), а умение грамотно применять и комбинировать эти способы значительно облегчает внесение изменений в конструкцию.

В начало В начало

Сварка и обработка деталей в сборке

Solid Edge позволяет моделировать не только сборки, но и технологическую последовательность их изготовления. Поскольку некоторые агрегаты дорабатываются по месту уже после сборки, то Solid Edge предлагает инструментарий для моделирования сварных конструкций, когда прямо в сборке моделируется разделка кромок, строятся сварные швы и проводится обработка после сварки. Здесь конструктору нужно иметь и модель детали в том виде, в каком она поступает в сборку, и модель детали после сварки.

Иногда собранные детали подвергаются механообработке после сборки (например, токарная обработка собранных пластин статора или сверление крепежных отверстий по месту), а пользователь сам выбирает, будут ли операции в сборке отражаться в модели детали или будут присутствовать только в сборке.

Таким образом, набор конструктивных элементов построения непосредственно в среде сборки дает конструктору большую свободу моделирования.

В начало В начало

Семейства сборок и вариантные сборки

До сих пор мы говорили о создании уникальных сборок и об их последующих модификациях, однако часто на базе основного изделия требуется разработать ряд подобных, но различающихся комплектацией изделий. Семейства деталей и сборок Solid Edge позволяют пользователю быстро создавать различные конфигурации изделия, заменяя одни детали на другие, включая и исключая определенные детали, меняя размерные и числовые параметры. При этом Solid Edge автоматизирует сам процесс замены одной детали на другую. Команда «Заменить деталь» ищет похожие элементы в новой детали и по возможности восстанавливает наложенные на заменяемую деталь связи. Такой способ замены либо вообще не требует повторной привязки детали, либо минимизирует усилия на повторную привязку в тех случаях, когда две детали совершенно не похожи.

Описанная выше функциональность решает задачу проектирования небольшого количества вариантов каждой сборки. А что происходит, когда у нас, к примеру, сборки различаются 5 различными компонентами, каждый из которых имеет 5 разных вариантов исполнения, а общее число комбинаций (5 5 ) составляет 3125? Конечно, не все конфигурации дойдут до реального изготовления и даже до выпуска конструкторской документации, но возможные варианты все же придется как-то описывать.

Solid Edge обладает средствами табличного описания вариантных сборок. Для каждого компонента указывается список возможных замен (исполнений), а затем, по мере необходимости, пользователь выбирает исполнения из списков, динамически получая уникальную конфигурацию. При этом система подскажет, использовалась ли уже такая конфигурация, чтобы исключить необходимость просматривать длинный список созданных ранее конфигураций.

Вариантные сборки используются также для быстрого перебора и для анализа различных конструктивных решений уникальной сборки, что сокращает срок принятия окончательного решения.

В начало В начало

Динамические детали и сборки

Solid Edge учитывает тот факт, что вложенные сборки могут иметь степени свободы и изменяться при перемещении окружающих деталей. Так, гидравлический цилиндр меняет свою длину при работе механизма за счет хода поршня, а если в сборке находится несколько экземпляров цилиндра, то каждый из них будет иметь свою длину в зависимости от положения точек его крепления. Если бы такой функциональности не было, то под каждое положение цилиндра пользователю пришлось бы строить отдельный вариант сборки.

Очень важно, чтобы в сборке механизма правильно отражалось изменение формы деталей, например пружин или резиновых вкладышей. Детали переменной формы Solid Edge позволяют описать изменение формы детали при изменении окружения сборки. Здесь следует иметь в виду, что речь идет о параметризации модели детали. Например, длина оси пружины меняется в зависимости от расстояния между двумя чашками, в которых она установлена, но физический анализ нагрузок в этом случае не ведется. Для прочностного анализа предназначен другой модуль Solid Edge, который будет описан в следующих статьях.

Динамические детали и сборки дают конструктору более полную информацию об изделии, над которым он работает.

В начало В начало

Большие сборки: навигация и управление ресурсами

При моделировании больших сборок возникают специфические задачи, которые в первом приближении можно разделить на два вида — снижение требований к ресурсам компьютера (повышение быстродействия) и снижение нагрузки на пользователя (упрощение работы с большими массивами информации).

Чем больше сборка, тем больших ресурсов компьютера она требует, и здесь нужны специальные средства управления памятью и отображением, сокращающие нагрузку на компьютер.

Управление ресурсами компьютера

Solid Edge оптимизирует использование оперативной памяти при работе с большими моделями. Пользователи, работающие с этим продуктом в течение нескольких лет, отмечают постоянное повышение производительности системы. Пользователь может сам участвовать в управлении ресурсами, например выгрузить из памяти все скрытые детали. Есть также ряд полезных настроек видеоподсистемы, позволяющих найти компромисс между скоростью работы и качеством изображения для каждого компьютера.

Упрощенные детали и сборки

Удобным средством, ускоряющим работу системы, являются упрощенные детали и сборки. Упрощенное представление, то есть отображение деталей и сборок без мелких или маловажных деталей, значительно увеличивает скорость работы системы, в основном за счет разгрузки видеоподсистемы.

