Параметрическое моделирование корпусной мебели в САПР БАЗИС
Принципы построения модуля БАЗИС-Шкаф
Конструирование корпуса изделия
Конструирование внутреннего наполнения
Проектирование изделий корпусной мебели, которая является одновременно и продукцией массового спроса, и результатом инженерно-художественного творчества, имеет ряд особенностей, которые обусловили возникновение и развитие отдельного направления автоматизации. Используя все теоретические и практические наработки в области автоматизированного проектирования, оно, тем не менее, развивается по собственным законам и занимает отдельную нишу в широком спектре САПР, которую в настоящее время практически на 100% заполняют отечественные разработки.
Основной особенностью мебельных изделий, начиная с их появления (а это III век до н.э.) и до настоящего времени, является необходимость гармоничного сочетания функциональных и эстетических качеств. Несмотря на изменения материалов и технологий, конструкций и стилей, людей и эпох, именно этот критерий был и остается ведущим фактором, определяющим спрос покупателей на мебельные изделия, а следовательно, и конкурентоспособность предприятия.
Новый век внес свои коррективы в мебельное производство: из штучного оно превратилось в поточное. В связи с постоянным ростом спроса мебельные предприятия расширяют объемы производства и ассортимент выпускаемой продукции, внедряют новые материалы и технологии, снижают себестоимость и сроки изготовления изделий. Быстрый и массовый выпуск мебели с высоким качеством, индивидуальностью и эстетической привлекательностью каждого изделия — вот определяющее направление развития мебельной промышленности.
Изделия корпусной мебели занимают в общей структуре мебельного рынка достаточно большой сектор — по разным оценкам, от 25 до 55%. Их проектирование — сложный и продолжительный процесс, в котором участвуют дизайнеры, конструкторы и технологи. Опыт показывает, что даже при создании эксклюзивных моделей широко используются различные типовые модули и решения, вплоть до стандартных изделий, адаптированных к интерьеру заказчика и обогащенных различными декоративными элементами.
Применение систем, сочетающих в себе возможности универсального и параметрического проектирования, является весьма перспективным в плане автоматизации проектирования. Универсальные САПР предоставляют возможности проектирования любых мебельных изделий, независимо от их структурной сложности, функционального назначения, используемых материалов и комплектующих, серийности и объемов производства. По сути, они являются основой для построения единого информационного пространства предприятия при его комплексной автоматизации.
В отличие от универсальных систем, параметрические САПР всегда ориентированы на некоторый вполне определенный круг изделий, но при этом формируемые в них математические модели, помимо информации о геометрических параметрах, содержат наборы данных о функциональных, конструктивных и технологических аспектах данного класса изделий. Каждая конкретная модель получается из заранее созданного прототипа (эскизной модели) путем задания фактических параметров (исполнительных координат), определяемых условиями принятого от потребителя заказа. Это, безусловно, затрудняет работу по обновлению модельного ряда выпускаемой продукции, поскольку такое обновление возможно только в пределах имеющихся прототипов. В то же время параметрические САПР имеют существенные преимущества, связанные с высокой скоростью и степенью безошибочности создания моделей новых изделий, а также с возможностью автоматического (без участия человека) выполнения целого ряда трудоемких проектных операций.
Совмещение в рамках единой САПР двух подходов к проектированию мебельных изделий позволяет резко сократить сроки разработки и передачи в производство новых моделей, не ограничивая при этом творческие изыскания дизайнеров и конструкторов. Именно такой подход к построению комплексной мебельной САПР реализован в системе БАЗИС. Ее конструкторский блок представлен двумя тесно интегрированными между собой модулями: универсальным — БАЗИС-Мебельщик и параметрическим — БАЗИС-Шкаф. В данной статье рассматриваются возможности последнего модуля.
Принципы построения модуля БАЗИС-Шкаф
Прежде всего следует отметить, что слово «шкаф», вынесенное в название модуля, имеет мало общего с привычным бытовым понятием шкафа. В данном случае оно обозначает круг изделий, конструктивно представляющих собой корпус с внутренним наполнением: обычные гардеробы и модные сейчас шкафы с раздвижными дверями (шкафы-купе), комоды и практически вся кухонная мебель, компьютерные столы и гардеробные комнаты.
