4 - 2000

Autodesk Inventor — уникальный инструмент для инженеров в новом тысячелетии

Виталий Кононов, Марина Миронова, Дмитрий Левкин

Новый подход при создании современной САПР

Адаптивное конструирование

Адаптивные данные

Эффективная разработка крупных сборочных единиц с использованием интеллектуального механизма адаптивных данных

Адаптивная компоновка

Сборки механизмов

Возможности геометрического моделирования

Ввод и использование параметрических элементов

Совместная работа над проектом

Система поддержки и сопровождения процесса конструирования

Объявив о выходе нового продукта для пространственного конструирования, компания Autodesk, Inc. опять удивила весь компьютерный мир. Проект по созданию Autodesk Inventor был начат в 1998 году. В 1999 году вышла первая версия этого продукта, которая явилась отправной точкой в борьбе компании Autodesk, Inc. за выход на новый сегмент рынка, то есть рынок средних и тяжелых САПР. Все ожидали дальнейшего развития технологии трехмерного твердотельного конструирования в Autodesk Mechanical Desktop, но никто не ожидал, что Autodesk, Inc. рискнет разрушить уже сложившееся и длительное время поддерживающееся разделение рынка САПР. Продолжая развитие AutoCAD и Mechanical Desktop, Autodesk, Inc. считает, что Inventor должен не только сломать сложившиеся представления о разделении рынка САПР, но и изменить саму идеологию, существующие принципы и направления развития САПР для трехмерного твердотельного конструирования. Молниеносный старт проекта в 1998 году, выход первой некоммерческой версии Autodesk Inventor в прошлом году и объявление о начале продаж коммерческой версии в апреле нынешнего года поражают смелостью замыслов, своими размахами и скоростью реализации идей.

Что же представляет собой Autodesk Inventor? Это программа, нацеленная на проектирование больших сборок, включающих тысячи или десятки тысяч элементов. Посредством адаптивного механизма управления данными Autodesk Inventor поддерживает сегментированную базу и ее быструю загрузку на выполнение. Путем устранения необходимости разбивать проект на достаточно малые куски Autodesk Inventor повышает скорость и точность создания проектов. Уникальные возможности — адаптивные слои, поименованные видовые экраны, доступные компоненты, отслеживание чертежа и параллельная работа над проектом — расширяют границы и опыт разработки больших проектов. Давайте подробнее рассмотрим некоторые основные особенности и технологию конструирования, реализованные в Autodesk Inventor.

В начало В начало

Новый подход при создании современной САПР

Autodesk Inventor — это новая, современная САПР для конструирования машин и механизмов, использующая возможности операционной системы Microsoft Windows. Инструментальные средства Autodesk Inventor обеспечивают полный цикл конструирования и создания конструкторской документации. Есть четыре основных показателя, которые позволяют считать Autodesk Inventor самой современной САПР:

  • значительно сокращается цикл разработки модели конструкции;
  • реализована возможность совместной работы над конструкцией всех разработчиков, включая группы инженеров, находящихся на большом удалении друг от друга;
  • реализована возможность ввода пользовательских примитивов в параметрическом виде с целью последующего повторного использования;
  • обеспечивается доступ к трехмерной модели конструкции не только для разработчиков, но и для всех групп пользователей, задействованных в работе над проектом.

Эти четыре важных эксплуатационных показателя подкреплены пятью новинками в области технологии трехмерного моделирования и пространственного конструирования, реализованными компанией Autodesk, Inc. в программе Autodesk Inventor:

  • адаптивное конструирование;
  • адаптивная компоновка;
  • встроенный конструктор элементов;
  • инструментарий, обеспечивающий совместную работу над конструкцией;
  • системы поддержки и сопровождения процесса конструирования.

Давайте подробно рассмотрим все новинки технологии конструирования и работы над чертежами и проектами, реализованные в Autodesk Inventor.

