3 - 2000

CADMECH Desktop, или 3D-универсальность

А. Хейман

Подробный анализ существующих в настоящее время САПР среднего уровня свидетельствует о том, что среди всех систем САПР, предлагаемых в настоящее время на рынке СНГ, нет явных лидеров либо аутсайдеров. Все эти системы настолько близки друг другу и по технологии работы, и функционально, что выбор пользователем той или иной из них часто зависит от успеха дилеров в соревновании по поиску в предлагаемой ими системе каких-то «очень важных особенностей». На самом же деле в любой из прелагаемых САПР среднего уровня можно создавать очень сложные модели и сборки в сотни и даже тысячи деталей. Так как же быть пользователю, что выбрать? Ответ таков: выбирать необходимо САПР с приложениями. Иными словами — готовое решение в конкретной области, позволяющее конструктору, занимающемуся разнообразным проектированием, реализовывать свои идеи с максимальными скоростью и качеством. Многообразие задач требует универсальных приложений, обеспечивающих их оптимальное решение. Каждый из пакетов САПР среднего уровня снабжен достаточно большим количеством самых различных приложений. Однако по-настоящему универсальных и комплексных приложений, к тому же соответствующих отечественным стандартам, — очень мало.

В данной статье речь пойдет об одном из таких приложений — системе, разработанной НПП «ИНТЕРМЕХ» и работающей на базе пакета Mechanical Desktop R4, — CADMECH Desktop. Рассмотрим, в чем универсальность и комплексность данного приложения и в чем его отличие от других.

Основой любого из универсальных приложений является его информационная база, в качестве которой в CADMECH Desktop используется система IMBASE. Она представляет собой настоящую конструкторско-технологическую базу данных, учитывающую все особенности конструкторской базы, включая возможность создания многоуровневой иерархии выбора, выбор однотипных элементов с различными материалами, покрытиями, классами прочности и т.д.

Прокомментируем вышесказанное на примере выбора крепежных деталей. При выборе требуемого винта конструктор должен определить не только конструктивные размеры винта (диаметр и длину), но также и покрытие, класс прочности, материал крепежной детали. Если использовать традиционный подход к формированию баз данных, то, к примеру, винт М5Ѕ20 (ГОСТ 1491-88) должен быть представлен в базе данных несколькими десятками записей, представляющими собой все возможные сочетания различных покрытий, материалов и классов прочности. Любому здравомыслящему человеку понятно, что при таком подходе база данных крепежных деталей вырастает до невероятных размеров. Именно по этой причине большинство приложений, предоставляющих библиотеки крепежных деталей, дают пользователю возможность выбрать либо только геометрические размеры крепежного элемента, либо крепежный элемент с одним покрытием и классом прочности. IMBASE же позволяет очень просто создать любые варианты и комбинации различных классов прочности, покрытий и др., при этом лишь незначительно увеличивая объем базы данных. Такая возможность обусловлена внутренним построением базы данных IMBASE.

Другой важной особенностью информационной базы CADMECH Desktop является возможность сетевой работы большого количества пользователей. При совместной работе конструкторов на предприятии база данных устанавливается на сервере предприятия, а доступ к ней осуществляется с конструкторских рабочих мест. Установка базы данных на сервере дает возможность ее оперативной корректировки и обновления, а также ее централизованного ведения. Большинство других приложений имеет внутренние базы данных либо таблицы, которые устанавливаются вместе с приложением на рабочей станции конструктора и не дают возможности сетевой работы.

Еще одной важной особенностью информационной основы CADMECH Desktop является то, что вся информация о стандартных элементах, примененных в чертеже, хранится непосредственно в IMBASE. Сами элементы чертежа, такие как болты, винты, шайбы и т.д., хранят в себе только уникальные ключи из базы данных. Таким образом, элементы сборочного чертежа через уникальные ключи ссылаются на записи IMBASE. Далее при выпуске спецификации на данный сборочный чертеж информация о элементах, содержащихся в СБ, передается в подсистему генерации спецификации AVS в виде уникальных ключей. Подсистема AVS по этим ключам сама получает информацию об элементах из базы IMBASE и генерирует на основе этой информации спецификацию. Таким образом достигается полное соответствие спецификации с записями в базе данных.