Модель изделия, формируемая в модуле БАЗИС-Шкаф, включает четыре информационные группы:
- параметры, определяющие конструктивный облик изделия, которые задаются дизайнером или конструктором, исходя из функционального назначения, места расположения проектируемого изделия и других предъявляемых к нему требований;
- типовые элементы внутреннего наполнения изделия (перегородки, полки, выдвижные ящики и т.д.) и фасады;
- алгоритмы (методы) выполнения проектных операций (скрепление элементов изделия между собой, облицовка кромкой и др.);
- конструкторско-технологические требования и ограничения, предназначенные для автоматического контроля соответствия принимаемых проектных решений реальным условиям производства: имеющемуся оборудованию, технологическим процессам, применяемым материалам и фурнитуре.
Использование подобной модели позволило разработать систему параметрического проектирования для широкого спектра мебельных изделий. В ней оптимально сочетаются табличные методы задания параметров с интерактивным режимом конструирования. Это дает возможность на любом этапе формирования модели получать визуальное трехмерное изображение изделия и корректировать ход проектирования в соответствии с замыслом конструктора.
В системе все проектные операции разделены на три группы: выполняемые вручную, в автоматизированном и автоматическом режиме. Выбор конструктивных параметров корпуса изделия, материалов и видов фурнитуры, а также некоторые другие основополагающие операции, имеющие исключительно субъективный характер, выполняются вручную. При этом конструктору предоставляется доступ к справочно-информационной и рекомендательной информации, позволяющий заметно сократить временные затраты. К примеру, на многих предприятиях действуют внутренние стандарты, которые определяют соответствие листовых материалов и материалов для облицовки кромок. При включении специального режима работы конструктор избавляется от необходимости выполнения операции выбора облицовочных материалов.
Формирование внутреннего наполнения, к элементам которого относятся вертикальные и горизонтальные перегородки, стационарные и съемные полки, выдвижные ящики и т.д., производится в автоматизированном режиме, но с обязательным автоматическим контролем допустимости выполнения и соответствия существующим ограничениям. Например, при наличии в изделии раздвижных дверей они не должны препятствовать выдвижению ящиков или для удобства транспортировки изделия в разобранном виде размер листов задней стенки не должен превышать заданных размеров. При нарушении этих условий либо прерывается процесс конструирования с выдачей соответствующей диагностики и возвратом на предыдущий шаг (как в первом случае), либо выполняется автоматическая коррекция модели (во втором случае задняя стенка разрезается на части по заранее определенному алгоритму).
Значительная часть трудоемких, рутинных и зависящих от внимательности и аккуратности конструктора (а значит, имеющих высокую вероятность появления ошибок) операций выполняется в системе автоматически. Примерами таких операций являются расстановка крепежной фурнитуры, расчет параметров профильных дверей, облицовка открытых кромок элементов и т.д. Для автоматического выполнения подобных операций необходима однократная настройка параметров алгоритмов, которые, как отмечалось выше, являются составной частью модели изделия.
Подобное разделение проектных операций по уровню автоматизации позволило оптимизировать работу конструкторов, освободив их от выполнения рутинных операций, и минимизировать число ошибок субъективного характера.
 |
|
Конструирование корпуса изделия
Проектирование модели начинается с задания параметров корпуса (рис. 1), под которым понимается следующий набор щитовых элементов (панелей) в изделии:
- боковые вертикальные стойки (боковины);
- крышка (верхняя горизонтальная панель);
- монтажные планки (горизонтальные панели непосредственно под крышкой);
- дно (нижняя горизонтальная панель);
- цокольные планки (фронтальные и вертикальные панели, расположенные под дном);
- задняя стенка (фронтальная задняя панель).
Наличие в конкретном изделии тех или иных элементов корпуса необязательно. Например, у компьютерного стола нет дна, монтажных и цокольных планок, а у встроенного шкафа-купе вообще могут отсутствовать все элементы корпуса.