В начало В начало

Адаптивное конструирование

В Autodesk Inventor при создании модели конструкции из отдельных узлов и сборок реализована процедура обеспечения их строгой взаимосвязи друг с другом для последующей точной сборки общей конструкции в целом. Пользовательская модель дает возможность разрабатывать конструкции узлов и механизмов независимо от конфигурации конструкции, ее параметров или размеров. Это делается путем определения критериев сборки деталей. Определение «cоответствия» базируется на том, как узлы и детали должны располагаться в сборках. При этом автоматически определяются размеры и пространственное расположение деталей. Этот революционный подход в реализации технологии моделирования значительно превосходит традиционные параметрические или вариационные модели тем, что он позволяет непосредственно устанавливать взаимосвязи между элементами в сборочных единицах независимо от порядка и времени их создания. С появлением технологии адаптивного конструирования, реализованной в Autodesk Inventor, больше не требуется с большой точностью прорисовывать все элементы конструкции каждой детали. Их конфигурация определяется непосредственно в сборках на основе того, как отдельные детали стыкуются друг с другом.

Autodesk Inventor также поддерживает традиционный параметрический метод моделирования, который обычно применяется в настоящее время. При его использовании взаимосвязь между элементами конструкции устанавливается за счет решения уравнений для размерных цепочек соответствующих взаимосвязанных частей этих элементов (рис. 1).

При этом Autodesk Inventor уходит от чисто параметрического подхода к конструированию за счет использования метода непосредственной вставки и подгонки элементов, названного методом адаптивной сборки. При его использовании нужно просто определить те поверхности, которые соединяются вместе или взаимодействуют друг с другом. При этом пользователь освобождается от обременительной работы по упорядочению параметрических зависимостей, в результате задания которых появляются конструкции, которые не могут быть изменены (рис. 2).

В начало В начало

Адаптивные данные

Основная цель, которую преследовали создатели Autodesk Inventor, — дать в руки специалистов инструмент для работы над созданием крупных сборочных единиц и конструкций. Новейшие инструментальные средства Autodesk Inventor с механизмом адаптивных данных позволяют пользователю быстро открывать и работать с моделями сборок больших размеров, включающих много узлов, подузлов и деталей. В отличие от традиционных средств конструирования сборочных узлов и отдельных элементов механических систем, механизм адаптивных данных в Autodesk Inventor использует сегментированную базу данных, что дает возможность быстро и автоматически открывать часть сборки. В результате такого подхода к реализации технологии конструирования обеспечиваются очень высокие временные и эргономические характеристики этого процесса. Поэтому, имея в своем распоряжении Autodesk Inventor, пользователь может эффективно работать с очень крупными моделями и сборочными единицами с высокой производительностью труда.

В начало В начало

Эффективная разработка крупных сборочных единиц с использованием интеллектуального механизма адаптивных данных

Файлы, создаваемые разработчиками моделей узлов механических систем, содержат много типов данных, включая граничные условия (для твердых тел), информацию, определяющую свойства объекта и его конфигурацию. Обычно при открытии файлов с моделями большинство программ для моделирования загружают все данные из них в основную память. При загрузке крупных сборок это обычно приводит к ошибкам из-за отсутствия свободных страниц памяти или отсутствия места для организации временных файлов на жестком диске, хотя в большинстве случаев пользователю не требуется полный доступ к информации обо всей модели. Autodesk Inventor предлагает новейшее решение этих проблем с использованием механизма адаптивных данных. При использовании этого механизма множество типов данных хранится в одном файле в отдельных его сегментах. Этот сегментированный файл позволяет автоматически получать характеристики оптимизированной системы путем загрузки только тех сегментов, которые в настоящее время требуются для работы. Другие сегменты загружаются по запросу, если они потребуются. Механизм адаптивных данных является полностью ассоциативным, и это гарантирует, что все конструкционные элементы, которые могут быть использованы в процессе работы над проектом, всегда несут в себе самую последнюю информацию обо всех операциях и обновлениях, совершенных над ними. Этот механизм охватывает как сборочные узлы и конструкции, так и отдельные подузлы, детали, рабочие чертежи и все сопроводительные документы, относящиеся к данному проекту.