Информация о деталях и сборочных единицах, в свою очередь, сохраняется в системе ведения архивов и проектов SEARCH.

Из всего вышесказанного следует, что все части общей системы CADMECH Desktop (SEARCH и AVS) информационно связаны между собой через базу IMBASE, а это, в свою очередь, обеспечивает высокую информационную надежность общей системы и исключает возможность потери информации на всех этапах проектирования. В этом и состоит комплексность подхода к проектированию.

Многие известные приложения решают отдельные задачи проектирования (зачастую очень хорошо) — ведение архивов и проектов, генерацию спецификации, проектирование конструкции изделий, однако не могут быть тесно интегрированы между собой, так как являются разработками различных фирм и не имеют единой информационной основы. Комплексный подход и единая информационная основа — основополагающие факторы для процесса автоматизации проектирования на предприятии.

Однако, кроме комплексного подхода, требуется и высокая степень автоматизации задач непосредственно проектирования конструкций в различных областях машиностроения. Как эти задачи решены в CADMECH Desktop и в чем отличие CADMECH Desktop от других приложений?

CADMECH Desktop отличается от других систем более широким охватом различных задач проектирования внутри одной системы. Это прежде всего наличие достаточно большого количества типовых элементов деталей. Это различного рода пазы, вырезы, выборки, бобышки, приливы, ребра и т.д., то есть элементы, ежедневно и ежечасно используемые конструктором при проектировании.

При этом особенность использования данных элементов при проектировании состоит в том, что конструктор получает возможность не только использовать тот или иной элемент в конструкции детали, но и очень просто, а главное, правильно сориентировать и привязать новый элемент к уже имеющейся части конструкции. CADMECH Desktop предоставляет свою, очень удобную систему размещения типовых элементов при 3D-моделировании. Кроме того, в процессе использования все типовые элементы автоматически образмериваются и осуществляется их привязка к уже имеющимся элементам и плоскостям 3D-модели. Немаловажно и то, что в процессе генерации типовых 3D-элементов накладываются все необходимые связи и зависимости. Таким образом, конструктор получает возможность правильного редактирования этих элементов. Казалось бы, что в этом необычного, все так и должно быть. На самом же деле правильная простановка размеров и наложение связей и зависимостей для генерируемого элемента является не совсем простой задачей и требует от конструктора определенного опыта и знания. При 3D-моделировании CADMECH Desktop позволяет конструктору начать проектирование 3D-модели с использованием типовых элементов практически сразу. Опыт и знание технологии моделирования заменят ему опыт и знания разработчиков системы, которые постепенно будут переходить к самому конструктору.

Кроме большого количества типовых элементов, CADMECH Desktop предоставляет конструктору также возможность создания собственных сложных 3D-элементов (состоящих из множества подэлементов). Созданные конструктором элементы помещаются в специальное меню и могут быть легко установлены на требуемую плоскость 3D-модели. Созданные конструктором элементы являются параметрическими. Размеры этих элементов могут быть либо взяты из связанной с ними базы данных, либо введены конструктором с клавиатуры. Готовой базы типовых конструктивных элементов, а тем более возможности создания собственных сложных элементов и связанной с этими элементами системы позиционирования нет ни в одном другом приложении к Mechanical Desktop. Да и у приложений к другим системам 3D-моделирования среднего уровня такие готовые базы практически отсутствуют.

Следует, однако, заметить, что трудно найти систему 3D-моделирования, у которой бы отсутствовало приложение для генерации трехмерных элементов сборочных единиц (винты, болты, штифты, пазы и т.д.). Разница между этими приложениями лишь в количестве генерируемых в них различных типов винтов, болтов и т.д.

CADMECH Desktop в этом плане отличается от всех других приложений тем, что основной задачей CADMECH Desktop является не сама возможность сгенерировать модели винта либо болта, а генерация крепежного соединения, включающего в себя крепежную деталь (винт, болт) и, если это необходимо, — шайбы, гайки, шплинты, а также генерацию отверстий под крепежный элемент во всех соединяемых деталях. Выбор диаметра и длины крепежного элемента осуществляется из базы данных IMBASE, причем выбор длины производится визуальным дискретным изменением длины крепежного элемента на основании информации, передаваемой из базы данных. В зависимости от выбранной длины крепежной детали автоматически осуществляется анализ необходимости генерации отверстия в соединяемых деталях и определяется их тип (резьбовые либо проходные). По желанию конструктора головка крепежного элемента может находиться в цековке. Количество соединяемых деталей неограниченно. CADMECH Desktop анализирует наличие отверстия в соединяемых деталях.

