4 - 2003

ADEM: единое конструкторско-технологическое пространство

Алексей Кашуба

Единое 2D/3D-пространство

Выпуску любого изделия предшествует конструкторско-технологическая подготовка производства. Этот процесс занимает больший объем времени от идеи до ее реализации, поэтому сокращение сроков подготовки производства является основой повышения конкурентоспособности.

Опыт показывает, что наилучший результат может быть достигнут при тесном взаимодействии основных участников процесса — конструкторов и технологов. Для автоматизации такой совместной работы нужна система, которая позволяет в едином информационном пространстве решать разнородные задачи. Программные продукты, обеспечивающие единое конструкторско-технологическое пространство на базе структурных и геометрических моделей, называют интегрированными CAD/CAM-системами.

Несмотря на то что в подобных системах может существовать разделение на различные предметные модули, результат работы конструкторов и технологов хранится в общей модели. Более того, интегрированные системы обеспечивают единое графическое представление данных, что упрощает взаимодействие участников. Но самое главное преимущество интегрированных систем — взаимосвязь конструкторской и технологической информации, которая гарантирует автоматическое или полуавтоматическое внесение изменений в технологию вследствие изменения геометрии изделия.

Одной из систем для автоматизации сквозного процесса конструкторско-технологической подготовки производства является отечественный продукт CAD/CAM ADEM. Он позволяет решить широкий спектр задач — от формирования облика изделия до подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ, включая разработку комплектов конструкторской и технологической документации.

Система состоит из трех основных модулей: CAD, CAM и TDM.

Модуль CAD позволяет создавать чертежи и объемные модели. Модуль CAM предназначен для создания управляющих программ для фрезерных, токарных, электроэрозионных и других видов станков. Модуль TDM — средство для повышения автоматизации создания конструкторской и технологической документации. Кроме того, в системе имеются дополнительные модули для настройки на различные виды технологического оборудования и для предварительного контроля качества механообработки, а также система управления архивом конструкторско-технологических документов.

Единое 2D/3D-пространство

Особенностью модуля CAD-системы ADEM является единое графическое пространство для построения чертежей, объемных моделей и сборок. Это позволяет эффективно применять все возможности и преимущества плоской и объемной функциональности для решения конструкторских задач. Иными словами, всегда доступны все методы и объекты проектирования. Не существует никаких ограничений в выборе средств и никаких разграничений на функциональные пространства (например, скетчер, моделировщик, сборщик, чертежник).

Данное преимущество позволяет гибко использовать систему для различных конструкторских задач в едином пользовательском интерфейсе.

Рассмотрим плоское моделирование в системе ADEM. Стоит упомянуть, что оно было разработано на основе функций системы CherryCAD, которая была первой отечественной системой плоского и объемного моделирования.

Как и в большинстве графических систем, построение плоских моделей в CherryCAD выполняется при помощи графических примитивов: отрезков, дуг, окружностей, кривых и комплексных объектов (контур, полилиния и т.п.). Система позволяет использовать вспомогательные построения, не прерывая основных построений. Программа предоставляет большой выбор методов построения примитивов и их комбинаций, широкий набор математических методов построения, включая NURBS-геометрию, а также всевозможные способы задания координат.

Текст может быть представлен либо в виде текстового параграфа или табличного текста с соответствующим выравниванием, либо в виде отдельных текстовых строк. Доступны стандартные ЕСКД-шрифты и все обилие SHX- и TrueType-шрифтов.

Большой набор условных обозначений (шероховатости, допусков, выносок), а также технологических объектов обеспечивает эффективное оформление чертежей и технологических эскизов. Предусмотрено множество стандартных и пользовательских штриховок в прозрачном и непрозрачном вариантах, а также имеются библиотеки форматок для различных стандартов ANSI, ISO, ЕСКД.

Система предоставляет все необходимые возможности нанесения и редактирования размеров. При этом размеры могут устанавливаться автоматическим или ручным позиционированием и имеют множество настроек, в том числе на различные стандарты. Для несложных фрагментов эффективно применение автомата, который осуществляет нанесение размеров без участия пользователя.