В начало В начало

Адаптивная компоновка

Адаптивная технология также позволяет улучшить процесс разработки компоновок конструкции. На ранних этапах конструирования пользователь часто не знает, какую форму имеют отдельные детали. Поэтому он предпочитает пользоваться абстрактными конструкциями, которые часто представляют собой простые 2D-рисунки или эскизы (рис. 3).

Autodesk Inventor облегчает эту последовательность выполняемых действий за счет предоставления пользователю возможности создания сборочных конструкций, в которых некоторые детали представлены схематично, а другие являются полностью определенными трехмерными моделями. Когда завершается создание общей конструкции модели, система может изменить форму детали, представленную в виде рисунка или эскиза, и наложить все взаимные связи для данной детали в конструкции таким образом, как это предусмотрено пользователем на начальном этапе работы над конструкцией.

В начало В начало

Сборки механизмов

Нормальное функционирование механизмов является основополагающим при конструировании многих узлов и сборочных единиц. Для оценки характеристик их работы пользователю обычно требуются дополнительные специализированные программные средства. В процессе работы над анализом конструкции эти программные средства должны обладать возможностью кинематического анализа взаимодействия всех элементов системы, возможностями для оценки диапазона их перемещений в рамках заданных допусков (рис. 4).

В настоящее время большинство современных систем пространственного конструирования обладает ограниченными возможностями кинематического анализа элементов конструкции. Возможности параметрического конструирования накладывают определенные ограничения на анализ модели при наличии несанкционированного пересечения деталей в конструкции. Адаптивная технология Autodesk Inventor позволила избавиться от этих проблем за счет исключения параметрических зависимостей.

Рассмотрим пример, созданный с помощью системы параметрического моделирования (рис. 5).

На рисунке схематично показано начальное положение качающегося рычага, для которого при создании окружности, определяющей базу рычага, использовались параметрические зависимости. Поскольку зависимости являются параметрическими, пользователь не может динамически перетащить рычаг в сборку. С помощью Autodesk Inventor пользователь будет создавать стандартную сборку, имеющую полную взаимосвязь между двумя осями, что позволяет полностью поворачивать рычаг вокруг шарнира.

В начало В начало

Возможности геометрического моделирования

Autodesk Inventor включает весь набор функций для объемного твердотельного моделирования, которые могут потребоваться в процессе работы над моделями сложных узлов и деталей. Моделирование начинается с использования динамического мастера эскизов с интерактивным определением интеллектуальных профилей, строящихся с использованием линий, дуг и сплайнов. Мастер эскизов представляет собой графический редактор, связанный с логическим решателем, с помощью которого не только принимаются решения в процессе работы над эскизами, но и накладываются ограничения на связи между элементами конструкции. Ограничения определяются и накладываются автоматически, в зависимости от вида конструкции. Эскизы сохраняют свои свойства независимо от того, где используются их фрагменты. Это позволяет пользователям перетаскивать элементы эскизов в реальном времени в соответствии с ранее установленными правилами их включения в сборку. Эскизы могут содержать много различных элементов (например, крепеж в виде хомутов, скоб и т.д.), которые обнаруживаются и идентифицируются автоматически. Элементы, имеющие сложную геометрию, могут быть созданы с использованием функций выдавливания, вращения, развертки, протяжки профиля по заданной траектории и т.д. Также легко могут быть созданы детали сложных форм, включающих комбинации канавок, фасок, скосов, галтелей, различных типов углов, отверстий, оболочек и сложных пространственных элементов. Свойства и ограничения могут быть определены для отдельных элементов как в процессе их разработки, так и непосредственно в момент их включения в сборку. Все эти свойства и ограничения могут быть также переопределены или отредактированы с использованием среды адаптивного конструирования.

