Опыт параметрического проектирования в системе T-FLEX CAD
В настоящий момент на российском рынке предлагается множество отечественных и зарубежных САПР различного уровня. И порой пользователям бывает непросто сделать выбор в пользу той или иной системы, так как на первый взгляд системы одного класса достаточно схожи по своим функциональным возможностям. Это и понятно — ведь они создавались для решения одних и тех же задач. Существенные преимущества той или иной системы можно оценить только при работе над достаточно большим проектом, когда перед проектировщиком возникают разнообразные задачи и для их решения он пытается максимально использовать имеющийся в его распоряжении инструмент проектирования.
В данной статье рассмотрен опыт автоматизации проектно-конструкторских работ в акционерном обществе «ФРЕСТ», которое является правопреемником Ульяновского ГСКБ ФС — головного конструкторского бюро станкостроительной отрасли по тяжелым и фрезерным станкам, основанного в 1949 году. За годы своей деятельности в сотрудничестве с ведущими станкозаводами России и зарубежными фирмами в ГСКБ было создано более тысячи моделей различных тяжелых станков и автоматических линий для тяжелого энергомашиностроения, металлургии, судо-, авиа-, и автомобилестроения, производства военной техники, нефтегазовой промышленности, транспортного машиностроения и других отраслей.
Для деятельности в условиях современных реформ ГСКБ перестроило структуру выполняемых работ и организовало на базе опытного производства выпуск станков малых и средних размеров. Кроме того, выполняются ремонт, модернизация и пусконаладка различных особо сложных станков, в том числе многокоординатных с ЧПУ, поставленных в Россию по импорту. Создаваемые новые и модернизируемые станки оснащаются современным электрооборудованием и системами ЧПУ отечественных и зарубежных фирм. Компания «ФРЕСТ» тесно сотрудничает с фирмами Siemens (Германия), FIDIA, GAMFIOR (Италия) и др.
Для выполнения жестких требований рынка руководство предприятия с самого начала проведения структурных изменений сделало ставку на использование компьютерных технологий на всех этапах производственного процесса и в первую очередь — в проектировании.
Применение автоматизированного проектирования в конструкторской практике ЗАО «ФРЕСТ» имеет почти 30-летнюю историю. Пройдя путь от собственных разработок программ автоматизированного черчения и инженерных расчетов, специалисты приобрели огромный опыт в области автоматизированного проектирования и сформировали вполне определенный перечень требований, предъявляемых к системе САПР. Кроме того, безусловно, необходимо было оптимальное сочетание функциональной достаточности и приемлемой стоимости программного продукта.
В начале 90-х годов внимание наших специалистов привлекла отечественная разработка фирмы «Топ Системы» (www.topsystems.ru) — пакет T-FLEX CAD, в основу которого был положен параметрический подход. Конструкторы, уже имеющие опыт работы с различными графическими пакетами, прежде всего оценили именно это достоинство программного продукта. Сначала мы приобрели лишь одну лицензию, но за короткий срок система T-FLEX CAD завоевала признание специалистов, и сейчас в распоряжении конструкторов имеется 16 инсталляций T-FLEX CAD, а по мере появления новых версий проводится их регулярное обновление.
В этой статье мы расскажем об опыте работы наших специалистов с пакетом T-FLEX CAD 2D. При всех известных преимуществах трехмерного проектирования существует достаточно большой объем проектных работ, которые экономически более эффективно выполняются с использованием двумерного проектирования. Более того, следует признать, что пока массовые проектные работы все-таки ведутся с использованием двумерного проектирования, так как 2D-графику специалистам освоить проще и быстрее. Системы трехмерного проектирования представляют собой весьма сложный инструмент, поэтому подготовка специалистов, владеющих ими, требует гораздо больших затрат. Оптимальным решением является грамотное распределение проектных работ, которые должны выполняться с применением 2D- и 3D-графики.
Безусловно, большое значение для эффективности того или иного графического пакета имеет пользовательский интерфейс, который в активно развивающейся системе T-FLEX CAD от версии к версии становится все более удобным и функциональным. И все же наибольший восторг у пользователей вызывают параметрические возможности T-FLEX CAD: расчет переменных с использованием формул, математических функций и, что немаловажно, логических операций, а также выбор значений параметров из стандартных таблиц и баз данных — все эти средства создания параметрических моделей широко используются конструкторами. При этом, когда пользователь только изучает систему, он может создавать чертежи, не задумываясь над параметрическими задачами, то есть необходимо учитывать, что над пользователем, ранее работавшим в непараметрических пакетах, тяготеет идеология черчения линиями. В процессе освоения пакета происходит постепенный переход от идеологии электронного кульмана к идеологии создания параметрической модели, когда конструктор в процессе создания чертежа уже осознанно определяет параметрические связи между элементами, обеспечивающими многовариантность построенной модели. За счет применения логических операций в определении параметров достигается не только размерная, но и структурная многовариантность модели. Эти средства очень эффективны для создания чертежей-прототипов.
На рис. 1 и 2 показаны чертежи термостатов, полученные из одного прототипа. На рис. 3 приведена таблица параметров, описывающая алгоритм построения этого прототипа.
Вариантность модели достигается за счет присвоения элементам чертежа различных уровней видимости, которые заданы как параметры (в данном примере — u1 и u2). Для получения того или иного типа термостата достаточно задать один параметр — tip, а остальные параметры определены как функции аргумента tip. Значения параметров А, h, H и L выбираются из базы данных путем поиска записи, соответствующей значению параметра tip, а значения уровней u1, u2 определены с помощью логических операторов. Тем элементам чертежа, которые для всех типов термостата должны быть видимыми, присвоен постоянный уровень видимости «0». В статусе чертежа диапазон уровней видимости установлен таким образом, что элементы, имеющие уровни с отрицательными значениями, становятся невидимыми.
