2 - 2004

Опыт использования T-FLEX CAD при проектировании металлических конструкций

Павел Перфильев

Конструкции из сортового проката используются при решении большинства задач промышленного проектирования. В одних случаях это могут быть относительно простые опорные узлы различных трубопроводов или рамы насосного и другого оборудования, в других — весьма сложные площадки для размещения и обслуживания технологического оборудования. При этом широко распространены такие типовые конструкции, как опорные узлы трубопроводов и металлические фундаменты насосных агрегатов. А сложные конструкции, как правило, могут быть разделены на типовые сборочные узлы (стойки, ограждения, лестницы и т.п.). Применение параметрического моделирования для решения подобных задач позволяет существенно повысить качество и надежность проектной документации и сократить сроки проектирования.

Выбор системы T-FLEX CAD российской компании «Топ Системы» для проектирования металлоконструкций был обусловлен рядом достоинств, отличающих ее от аналогичных систем:

• T-FLEX CAD обладает мощными возможностями 3D-моделирования, поскольку она построена на ядре твердотельного моделирования Parasolid, а использование трехмерных моделей металлических конструкций сокращает затраты времени на проектирование и повышает надежность выпускаемой проектной документации;

• T-FLEX CAD обеспечивает полную поддержку стандартов ЕСКД и СПДС;

• имеются библиотеки стандартных изделий (крепежные изделия, прокат);

• система предоставляет пользователям простые механизмы для создания собственных библиотек типовых элементов, доступные и понятные даже конструкторам, не имеющим навыков программирования;

• возможна автоматическая генерация спецификации для разработанных сборочных моделей;

• в системе реализован простой и понятный механизм создания собственных шаблонов спецификаций;

• возможна быстрая модификация сборочных моделей металлоконструкций с автоматическим обновлением спецификаций.

Опыт применения системы T-FLEX CAD 3D для проектирования металлоконструкций позволяет выделить два различных способа построения сборочных 3D-моделей.

При первом подходе для построения сборочной модели из отдельных фрагментов применяются локальные системы координат (ЛСК), которые используются для вставки фрагмента в сборочную модель и для привязки к нему других фрагментов. Такой способ привычен, интуитивно понятен, поэтому начинающий пользователь, как правило, применяет именно его. На рис. 1 показан пример сборки рамы на основе ЛСК: в левом окне изображен угол рамы из швеллеров, в правом — один из этапов вставки в модель фрагмента (формирование выреза, аналогичного показанному в левом окне) с привязкой его по ЛСК.

В целях ускорения процесса проектирования разработан другой способ построения сборок — это использование механизма планировок при моделировании металлоконструкций. В этом случае сборка ведется на основе 2D-фрагментов, вставляемых в сборку на активной рабочей плоскости. При этом автоматически генерируется 3D-модель, созданная во фрагменте. Пример такой сборки представлен на рис. 2: левое окно — активизированная рабочая плоскость со вставленными 2D-фрагментами, правое окно — полученная модель рамы.

Оба способа построения сборочных моделей имеют как положительные, так и отрицательные стороны.

Использование ЛСК, как уже было отмечено, обеспечивает простой и понятный подход к моделированию 3D-сборки, напоминающий реальный процесс сборки металлоконструкций. Кроме того, для любого фрагмента достаточно большое количество возможных ЛСК, что обеспечивает многообразие способов размещения 3D-фрагмента в сборке. Недостатком же этого является необходимость обязательного задания линейных размеров элементов проката при вставке в сборку, что порой требует выполнения дополнительных вычислительных операций и соответственно увеличивает сроки моделирования.

При построении сборочной модели на основе механизма планировок 3D-модели фрагментов автоматически строятся при вставке в сборочную модель (либо на активной рабочей плоскости, либо в 2D-окне) построенных особым образом 2D-фрагментов с 3D-геометрией. При этом фрагменты могут вставляться как с помощью векторов привязки (длины проката надо задавать), так и с привязкой по узлам (длины проката не задаем, они высчитываются автоматически). Все это значительно расширяет возможности моделирования металлоконструкций; к тому же при вставке фрагментов по узлам отпадает надобность в проведении дополнительных вычислений, что в целом повышает производительность труда конструктора. Определенным недостатком применения фрагментов, вставляемых по узлам, является необходимость создания большего числа фрагментов библиотеки, так как каждый из них имеет только один способ вставки в сборку. Но еще раз подчеркнем, что скорость построения сборочной модели при использовании механизма планировок в целом, как правило, будет выше.