Если в каких-то соединяемых деталях отверстия под крепежный элемент уже имеются, а в каких-то нет, то система анализирует данную ситуацию и генерирует отверстия только в тех деталях, где они отсутствуют. Плоскости соединяемых деталей не обязательно должны прилегать друг к другу в месте соединения и могут иметь зазор.

Следует особо отметить, что после окончания генерации крепежных элементов CADMECH Desktop автоматически накладывает все сборочные связи между всеми элементами (винтами, шайбами, гайками и др.) и отверстиями в соединяемых деталях.

енерация отверстий в момент генерации крепежного соединения и автоматическое наложение связей между соединяемыми деталями дают возможность исключить большое количество ошибок, связанных с нестыковкой отверстий в соединяемых деталях, когда эти отверстия генерировались в каждой детали отдельно.

Еще одной важной особенностью генерации крепежных соединений является возможность генерации массивов соединений. Дело в том, что CADMECH Desktop генерирует не просто массив крепежных соединений в понятиях системы AutoCAD, а массив крепежных соединений в понятиях конструктора. Данная функция позволяет, например, в считанные секунды сгенерировать крепление по контуру крышки к плите с количеством крепежных соединений 14 штук (5Ѕ4). При этом автоматически рассчитываются все параметры массива (расстояние между элементами, количество крепежных элементов, расстояние от края и т.д.). Генерация массива «вручную» требует значительного времени. Ни одно из известных приложений такого типа не имеет подобной функции.

Крепежное соединение, сгенерированное в CADMECH Desktoр, является своеобразным объектом, к которому применимы все функции редактирования. Система позволяет изменить диаметр и длину крепежного соединения. При этом изменяются не только связанные с крепежной деталью шайбы, гайки и т.д., но и все отверстия, связанные с данным крепежным соединением во всех соединяемых деталях.

Система также позволяет скопировать крепежное соединение либо перенести его в новое положение. При этом возможно задание нового положения элемента как относительно базового, так и любым другим способом (от двух граней, концентрично и т.д.).

Ну и, наконец, если примененное соединение вам окончательно разонравилось, CADMECH Desktoр позволяет удалить его (со всеми связанными с ним отверстиями) при помощи одной команды.

CADMECH Desktoр позволяет генерировать следующие типы крепежных соединений: винтовое, болтовое, заклепочное, штифтовое, соединение установочным винтом, саморежущим винтом, шпильками, шурупами. Кроме того, CADMECH Desktoр позволяет конструктору самостоятельно создать требующиеся ему крепежные элементы, связать их с базой данных и дополнить этими элементами уже имеющуюся библиотеку крепежных деталей. Даже беглого взгляда на возможности работы с крепежными соединениями достаточно, чтобы понять, насколько глубоко проработаны эти вопросы в описываемой системе.

Наряду с библиотекой крепежных элементов, CADMECH Desktop предоставляет конструктору библиотеку подшипников качения, содержащую более 25 разнообразных типов подшипников.

Еще одной очень важной и тщательно проработанной частью CADMECH Desktop является модуль, предназначенный для автоматизации проектирования деталей типа тел вращения (валы, втулки, шестерни и др.). Данный модуль позволяет последовательно либо в произвольном порядке генерировать трехмерные параметрические элементы различных участков тела вращения, включая цилиндрические, конические (с различными способами задания размеров конической части), сферические, резьбовые, шлицевые, зубчатые и другие внешние и внутренние элементы. Rotation также позволяет генерировать трехмерные участки, поверхность которых определяется кривой, заданной по определенному закону (по формуле). Возможность же модуля автоматически анализировать необходимость технологических элементов (таких как различные типы канавок для выхода шлифовального круга, резьбонарезного элемента, выход фрезы для нарезания шлицев) и генерировать эти трехмерные технологические элементы явно выделяет его из ряда других приложений, решающих аналогичные задачи. Данный модуль позволяет генерировать модели стандартных элементов, таких как разнообразные упорные и запорные кольца, различные типы шпоночных соединений и т.д. При этом генерируются также шпоночные пазы (под шпонки) либо кольцевые канавки (под кольца). Выбор типоразмеров колец либо шпонок осуществляется автоматически, исходя из диаметра участка вала на основании информации из базы данных IMBASE.