Для удобства использования прототипа создан диалог, показанный на рис. 4. В диалоговом окне пользователь выбирает только тип термостата, при этом отображаются значения зависимых параметров — диаметр присоединительного отверстия, размеры капиллярной трубки, параметр внутренней резьбы присоединительного штуцера. Эти параметры также зависят от типа термостата, но не участвуют в построениях данного чертежа: они применяются при вставке термостата как фрагмента на сборочный чертеж. Диалоговое окно создано на отдельной странице чертежа. В приведенном примере чертеж содержит еще одну дополнительную страницу — эскиз штуцера (рис. 5), используемого для соединительного кабеля термостата. Эта страница также применяется для получения справочной информации при вставке термостата на сборочный чертеж.
Средства создания многостраничных документов очень удобны и используются для разных целей, например при разработке электрических схем, а также для создания небольших сборок, которые в некоторых случаях удобно хранить вместе с деталировочными чертежами. На рис. 6 показан сборочный чертеж трубы с прямым и угловым соединением, размещенный на первой странице; на второй странице находится деталировочный чертеж трубы (рис. 7). Поскольку параметры у многостраничных чертежей — общие, то при изменении параметров трубы (диаметра, радиуса гиба) одновременно меняются и сборочный, и деталировочный чертежи, а кроме того, на сборочном чертеже из базы данных автоматически подбираются параметры стандартных соединений трубы.
Большой эффект при создании сборочных чертежей дает реализованный в системе T-FLEX CAD механизм приоритетов графических элементов, который определяет порядок их прорисовки относительно других элементов на чертеже. С помощью этого механизма процесс создания сборки из фрагментов выполняется очень легко: на каждой проекции сборочного чертежа происходит автоматическое выстраивание фрагментов сборки на нужной «высоте» в соответствии с приоритетами, заданными пользователем.
В системе реализован и традиционный механизм слоев, который позволяет один и тот же чертеж использовать и как деталировочный, и как фрагмент сборки. Для этого элементы, которые не нужны на сборочном чертеже, надо разместить на отдельный слой и присвоить такому слою атрибут «невидимый при вставке в сборку» — это исключает необходимость иметь различные виды одних и тех же деталей в зависимости от назначения чертежа (для сборки или деталировки). Например, на сборочном чертеже механизма перемещения гильз (рис. 8) детали «лимб» и «вал-шестерня» включены путем вставки деталировочных чертежей, показанных на рис. 9 и 10, с использованием слоев и приоритетов.
На всех чертежах автоматически проставляется масса детали, которая вычисляется с помощью встроенных функций расчета площади, координат центра масс и др.
Можно назвать и ряд других полезных средств системы T-FLEX CAD, которые используются на нашем предприятии. В частности, для получения чертежей зубчатых колес очень пригодилась функция импорта значений параметров из текстовых файлов. Геометрические расчеты зубчатых колес выполняются с помощью собственных программ, разработанных нами ранее. Передача расчетных параметров в систему T-FLEX CAD для создания чертежей зубчатых колес реализована следующим образом. В системе T-FLEX CAD были разработаны чертежи-прототипы зубчатых колес различных видов (цилиндрических, конических), параметры которых были согласованы с выходными данными программ геометрических расчетов. При получении актуального чертежа параметры заполняются посредством функции импорта из текстового файла, в который записаны результаты расчета. Таким способом получен, например, чертеж «вал-шестерня», представленный на рис. 10.
Накопленный опыт параметрического проектирования позволил нам выработать определенные подходы к созданию параметрических чертежей. В частности, рассмотрим один аспект, который следует учесть при создании библиотек параметрических прототипов. Эту задачу можно выполнить двумя путями. Первый — для каждого вида топологически инвариантных деталей создавать прототипы, которые обеспечивают только размерную вариантность. Создание таких прототипов достаточно просто, но приводит к неоправданному росту их количества, что замедляет поиск нужного прототипа. Второй путь — создание прототипов избыточной структуры, которые обеспечивают максимальную вариантность деталей данного типа в рамках номенклатуры предприятия. Недостаток такого подхода заключается в том, что разработка избыточных прототипов может быть весьма трудоемкой, а при их использовании потребуется задавать слишком большое число параметров для идентификации нужной структуры. Таким образом, при разработке параметрических прототипов требуется решать взаимоисключающие задачи — создавать не слишком усложненные прототипы и в то же время не допускать неконтролируемого разрастания библиотек. Как часто бывает, оптимальным решением является золотая середина: в каждой группе узлов, деталей или их фрагментов можно выделить несколько подгрупп, состоящих из геометрически наиболее сходных видов, и для каждой из них разработать прототип гибкой, но не слишком громоздкой структуры. Такой анализ номенклатуры предприятия и последующая унификация прототипов, конечно, потребуют привлечения высококвалифицированных специалистов, но эти разовые затраты окупятся при массовом использовании параметрических прототипов в проектировании, так как будут обеспечены быстрое нахождение в базе нужных элементов, минимизация проектных ошибок, сокращение сроков подготовки производства за счет применения унифицированных элементов. В конечном счете эффективность разработанной базы многовариантных прототипов узлов, деталей и их фрагментов заключается в том, что она не только охватывает достаточный диапазон номенклатуры предприятия, но и в том, что можно максимально использовать эту базу для получения новых компоновок при проектировании. Параметрические средства T-FLEX CAD в полной мере удовлетворяют решению указанной задачи.
Наш опыт применения T-FLEX CAD доказал, что эта система очень эффективна для решения многих конструкторских задач, которые и решают главную задачу предприятия — создание конкурентоспособной продукции в сжатые сроки.
