4 - 2020

Дизайн и САПР — вещи совместимые


Александр Стремнев, к.т.н., доцент кафедры информационных технологий Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова

Разработка дизайна объектов — область, идущая рука об руку с автоматизированным проектированием. Налицо множество точек соприкосновения — начиная от мотива создания новой материальной формы до ее воплощения в конкретной геометрии. И конечно, сходство инструментария. Если раньше для того, чтобы убедиться в этом, достаточно было взглянуть на мольберт и кульман, то в наши дни отличить работу дизайнера от труда конструктора неискушенному наблюдателю практически невозможно — у обоих на экране монитора одинаковая «паутина» линий и «мириады» кнопок. Хотя специфика, безусловно, есть. Даже если программный продукт на рабочих местах абсолютно идентичный, например Autodesk Inventor.

Академик А.Н. Туполев говорил, что «хорошо летать могут только красивые самолеты». Пожалуй, высказывание великого авиаконструктора справедливо не только в отношении воздушных судов, но и вещей гораздо более приземленных. Конечно, применительно к их прямому функциональному назначению. Тем более что в центре нашего внимания будет обыкновенный… утюг. Действительно, наряду с конструкторским и технологическим проектированием, разработка дизайна в настоящее время является важным этапом жизненного цикла изделия. Особенно это касается объектов бытового назначения. Арсенал современных САПР включает средства производства как «инженера», так и «художника». Особенно интересно, если такие инструменты собраны в едином программном пакете — например таком, как Autodesk Inventor.

Итак, создаем в проекте новую деталь и вызываем команду Face (Грань) для изображения системы граней­полигонов на выбранной плоскости (рис. 1).

Рис. 1

Рис. 1

Именно на основе полигонов будет строиться сложная обтекаемая поверхность утюга. Для построения полигонов выберем классическую методику — по четырем вершинам (опция Sides -> Four окна Face). В дальнейшем это позволит гибко управлять формой модели. В одном сеансе команды Face можно создать сразу множество связанных полигонов, используя уже имеющиеся вершины (рис. 2).

Рис. 2

Рис. 2

Боковая проекция утюга готова (рис. 3). Задавать слишком большое количество полигонов­граней на данном этапе нецелесообразно — форма еще будет уточняться, а излишнее количество объектов геометрии усложнит манипулирование ими. Полигональное представление удобно при редактировании, но готовая модель будет представлена в сглаженном виде. Поэтому в процессе работы имеет смысл переключаться между данными режимами для контроля получившейся формы, используя кнопку Toggle Smooth (Включить сглаживание) — см. рис. 3.

Рис. 3

Рис. 3

Мы подготовили прототип поверхности только одной стороны утюга. Построим симметричную систему полигонов, воспользовавшись командой Mirror (Зеркало) из активной вкладки FreeForm (Свободная геометрия) — рис. 4. В качестве плоскости симметрии можно указать имеющуюся рабочую плоскость или создать новую.

Рис. 4

Рис. 4

Далее необходимо соединить две полигональные поверхности, имеющие одинаковое количество граничных ребер. Наиболее эффективный инструмент для этого — Bridge (Мост). Команда после указания соединяемых кромок образует между ними грани­перемычки с заданным количеством полигонов (рис. 5). Операцию Bridge следует повторить для внутреннего контура под рукояткой.

Рис. 5

Рис. 5

Затем следует самая ответственная дизайнерская работа — уточнение геометрии объекта проектирования. Несомненно, главным инструментом здесь будет Edit Form (Редактирование формы) — самая «большая кнопка» на вкладке FreeForm (рис. 6). Окно Edit Form содержит целую «россыпь» настроек, но главным ее средством является манипулятор в окне рабочей области. С его помощью для выбранной вершины, ребра или грани можно осуществить смещение, масштабирование или поворот. Все перечисленные действия применимы не только к отдельным объектам, но и их группам. В нашем случае отличным подспорьем служит то, что при моделировании утюга мы применяли команду Mirror — теперь при редактировании формы с одной стороны соответствующие изменения будут автоматически происходить и с другой.

Рис. 6

Рис. 6

Завершим работу над формой поверхности, щелкнув по кнопке Finish FreeForm на вкладке FreeForm. Вернувшись в среду классического параметрического моделирования, получили сглаженную геометрию­прототип. Теперь начинается работа конструктора. Сначала изобразим эскиз для крепления основания утюга (рис.  7).

Рис. 7

Рис. 7

Командой Extrude (Выдавливание) «подрежем» нижнюю часть формы­прототипа на всю ширину (Extents (Расстояние) -> All (Все)), включив опцию Cut (Вырез) — рис. 8.

Рис. 8

Рис. 8

Следующим «выдавливанием» сформируем подошву утюга. Эту операцию проделаем с использованием опции New Solid (Создать твердое тело), имея в виду, что подошва в дальнейшем будет отдельной деталью (рис. 9). Контур подошвы представляет собой эскиз­проекцию основания из дизайнерского прототипа.

Рис. 9

Рис. 9

Сейчас в модели имеется два тела (в списке Solid Bodies браузера): одно — это корпус утюга, а второе — подошва. Корпус выполним пустотелым с помощью команды Shell (Оболочка), указав его толщину в поле Thickness (рис. 10).

Рис. 10

Рис. 10

Рукоятку выполним отдельной деталью. Но так как у нас имеется единая геометрия­прототип, то рукоятка должна являться «частью» этой формы, разработанной дизайнером. Сделаем эскиз контура рукоятки «с нахлестом» на соответствующий участок прототипа. Затем выдавим контур на всё пространство модели с образованием нового тела (рис. 11).

Рис. 11

Рис. 11

На данном этапе рукоятка и корпус утюга являются пересекающимися телами. Устраним коллизию, используя команду Combine (Комбинировать) из вкладки 3D Model. Операцией комбинирования будет Cut (Вырезать). В качестве базового тела (Base) укажем корпус, а телом­инструментом (Toolbody) послужит рукоятка. Для того чтобы после выполнения обрезки сохранить тело­инструмент (рукоятку), установим опцию Keep Toolbody (рис. 12).

Рис. 12

Рис. 12

Модель утюга, состоящая из трех тел, практически готова. Далее можно сгенерировать на ее основе сборку, конвертировав тела в детали с помощью команды Make Components(Создать компоненты) из вкладки Manage (Управление) — рис. 13.

Рис. 13

Рис. 13

В получившейся сборке между деталями устанавливаются необходимые связи зависимости (рис. 14). Далее в том же Autodesk Inventor на основе трехмерных моделей конструктор может выполнить расчеты, подготовить чертежи и спецификации.

Рис. 14

Рис. 14

Мы схематично рассмотрели процесс разработки объекта средствами Autodesk Inventor, коснувшись как художественно­дизайнерских аспектов, так и конструкторско­технологического проектирования. В заключение следует упомянуть также ассоциативный характер получившихся моделей. Например, после корректировки формы прототипа в среде FreeForm соответствующие изменения произойдут в деталях, сборках и документации проекта.

Полезные ссылки:

  1. Online база знаний Autodesk Inventor //
    https://knowledge.autodesk.com/support/inventor
  2. Видеоуроки по Autodesk Inventor //
    https://www.youtube.com/playlist?list=PL3g­_4QiHS8kdQ­wkfGNb46vYF­HTkT11