Первые ласточки, или Об опыте практического применения трехмерного моделирования в КОМПАС-3D
Каждый конструктор, долгое время проработавший в двухмерном графическом редакторе, постепенно начинает тяготиться тесными рамками плоского черчения, каким бы удобным ни был сам процесс проектирования на экране по сравнению с работой на кульмане. Фактически такое проектирование представляет собой перенос на бумагу (или на экран) изначально трехмерных замыслов конструктора. Не пора ли вообще исключить плоское вычерчивание из этого процесса?
Развитие аппаратных и программных средств обусловило переход к новому этапу в компьютерном проектировании — созданию программ трехмерного моделирования. В этой небольшой статье автор намерен поделиться с читателями первыми опытами перехода от 2D- к 3D-проектированию в хорошо известной графической системе КОМПАС.
Пойдем от общего к частному. Прежде всего хочется отметить, что разработчикам системы удалось сохранить преемственность внешнего вида: интерфейс, как и прежде, продуманный, довольно четкий и ясный, не перегруженный излишними кнопками и панелями. Автор много лет проработал с «плоскими» версиями системы и чувствовал себя «внутри» новой программы вполне комфортно. Конечно, работа в «трехмере» требует обязательного знания основ плоской графики, но не более того (безусловно, необходимо еще и пространственное мышление, но и это дело наживное).
Понятно, что первым этапом освоения новой системы стал перевод некоторых сложных деталей, ранее созданных в виде плоских чертежей, в объемный вид. Кстати, от продвинутых пользователей известных зарубежных систем я слышал термин, определяющий этот процесс, — «поднять в трехмер». Два примера подобного перевода показаны на рис. 1 и 2.
Такая работа оказалась крайне полезной сразу по нескольким причинам.
Во-первых, позволяет набить руку (а также множество шишек, что тоже естественно).
Во-вторых, удается сразу увидеть, как деталь будет выглядеть на самом деле. Порой совершенно замечательные на плоскости идеи просто физически не могут быть реализованы в производстве — трехмер наглядно это продемонстрировал.
В-третьих, еще на этапе проектирования можно элементарно рассчитать массу сложнейшей детали, площадь ее поверхности. Эти данные абсолютно необходимы при подготовке массового производства изделий (например, при расчете закупок материалов или стоимости гальванических или лакокрасочных покрытий). Насколько мне известно, одним из первых пользователей КОМПАС-3D стал Московский ювелирный завод «Адамас», где прежде всего оценили именно эти возможности системы.
По мере освоения системы возростала сложность проектируемых деталей и изделий. Этому способствовало и то, что в КОМПАС появилась возможность проектировать не только отдельные детали, но и сборки. Правда, оговорюсь, пока еще не удается спроектировать изделие полностью в трехмере, совершенно исключив этап создания сборочного чертежа. Этому есть несколько объяснений. Во-первых, психологическая сложность — привычка к традиционному черчению; во-вторых, обычно существует ограничение сроков создания проекта — не все руководители готовы финансировать освоение системы в рабочее время; в-третьих, наличие у системы ограничений по количеству одновременно обрабатываемых деталей и отсутствие некоторых нужных функций.
Тем не менее на сегодня у автора выработался определенный навык совмещенного проектирования, при котором работа начинается с создания плоского сборочного чертежа, после чего процесс проходит параллельно. Очень удобно, что деталировку можно выполнять сначала в 3D-моделлере, а затем создавать заготовки для плоских чертежей со всеми необходимыми видами и разрезами (рис. 3 и 4). Некоторые разрезы, очень важные для понимания детали, получаются настолько «хитрыми», что вычертить их вручную было бы крайне сложно. Кроме того, довольно трудоемка ручная отрисовка сложных линий перехода между пересекающимися поверхностями.
Вообще же создавать деталировочные чертежи желательно в самый последний момент, после утверждения общего вида изделия (как сборочного чертежа, так и трехмерной модели). Cистема пока не позволяет проследить изменения в цепочке «модель — плоский чертеж». Хотя этот этап в принципе необходим при современном методе производства, когда рабочему нужен чертеж детали, при переходе к изготовлению изделий на станках с ЧПУ будет вполне достаточно изменять только программу обработки без перевыпуска чертежей.
При создании трехмерных деталей в составе сборки рекомендуется использовать спроецированные изображения ребер или граней уже имеющихся деталей в качестве эскизов для объемных операций в новых деталях. Тогда при необходимости изменить «родительские» детали не нужно будет заботиться о перестроении деталей-«потомков» — это произойдет автоматически.
Наряду с чисто проектными функциями трехмерный модуль позволяет решать дизайнерские задачи. Увидеть реальное изделие до его воплощения в материале, повертеть его в пространстве, оценить цветовое решение, даже проверить кинематику — вот неполный перечень тех преимуществ, которые предоставляет конструктору КОМПАС-3D.
К сожалению, по ряду соображений я не могу назвать те изделия, которые пришлось спроектировать в последнее время и изображения которых будут приведены ниже. Замечу, однако, что они относятся к областям точного приборостроения, вакуумной техники, измерительной техники высшего точностного диапазона. Одни из них уже изготовлены и успешно работают, другие находятся в стадии производства.
Изделие 1 довольно несложное, состоит всего из 25 деталей, включая стандартный крепеж (рис. 5). Проектирование, в том числе плоское черчение и трехмерное моделирование, заняло приблизительно 2-2,5 недели.
Следующее изделие более сложное, хотя количество деталей не слишком возросло — до 35 штук (рис. 6). Однако их конфигурация сложнее, сопряжений больше. Как я уже упоминал выше, здесь «трехмер» оказал неоценимую поддержку при определении внешнего вида прибора. Сроки проектирования в этом случае оказались побольше — около месяца (понятно, что сроки научного обоснования здесь не учитывались).
Одной из последних разработок стало конструирование изделия 3 — электронно-оптического прибора (рис. 7). Прибор состоит примерно из 60 деталей, не считая крепежа (винты, шайбы, штифты). В составе этого прибора имеется много деталей сложной конфигурации, существуют и определенные требования к их взаимному пространственному положению. Создание трехмерной модели очень помогло представить все взаимосвязи деталей и избежать ненужных «пересечений». Кроме того, удалось удовлетворить высокие требования к массовым характеристикам сборок, так как система позволяет точно рассчитать массо-центровочные параметры изделия. Демонстрация трехмерной модели произвела на заказчика хорошее впечатление, что также является преимуществом новых подходов к проектированию. Ведь далеко не каждый человек способен быстро воспринять информацию, которую несет сборочный чертеж. Да и внешний эффект играет здесь не последнюю роль.
КОМПАС может также применяться при создании иллюстрированных инструкций по сборке, ремонту и техническому обслуживанию приборов и механизмов.
В заключение необходимо отметить, что система работает вполне надежно, проста в освоении и обращении. Каждая последующая версия программы содержит новые команды; быстро исправляются недоработки, замеченные пользователями. Система развивается, и недалеко то время, когда она сможет успешно конкурировать с западными аналогами.
«САПР и графика» 5'2001