Рис. 1
В изделиях класса шкафов большое значение имеет форма крышки. Для ее построения введен специальный блок параметров, в котором можно задать размеры свесов за габарит корпуса и выбрать один из трех вариантов обработки углов панели:
- сопряжение указанных углов заданным радиусом;
- построение в указанных углах фасок заданных размеров;
- формирование передней кромки крышки в виде дуги.
Во всех трех случаях автоматически отслеживается недопустимость ситуации, когда крышка не полностью закрывает верхние торцы вертикальных боковин.
Параметры дна в основном задаются теми же опциями, что и параметры крышки. Дополнением является группа параметров определения количества, типа и расположения цокольных планок.
Важным элементом большинства шкафов является задняя стенка. Ее конструкция может быть либо накладной на торцы боковин, либо размещаемой в пазах на габаритных панелях. При определении конструкции задней стенки можно использовать ряд уточняющих опций. Например, задняя стенка может быть накладной по отношению к вертикальным перегородкам и дну, но крепиться в паз на крышке.
В системе БАЗИС поддерживается работа с двумя типами пазов, применяемыми при изготовлении мебели: паз типа «четверть» (в пласти панели и в ее торце одновременно) и паз в пласти панели. Пазы, используемые на конкретном предприятии, хранятся в специальной базе данных и характеризуются следующими параметрами:
- наименование — произвольный набор символов, который соответствует наименованию данного паза на конкретном производстве;
- обозначение паза на чертеже;
- набор числовых значений в соответствии со своим типом;
- операция по обработке.
Последний параметр рассмотрим подробнее. БАЗИС представляет собой не только конструкторскую систему — это комплексная система автоматизации мебельного предприятия, которая имеет в своем составе в том числе и экономический модуль, интегрированный как в БАЗИС-Мебельщик, так и в БАЗИС-Шкаф. Назначаемые при формировании базы пазов операции по обработке позволяют автоматически рассчитывать трудоемкость их фрезерования. Подобный принцип применяется по отношению ко всем структурным элементам модели изделия, что позволяет получать полную смету материальных и трудовых затрат на изготовление изделия с разделением по видам (статьям).
Иногда по ряду причин заднюю стенку невозможно или нецелесообразно изготавливать в виде одной панели. В этом случае она формируется как набор панелей, составленных встык друг к другу. Раскрой задней стенки может производиться несколькими способами:
- по торцам вертикальных или горизонтальных перегородок;
- по максимальному размеру, когда все составные панели будут иметь одинаковый размер, не превышающий заданное значение;
- ручной раскрой, при котором конструктор вручную назначает линии резов.
Для двух последних вариантов линии стыков панелей задней стенки в общем случае не будут скрыты торцами внутренних панелей. С целью косметического оформления таких стыков можно использовать соединительный профиль.
Последней операцией является выбор материалов для всех составных элементов корпуса. База данных материалов в системе БАЗИС построена таким образом и содержит такую информацию, что с ней одновременно могут работать конструкторские, технологические и экономические модули. Однако об этом пойдет речь в одной из следующих статей.
Аналогичным образом выполняется и конструирование корпуса углового шкафа (рис. 2).
Рис. 2
|
|
Конструирование внутреннего наполнения
Для конструирования внутреннего наполнения определяющим является понятие секции — внутреннего пространства изделия, ограниченного панелями, жестко соединяемыми между собой крепежом. Любой элемент внутреннего наполнения всегда ставится в указанную секцию. Вновь построенное новое изделие (корпус шкафа) всегда имеет единственную секцию. По мере установки перегородок количество секций увеличивается. Все устанавливаемые элементы вписываются в габариты выбранной секции с учетом возможных смещений, отступов и зазоров. Для контроля корректности формирования внутреннего наполнения определяется минимальный размер секции.
Основными элементами структурирования внутреннего пространства шкафа являются вертикальные и горизонтальные перегородки, алгоритм установки которых практически идентичен. После указания нужной секции панель позиционируется в ней либо визуально маркером, либо заданием размера любой из вновь образуемых секций. При необходимости можно ввести величину заглубления устанавливаемой панели относительно переднего среза секции. При одновременной установке более чем одной панели все пространство секции разбивается на нужное количество новых секций одинакового размера.
