Комплексные возможности T-FLEX CAD — новый уровень разработки и проектирования
В настоящее время необходимость технического перевооружения разработчиков и конструкторов ни у кого не вызывает сомнений. Однако большинство подходов к ее реализации представляет собой «прямолинейную» автоматизацию стандартных, наиболее повторяемых действий специалиста. В большинстве случаев это оправданно и существенно облегчает трудоемкие, рутинные этапы работ, а также обеспечивает высокий уровень сервисных возможностей. Однако, по своей сути, стиль ведения разработки остается прежним — требуется кропотливое сотрудничество разнородных узкопрофессиональных специалистов, зачастую носящее характер «возвратно-поступательного» движения к конечному удовлетворительному результату. Новые комплексные возможности T-FLEX CAD 6.3 позволяют по-новому взглянуть на эту проблему и программно реализовать интегрированную математическую модель создаваемого изделия, в значительной степени объединяющую разнородные области цельного процесса разработки.
Разработка сложных изделий в области приборо- и машиностроения — процесс плотного взаимодействия специалистов различной специализации и зачастую значительного их количества. Кратко рассмотрим традиционный путь разработки узла или цельного изделия.
«В начале было слово» — первоначально возникает идея реализации определенных задач, потенциально удовлетворяющая некой потребности и всем дополнительным условиям. Для доказательства ее реальности проводится этап экспериментальных проверок и предварительных расчетов. Далее следует сложный этап разработки изделия, результаты которого определяют работу конструктора и находят свое воплощение в конструкторской документации с учетом всех необходимых требований к изделию. На основании документации технолог разрабатывает технологию изготовления каждой детали и изделия в целом. При этом учитывается серийность предполагаемого производства изделий, технологические возможности конкретного предприятия-изготовителя и многие другие особенности. В результате этого длительного процесса первоначальная идея реализуется в рабочую конструкторскую документацию, по которой можно начинать процесс производства. Примерная схема этой процедуры приведена на рис. 1.
Из схемы видно, что существует сильное взаимное влияние отдельных разделов разработки друг на друга и на другие этапы работы. Так, например: особенности габаритного расчета оптической системы могут изменить компоновочное решение и потребовать дополнительной экспериментальной работы по поиску нового решения, а затем вновь повторить габаритный оптический расчет; расчет механических свойств конструкции может повлиять на компоновку узла и тем самым определить ход габаритных оптических лучей и др. Наконец, оптимизационный аберрационный расчет всей оптической системы может потребовать изменения ее габаритного расчета и, соответственно, новых компоновочных решений. Эти зависимости проявляются тем сильнее и менее очевидно, чем сложнее разрабатываемое изделие или чем более высокие требования к нему предъявляются. Так, реальное требование минимальных габаритов изделия оказывает прямо-таки гигантское воздействие на большинство приведенных этапов разработки. Приведенные, отчасти утрированные, примеры тем не менее являются жизненными, и многим ведущим специалистам периодически приходится сталкиваться с ними в своей профессиональной деятельности.
В настоящее время, наверное, все разработчики осознали жизненную необходимость использования САПР. Существует достаточно большое число программных продуктов подобного рода, получивших распространение. Они обладают различными достоинствами и недостатками. Мы уже несколько лет в своей профессиональной деятельности применяем программу T-FLEX CAD. По многим положительным свойствам она выделяется из ряда аналогичных программ и у нас зарекомендовала себя с самой лучшей стороны.
Очевидно, что для осуществления разработки механических и динамических элементов изделия в программе T-FLEX CAD действительно важным и полезным решением было бы введение в первичную математическую модель отдельных расчетно-параметрических блоков, определяющих основные характеристики дополнительных систем. Примерами таких расчетных систем могут быть: габаритный оптический расчет, качественный аберрационный оптический расчет, динамическое оптико-механическое моделирование, гидравлический расчет и др. С выходом новой версии T-FLEX CAD появились возможности для осуществления этого подхода.
