1 - 2006

Конструкторские библиотеки и инструменты для их создания в системе КОМПАС-3D

Часть 1. В помощь конструктору — библиотеки, расчетные модули и справочники КОМПАС-3D

Максим Кидрук

Нередко между пользователями различных программных пакетов для трехмерного моделирования, как отечественных, так и зарубежных, возникают споры о том, какая система лучше. Каждый пытается доказать, что именно та, которой пользуется он сам, поскольку она предоставляет проектировщику наибольший выбор функций и методов для скорейшего достижения поставленной цели. Как правило, такие споры ограничиваются попытками убедить оппонента, что с помощью такой-то системы можно построить такую-то деталь проще, быстрее, с меньшим количеством операций и т.д. и т.п. Но ведь не в этом дело!
Сегодня класс редактора трехмерной графики определяется не только предложенным пользователю набором команд для создания и редактирования трехмерных моделей или чертежей и даже не возможностями и функциями каждой отдельно взятой команды, так как базовые подходы к созданию моделей (выдавливание, вращение, операция по сечениям и пр.) и их реализация в большинстве современных инженерных систем моделирования мало отличаются друг от друга.
Поэтому важнейшей характеристикой любой современной CAD-системы, наряду с инструментальными средствами моделирования, является возможность автоматизации с помощью различных вспомогательных средств процессов создания типовых элементов и их последующего применения. Это, во-первых, предполагает наличие подсистем, расширяющих стандартные возможности программы, которые позволяют ускорить проектирование собственно объекта (агрегата, механизма, здания), а не отдельно взятой его детали или составляющей. Чаще всего такие подсистемы представляют собой подключаемые модули (библиотеки), функционирующие только в среде «родительского» графического редактора и позволяющие на основе его базовых функций быстро создавать и использовать различные стандартные элементы. Во-вторых, пользователю должна быть предоставлена возможность пополнять такие подсистемы с учетом специфики конкретной отрасли промышленности. Ведь какой бы многочисленной и профессиональной ни была команда разработчиков программного обеспечения, ей все равно не под силу охватить все существующие направления в машиностроении, строительстве, энергетике и удовлетворить разнообразные запросы заказчиков.
Очевидно, что качество любой программы для трехмерного инженерного моделирования определяют отнюдь не только базовые инструментальные средства. Зачастую как раз наоборот: чем больше отдельных разноплановых приложений, ускоряющих разработку чертежей и документации, тем выше система котируется предприятиями-заказчиками.
Цель настоящей статьи — осветить широкий набор таких приложений для российской системы твердотельного параметрического моделирования КОМПАС-3D, которые позволяют решать конструктору задачи наивысшего уровня сложности.

Прежде всего следует рассмотреть конструкторскую библиотеку, без которой не обойтись ни одному инженеру, что бы он ни проектировал. Библиотека содержит более 200 параметрических двумерных изображений различных типовых машиностроительных элементов: болтов, винтов, гаек, заклепок и другого крепежа, подшипников, профилей, конструктивных мест, элементов соединений трубопроводов, манжет и т.д. (рис. 1). Предусмотрено также создание и размещение на листе готовых крепежных соединений (пакетов), состоящих из болтов (винтов или шпилек), гаек и шайб, что еще более ускоряет создание сборочных чертежей. Библиотечный элемент можно легко редактировать, перемещать по чертежу или изменять угол его наклона; причем элемент не нужно удалять с листа или из фрагмента, если вы желаете заменить его другим. Важно, что любые детали, создаваемые с помощью конструкторской библиотеки, тесно связаны с модулем проектирования спецификаций. Следовательно, не требуется вручную заполнять огромное количество граф, содержащих информацию о крепеже сборки, — библиотека все это сделает сама.

