Реальная параметризация
Сегодня практически все современные системы проектирования поддерживают параметризацию, но, как показывает практика, в это понятие разработчики вкладывают совершенно разный смысл. Большинство систем, например, вообще не обеспечивают возможность создания параметрических чертежей без трехмерной модели. Многие системы, даже самые известные, не поддерживают параметрически изменяемые трехмерные сборки или не рекомендуются для их создания из-за возникающих проблем. В этой статье автор хотел бы поделиться успешным опытом использования параметризации в системе, которая, на его взгляд, наиболее полно отвечает понятию «параметрическая».
Значительную часть горного оборудования, производимого ОАО «Анжеромаш», составляет забойно-транспортный комплекс угледобывающего оборудования для шахт и разрезов, который, в свою очередь, включает забойный скребковый конвейер, перегружатель, дробилку и станцию перегрузки горной массы на магистральный ленточный конвейер. Основой забойно-транспортного комплекса является забойный конвейер, состоящий из разгрузочного и обратного приводов, линейных секций става конвейера, которые в добычном комплексе выполняют несколько функций: непосредственно транспортирования горной массы в желобах, называемых рештаками, опоры и направления для добычного комбайна при его циклическом передвижении вдоль забоя, кинематической связи с механизированной крепью призабойного пространства. Все это обеспечивает возможность управления всем очистным механизированным комплексом.
В некоторых случаях в местах обратного и разгрузочных приводов конвейера требуется постоянный изгиб траектории движения комбайна в сторону забоя. Для этого необходимо несколько секций става со смещенными с определенным шагом опорами.
Задача проектирования описанного оборудования состоит не только в выработке определенных технических решений, но и в создании конструкторской документации, что требует очень много времени, которого всегда не хватает. На ОАО «Анжеромаш» проектирование изделий в системе T-FLEX CAD осуществляется с 2000 года, но до сих пор оно велось без широкомасштабного применения механизмов создания параметрических элементов, при этом увеличить скорость проектирования не удавалось. Пришлось проанализировать имеющийся опыт и реализовать ряд механизмов, которые позволили бы повысить скорость проектирования. В частности, сразу стало понятно, что можно использовать параметризацию, например, при задании шага смещения опор в разных вариантах, в типовых рядах изменения узлов и деталей.
Для ускорения создания конструкторской документации было принято решение получать спецификации на изделия, проектируемые в T-FLEX, только средствами самого T-FLEX. Это было сделано в автоматическом режиме для узлов, имеющих одно исполнение, и в полуавтоматическом — для узлов, реализованных в нескольких исполнениях, — для так называемых групповых спецификаций.
Полуавтоматический режим получения спецификации подразумевает автоматическую генерацию спецификации в шаблоне (формы 1б) ГОСТ 2.133-75, после чего средствами редактора спецификаций к записям деталей, имеющих несколько исполнений, вручную добавляется необходимое количество записей, соответствующее количеству исполнений данной детали в узле, как это предусмотрено ЕСКД.
С учетом специфики 3D-проектирования и механизмов самой системы были сформулированы требования к электронному конструкторскому документу:
- первичным электронным документом является 3D-модель;
- обязательное заполнение необходимых граф в карточке данных для спецификации («Наименование», «Обозначение», «Материал», «Масса») независимо от того, оформляется чертеж на деталь либо узел или нет;
- обязательное наличие системы координат для вставки детали-фрагмента, а при необходимости — внешних систем координат, используемых для ориентации и привязки сопрягаемых деталей и узлов;
- отсутствие сообщений системы об ошибках в окне диагностики системы;
- спецификация на сборочный узел находится в файле сборки;
- отсутствие на чертеже размеров с номиналами, установленными вручную, соответствие всех геометрических элементов модели проекциям и т.д.
Для того чтобы начинающим пользователям было легче создавать параметрические детали и узлы, был расписан порядок создания параметрических моделей.
Информация о геометрических размерах модели в T-FLEX может храниться в разных видах. При построении каждому элементу присваивается определенное численное значение, то есть информация о геометрических размерах находится в геометрических построениях. Вместо численного значения некоторым или всем параметрам присваивается определенная переменная или выражение, а численные значения этих переменных находятся в редакторе переменных. Численные значения геометрических параметров находятся во внутренних и внешних базах данных и связаны с геометрическими построениями. Еще один очень интересный способ хранения данных о геометрических размерах — математические функции, связанные между собой и находящиеся в редакторе переменных. T-FLEX имеет возможность работать со стандартными математическими функциями, специальными функциями и функциями работы с базами данных.
Следовательно, параметризация T-FLEX — это возможность присоединять к геометрическим построениям модели дополнительную информацию и эффективно управлять ею средствами самой программы при помощи операций с базами данных и математических функций.