Ну и, кроме того, данный модуль CADMECH Desktop отличается не только тщательной проработкой трехмерной модели тела вращения, но и практически полным оформлением чертежа тела вращения по ЕСКД, включая и автоматическую генерацию на чертеже выносных видов технологических канавок. Дело в том, что анализ показывает: время, затрачиваемое на получение и полное оформление проекций трехмерной модели, в 1,5-2 раза превышает время, требующееся для создания этой модели. Исходя из данного анализа в CADMECH Desktoр очень подробно проработаны вопросы, связанные с оформлением проекций трехмерной модели. Имеются функции генерации рамок, штампов, технических требований, простановки различных типов размеров, простановки отклонений формы и расположения, знаков шероховатости. Очень важно еще и то, что все функции оформления выполнены в полном соответствии с требованиями ЕСКД.

Что же касается оформления проекций деталей типа тел вращения, то сама трехмерная модель генерируется и образмеривается таким образом, чтобы на проекциях модели размеры стояли так, как это требуется на чертеже. Кроме того, по желанию пользователя могут быть автоматически сгенерированы и образмерены все выносные виды технологических элементов, а также сечения по шпоночным пазам и шлицевым элементам. Данные функции сводят время оформления чертежа тела вращения к минимуму.

Еще о двух важных подсистемах CADMECH Desktoр: о модуле проектирования листовых гнутых деталей и модуле проектирования конструкций из стандартных профилей. Модуль проектирования деталей листовой гибки настолько прост и удобен, что проектировать с его помощью сможет даже конструктор, не знакомый с трехмерным моделированием. Основной в проектировании листовых деталей является функция «Добавить элемент», которая позволяет создать элемент гнутой детали, задать размеры этого элемента, угол отгиба и радиус сопряжения с другим элементом. Все параметры нового элемента задаются в диалоговом окне, причем в момент задания параметров этого элемента на экране динамически визуализируется изображение элемента в соответствии с вводимыми размерами. Таким образом, еще на этапе задания размеров элемента конструктор видит, как будет выглядеть этот элемент, и в случае необходимости может скорректировать эти размеры. Кроме того, дополнительно может быть задана величина смещения данного элемента относительно базового ребра.

При генерации элемента листовой гибки размеры гнутого участка могут быть дополнительно скорректированы по внутренней либо по наружной части. Коррекция также может быть задана из диалогового окна, причем результаты коррекции также динамически визуализируются на экране компьютера. Данная функция позволяет добавить к уже имеющейся части гнутой детали целые ветки следующих друг за другом участков, размеры которых задаются в табличной форме в диалоговом окне.

Еще одной важной функцией проектирования гнутых листовых конструкций является функция продления либо укорочения любого из отдельных участков гнутой детали до плоскости любого другого участка. Данная функция позволяет очень легко и эффективно оформлять конструкцию углов проектируемой листовой детали, что обычно представляет собой достаточно трудоемкую задачу.

Заключительной операцией при проектировании деталей листовой гибки является операция развертки спроектированной листовой конструкции. Данная операция в CADMECH Desktop выполняется исходя из материала детали, ее толщины и радиусов гибки. Операция развертки осуществляется на основе анализа положения нейтрального слоя листовой детали. Чертеж развертки по желанию конструктора может быть получен как в пространстве модели, так и в пространстве листа. Также по желанию на чертеже развертки могут быть дополнительно выделены зоны сгибов. Подсистема проектирования конструкции из стандартных профилей, входящая в CADMECH Desktop, находит широкое применение в решении задач машиностроительного проектирования. Данный модуль, в отличие от многих других систем, позволяет проектировать не просто балки стандартного профиля, а сложные пространственные конструкции из профилей различных типов. В процессе проектирования пространственных конструкций из профилей система автоматически генерирует места стыковки отдельных частей конструкции в местах их соединений. Размеры поперечных сечений различных профилей хранятся в базе данных IMBASE и выбираются конструктором для конкретного типа.