Рис. 1. Конструкторская библиотека, раздел «Крепежный элемент»

Рис. 1. Конструкторская библиотека, раздел «Крепежный элемент»

Рис. 2. Библиотека редукторов

Рис. 2. Библиотека редукторов

Большую помощь в автоматизации проектно-конструкторских работ оказывает библиотека редукторов (рис. 2). Приложение включает чертежи серийных редукторов двух типов: цилиндрические (одно-, двух- и трехступенчатые) и червячные (одно- и двухступенчатые). В состав библиотеки входит очень удобная система поиска, при помощи которой за считаные минуты можно подобрать редуктор с необходимыми параметрами и вариантом сборки и вставить его в чертеж в любой проекции. Модуль основан на обширной базе данных, в которой представлена не только полная информация о характерных параметрах редукторов (передаточные числа, габаритные размеры, номинальные вращающие моменты и пр.), но и сведения о заводах-изготовителях, что избавляет специалистов от поиска в каталоге выбранного и вставленного в чертеж редуктора.

Библиотека редукторов редко используется отдельно от библиотеки электродвигателей, содержащей изображения и технические данные асинхронных электродвигателей переменного и постоянного тока (рис. 3). Для каждой марки двигателя в библиотеке имеются данные о мощности, частоте вращения, коэффициенте полезного действия, массе и диаметре выходного конца вала. Кроме того, приводятся краткие данные о предприятии-разработчике и о производителях конкретных моделей электродвигателей. Изображение двигателя, вставленного в чертеж, полностью соответствует габаритным и присоединительным размерам изделия, приводимым в каталогах фирм-производителей. Как и в большинстве других библиотек системы КОМПАС-3D, в библиотеках редукторов и электродвигателей предусмотрена возможность автоматической передачи информации о вычерченных изделиях в спецификацию.

Рис. 3. Библиотека электродвигателей

Рис. 3. Библиотека электродвигателей

Рис. 4. Трехмерные модели крепежных элементов, созданные при помощи библиотеки крепежа

Рис. 4. Трехмерные модели крепежных элементов, созданные при помощи библиотеки крепежа

Учитывая все вышесказанное, несложно представить, какую помощь при проектировании электромеханических приводов оказывает конструктору комплекс из двух этих библиотек.

Все задачи, которые в 2D решает конструкторская библиотека, при трехмерном моделировании распределяются между несколькими приложениями.

Для сборочных чертежей часть функций конструкторской библиотеки перенимает на себя библиотека крепежа (уже упоминавшаяся). Она содержит трехмерные параметрические модели всех основных крепежных элементов: болтов, винтов, гаек и шайб, охватывая при этом более 60 ГОСТов (рис. 4).

Раздел конструктивных элементов в 3D представлен библиотекой канавок. Ее назначение состоит в создании канавок и проточек на наружных и внутренних цилиндрических поверхностях трехмерных твердотельных моделей. Конструктор может добавлять на свои модели канавки различных форм (прямоугольные, трапециевидные, сферические), а также стандартизованные для уплотнительных колец, выхода шлифовального круга, выхода долбяка и пр.

Библиотеку канавок использует в своей работе система проектирования и трехмерного твердотельного моделирования тел вращения и механических передач КОМПАС-Shaft 3D — без сомнения, самый мощный вспомогательный модуль, созданный компанией АСКОН для работы с трехмерными моделями. Простой и удобный интерфейс, широкий набор функций, позволяющий строить ступени вала различной конфигурации (конические, цилиндрические и многогранные), встроенный модуль расчета зубчатых передач внешнего и внутреннего зацеплений, по результатам которого нажатием всего одной кнопки можно получить готовую 3D-модель прямозубого колеса, — все это делает Shaft-3D незаменимым при создании машиностроительных сборочных чертежей любой сложности и назначения. Все модели, рассчитанные и созданные с помощью этого модуля, доступны для редактирования стандартными средствами КОМПАС. Результат работы приложения представлен на рис. 5. Построение приведенного на рисунке вала не заняло и двух минут; шлицы, шпоночный паз и центровое отверстие также сгенерированы средствами КОМПАС-Shaft 3D.