При помощи функций редактирования можно деформировать и дополнять элементы, строить скругления и фаски, выполнять обрезку, продление, сопряжение. Особое значение имеют булевы операции объединения, дополнения и пересечения контуров, которые упрощают плоское моделирование и черчение.

Кроме стандартных процедур переноса, поворота, зеркального отражения, копирования и масштабирования группы элементов, есть удобная функция извлечения области для создания местного вида.

Уникальный аппарат инженерной аппроксимации кривых дает возможность обрабатывать художественные эскизы до уровня чертежно-конструкторского исполнения.

Система ADEM позволяет создавать параметрические модели по двум методам: параметризация узлов и эвристическая параметризация. Параметризация узлов позволяет пользователю назначать связи геометрии с размерами. Эвристическая параметризация дает возможность перестраивать геометрию в соответствии с размерами на основе автоматического выявления геометрических связей. Оба метода достаточно эффективно обеспечивают редактирование чертежей и их фрагментов за счет изменения значения размеров.

При создании плоских и объемных сборок почти всегда используются стандартные или типовые детали. Конструктору не нужно каждый раз чертить эти элементы — ему достаточно воспользоваться библиотеками поставки, где имеются различные стандартные элементы, в том числе и крепежные. В случае если элемент в библиотеках отсутствует, пользователь может сам его создать и занести в каталог с помощью несложного механизма.

В общем и целом ADEM CAD содержит полноценную систему для выпуска чертежной документации и плоского моделирования, не уступающую, а по ряду параметров и превосходящую аналоги.

Однако этим возможности автоматизированного черчения не ограничиваются. ADEM CAD включает также функции для автоматического получения чертежных видов сечений и разрезов на базе объемной модели, но об этом чуть позже.

Команды объемного моделирования работают в том же графическом и интерфейсном пространстве, что и плоская часть. Начиная с 1997 года базой трехмерного моделирования системы ADEM стало математическое ядро ACIS, разработанное компанией Spatial Technologies. Его используют и другие известные системы: AutoCAD, Autodesk Inventor, Cimatron, IronCAD, CAD KEY и пр.

Данное ядро содержит набор функций, позволяющих использовать сразу два метода моделирования: твердотельное и поверхностное.

Системы твердотельного моделирования получили довольно широкое распространение. Они легче осваиваются, а кроме того, дешевле систем поверхностного моделирования. Твердотельное моделирование позволяет более простыми методами строить детали, имеющие несложную геометрию.

Системы поверхностного моделирования позволяют создавать более сложные обводообразующие объекты, которыми часто приходится моделировать корпуса судов, самолетов, автомобилей, а также и сложную технологическую оснастку, штампы и пресс-формы. Они просто незаменимы для доработки моделей с учетом технологических условий.

В ADEM CAD используется гибридное объемное моделирование, то есть имеется набор функций как для твердотельного, так и для поверхностного моделирования. Более того, оба метода могут быть применены к любому объекту независимо от способа его создания. Подобная универсальность позволяет использовать ADEM CAD для моделирования изделий машиностроения, авиа- и судостроения и для инструментального производства на этапах конструкторской и технологической проработки.

Большинство систем создают объемные модели на базе плоских геометрических объектов далее именуемых профилями. При этом для создания таких профилей часто предлагаются несложные плоские редакторы, которые называются скетчерами. Единое 2D/3D-пространство системы ADEM позволяет использовать для объемного моделирования всю мощность плоской части. Иными словами, создание профилей для объемной модели в ADEM ничем не отличается от обычного черчения или плоского моделирования. К тому же профилем может быть любой элемент объемной модели (ребро, плоскость, поверхность), в том числе и пространственные полилинии и сплайны. В свою очередь, при плоских построениях можно опираться на объемные вершины, ребра и грани, что обеспечивает свободу действий пользователя при моделировании сложных конструкций.

Отметим, что модель, в основе которой лежит профиль, параметрически зависима от его геометрии. Если изменить профиль, а затем регенерировать модель, то форма модели будет изменена. Для изменения профилей также используются функции плоского черчения.

Для удобного редактирования численных параметров реализовано дерево построений  — структура, в которой содержатся параметры производимых действий. После выполнения операция заносится в дерево. Если в дереве изменить параметры, то функция регенерации приведет модель в соответствие.

