Креативное плоское моделирование в интегрированной системе ADEM-VX
Творчество — процесс, в результате которого человек находит что-то новое, ранее неизвестное.
А.В. Брушлинский
Несмотря на то что мир CAD-систем давно уже стал трехмерным, задачи плоского моделирования не потеряли своей актуальности. Более того, в этой области есть интересные перспективы для исследований и развития.
Начнем с вопроса: для чего нужно плоское моделирование?
Изначально главная практическая задача плоского моделирования состояла в компьютеризации оформления чертежей, схем, планировок и других чертежно-графических документов. В этом плане преуспели многие, в первую очередь плоские CAD-системы.
Для моделирования подобные системы используют плоские примитивы (базовые объекты), такие как отрезок, дуга, полилиния, кривая и пр. Всё остальное основывается на способах их построения, редактирования, копирования и позиционирования.
Удобство и полнота применения этих способов и явились основой для соперничества плоских CAD-систем на первом этапе их развития.
Следующим шагом стало формирование библиотек стандартных элементов плоской графики, каждая из которых представляют собой комплекс базовых объектов. Это в значительной мере упростило оформление графической документации, которая, как правило, содержит множество подобных фрагментов. К ним относятся и специальные обозначения: отклонений, сварки, качества поверхности и пр., а также графические изображения типовых элементов: механических, электронных, гидравлических и других изделий.
Гибридное 2D/3D-моделирование в интегрированной CAD/CAM/CAPP-системе ADEM-VX
В такой комплектации плоские CAD-системы получили очень широкое распространение в проектных и конструкторских отделах. В первую очередь они решили задачу снижения трудоемкости в области оформления чертежной документации. Вспомним, например, что ранее во многих странах для обеспечения этого процесса в ручном варианте в помощь конструкторам готовили особый класс специалистов — техников-чертежников.
Еще одним достижением некоторых плоских CAD-систем можно назвать функционал создания параметрических моделей. Создав такую модель, конструктор получает не одну плоскую модель, ее фрагмент или чертеж, а целый ряд их, различающихся геометрией, за которую отвечают те или иные параметры, например размеры. Справедливости ради надо сказать, что создание таких моделей требует дополнительной подготовки и времени.
Однако плоское моделирование имеет и другое назначение — для решения задач моделирования как такового.
Инженер при создании нового изделия всегда моделирует его конструкцию. Выполненная с той или иной точностью на бумаге либо в электронном виде модель определяет взаимное расположение фрагментов конструкции, деталей, узлов и агрегатов. Именно при геометрическом моделировании определяется и уточняется большинство геометрических параметров будущего изделия.
Очевидно, что возникает естественное желание использовать созданную конструктором модель и для других задач проектирования и подготовки производства: расчетов на прочность, устойчивость, создания техпроцессов, программирования оборудования с ЧПУ и пр.
Заметим, что многие конструкторские задачи можно эффективно решать с помощью плоского моделирования. Более того, в основе объемного моделирования тоже лежат плоские элементы, по которым строится трехмерная модель. А это значит, что плоская модель является базой для объемной модели со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Добавим, что лучшие современные CAM-системы для автоматизации программирования станков с ЧПУ могут работать как по объемным и плоским моделям, так и по их гибриду.
Поэтому плоское моделирование — это не только решение локальных задач конструктора и выпуска графической документации, но и более серьезная общая задача конструкторско-технологической подготовки производства.
Просматривается вроде бы такая логическая цепочка процесса подготовки на базе плоского моделирования: проектирование и плоское моделирование с выпуском чертежей, объемное моделирование (при необходимости), расчеты, техпроцессы, технологическая документация, программирование ЧПУ.
Очевидно, что на практике можно столкнуться с объективными и субъективными причинами, которые нарушают эту стройную схему сквозной подготовки производства. При этом, как правило, наблюдается неоднократный повтор геометрического моделирования одного и того же объекта разными специалистами.
Назовем три наиболее часто встречающиеся причины этого и приведем рекомендации по их устранению:
1. Модель является не обязательным документом и результатом деятельности конструктора, а лишь артефактом решения его локальных задач. Использование же чертежей и их фрагментов в качестве плоских моделей проблематично из-за особенностей и правил оформления КД, которые разрешают и даже зачастую требуют утрировать геометрию в документе.
Решение здесь состоит в принятии соответствующего стандарта предприятия по вопросам проектно-конструкторского моделирования.
2. Отсутствует единое информационное конструкторско-технологическое пространство, в котором модель может быть доступна для программных инструментов различных специалистов. Суть не только в том, что обмен геометрией между разными системами не всегда бывает 100-процентным, самое главное, что доработка чужих моделей под свои цели в собственной системе — процесс далеко не тривиальный.