Рис. 5. Вал, созданный средствами КОМПАС-Shaft 3D

Рис. 5. Вал, созданный средствами КОМПАС-Shaft 3D

Рис. 6. Примеры чертежей, выполненных в КОМПАС-Shaft 2D

Рис. 6. Примеры чертежей, выполненных в КОМПАС-Shaft 2D

Аналогом КОМПАС-Shaft 3D для двумерного проектирования служит библиотека КОМПАС-Shaft 2D (не совсем, кстати, двумерного — с помощью Shaft 2D можно генерировать и трехмерные модели). Модуль Shaft 2D обеспечивает параметрическое построение чертежей шлицевых, резьбовых и шпоночных участков на ступенях моделей, построение валов и втулок, цилиндрических и конических колес, червячных колес и червяков (рис. 6). С помощью данной библиотеки могут быть созданы и другие конструктивные элементы: канавки, проточки, пазы, лыски и т.д. Эта библиотека, как и КОМПАС-Shaft 3D, включает модуль расчета механических передач, который производит геометрические и проверочные расчеты всех известных механических передач (цилиндрических и конических зубчатых, цепных, червячных, ременных). А самое главное — Shaft 2D поддерживает связь с КОМПАС-3D, предоставляя возможность по построенным чертежам автоматически создавать трехмерные модели. Таким образом, без каких-либо особых усилий со стороны пользователя можно получить, например, модели шкивов для ременных передач или звездочек для приводных цепных передач по их плоским чертежам (сам чертеж, разумеется, тоже создается инструментами КОМПАС-Shaft 2D). Хорошо продуманный способ общения с пользователем посредством коротких диалогов и отлично развитая система помощи способствуют быстрому освоению пользователем как КОМПАС-Shaft 3D, так и КОМПАС-Shaft 2D.

Еще одним мощным и многофункциональным расчетным приложением системы КОМПАС-3D является модуль проектирования пружинКОМПАС-Spring. Согласитесь, что создание сборочных чертежей или трехмерных сборок высокой сложности, с большим количеством пружин доставляет немало хлопот проектировщику. При этом пружины могут быть далеко не самыми главными элементами сборки или сборочного чертежа. Очень остро этот вопрос встает при формировании трехмерных моделей винтовых пружин. Мало того что создание такой, казалось бы, несущественной детали отнимает много времени, особенно когда количество рабочих витков — не целое число, из-за чего приходится подгонять размещение цилиндрических спиралей для опорных (поджатых) витков с обеих сторон пружины, так ведь есть еще такие модификации, которые не сразу можно смоделировать. Библиотека КОМПАС-Spring легко решает эти проблемы, обеспечивая проектный и прочностной расчеты пружин растяжения и сжатия, конических и фасонных, тарельчатых пружин и пружин кручения. Расчеты производятся согласно ГОСТ 13764-86, ГОСТ 13765-86 и ГОСТ 3057-90, а их результаты можно записать в файл или использовать для последующего построения чертежей либо моделей. Отличительной особенностью библиотеки является возможность варьировать параметры пружины для получения наилучшего результата, причем гарантируется, что при проектном расчете будет получено несколько вариантов пружин с наименьшим весом и наилучшими критериями прочности для введенных исходных данных (рис. 7). Кроме двумерных чертежей, в которых можно автоматически проставлять размеры, строить выносные виды и создавать диаграммы деформаций или усилий, почти для всех типов пружин КОМПАС-Spring может генерировать и трехмерные модели (рис. 8).

Рис. 7. Библиотека КОМПАС-Spring в работе

Рис. 7. Библиотека КОМПАС-Spring в работе

Рис. 8. Результат работы проектно-расчетного модуля КОМПАС-Spring

Рис. 8. Результат работы проектно-расчетного модуля КОМПАС-Spring

Нельзя не упомянуть и еще о двух важных приложениях из арсенала прикладных программ системы КОМПАС-3D, расширяющих ее возможности при проектировании технологической оснастки, — 3D-библиотека деталей штампов и 3D-библиотека деталей пресс-форм. Модули содержат твердотельные параметрические модели деталей штампов и пресс-форм, наиболее часто используемых при холодной штамповке и при конструировании пресс-форм для различных способов изготовления деталей (литья, прессования).