Дополнительными элементами структурирования являются съемные полки, которые свободно устанавливаются на полкодержатели. По этой причине они не являются границами секций. Как правило, полки размещаются равномерно с заданным технологическим зазором относительно вертикальных перегородок и заглублением относительно переднего среза секции. Именно такой алгоритм и реализован в соответствующей команде, причем все параметры установки, включая равномерность расстановки, могут редактироваться.
Рис. 3
Для обеспечения достаточной жесткости изделия в секции устанавливаются специальные элементы — панели жесткости (усиления). Они представляют собой фронтальные (параллельные фасадной плоскости) вкладные панели, базирующиеся обычно по задней плоскости изделия. Панель жесткости устанавливается между вертикальными перегородками, дном и крышкой с возможностью смещения от заднего среза изделия, которая используется, как правило, при проектировании различных столов (рис. 3). Установка панели жесткости в секции уменьшает ее глубину на сумму величины смещения и толщины материала, что приводит к автоматической корректировке размеров как уже установленных, так и вновь устанавливаемых элементов внутреннего наполнения шкафа. Также автоматически корректируются и размеры листов задней стенки: они надвигаются на панель жесткости на заранее определенный размер, необходимый для их взаимного скрепления.
Важными элементами внутреннего наполнения шкафа являются выдвижные ящики. Мастер конструирования ящиков системы БАЗИС позволяет работать со всеми известными системами выдвижения и вариантами конструктивного исполнения. При установке ящиков в модуле БАЗИС-Шкаф проводится комплексная проверка безошибочности выполнения этой операции по таким критериям, как достаточные величины технологических зазоров для установки направляющих, соответствие конструкции ящиков конфигурации секции, возможность выдвижения при установке раздвижных дверей и ряду других в зависимости от конкретной ситуации.
Отличительной особенностью большинства шкафов является наличие дверей, предназначенных для закрытия проемов. По принципу открывания наиболее распространенными являются распашные и раздвижные двери, а по конструкции — щитовые, рамочные (в виде рамки с заполнением одним материалом) и комбинированные (тоже в виде рамки, но с заполнением панелями из разных материалов, соединенных специальным профилем).
В соответствии с общим принципом функционирования модуля БАЗИС-Шкаф при установке дверей реализуется принцип безошибочности выполнения операции. Для распашных дверей автоматически расставляются петли выбранного типа, осуществляется контроль корректности двустороннего размещения петель на среднем щите, анализируется допустимость совместного размещения с ранее установленными дверями и накладными фасадами ящиков. Для раздвижных дверей помимо отмеченной выше проверки возможности выдвижения ящиков контролируется соответствие выбраной системы профилей и используемых материалов, а также корректность размерных цепочек установки механизмов раздвижения.
Рис. 4
В процессе установки дверей всех типов при необходимости выполняется автоматическая коррекция параметров внутреннего наполнения в зависимости от реальных параметров используемых механизмов: все элементы внутреннего наполнения шкафа подрезаются внутрь (уменьшается глубина панелей), при этом глубина самого шкафа не изменяется. На рис. 4 показан вариант шкафа-купе с комбинированными дверями (так называемая косая расстекловка).
Одним из важных достоинств параметрического проектирования, реализованного в модуле БАЗИС-Шкаф, является возможность полной автоматизации процессов облицовки кромок и расстановки крепежа.
Для облицовки кромок панелей реализовано два алгоритма: первый — облицовка только открытых кромок, второй — всех кромок. К открытым относятся те кромки панелей, которые жестко не прикреплены к другим панелям, например передняя кромка крышки шкафа, все кромки вкладных полок и т.д. Таким образом, облицовка кромок сводится к выбору материала и настройке алгоритма.