Решить эту задачу позволяет внедрение на рабочих местах интегрированных CAD/CAM/CAPP-систем, которые как раз для этого и предназначены.
3. Точности конструкторских моделей недостаточно для других специалистов. Встречается два типа подобных ошибок. Первые связаны собственно с самим конструктором, который еще не вполне освоил процесс моделирования, а вторые — с возможностями конструкторской CAD-системы, которая, например, больше предназначена для черчения, чем для моделирования. С подобным тоже приходится сталкиваться на практике.
Затенение плоскими элементами позволяет быстро и эффективно получить результат без разрушения и доработки фрагментов
Решение данной проблемы состоит в исполнении предыдущих двух рекомендаций.
Опыт показывает, что на тех предприятиях, где подобные мероприятия были выполнены, наблюдается резкое снижение сроков конструкторско-технологической подготовки производства и сокращается количество ошибок практически в каждом звене этого процесса.
Прочитав все вышеизложенное, наш уважаемый конструктор, наверное, возмутится: «Еще один хомут на шею! Я и так должен придумать кенгуру, которого еще никто не видел, и начертить его в соответствии с ЕСКД, а теперь еще и смоделировать?!»
Действительно, мы загрузили конструктора не свойственными ему задачами. Мы дали ему электронный кульман с библиотеками стандартных обозначений и элементов, но отобрали техника-чертежника. Мы дали ему электронные средства моделирования, но отняли специалистов по плазово-шаблонному моделированию. Что же конструктор может получить от CAD-системы для своей непосредственной творческой деятельности? И вообще, можно ли ожидать от CAD-систем чего-то подобного?
Вернемся к геометрическому моделированию. Смеем утверждать, что при проектировании конструктор мыслит не графическими примитивами, а несколько иными геометрическими объектами, которые можно назвать прообразами будущего, еще не существующего материального объекта. Отрезки и дуги носят скорее вспомогательный характер для отображения результата или визуализации обстановки вокруг области проектирования. Прообразы же имеют неконкретный, расплывчатый или самый общий вид вначале процесса проектирования. Затем их детали уточняются, «белые пятна» заполняются подробностями, размытые очертания приобретают конкретные формы. Очень похоже на работу скульптора, который постепенно отсекает от камня все лишнее или, наоборот, добавляет фрагменты.
Исходный прообраз (а), дополнительные образы (б), результат булевой операции (в), объемная модель (г)
Параметризация постфактум (а), измененный прообраз (б) и объемная модель (в)
Еще в 80-х годах прошлого века специалисты, которые позже основали группу компаний ADEM, начали исследовать вопрос поддержки конструкторского творчества с помощью методов геометрического моделирования. Первые результаты были представлены в отечественной системе CherryCAD, а дальнейшее развитие они получили в российской интегрированной CAD/CAM/CAPP-системе ADEM-VX. Расскажем об основных принципах креативного моделирования, реализованных в плоской части системы ADEM-VX.
Первое, что было предложено, — наряду со стандартными примитивами ввести понятие объекта типа «контур». Этот объект позволяет производить над ним разного рода редактирование: скругление углов, срезание фасок, вытягивание части, вставку дополнительных ребер и пр. Но самое главное — при деформациях учитываются все сопряжения его частей.
Второе — подобные объекты считать твердыми плоскими телами, а именно дать возможность производить над ними булевы операции: объединение, пересечение, дополнение. Это позволяет быстро получать результат моделирования одного объекта из нескольких других.
Третье — реализовать возможность частичного или полного затенения одного объекта другим. Это позволяет получать общий плоский результат без разрушения и переделки объектов.
Четвертое — реализовать параметризацию модели постфактум и тем самым исключить для пользователя необходимость принимать решение о связях между примитивами до того момента, когда ему это потребуется. Если нагружать конструктора заботой о связях до того, как образ сформировался, то творческий процесс будет сильно тормозиться.
Все эти особенности создают комфортные условия именно для творчества конструктора при работе в плоскости. Кстати, твердые тела и булевы операции уже давно стали стандартом при работе с объемными моделями. Но, несмотря на то, что они очень полезны и в плоскости, систем, имеющих эту возможность, кроме тех, что нами упомянуты, мы не встречали.
Итак, плоское моделирование в современных условиях ни в коей мере не теряет своего значения. Являясь геометрической основой любого другого моделирования, оно играет, по сути дела, ключевую роль в процессе автоматизации проектно-конструкторско-технологической подготовки производства.