В начало В начало

Ввод и использование параметрических элементов

В Autodesk Inventor реализована уникальная функция, которая называется «Конструктор Элементов». Эта функция (рис. 6) позволяет без труда осуществить ввод любого элемента, описанного набором различных параметров в рабочую среду Autodesk Inventor. После этого с помощью специального модуля (Мастера элементов) любой пользователь может вызвать этот элемент на рабочий экран и задать параметры, определяющие конфигурацию данного элемента. Ввод информации может быть не только в виде конкретных значений заданных параметров, но и в виде диапазона их значений.

В начало В начало

Совместная работа над проектом

При работе в составе группы пользователям необходимо знать, кто в настоящий момент работает над конструкцией и какого рода изменения в нее вносятся. Autodesk Inventor имеет специальный модуль, который занимается отслеживанием процесса конструирования. Он позволяет любому члену конструкторской группы работать над конструкцией, видеть, какие файлы кем используются. Это дает возможность всем членам группы знать о текущем состоянии конструкции в любой момент времени, о внесенных изменениях и доработках различных ее деталей и узлов в целом. Этот модуль также позволяет пользователям вернуться назад и просмотреть варианты конструкции до внесения изменений. С помощью модуля отслеживания пользователь может задать конструкции уникальные свойства, сопроводив их соответствующим описанием. Далее пользователь может использовать эту информацию для поиска документов, отчетов и любых данных, прямо или косвенно связанных с этой конструкцией. Модуль отслеживания может быть передан членам конструкторской группы, работающим без Autodesk Inventor, что позволяет им быть в курсе всех модификаций проекта, редактировать конструкцию, ее атрибуты или как-то иначе осуществлять контроль за процессом конструирования.

Кроме модуля отслеживания конструирования, в состав Autodesk Inventor входит еще один интересный модуль под названием «Записная книжка конструктора» (рис. 7).

С помощью Записной книжки пользователь может присоединить к модели или узлу интересующие его вопросы, свои размышления или требования, которые он хочет адресовать своим коллегам, одновременно с ним участвующим в разработке данного узла. «Приклеиваемые» таким образом комментарии и замечания добавляются в 3D-модель и соответственно воспроизводятся и в Записных книжках других участников проекта.

В начало В начало

Система поддержки и сопровождения процесса конструирования

С течением времени происходит постоянное развитие САПР. В них добавляются новые функции, постепенно растет и усложняется система меню и работа с диалогами. Все это требует от пользователя, работающего с САПР, определенной квалификации, навыков и знаний не только в профессиональной области, но и в области работы с САПР. Теперь все чаще и чаще при приобретении программного обеспечения пользователи одновременно приобретают и курс обучения работе с САПР. В учебный курс входят не только процесс изучения руководства пользователя и выполнение приводимых в нем упражнений, но и непосредственная тренировка пользователя работе с САПР на реальных примерах. С учетом этого обстоятельства в Autodesk Inventor был включен модуль поддержки и сопровождения процесса конструирования (далее — DSS, рис. 8).

DSS встроен глубоко в продукт для того, чтобы помочь пользователям в изучении возможностей использования системы Autodesk Inventor, а затем за счет использования методики этой программы повысить производительность работы специалистов с САПР в целом.

DSS интегрирован в весь продукт и имеет следующие особенности:

  • встроенные команды в темах «How to» (Как сделать...), позволяющие пользователям активировать команду непосредственно из инструкции (рис. 9);
  • встроенные анимации команд, описывающие, как работает та или иная функция. Они могут быть воспроизведены с помощью правой кнопки мыши;
  • интеллектуальную архитектуру обработки ошибок и систему восстановления, позволяющие пользователям решать проблемы во взаимосвязи, начиная процесс анализа с первой и до самой последней даты обновления проекта, если это потребуется;
  • интерактивный DesignProf позволяет пользователям строить модели в удобном для них темпе в реальном времени;
  • новый Design Doctor руководит пользователями при решении проблем и возникающих коллизий в моделях (рис. 10).

Эти особенности, как и многие другие, объединяются вместе и дают пользователям возможность в полном объеме использовать возможности Autodesk Inventor и получить истинное удовольствие от работы с этой уникальной САПР.

«САПР и графика» 4'2000