MechaniCS — инструмент для создания специализированных приложений в среде Autodesk Inventor

Сергей Белокопытов, Владимир Ананьев

В конструкторской практике нередко встречаются изделия с развитыми внутренними связями между составляющими их элементами. Примерами таких конструкций могут служить ленточные и скребковые конвейеры, емкости химических аппаратов, блоки-заготовки штампов и пресс-форм, гидро- и пневмоцилиндры, модульная мебель, оконные и витражные конструкции и многие другие изделия. Технология их проектирования базируется на параметризации всей конструкции или отдельных ее составляющих. В докомпьютерные времена с этой целью разрабатывались альбомы типовых проектов, иногда даже выпускались стандарты, а сейчас, разумеется, широко применяются САПР, обладающие мощными средствами параметризации.

Для создания параметрических элементов в программном продукте Autodesk Inventor (www.inventor.ru) предусмотрены два инструмента: параметрические ряды деталей и Библиотека компонентов. В обоих случаях предполагается параметризация деталей со сходной геометрией, таких как параметрические ряды профилей из сортамента (уголки, швеллеры, двутавры и т.д.), фланцы, стандартные крепежные изделия и т.п. Создавая экземпляр детали, конструктор находит ее в Библиотеке компонентов и переносит в модель сборки — при этом система генерирует IPT-файл вставленной детали с конкретными заданными при вставке параметрами. Для изменения параметров существующей параметрической детали система генерирует новый IPT-файл с новыми значениями параметров.

Параметрические ряды деталей и Библиотека компонентов Autodesk Inventor хороши для создания библиотек геометрически подобных стандартных и унифицированных деталей. Однако на практике конструктор часто опирается не столько на подобие формы, сколько на функциональное сходство деталей в контексте узла. Геометрия деталей при этом отодвигается на второй план, а на первый выступают выполняемые деталью функции.

Для решения задачи параметризации деталей в рамках функционального подхода предназначен программный продукт MechaniCS 5.0 — приложение к Autodesk Inventor, разработанное в компании Consistent Software (www.consistent.ru).

Параметрические детали MechaniCS отличаются от своих «собратьев» в Autodesk Inventor целым рядом уникальных свойств:

• изменение параметров в деталях MechaniCS не требует создания новых IPT-файлов;

• при изменении параметров «родительской» детали MechaniCS изменяются все зависимые параметры в цепочке деталей-потомков;

• детали MechaniCS более интеллектуальны — они обладают способностью «считывать» параметры и сборочные зависимости при вставке;

• детали MechaniCS можно компоновать в группы, вносить эти группы в базу MechaniCS и затем вставлять в сборки целые параметрические узлы.

Рис. 1. Параметрический ряд стоек F50

Перечисленные свойства параметрических деталей MechaniCS открывают конструктору уникальную возможность превратить универсальную систему, какой является Autodesk Inventor, в специализированную среду для решения конкретных проектных задач.

Хорошей иллюстрацией потенциала MechaniCS при параметризации конструкций является пилотный проект фасадного витража, разработанный специалистами CSoft (www.csoft.ru) по заказу ООО «РусАлюмСтрой».

Чтобы принять решение о приобретении пакета Autodesk Inventor Series, руководству заказчика требовалась демонстрация возможностей параметризации Autodesk Inventor на примере «родных» заказчику конструкций. Средств параметризации, имеющихся в базовом продукте, для решения задачи оказалось недостаточно (понадобилось бы дополнительное программирование), поэтому была использована связка Autodesk Inventor + MechaniCS.

Фасадный витраж представляет собой светопрозрачную ограждающую конструкцию, состоящую из вертикальных несущих профилей — стоек (рис. 1) и, как правило, из горизонтальных несущих профилей — ригелей (рис. 2). Проемы между стойками и ригелями заполняются стеклом или стеклопакетами различной толщины.

Рис. 2. Параметрический ряд ригелей F50

При проектировании контур витража в плане (горизонтальной проекции) задается на основе замеров на реальном объекте. Он представляет собой ломаную линию, соединяющую точки привязки всех стоек. В простейшем случае плоского витража его контур вырождается в прямую линию.

Комплектация на стойке зависит от угла a разворота на сторону в плане и стабильна в трех диапазонах углов: не более 7°, 10 ± 2° и 15 ± 2°. На рис. 3 показано, как при переходе из одного углового диапазона в другой меняются и взаиморасположение, и состав деталей на внешней части стойки.

Рис. 3

Ригели, соединяющие стойки между собой (рис. 4), могут быть как горизонтальными, то есть расположенными под углом  = 90° к стойке, так и наклонными ₁ 90°. Угол определяет и состав узла, и конфигурацию деталей.

