Пять доводов в пользу трехмерного моделирования

Улучшенное конструктивное оформление

Автоматизированное производство чертежей

Упрощенная модификация чертежей

Интеграция с другими программами

Укороченный цикл проектирования

Заключение

По некоторым оценкам, свыше 100 тыс. инженеров-конструкторов за минувшее десятилетие изменили базовый подход к своей работе, перейдя с двумерных чертежных компьютерных программ на системы трехмерного конструирования с использованием твердотельных моделей.

В нынешних условиях растущей конкуренции, когда ускорение процесса проектирования является настоятельной необходимостью, то, что когда-то начиналось в виде тонкой струйки, превратилось в бурный поток. За последние два года на 3D-проектирование перешло почти столько же компаний, сколько за десять лет после появления этой технологии.

Если вам доводилось работать в фирме, которая в те времена могла себе позволить приобретение 3D-систем, то вам не надо объяснять преимущества твердотельного моделирования для технического конструирования.

А как же быть с остальными?

Благодаря появлению программ с оконным интерфейсом, технология твердотельного моделирования сейчас доступна практически любому инженеру из сообщества технических конструкторов. В связи с этим сегодня перед проектировщиками нового поколения встают те же вопросы, что и перед их предшественниками много лет назад. Действительно ли твердотельное моделирование — это то, что нужно? Повысит ли оно эффективность процесса конструирования? Будет переход на твердотельное моделирование разумным решением?

Ведущая фирма по системам автоматизированного проектирования Autodesk, которая одной из первых занялась созданием компьютерных программ твердотельного моделирования, помогла тысячам компаний найти ответы на эти вопросы и осуществить переход на 3D-проектирование.

Рис. 1

Улучшенное конструктивное оформление

Одним из наиболее очевидных отличий твердотельного моделирования от двумерного черчения является построение точной по размерам трехмерной модели. Благодаря графическим возможностям современных компьютеров, модель можно рассматривать на экране со всех сторон, манипулируя ею, как реальным предметом.

Возможность выразить свои идеи непосредственно в трехмерном пространстве дает конструктору гораздо большую свободу и повышает эффективность его работы. «Конструктор обладает пространственным мышлением, — отмечает Маршалл Халберт, главный конструктор фирмы Pacific Coast Technologies. — Трудно создать 2D-чертеж, когда вы мыслите 3D-образами». Его поддерживает Джон Барановский, менеджер по системотехнике из HMS, Inc.: «Работа в трехмерном пространстве делает ненужной «трансляцию мышления», которая необходима, чтобы разобраться в 2D-чертеже». Трехмерная модель для конструктора — более удобный и эффективный способ воспроизведения замысла.

Улучшенное конструктивное оформление облегчает работу с моделью для тех, кто находится дальше по цепочке. Возьмем производственную сферу. На основе твердотельной модели может быть автоматически создано покомпонентное изображение с пространственным разделением деталей, помогающее свести к минимуму ошибки производственного персонала. «Производственники обожают такие картинки, поскольку те легки для восприятия, — говорит Джеймс Тодорофф, менеджер по технологическим процессам из Wisne Design. — Впрочем, от рабочих сборочного цеха никто и не требует умения разбираться в сложных чертежах».

«Имея 3D-модель, созданную в программе Inventor, вы быстро донесете свои идеи до любого человека, не знакомого с вашим проектом, — считает Грег Преваенс, инженер-конструктор из Pearson Packaging Systems. — Когда перед нами трехмерная модель, у нас есть возможность детально рассмотреть конструкцию и решить проблемы гораздо быстрее, чем это бывало прежде».

Важно и то, что на маркетинговых презентациях и в технических публикациях реалистичный рендеринг трехмерной модели производит гораздо большее впечатление, чем обычный 2D-чертеж, поскольку такая модель гораздо легче для восприятия. «Фактически мы предлагаем клиентам прототип еще до того, как создан реальный образец, — говорит Алфредо Бентивольо, президент канадской компании Alpha Marathon. — Клиент может рассматривать машину под любым углом и сразу предлагать свои рекомендации. Это дает громадную экономию времени. Клиенты считают нас чуть ли не магами и волшебниками».

Дейв Пэрри, управляющий директор из британской фирмы Nova Design, отмечает: «Как только наши посетители видят, что мы делаем в Inventor, они сразу же cтремятся войти в число наших клиентов».

Автоматизированное производство чертежей

Каким бы странным это ни казалось, но одним из главных преимуществ программ 3D-моделирования является их способность быстро создавать точные 2D-чертежи.

Дело в том, что современные полнофункциональные программы твердотельного моделирования (включая и Autodesk Inventor) могут автоматически производить 2D-чертежи разных проекций прямо с твердотельной модели, находящейся слоем ниже.