О применении этих двух библиотек написано уже много (в этом номере журнала тоже есть статья на данную тему), поэтому не будем повторяться; не стоит также говорить, каким подспорьем они являются для инженера-конструктора технологической оснастки.

Библиотеки моделей деталей штампов и пресс-форм, как и другие прикладные приложения системы КОМПАС-3D, в своей работе активно используют библиотеку материалов и сортаментов, о которой пойдет речь дальше.

При подготовке конструкторской документации инженеру необходима информация о материалах, из которых будут изготовляться детали сборки. Без точных сведений о физических, физико-механических, химических свойствах, способах термообработки, назначении и области применения материала, указанных в документации к изделию, выпуск любой продукции становится невозможным. Библиотека материалов и сортаментов (или ее корпоративная версия — справочник «Материалы и сортаменты») представляет собой обширную базу данных, содержащую указанные сведения и предназначенную для централизованного хранения и использования этих сведений в различных подразделениях предприятия (рис. 9). Различия между библиотекой и справочником состоят в том, что библиотека локальна — она не функционирует в сетевом режиме, а кроме того, работает только с базой данных формата Microsoft Access. Во всем остальном приложения идентичны.

Рис. 9. Библиотека материалов и сортаментов

Рис. 9. Библиотека материалов и сортаментов

Библиотека материалов и сортаментов содержит прочностные характеристики большого количества сталей различных марок и их сплавов, припоев, флюсов, пластмасс, резины и кожи, клеев, лаков, красок и множества других материалов. С ее помощью можно подбирать требуемый материал или другой объект из справочника по нескольким критериям: по назначению, свойствам, наименованию. В приложении реализована возможность автоматического поиска материалов-заменителей с выводом оперативной информации об условиях замены, если выбранный материал чем-то не устраивает пользователя или его невозможно достать. Опытным пользователям не составит большого труда сформировать собственные наборы материалов. Это позволит избежать путаницы при оформлении документации и выпуске продукции. В случае необходимости в базу данных можно добавлять новые материалы или корректировать свойства уже имеющихся.

Выбранная из библиотеки материалов и сортаментов информация передается для использования в другие приложения, причем это могут быть не только программные продукты компании АСКОН (КОМПАС, ВЕРТИКАЛЬ, ЛОЦМАН:PLM), но и другие распространенные системы САПР.

Еще один полезный справочник, разработанный в лабораториях АСКОН для упрощения обработки и использования информации о стандартизированных элементах, — справочник стандартных изделий, созданный на основе объектно-ориентированного подхода к моделированию и представляющий собой удобный инструмент для создания единого рабочего пространства стандартных изделий на предприятии. Справочник обеспечивает доступ к обобщенным и упорядоченным данным о стандартных изделиях и дает возможность конструктору выбирать конкретное изделие как из общего списка, так и по специально заданным принципам классификации, облегчающим поиск с конкретного рабочего места, с последующим использованием выбранного элемента в интегрированной внешней программе (КОМПАС, ВЕРТИКАЛЬ). Выбранный элемент может применяться в моделях, чертежах, фрагментах или спецификациях, хотя при желании справочник можно использовать и как самостоятельное приложение. Как и в справочнике материалов и сортаментов, здесь можно создавать собственные пакеты из часто применяемых изделий для последующего быстрого доступа к ним. Справочник стандартных изделий может работать практически с любым из популярных сегодня форматов баз данных, а его наличие на предприятии значительно сокращает время на поиск и обработку информации специалистами разных служб.

Кроме прикладных библиотек конструкторского направления и информационных справочников, система КОМПАС-3D располагает еще несколькими приложениями для интеграции с другими графическими системами. Для любой системы трехмерного твердотельного моделирования огромное значение имеет возможность обмена данными с другими САПР, используемыми заказчиками.