В новой версии популярной программы кроме значительного повышения быстродействия и расширения вариаций имевшихся ранее функций присутствуют новые команды определения свойств отдельных элементов построений. Для выбранных элементов можно определить измеряемые свойства, обозначить их как переменные величины и использовать при дальнейших оценочных расчетах, выводя их на чертеж в виде отдельных текстовых комментариев или для определения параметров других элементов построений, прямым образом с ними не связанных. Так, прохождение габаритных лучей через оптические элементы может назначать положение, ориентацию, размеры или даже вариант применения конкретного механического узла; а положение динамически перемещаемых механических деталей будет влиять на оптический ход лучей во всей системе и определять габаритно-оптические и точностные аберрационные характеристики изделия.
Таким образом, новые комплексные возможности T-FLEX CAD позволяют программно реализовать общую математическую модель создаваемого изделия, в значительной степени объединяющую разнородные области цельного процесса разработки. Возможности, открывающиеся при этом, удивят даже бывалых разработчиков и конструкторов. Реакция специалистов, впервые увидевших реализацию таких внедренных друг в друга расчетных систем, похожа на реакцию детей на нечто удивительное и одновременно очевидное — легкий восторг, возбуждение и «рабочий» зуд в руках. Представьте себе, как вы легким движением руки изменяете отдельный элемент построения и видите, как непрерывно модифицируется вся система: например, происходит перефокусировка варио-объектива фотоаппарата или децентрируется изображение при искусственном перекосе одной из линз его объектива!
В результате реализации такого подхода, создав единый файл — программно-математическую модель разработанного узла или изделия, интегрированную со смежными расчетными системами, — специалист получает возможность увидеть будущее функционирование всей разработки как следствие совокупной работы всех входящих в нее систем. С использованием данной модели производится разработка конструкторской документации. При этом возможно как создание зависимых от главной модели чертежей деталей, так и внедрение в нее фрагментов готовых узлов или стандартных изделий с указанием параметров внешних переменных. Если в свойствах разработанной системы обнаруживаются недостатки или логические противоречия, то, перейдя в режим редактирования элементов построений, за короткое время можно откорректировать параметры модели, а она, в свою очередь, автоматически откорректирует (или потребует откорректировать) чертежи отдельных деталей. Причем автоматической и безошибочной корректировке могут подвергнуться как механические, так и оптические детали; или же может быть произведен выбор необходимого типа комплектующих (механические детали, линзы, зеркала, световоды, фотоприемники, лампы и др.).
Хочу отметить, что на основе данного подхода оказывается возможным расчет и разработка сложных приборов с применением не только оптико-механических систем, но и лазерной техники. Расчет прохода лучей в данном случае определяется правилами работы с гауссовыми пучками, которые более сложны для применения. Можно лишь отметить, что
T-FLEX CAD позволяет производить габаритный расчет и интегрированную разработку сложных лазерных систем даже с полным моделированием каустической поверхности лазерного луча.
Далее, используя многосторонние возможности T-FLEX CAD для интеграции различных служб подготовки и ведения производства, в еще большей степени реализуется указанная выше взаимосвязь этапов разработки всего изделия. Так, если необходимо изменить параметры некоторой детали из-за технологических ограничений или рациональности, то на единой модели разрабатываемого изделия можно сразу увидеть (или даже измерить), как скажется на его общей работе эта корректировка, и, если необходимо, произвести изменения в других деталях.
Таким образом, в значительной степени можно реализовать взаимосвязь разнородных узкоспециализированных профессионалов при разработке сложной технической продукции, исключить массу ошибок при их взаимодействии, резко сократить сроки выполнения работ, повысить производительность работы, качество изделий и их конкурентоспособность при одновременном уменьшении издержек производства. Зачастую, имея возможность оптимизации разрабатываемого изделия со всеми его взаимосвязанными системами, удается обнаружить столь удачные технические решения, которые нельзя было найти, осуществляя разработку традиционным способом. Такие находки могут привести к серьезным положительным эффектам при производстве или к критически важному увеличению конкурентоспособности изделия.