Принцип расстановки крепежа реализован аналогично: при начальной установке системы задаются виды крепежа отдельных структурных элементов, алгоритм расстановки и ряд дополнительных технологических параметров, основным из которых является способ базирования, уточняющий заданный алгоритм. Предусмотрены следующие два способа базирования:
- симметричное — элементы крепежа размещаются симметрично относительно середины прикрепляемой панели с выбранным шагом;
- от выбранного среза — первый элемент крепежа устанавливается на расстоянии фиксированного отступа от заднего или переднего среза, а остальные размещаются в необходимом количестве с заданной кратностью шага, причем минимальное расстояние последнего элемента от противоположного среза не может быть меньше некоторой константы.
Рис. 5
На рис. 5 приведен пример шкафа с автоматически расставленными элементами крепежа. Реализованный в модуле БАЗИС-Шкаф алгоритм автоматической расстановки крепежа имеет две важные дополнительные опции:
- использование шкантов — любой структурной группе элементов шкафа помимо основного крепежа можно назначить дополнительный крепеж (шкант), элементы которого при креплении панелей данной группы будут устанавливаться на заданном расстоянии внутрь панели от основного элемента крепежа;
- альтернативный крепеж — при размещении панелей на одном уровне в соседних секциях и использовании некоторых видов крепежа может возникнуть ситуация, когда полученную конструкцию невозможно собрать. Для исключения этого применяется альтернативный крепеж, элементы которого автоматически устанавливаются в том случае, если использование элементов основного крепежа недопустимо.
На модель шкафа или отдельных его конструктивных элементов в автоматизированном режиме можно устанавливать различные виды мебельной фурнитуры: ручки, замки и задвижки, опоры, подвески, подпятники, штанги для одежды, светильники и т.д.
|
|
Редактирование модели
Параметрические модели, построенные в модуле БАЗИС-Шкаф, могут использоваться в качестве прототипных моделей при проектировании новых изделий. Операции редактирования позволяют изменять любые конструктивные параметры (габаритные, размеры и вид наполнения отдельных секций и т.д.) с сохранением общей структуры изделия, а также материалы, крепеж и фурнитуру.
Дополнительными конструктивными опциями редактирования шкафа являются возможности автоматического построения по заданным параметрам антресольных и угловых секций. Под антресольной секцией (антресолью) понимается секция, совпадающая по ширине со шкафом и расположенная над ним. Сюда относятся не только классические антресоли, но и, например, навесные кухонные полки (рис. 6). Все зависит от конкретных параметров, заданных при построении антресоли. Антресоль помимо боковых стенок может включать вертикальные стенки, вкладные полки и двери.
Рис. 6
Угловые секции — это открытые конструкции с полками, расположенные вплотную к одной или двум внешним боковым стенкам шкафа (рис. 7). Параметры построения угловых секций задаются отдельно для каждой внешней стенки шкафа и/или антресоли.
Рис. 7
Реализованный в модуле БАЗИС-Шкаф аппарат построения дополнительных секций позволяет значительно расширить класс проектируемых изделий.
|
|
Оценка результатов внедрения
Совместное использование модулей параметрического и универсального конструирования в едином программном комплексе позволяет оптимальным образом объединить их достоинства. Параметрические модели изделий, спроектированные в модуле БАЗИС-Шкаф, могут оперативно транслироваться в формат универсальной графической системы БАЗИС-Мебельщик, что позволяет выполнять любую их конструктивную доработку. Фактически это означает существенное расширение того круга изделий, которые могут быть представлены параметрической моделью.
Анализ применения разработанной системы на ряде мебельных предприятий показал эффективность подобного подхода. Были получены следующие качественные и количественные показатели:
- время проектирования изделий, полностью или частично входящих в поддерживаемое модулем БАЗИС-Шкаф множество моделей, сократилось в 3-7 раз;
- в общей номенклатуре выпуска от 40 до 70% изделий допускают параметрическое проектирование;
- количество изделий, частично проектируемых в параметрической системе и требующих доработки в универсальной системе, не превышает 30%;
- практически не наблюдались субъективные ошибки проектирования.
Рис. 8
Рис. 9
На рис. 8 и 9 показаны тумбочка под телевизор и шкаф-купе с комбинированными дверями, спроектированные в модуле БАЗИС-Шкаф. Несмотря на явные и существенные различия, оба эти изделия описываются одной параметрической моделью.
|
|