Кроме стандартных типов поперечных сечений профилей, включенных в систему, существует также механизм создания новых поперечных сечений и дополнения их к уже имеющейся библиотеке профилей.

Следует отметить еще одну очень важную особенность проектирования конструкций из профилей. Она состоит в том, что в качестве базовой точки профиля (в зависимости от требований конструкции) может быть выбрана любая из характерных точек поперечного сечения данного профиля.

Для выбора требуемой базовой точки достаточно указать с помощью курсора одну из характерных точек.

Вся информация о типе профиля и длинах элементов конструкций автоматически заносится на модель и затем используется для генерации спецификаций для данной конструкции. Среди модулей CADMECH Desktop следует выделить еще и модуль проектирования трубопроводов, который позволяет значительно сократить время проектирования трубопроводов с привязкой их положения к уже имеющимся элементам конструкции сборочного узла. Подсистема проектирования трубопроводов решает следующие основные задачи:

  • Построение базовых (опорных) точек оси трубопровода либо отдельных участков трубопровода с привязкой к элементам конструкции сборочного узла.

    CADMECH Desktoр предоставляет конструктору целый ряд разнообразных функций, позволяющих оперативно определять опорные точки в пространстве. Это использование координатных фильтров, построение проекций отрезков на плоскости, построение перпендикуляра к плоскости из заданной точки, удлинение либо укорачивание отрезка до заданной плоскости, деление отрезка на участке заданной длины и целый ряд других функций.

  • Построение общей оси трубопровода на основе заранее определенных базовых точек и заранее построенных отдельных участков. На данном этапе система определяет также минимальные радиусы гибки трубы с учетом типа и материала трубы.
  • Построение твердотельной модели трубопровода по заранее определенной оси.
  • Размещение элементов арматуры трубопроводов с привязкой к уже имеющейся модели трубопровода.
  • Вопросы генерации спецификаций на основе спроектированных в CADMECH Desktoр сборочных узлов решает модуль AVS, также входящий в CADMECH Desktoр. Кроме первичных спецификаций, AVS также решает задачи формирования сводных текстовых документов, таких как ведомости спецификаций, ведомости покупных изделий, развернутые спецификации и т.д.

Таким образом, все описанные выше модули и подсистемы определяют полную функциональность CADMECH Desktop и решают широкий спектр задач трехмерного проектирования в рамках одной системы. CADMECH Desktoр — это по-настоящему универсальная и комплексная система. Надеюсь, что после знакомства даже с недостаточно полным описанием задач, решаемых системой, у читателей не останется сомнений в этом.

Сегодня от представителей практически всех фирм, поставляющих и продвигающих на российский рынок системы САПР трехмерного моделирования, можно услышать один и тот же лозунг: «Каждому конструктору — трехмерный САПР!» А следовательно, кроме вопросов сложного и уникального проектирования (блестяще решаемых системами среднего и тем более высокого уровня), необходимы еще и приложения максимально универсальной направленности, помогающие конструктору решать его ежедневные и ежечасные задачи. Наличие именно таких недорогих приложений вкупе с базовой трехмерной системой нередко изменяет выбор конструктора (за счет производительности и качества) в сторону не самых мощных и дорогих САПР. Mechanical Desktop, в лице CADMECH Desktoр, имеет такое приложение. Чем же ответят конкуренты?

Итак, CADMECH Desktop, в комплексе с другими продуктами НПП «ИНТЕРМЕХ», позволяет осуществить автоматизацию полного цикла конструкторско-технологического проектирования и подготовить всю необходимую информацию для систем автоматизированного управления процессом производства.

И вот еще о чем хотелось бы сказать в заключение. Некоторые западные производители и дилеры приложений к системам трехмерного моделирования рекомендуют российским разработчикам не создавать собственных приложений, а заняться адаптацией известных западных приложений. Так вот, в ответ хотелось бы предложить им вначале создать приложения, которые по универсальности и комплексности стояли бы на уровне CADMECH Desktop. А уж тогда мы будем заниматься их адаптацией.

«САПР и графика» 3'2000