Рассмотрим более подробно пример создания параметрической детали «ребро», изменение которого влияет на расположение опоры комбайна.
Во вновь созданном файле при помощи геометрических построений и операций была получена модель ребра. Для создания параметрической модели ребра в этот файл необходимо добавить информацию об изменении геометрических размеров ребер, используемых в бортах секций става, на которых будет изменяться траектория движения комбайна.
В файле модели ребра была создана внутренняя база данных b со следующими полями:
isp — обозначение детали;
a — изменяемый геометрический параметр детали;
m — масса детали.
Затем в базу данных были добавлены строки с численными значениями переменных, соответствующими определенным геометрическим размерам детали.
Для управления параметрами модели необходима ключевая переменная, варьирование которой позволит производить выбор необходимой конфигурации модели с помощью данных, находящихся в базе данных. С этой целью в редакторе переменных файла модели создается текстовая переменная (в данном случае $isp), для которой формируется список ее значений на основе поля базы данных isp. Изменения переменной будут происходить при выборе строки в базе данных, соответствующей определенной конфигурации детали.
Далее следуют те два выражения, при помощи которых система параметризации T-FLEX связывает информацию о конфигурации модели детали, находящуюся в базе данных, с геометрическими построениями модели детали.
Создаем переменную n и в редакторе переменных присваиваем ей выражение:
rec($isp==b.isp).
Это значит, что переменной n будет присваиваться номер строки в базе b в соответствии с выбором из списка значений ключевой текстовой переменной isp.
Теперь необходимо в редакторе переменных создать переменные, соответствующие геометрическим размерам модели детали, а также переменную m (масса детали). После этого при помощи выражения
val(n,b.a)
нужно присвоить переменной (например, a) значение из базы b, из строки, определенной переменной n.
При помощи данного выражения изменяемому геометрическому параметру модели присваиваются численные значения, находящиеся в базе данных b.
Два описанных выражения представляют собой простой и эффективный инструмент управления информацией о конфигурации модели, находящейся во внутренней базе данных файла модели.
При вставке переменной isp в поле «Обозначение» карточки спецификации файла появляется возможность отражать данные об исполнении модели детали в автоматически генерируемой спецификации в сборочных моделях, использующих данную деталь.
Точно так же можно создавать и параметрические модели узлов. Параметрами изменения могут быть геометрические размеры, зеркальность исполнений, количественный состав элементов и любые другие параметры.
Чтобы получить параметрическую модель сборного узла — борта, необходимо в файле сборки создать базу данных, содержащую информацию о ключевых переменных всех изменяемых моделей деталей и узлов (в данном случае — ребра), входящих в данную сборку, и о геометрических размерах взаимного расположения элементов узла. Затем в редакторе переменных файла сборки нужно создать переменные, соответствующие ключевым переменным моделей и изменяемых деталей, переменные, соответствующие значениям геометрических параметров взаимного расположения элементов сборки, и связать их с данными, находящимися в базе данных файла сборки, при помощи двух приведенных выше выражений.
Рис. 1
На рис. 1 представлены модели деталей и узлов головной части забойного конвейера «Анжера-34», изготовленного для Междуреченской угольной компании. Среди них — секции става, спроектированные в пределах определенного типажного ряда величин смещения опор комбайна. Проекты полностью параметрические, и в них есть возможность управления конфигурацией моделей ребер и бортов и секций става конвейера. Параметрическая модель ребра, порядок создания которой рассматривался выше, входит в состав параметрической модели борта. В свою очередь, модель параметрического борта является одной из составляющих секции става конвейера.
На модели всех узлов, входящих в состав секции става, получены спецификации и выполнены чертежи, содержащие виды и проекции всех возможных исполнений узлов, по которым и были изготовлены специальные секции става конвейера.
Фактически параметрическая модель головной части конвейера состоит из модели рамы привода, модели секции переходной и параметрической секции става конвейера в пяти исполнениях.
Присоединение информации обо всех возможных геометрических размерах модели детали к геометрическим построениям модели занимает гораздо меньше времени, чем создание целого ряда моделей деталей. И это без учета времени, затраченного на оформление чертежей этих деталей и узлов и на генерацию спецификации изделия в полностью ручном режиме.
Еще один пример использования возможностей параметризации T-FLEX — автоматический выбор типоразмера детали или узла на основании присоединительного размера.
Рис. 2
На рис. 2 представлена параметрическая модель фиксатора.
Выбор исполнения осуществляется при помощи двух переменных.
В редакторе переменных переменной per присваивается следующее значение:
D<=16?16:(D<=22?D:(D<26?22:(D<=40?D:40))).
Это значит, что переменная D может изменяться в интервале значений от 16 до 22 и от 26 до 40.