Максимальной же производительности проектирования можно достичь лишь при грамотном сочетании обоих способов построения 3D-сборки.

При использовании системы T-FLEX CAD для проектирования металлоконструкций необходима правильная организация библиотек стандартных и типовых элементов и соответствующая настройка системы моделирования. Настройка системы моделирования предполагает создание шаблона спецификации по ГОСТ 21.101-97, приложение «Ж», форма 7, а также добавление разделов спецификаций, корректировку файла описаний данных пользователя, разработку и подключение прототипов 3D-моделей.

Хотя в комплексе стандартных библиотек T-FLEX CAD имеются библиотеки параметрических фрагментов, используемые при проектировании металлоконструкций, их явно недостаточно. Однако это не является серьезным препятствием, так как любой пользователь может создать необходимый комплект параметрических фрагментов своими силами.

Опыт проектирования различных изделий из проката позволил выработать к построению библиотек параметрических фрагментов особый подход, основанный на том, что фрагменты, используемые при проектировании, разделены по следующим библиотекам:

«Прокат» — 3D-модели элементов сортового проката (швеллеры, двутавры, уголки и т.п.) и типовых деталей из листового проката (кницы, планки и т.п.);

«Типовые сборки» — 3D-модели типовых сборочных единиц металлоконструкций (стойки, лестницы, площадки и т.п.) строятся на основе фрагментов библиотеки «Прокат»;

«Металлоконструкции-узлы» — фрагменты типовых узлов металлоконструкций, используемые при оформлении проектной документации;

«Прокат-вырезы» — 3D-модели фрагментов для выполнения булевых операций (вырезы в элементах проката при их стыковке друг с другом).

При создании фрагментов, включаемых в спецификации (это две первые библиотеки), в них обязательно включаются данные для спецификации. Фрагменты типовых сборок имеют в своем составе чертежи, оформленные в соответствии с правилами СПДС, в том числе и спецификации. В библиотеку «Прокат» входят фрагменты с разными механизмами вставки в сборочную модель. Так, на рис. 3 показан пример фрагмента швеллера, вставляемого в сборку по узлам. Такие фрагменты достаточно часто используются при проектировании различных металлических фундаментов под оборудование, площадок обслуживания и т.п.

Пример фрагмента «лестница» типовой сборочной единицы показан на рис. 4. Данный фрагмент имеет набор внешних переменных, управляющий моделью, вставка в сборку осуществляется с помощью ЛСК. На рис. 5 представлены некоторые модели из библиотеки «Типовые сборки».

Использование параметрических фрагментов позволяет решать самые разнообразные задачи — это моделирование сборочных единиц металлоконструкций, автоматическая генерация спецификаций на изделие, быстрое редактирование модели (возможно как простое изменение размеров, так и изменение конструкции), генерация ведомости материалов. Примеры 3D-моделей различных металлоконструкций, построенных с использованием библиотек параметрических фрагментов, представлены на рис. 6.

На основе построенной трехмерной модели можно быстро получить необходимый комплект проектной документации. Для этого следует сгенерировать нужные проекции, выполнить разрезы, нанести размеры и необходимые надписи. Спецификация по ГОСТ 21.101-97, приложение «Ж», форма 7, автоматически генерируется на основе данных пользователя, заданных при разработке фрагментов. Чертежи на сборочные единицы (лестницы, стойки т.п.), заранее созданы в соответствующих фрагментах, так что достаточно только задать для них необходимые значения переменных, заполнить основную надпись — и они готовы к печати. На рис. 7 показан пример проектной документации.

Из вышеизложенного следует вполне обоснованный вывод: система параметрического моделирования T-FLEX CAD 3D может быть с успехом использована для проектирования металлических конструкций. При этом библиотеки параметрических фрагментов элементов проката позволяют значительно увеличить производительность проектировщика, а применение типовых сборок и узлов металлоконструкций повышает надежность проектируемых изделий.

«САПР и графика» 2'2004