При проектировании и расчете особо сложных и больших объектов (транспортных средств, энергетических агрегатов) некоторые машиностроительные компании часто применяют сразу несколько программных пакетов, и для них весьма актуальна задача обмена данными, и компания АСКОН уделяет большое внимание ее решению. В КОМПАС-3D возможно чтение графических файлов форматов DXF, DWG и IGES; можно открывать и записывать файлы моделей форматов STEP, IGES и Parasolid; есть отдельное приложение — библиотека поддержки формата model (CATIA), — для чтения файлов MODEL системы CATIA 4 в КОМПАС-График. К примеру, можно легко импортировать модель или поверхность, созданную в Solid Edge или в Unigraphics, и использовать ее в сборке.

Но всего этого бывает недостаточно, поскольку не всегда модели, созданные другими конструкторами и в других системах, подходят для вашей сборки. Перед использованием их часто приходится редактировать. Можно, например, отредактировать модель в «родительском» редакторе, заново сохранить и потом перекинуть в КОМПАС. Но если на рабочем месте проектировщика в данный момент нет того графического редактора, в котором модель создавалась, то можно редактировать средствами КОМПАС. Однако, поскольку модель не имеет базовой операции, эскизов и пр., эта задача становится нелегкой и наверняка отнимет много времени. И в этом случае значительную помощь конструктору может оказать еще один подключаемый модуль для КОМПАС-3D — система распознавания 3D-моделей.

Рис. 10. Результат работы системы распознавания 3D-моделей

Рис. 10. Результат работы системы распознавания 3D-моделей

Главное назначение этого приложения состоит в том, чтобы распознать элементы детали, импортируемой в среду КОМПАС-3D, и создать ее трехмерный аналог, сформированный инструментами моделирования КОМПАС, то есть, в том, чтобы отобразить дерево построения для импортированной детали. Система ориентирована на распознавание деталей средней сложности с учетом определенных ограничений: не распознаются тела, имеющие грани, образованные NURBS-поверхностями, тела вращения должны иметь угол 360°, операции выдавливания не должны иметь уклона и пр. Но даже если она не может корректно отобразить все операции, то эскизы, параметры которых не удалось определить до конца, все равно будут отображены. Это позволит без проблем доделать деталь вручную.

Пример того, как работает система распознавания 3D-моделей, приведен на рис. 10, где изображена модель ступицы роликовой обгонной муфты: справа — созданная в одном из редакторов трехмерной графики и открытая в КОМПАС через формат STEP (в дереве построений операция без истории), слева — распознанная деталь с полностью сформированным деревом построения. Хотя сами операции и их порядок в дереве далеки от оптимального решения, но распознать такую деталь (что заняло всего три-четыре секунды) значительно проще, нежели создавать ее самостоятельно, как говорится, с нуля. Более того, при распознавании все эскизы параметризируются, после чего можно легко изменять и редактировать конфигурацию детали.

Перечисленные выше библиотеки и приложения — далеко не всё, чем система КОМПАС-3D облегчает жизнь инженеру. Есть много других приложений, которые входят в стандартную поставку или распространяются отдельно и ориентированы на применение в разных отраслях промышленности. Это, в частности, библиотеки трубопроводной арматуры, проектирования систем вентиляции, энергетического оборудования, контрольно-измерительных приборов и автоматики, архитектурных элементов, элементов электротехнических устройств, система проектирования металлоконструкций и пр. Перечислять их можно очень долго…

Но и это еще не всё — в запасе у КОМПАС-3D есть обширный комплект библиотек, распространяемых бесплатно и решающих большой круг различных задач — от рисования осевых линий до моделирования сложнейших 3D-сборок. Все эти модули созданы и предоставлены теми пользователями системы, которые разрабатывали их для своих нужд, а потом решили сделать достоянием общественности. Скачать эти библиотеки можно с сайта технической поддержки www.support.ascon.ru (рис. 11).