А переменной nв редакторе переменных присвоено следующее выражение:
per<=22?2:(per>=26?1:per).
При значении переменной per меньше или равном 22 значение n равно 2, а при значении переменной per больше или равном 26 значение n равно 1.
При помощи переменной n происходит выбор из строки базы данных значений переменных геометрических параметров и исполнения детали для изменения данных в карточке спецификации. При вставке модели фиксатора в файл сборки необходимо указать только диаметр фиксируемого стержня. Выбор нужного исполнения детали и отражение этого выбора в данных для спецификации система произведет автоматически.
При вставке модели в сборку используется пользовательский диалог параметров, созданный средствами T-FLEX, который наглядно представляет параметр выбора и пределы применения для каждого исполнения фиксатора.
Может сложиться ошибочное впечатление, что параметризация применяется только для создания геометрически подобных деталей. Если создать переменную, изменяя значения которой можно подавлять геометрический элемент детали или фрагмент в сборке и возвращать его и присваивать ей необходимые для каждого исполнения значения из определенной строки базы данных, то можно получить модель детали или узла с переменным составом элементов. На рис. 3 показан пример основного и зеркального исполнений полозов основания секции механизированной крепи.
Рис. 3
На рис. 4 показан пример параметрической модели ребра с переменным составом геометрических элементов (с вырезом и без) и параметрической модели секции става конвейера с использованием модели параметрического ребра. Варианты исполнения ребра учтены в спецификации документа. T-FLEX позволяет получать параметрические модели и гораздо более сложного состава.
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 6
На рис. 5 представлена модель обратного телескопического привода конвейера «Анжера-3810» с опорными плитами в двух исполнениях на разное направление движения очистного комплекса. Создание больших параметрических моделей не является самоцелью. Параметризация T-FLEX позволяет получать спецификации сложных изделий в разных исполнениях, что приводит к повышению скорости получения конструкторской документации.
Еще один пример возможностей параметризации T-FLEX — применение в параметрической модели в качестве фрагмента целого параметрического набора геометрических элементов, помещенного в библиотеку T-FLEX и используемого в геометрических построениях.
На рис. 6 показан порядок проектирования таких деталей. Создается габаритная модель детали. В нее из библиотеки вставляются параметрические фрагменты удаляемого материала. Далее в модели боковин добавляются оставшиеся элементы, необходимые для данной модели, создаются проекции, требуемые виды, разрезы и сечения. В соответствии с ЕСКД оформляются чертежи.
Рис. 7
Рис. 8
Единожды созданную параметрическую модель удаляемого металла можно использовать многократно при проектировании различных деталей сходного назначения. На рис. 7 показан пример двух различных боковин рамы разгрузочного и обратного приводов.
На рис. 8 представлены параметрические модели удаленного металла крепежных отверстий, расточек в опоре приводного вала конвейера, отверстия для детали «ось» с резьбовыми отверстиями для крепежной планки. Данные наборы используются при проектировании деталей с выполнением булевой операции «Вычитание».
T-FLEX позволяет применять наборы деталей при проектировании сборок, одновременно вставляя в файл сборки целый параметрический набор необходимых элементов с учетом отражения информации о составе набора в спецификации на сборочный узел.
На рис. 9 представлен параметрический набор, состоящий из оси с фиксатором и элементами крепления, и набор типажного ряда моделей элементов крепления замков приводных валов конвейеров, выпускаемых «Анжеромашем».
Рис. 9
Рис. 10
Доказывать все преимущества подобного метода проектирования нет необходимости — это и сокращение времени, затрачиваемого на создание 3D-модели, и уменьшение трудоемкости процесса проектирования, и снижение вероятности появления ошибки в проекте, и использование в последующих проектах опыта и знаний специалистов, не освоивших электронное проектирование, но имеющих огромный опыт и знания в своем роде деятельности.
Для создания ряда типовых моделей, имеющих одинаковые параметры, T-FLEX позволяет централизованно хранить данные о геометрических размерах этих моделей в одной общей внешней базе данных. Пример таких типовых деталей — соединители для тонкостенных труб с развальцовкой (рис. 10).
Детали состоят из геометрически подобных конструктивных элементов. Информация о геометрических параметрах конструктивных элементов всех типоразмеров деталей хранится в одном месте — во внешней базе данных.
Хранение подобной информации во внутренней базе данных в таком случае нецелесообразно, поскольку для каждой детали потребуется создавать свою базу данных, в которой будет повторяться информация о геометрически подобных элементах всех остальных деталей.
Например, порядок создания параметрической детали с хранением информации во внешней базе данных для ниппеля таков:
1. В редакторе баз данных создается база данных с полями численных значений всех геометрических размеров конструктивных элементов группы деталей. Необходимо также создать поле со значениями ключевой переменной — в данном случае это переменная obt, соответствующая диаметру трубы. После этого база данных сохраняется как внешняя.