Основная часть объемных построений в системе выполняется функциями твердотельного моделирования. Данный набор функций позволяет выполнять проектирование широкого класса изделий. В этой части идеология работы в ADEM незначительно отличается от других систем. Здесь можно строить тела смещением, вращением, движением вдоль направляющей, создавать сквозные и глухие отверстия и т.п.

Особо следует отметить скругления переменным радиусом и скругления в вершинах, которые не так часто встречаются в моделировщиках среднего класса. Расширяет этот список создание составных отверстий, выдавливание и вырезание части тела, обрезание тела рабочей плоскостью, поверхностью и другим телом, построение тела по двум и трем видам. Последними достижениями в системе ADEM стали функции построения объектов смещением и движением под углом к нормали поверхности.

Также стоит упомянуть о способах построения оболочек на основе твердотельных и поверхностных моделей. Для построения оболочки достаточно задать значение толщины материала и ее расположение относительно нейтральной поверхности.

В системе имеется набор функций для создания пресс-форм — это автоматическое нахождение линий и поверхностей разъема, автоматическое создание уклонов и др. Но здесь следует отметить, что на практике применение подобной автоматизации ограничено лишь небольшим классом изделий. Дело в том, что в большинстве случаев задачи имеют не один, а множество вариантов решения на каждом этапе. Для автоматизации этих нетривиальных задач ADEM предлагает набор функций поверхностного моделирования.

Наиболее часто используется функция построения поверхностей по сечениям. Эти поверхности можно строить с учетом направляющей, а также с учетом аспекта. Аспекты  — это масштабные коэффициенты, задающие длину касательных векторов поверхности. Чем больше значение масштабного коэффициента, тем больше длина вектора и, следовательно, значительнее влияние граничных поверхностей на поверхность слияния. Аспекты можно задать при помощи не только числовых значений, но и ползунков. Таким способом довольно удобно управлять кривизной поверхностей.

Кроме указанных возможностей, есть функции, позволяющие строить поверхности по продольным и поперечным сечениям. При этом значения аспекта тоже могут учитываться. В системе существует функция затяжки открытых граней, благодаря которой удобно строить поверхности на основе других тел.

Самое важное заключается в том, что любое твердое тело может быть превращено в систему поверхностей, и наоборот, а система поверхностей может быть сшита в единое тело. Это позволяет производить локальные доработки моделей, что очень часто бывает необходимо в конструкторско-технологической практике.

Наличие в системе разнообразных измерителей позволяет производить линейные и угловые измерения, определять объемы, площади, инерциальные характеристики объектов. Системы проверки дают информацию о типах объектов и об их взаимном пересечении.

Объемные детали и сборки можно использовать для получения чертежей. При построении видов, разрезов и сечений происходит автоматическое нанесение обозначений в соответствии с ЕСКД. Но главная особенность функций проецирования — возможность регенерировать проекции, разрезы, виды и сечения в соответствии с изменениями объемной модели. Использовать регенерацию можно даже в тех случаях, когда на чертеж, построенный на основе объемной модели, конструктор нанес размеры, обозначения шероховатости, отклонения формы и другую условную графику.

Итак, преимущество единого 2D/3D-пространства заключается в том, что в руках конструктора находится весь геометрический аппарат проектирования. Это дает ему свободу в выборе средств и методов для решения задачи, не ограничивая рамками того или иного подхода.

Представим себе, например, что большинство задач конструктор может решить с помощью системы плоского моделирования. Но вот встречается задача, с которой этот традиционный метод справляется плохо или вообще не дает решения (а таких задач становится все больше). Тогда приходится обращаться к системе объемного моделирования и осваивать новый интерфейс и способы работы. Можно, конечно, передать эту работу другому исполнителю, имеющему навыки работы с трехмерной системой, но и в этом случае остается проблема передачи данных из одной системы в другую и обратно. Если же организовать разработку изделия только на базе методов объемного моделирования, то можно проиграть в эффективности решения массы простых плоских задач.

Имея в своем арсенале инструмент, сочетающий специфику плоского и объемного проектирования, разработчик обеспечивает себе единую логику работы с различными видами описания изделия. Иными словами, единое пространство объединяет разнородные взгляды и подходы участников проектирования.

Продолжение следует.

«САПР и графика» 4'2003