Рис. 4

По ходу выполнения пилотного проекта была разработана библиотека параметрических компонентов витражных конструкций. Компоненты в библиотеке MechaniCS (рис. 5) представляют собой не просто параметрические детали из типоразмерного ряда — они сформированы на основе функциональных ролей деталей в составе узла.

Рис. 5

Например, ригельный вкладыш, предназначенный для крепления ригеля к стойке, в зависимости от углов a и может принимать различную конфигурацию (рис. 6). В рассматриваемой задаче наклон ригеля задавался не углом , а высотами правого Н1 и левого Н2 концов ригеля относительно базовой горизонтальной плоскости витража. Из рис. 4 и 6 видно, что, как только ригель становится наклонным (Н1  Н2 и  90°), геометрия вкладышей на концах ригеля тотчас изменяется с П- на С-образную, что находит отражение в спецификации сборки. Отметим, что файл детали остается тем же.

Рис. 6

Уникальная способность деталей MechaniCS видоизменять свою геометрию без генерации новых IPT-файлов открывает дополнительные возможности создания параметрических сборок.

Например, с помощью инструмента MechaniCS Управление зависимостями оказывается возможным поставить параметры дочерней детали в зависимость от изменения параметров родительской детали.

Рис. 7

Как видно из рис. 7, выбираются один родительский (деталь) и один дочерний (деталь) объект, после чего между ними накладываются зависимости — причем как зависимости параметров, так и сборочные. Эти зависимости могут быть как однонаправленными (от родительского объекта к дочернему), так и двунаправленными. В последнем случае изменения параметров будут инициироваться в обоих направлениях. Кроме того, зависимости могут быть предустановленными или назначаться уже в контексте сборки самим конструктором.

Рис. 8

Рис. 8 иллюстрирует упомянутые свойства моделей MechaniCS в применении к витражным конструкциям. Имеется узел, состоящий из стойки 1, терморазрыва 2, стоечной планки 4а с установленными на ней резиновыми уплотнениями 3а. Показанное сочетание планки 4 и уплотнений 3 характерно для плоских витражей, в которых угол разворота плоскости остекления на стойке a равен нулю. При увеличении угла излома витража на стойке до a = 15° на сторону геометрия всего узла меняется в соответствии с настроенными зависимостями: геометрия стоечной планки меняется с 4а на 4б, а уплотнения меняют не только свое расположение в узле, но и геометрию (с 3а на 3б).

Уникальное свойство деталей MechaniCS, позволяющее им наследовать параметры от родительского объекта к дочернему, проявляется не только при редактировании узла, что было показано выше, но и при первой его сборке, то есть при вставке деталей. Эта особенность в полной мере использовалась в представляемом пилотном проекте.

Рис. 9

В качестве базовой или родительской детали была создана невидимая на чертеже деталь «Пролет» с фантомными свойствами для спецификации. Представляя собой просто эскиз одного пролета витража, она в то же время была полноценной деталью базы MechaniCS, которая выполняла функцию родительского объекта для большинства деталей пролета.

На рис. 9 показана вставка детали «Ригель». Серый цвет параметров в таблице означает, что данные параметры были «считаны» из родительской детали «Пролет» — эти параметры защищены от изменений. Черным цветом выделены параметры, доступные для редактирования.

Рис. 10

Используя умение деталей MechaniCS «считывать» параметры, конструктор может быстрее собирать и редактировать узлы витражей.

Еще более мощным средством повышения производительности труда конструктора является возможность добавлять к базе элементов MechaniCS целые группы деталей (рис. 10). Группа представляет собой набор деталей MechaniCS с предустановленными внутренними параметрическими и сборочными зависимостями. Ее редактирование осуществляется двойным щелчком по родительской детали группы и вводом в нее новых параметров. После изменения параметров родительской детали все остальные детали группы перестраиваются.

Состав деталей в группах разумно задавать в соответствии с вариантами составов сборочных единиц проектируемого изделия.

Описанная технология проектирования позволяет конструктору быстро набирать общую сборку изделия из типовых параметрических узлов (групп деталей).

Прорисовка несложных витражей и подготовка рабочих чертежей «по старинке» занимает 1,5–2 дня. Первый этап освоения технологии параметризации конструкций показал, что время разработки рабочих чертежей можно сократить в 1,5–2 раза при очевидном снижении вероятности ошибок в документации. В конструкциях типа окон и дверей с более высоким, чем в витражах, уровнем типизации эффект должен быть еще выше.

В заключение отметим, что параметрические компоненты MechaniCS могут послужить мощным инструментом адаптации системы Autodesk Inventor к специфическим нишам проектирования, однако залогом успешного применения представленной технологии параметризации являются тщательность и качество проработки параметрических компонентов.

САПР и графика 6`2006