Следует отметить, что, конечно, для реализации таких интегрированных разработок специалист должен обладать хотя бы общими знаниями о принципах функционирования смежных систем изделия — оптические законы преломления и отражения, понятие о главных лучах оптической системы, общие правила построения изображений, характерные лучи гауссовых лазерных пучков (для разработки лазерных систем) и др. Хотя разработчик приборов такого интегрированного типа, по-видимому, обязан иметь об этом представление. Тем не менее при разработке сложных оптических систем привлечение профессиональных оптиков-расчетчиков является настоятельной необходимостью. Но в этом случае задача, которая будет перед ними ставиться, не будет «витать» где-то недалеко от земли, как это бывает в сложных системах, а будет обладать четкой конкретностью и привязанностью к предварительной проработке в интегрированной модели изделия. Более того, результаты работы профессионала могут быть введены в эту базовую разработку и обеспечить ей максимальную расчетную реальность.
На рис. 2 приведен пример реализации описанного выше подхода при разработке и проектировании оптического лазерного телескопа приборного типа в программе T-FLEX CAD. В данном простом случае в модель заложен расчет прохождения лучей от лазерного источника через две простые линзы. Изменяя параметры оптических элементов, можно достичь необходимых свойств данного устройства и определить исходные данные для программной разработки чертежей на оптические детали. В свою очередь, эти параметры определят тип применяемых механических узлов. Взаимное влияние систем в данном случае может проявиться в том, что условия компоновки и конкретная конструкция механических узлов окажут ограничивающее воздействие на параметры оптических деталей, и наоборот.
На рис. 3 и 4 приведены примеры разработки оптико-механических узлов с оптическими световодами: рис. 3 — оптическая система ввода лазерного излучения в световод; рис. 4 — оптическая система контроля выходного лазерного излучения из торца световода и его проецирование на фотоприемное устройство через набор оптических фильтров. Отмечу, что в данном случае расчет ведется для прохождения двух различных длин волн лазерного излучения. Эти примеры ярко демонстрируют возможность полного процесса разработки узла. При этом редактирование элементов построения позволяет произвести корректировку узлов и оптических элементов конструкции. Расчет производится с большой точностью, которую можно контролировать в программе T-FLEX CAD. Это позволяет очень точно оптимизировать критические параметры. Например, можно при увеличенном виде входного торца оптического световода определить оптимальную плоскость его установки.
На рис. 5 показан пример разработки сложной системы управления лазерным лучом с помощью двухкоординатного сканирующего устройства и его фокусирования на объект обработки. Кроме описанных выше особенностей здесь применен дополнительный расчетный блок для анализа конечных параметров цельной системы, частью которой является показанный пример, — в специальном текстовом окне выводятся результаты базовых выходных параметров, которые определяются как механическими, так и оптическими характеристиками интегрированной модели. Еще более наглядна демонстрация возможностей данного подхода на новой версии программы T-FLEX CAD в примере на рис. 6. Видно, что, применяя метод мультипликации, возможно не только оптимизировать работу интегрированных систем статически, но и оценить их совместное действие в динамике, задавая поочередно работу 1-го или 2-го оптических элементов механических узлов двухкоординатного сканирующего устройства. При этом при увеличенном виде плоскости фокусировки (рис. 7) можно увидеть, как динамически изменяется размер, положение изображения на объекте, и даже оценить величину полевых искажений.
На рис. 8 приведен пример полной интегрированной модели T-FLEX CAD разработки сложного оптико-механического лазерного блока в виде цельной сборки, являющейся базой для создания рабочей конструкторской документации и технологической оснастки, а также показан отдельно оптический расчетный блок (рис. 8), внедренный в него и являющийся его неотъемлемой частью. В данном случае оптический расчет ведется для трех различных длин волн лазерного излучения.
В заключение хотелось бы отметить, что разработчики T-FLEX CAD показывают пример политики, выраженно ориентированной на потребителя. Пользователь не остается один на один с программным пакетом достаточно большой сложности, а находится в постоянном контакте с создателями и распространителями. Это, пожалуй, не частый пример подобного рода. Следствием этого, по-видимому, является динамичное развитие возможностей программы T-FLEX CAD.
«САПР и графика» 1'2000