Вопрос в том, каким образом пользователь сможет быстро создать упрощенный вид и как он затем сможет использовать созданное. Solid Edge автоматизирует создание упрощенного вида сборки, поскольку автоматически удаляет невидимые снаружи поверхности и целые детали и мелкие видимые грани. Пользователь может принять участие в работе автомата, регулируя степень подробности вида, а также указывая, что следует скрыть или оставить. Сборка из нескольких тысяч деталей упрощается всего за несколько минут.

Кроме того, Solid Edge автоматизирует упрощение отдельных деталей, предлагая специальные команды для удаления скруглений, отверстий, отдельных областей или конструктивных элементов и пр.

Отличие Solid Edge от подобных инструментов других систем заключается в том, что здесь только показываются детали и сборки в упрощенном виде, но физически никаких перестроений моделей не происходит. Это означает, что все наложенные на модель связи в сборке будут отрабатываться независимо от того, используется ли рабочее или упрощенное изображение. Например, если деталь привязана в сборке по осям крепежных отверстий, то она останется привязанной по этим осям, даже если сами отверстия скрыты в упрощенном представлении.

Еще одна важная особенность, являющаяся следствием вышесказанного, состоит в том, что упрощенные и рабочие модели деталей и сборок могут использоваться в любых комбинациях. Таким образом, в сборке в один и тот же момент времени одни детали и сборки могут отображаться упрощенными, а другие — рабочими, причем ограничений на комбинации не существует.

Механизм упрощенных моделей удобен и для построения габаритных моделей сборок. Габаритные модели целесообразно использовать при проведении пространственной компоновки сложных объектов, когда конструктору важно не внутреннее содержание размещаемой сборки, а внешние габариты и присоединительные параметры.

Управление конфигурациями

Конфигурации видов Solid Edge задают набор деталей, видимых в данный момент. Настроив и сохранив несколько конфигураций, пользователь может легко переключаться между ними, отображая те или иные группы деталей в сборке. Это гораздо удобнее, чем каждый раз выбирать в навигаторе сборки те детали, которые надо показать или скрыть. Конфигурации служат сразу двум целям — снижению нагрузки на компьютер и более комфортной работе пользователя.

Как правило, пользователю не нужно одновременно видеть несколько десятков тысяч деталей и обычно требуется работать с несколькими десятками, максимум — с сотнями. И чаще всего эти детали входят в непосредственное окружение той зоны модели, где пользователь в данный момент работает: строит трубопроводы и кабели, размещает детали или создает их по месту. Правильная настройка конфигураций отображения облегчает ориентацию в сборке и переход от одной зоны сборки к другой.

Процесс создания конфигураций отображения тоже автоматизирован. Solid Edge предлагает инструментарий выбора деталей: выбор по запросу (поиск деталей по атрибутам, названиям и пр.), выбор одинаковых и маленьких деталей (деталей, меньше заданных габаритов) и даже выбор всех деталей, расположенных вблизи выбранной детали, что особенно удобно при проведении мелких компоновочных работ.

И наконец, Solid Edge позволяет открывать сборки, скрыв все детали, что в десятки раз ускоряет открытие больших сборок. Пользователь начинает работать с деревом сборки, подгружая в память и показывая детали по мере необходимости или в соответствии с теми же конфигурациями сборки.

В начало В начало

Чертежи больших сборок: быстрые проекции и диспетчер обновлений

Автоматизация работы с большими сборками была бы неполной, если бы создатели Solid Edge не позаботились о построении чертежей больших сборок. Кроме внутренней, невидимой, части механизма ускорения обработки, Solid Edge предлагает ряд инструментов пользователя. Быстрые проекции сборки — это способ отображения внешних контуров и деталей изделия на чертежном виде, который в несколько раз быстрее построения точной проекции. При этом внешние контуры строятся точно и позволяют начинать расстановку размеров и обозначений, определять линии секущих плоскостей и пр. На первом этапе создания чертежа, то есть при компоновке чертежных видов, это значительно ускоряет работу. Любая быстрая проекция может быть в любой момент преобразована в точный вид для детальной проработки.

Еще одним полезным инструментом стал диспетчер обновлений. Solid Edge отслеживает обновление моделей и связанных с ними размеров на чертеже. Пользователь получает детальную информацию о том, какой размер изменился, каково было его предыдущее значение и где он находится на чертежном листе. В чертежах сложных сборок и деталей, где количество размеров измеряется сотнями, этот инструмент просто незаменим. Solid Edge оповещает пользователя об изменениях любых деталей глубоко в дереве сборки и дает рекомендации, в каком порядке следует производить обновление моделей, чтобы получить актуальный чертеж.

Solid Edge предлагает множество других средств управления чертежными видами и навигации на чертеже, которые будут рассмотрены в следующих публикациях.

В начало В начало

Заключение

Создатели Solid Edge постоянно предлагают новые, более удобные инструменты работы в соответствии с требованиями заказчиков и растущими возможностями современных компьютеров. В этой статье мы коснулись только наиболее интересных, на наш взгляд, моментов проектирования сборок, выделяющих Solid Edge из конкурирующих продуктов, и намерены продолжать обзор его возможностей в следующих номерах журнала.

В начало В начало

САПР и графика 10`2005