 Рис. 11. Библиотеки на сайте технической поддержки, раздел «Бесплатное ПО пользователей»

Рис. 11. Библиотеки на сайте технической поддержки, раздел «Бесплатное ПО пользователей»

На сайте представлены разноплановые библиотеки, которые можно разделить на две группы. Первая — библиотеки фрагментов (как параметризованных, так и непараметризованных), наполненные изображениями разных приспособлений и техники. Вторая — конструкторские библиотеки, как правило, небольшие по объему и выполняющие ограниченное количество операций с чертежами или моделями, но зачастую очень полезные.

В качестве примеров первой группы рассмотрим библиотеку фрагментов «Элементы трубопроводной арматуры», состоящую из изображений клапанов, ниппелей, конической дюймовой резьбы и труб, библиотеку фрагментов элементов пневмогидроаппаратуры, червячных редукторов, электродвигателей и пр. (http://download.kompas.kolomna.ru/public/libs/Raznoe1.zip), а также библиотеку фрагментов изображений насосов, редукторов, выключателей путевых и пр. Некоторые изображения из этих библиотек показаны на рис. 12.

Но наиболее интересными и полезными из бесплатных приложений, выложенных на сайте, являются библиотеки второй группы. Созданные пользователями, они автоматизируют или расширяют стандартные инструменты графического редактора, удобно настраивая их в соответствии с потребностями проектировщика.

Рис. 12. Библиотеки фрагментов

Рис. 12. Библиотеки фрагментов

В частности, неплохие возможности предоставляет библиотека «Текст на кривой», которая может создавать объект «текст» в КОМПАС-График, используя в качестве направляющих любые кривые. Ее можно применять при оформлении архитектурных чертежей или при нанесении текстовых логотипов произвольной формы на спроектированную деталь. На рис. 13 показана объемная надпись, созданная в КОМПАС-3D с помощью этой библиотеки.

Рис. 13. Применение библиотеки «Текст на кривой»

Рис. 13. Применение библиотеки «Текст на кривой»

Не менее полезна небольшая утилита «Размер для справок», которая позволяет добавить символ «*» после размерных надписей для группы выделенных размеров, вследствие чего вам не придется редактировать каждый размер по отдельности.

Значительно сэкономить время при оформлении чертежей поможет утилита «Изменение высоты текста», с помощью которой можно за один раз изменить высоту шрифта для нескольких выделенных текстовых объектов.

Последнее добавление на сайте — модуль «Автораскраска», предназначенный для работы с трехмерными сборками КОМПАС-3D. С его помощью можно легко менять цвета деталей сборки по ее уровням или выбирая деталь по имени. Это приложение незаменимо для работы с уже сформированными большими сборками.

Стоит, правда, отметить, что часть конструкторских библиотек с сайта технической поддержки создавалась еще под версию КОМПАС 5.11. Естественно, при попытке подключить их в более поздних версиях система сообщит об ошибке — о некорректной структуре файла библиотеки. Но тут уж мы с вами ничего поделать не можем: поскольку библиотеки некоммерческие, то появление их обновлений под каждый новый релиз системы зависит только от желания их создателей.

Ну что ж, пора подвести итоги. Можно с уверенностью сказать, что любая система проектирования и моделирования, претендующая на титул современной, не может считаться системой высокого уровня без солидного багажа подключаемых модулей, глубоко и всесторонне расширяющих ее стандартный инструментарий. КОМПАС-3D обладает таким багажом. Помимо этого система предоставляет большое количество способов расширения возможностей за счет новых приложений, созданных силами (и средствами) заказчиков для решения возникающих перед ними нетипичных профильных задач. Большое количество бесплатных библиотек, разработанных потребителями и размещенных на сайте технической поддержки, — несомненное тому подтверждение.

А вас не интересует, что это за способы? Что нужно знать, с чего начинать, чтобы создать собственное приложение для КОМПАС-3D? В следующей части статьи мы постараемся ответить на эти вопросы.

САПР и графика 1`2006