2. В редакторе баз данных создается база данных b со следующими полями:
- obt — численное значение диаметра трубы;
- isp — обозначение детали;
- m — масса детали.
Далее в базу данных добавляются строки со значениями переменных, соответствующими определенным геометрическим размерам детали.
3. В редакторе переменных создаются переменные: $obt, для которой формируется список значений переменной на основе поля базы данных, и obt. Далее создается переменная n и в редакторе переменных ей присваивается выражение:
rec($obt==b.obt).
Это значит, что переменной n будет присваиваться номер строки в базе b в соответствии с выбором из списка значений ключевой текстовой переменной obt.
Теперь необходимо в редакторе переменных создать переменные $isp и m, после чего при помощи выражений val(n,b.isp) и val(n,b.m)присвоить им значения, находящиеся в базе данных b.
Переменные m и $isp вставляются в соответствующие поля карточки данных для спецификации.
Далее необходимо создать специальную переменную, например $pb, и присвоить ей значение в виде следующего выражения:
“T:\\Bases\\STTR.dbf”.
При помощи данной переменной системе указывается местонахождение внешней базы данных с численными значениями геометрических параметров деталей.
В редакторе переменных создаются переменные, соответствующие геометрическим параметрам детали, например h_n, и им присваиваются значения из внешней базы данных STTR при помощи следующего выражения:
dbf($pb,”h_n”,”obt=={$obt}”).
Далее выполняются все необходимые геометрические построения и им присваиваются значения переменных, численные значения которых находятся во внешней базе данных.
Варьирование значения ключевой переменной $obtпозволяет изменять геометрические размеры модели детали с изменением обозначения детали и массы в данных для спецификации.
Очень интересная возможность параметризации T-FLEX — создание своей САПР (системы автоматизированного проектирования). Для проектирования звездочек тяговых органов цепных конвейеров на основании ГОСТ 13561 «Звездочки для грузовых и тяговых круглозвенных цепей. Методы расчета и построения профиля зуба» в T-FLEX был создан параметрический зубчатый венец, используемый для разных вариантов звездочек в приводах цепных конвейеров.
Специфика проектирования венцов такова, что геометрические параметры ложа звена цепи получаются расчетом, а геометрические параметры зуба определяются построением с учетом взаимодействия звездочки, тяговой цепи и скребка.
Для проектирования зубчатых венцов была создана система автоматизированного проектирования, состоящая из файла T-FLEX 3D. В редакторе переменных файла были созданы:
- расчет параметров ложа звена, составленный из стандартных математических функций;
- функции работы с внутренней базой данных геометрических параметров зуба.
Геометрические параметры зуба заносятся в базу данных после геометрических построений всех сопрягаемых элементов тягового органа.
Система проектирования построена таким образом, что при необходимости возможно добавление вариантов расчета, получение новых зубчатых венцов и, как следствие, новых звездочек. На рис. 11 приведен пример параметрического венца.
Информация обо всех его возможных исполнениях находится в одном файле. При необходимости получения нового венца в файл добавляется информация обо всех его геометрических размерах и параметрах цепи тягового органа.
Разумеется, на создание данной системы затрачивается определенное количество времени, но при использовании данной САПР в дальнейших разработках время на создание проекта значительно уменьшается.
Рис. 11
На рис. 11 показаны модели звездочек разных типоразмеров, которые спроектированы с использованием САПР для звездочек.
Описанные выше примеры демонстрируют далеко не все возможности применения параметризации T-FLEX. Любая новая задача открывает для нас новые способы решения с помощью этой системы.
Конечно, освоение возможностей T-FLEX не является самоцелью. Можно вести весь объем проектно-конструкторских работ предприятия, применяя минимум функций T-FLEX. Но одним из критериев профессионализма является владение всеми возможностями инструмента и оптимальное использование их в работе. Это можно назвать первым стимулом освоения и применения возможностей параметризации T-FLEX. А второй стимул несколько иного плана — это нежелание постоянно выполнять рутинные операции, которые отнимают у конструкторов очень много времени.
Вся информация по параметрическому проектированию находится в справке T-FLEX и в примерах, включенных разработчиками в программу. Нельзя сказать, что освоение описанных приемов создания параметрических элементов было легким. Определенные трудности были. Иногда приходилось звать на помощь заводского программиста… Но дорогу осилит идущий — ничего непостижимого в параметризации T-FLEX нет. И если у пользователя есть желание, то он приобретет навыки работы с новыми инструментами и освоит новые методы проектирования. А в параметризации T-FLEX можно использовать гораздо больше двух выражений!
Заместитель главного конструктора, OAO «Анжеромаш»
 |
|