Даже в случае с простыми компонентами генерирование двумерной проекции с твердотельной модели выполняется быстрее, чем создание чертежа в традиционном 2D-окружении. Как говорит Джон Фостер, управляющий директор из Professional Design Group: «Для выполнения простых задач мы все равно используем программу 3D-моделирования Autodesk, поскольку работать там гораздо быстрее и легче, и даже для несложных деталей есть смысл делать трехмерные модели».

Например, проекции, показанные на рис. 2, были генерированы на основе 3D-модели в Autodesk Inventor — вся работа потребовала лишь нескольких операций и была выполнена за 10 минут. Представленные там же базовые проекции и сечения, созданные с применением традиционной 2D-техники в AutoCAD, потребовали гораздо большего числа операций и заняли около 35 минут времени.

Дополнительная изометрическая проекция была сгенерирована с твердотельной модели за несколько секунд. На ее создание традиционным способом ушло бы куда больше времени. Для многих компаний возможность самостоятельно создавать описательные изометрические проекции, сечения и покомпонентные изображения означает экономию тысяч долларов в год на одних лишь заказах по изготовлению чертежей.

Упрощенная модификация чертежей

Процесс проектирования — это лишь один из аспектов, который может быть усовершенствован за счет технологии твердотельного моделирования. Еще большим достоинством в глазах многих пользователей является то, что программы 3D-моделирования позволяют легко изменять уже существующие конструкции и их чертежи. Как отмечает г-н Тодорофф из Wisne: «Такие программы прекрасно воспроизводят замысел инженера и дают нам возможность использовать свои прежние конструкции для создания новых, существенно сокращая тем самым цикл разработки».

Предлагаемый современными программами параметрический подход позволяет конструктору задать новые размеры, и программа пересчитает все изменения, касающиеся тех деталей модели, которым определены эти размеры, и автоматически обновит всю модель. Интеллектуальные функции таких пакетов, как Autodesk Inventor, ускоряют процесс модификации, поскольку программа автоматически вычисляет всё — например точное размещение сквозного отверстия в детали, размеры которой были изменены.

Между тем сами детали тоже создаются не изолированно: они рассчитываются программой на работу в контексте сборки. Свойства одной детали определяют форму и размеры другой. Традиционные САПР включают механизм параметричности, который и определяет такие отношения между деталями. Он неплохо работает в простых ситуациях, но дает сбои в реальных условиях кинематической подсборки и при непредсказуемых изменениях схемы.

Адаптивная технология программы Autodesk Inventor устраняет проблемы взаимоотношений, возникающие внутри сборки в параметрической конструкции. Характеристики деталей можно определять в контексте узла, в котором они находятся. Простой интерфейс программы позволяет задавать формы деталей, их размеры и позиции. Адаптивная технология дает свободу в конструировании и возможность редактировать детали в ориентированном исключительно на сборку окружении.

Интеграция с другими программами

Поскольку 3D-модели содержат значительно больше технических данных, чем 2D-чертежи, то еще одним важным достоинством технологии твердотельного моделирования является возможность последующей обработки полученных результатов с помощью других программ, связанных, например, с анализом и производством.

Прямая совместимость систем 3D-проектирования с такими программами позволяет конструктору использовать на ранней стадии разработки средства анализа конечных элементов, кинематики, допусков и т.д. Это помогает существенно повысить качество проекта. Касаясь включения в рабочий процесс анализа конечных элементов, г-н Тодорофф из Wisne отмечает: «Это дает нам возможность имитировать условия нагрузки, выявлять точки высокого механического напряжения и дорабатывать отдельные детали для снижения этого напряжения».

По словам г-на Халберта из Pacific Coast Technologies, тесная интеграция между проектированием и производством ведет к значительной экономии времени. «По трехмерной модели в заводском цехе видят, как должна выглядеть готовая деталь, — поясняет он. — А нам достаточно было сделать лишь небольшой пересчет для станка с числовым программным управлением. Таким образом, мы получаем возможность быстрее и детальнее прорабатывать проекты».

В числе приложений, которые хорошо сочетаются с Autodesk Inventor, — программы анализа конечных элементов, симуляции движения, управления и обмена данными. Франк Кристек, менеджер по САПР из германской компании Fahrzeugbau Langendorf идет дальше: «Мы подключаем Autodesk Inventor к процессу продаж. Наш торговый представитель заполняет таблицу Excel, а Inventor затем автоматически создает трехмерную модель грузовика и даже генерирует технические чертежи».

Укороченный цикл проектирования

Для многих пользователей преимущество технологии твердотельного моделирования связано с возможностью поддержания своей конкурентоспособности за счет сокращения цикла проектирования.

Обычно производственный инженер рассуждает так: «Наша цель — сравняться с конкурентом или обойти его, сократив время на проектирование. А поскольку Autodesk Inventor включает средства, необходимые на всех стадиях — от разработки деталей до создания прототипа, то это именно то, что нам нужно». Это мнение разделяют все конструкторы, перешедшие на твердотельное трехмерное моделирование.

Билл Хасбрук, инженер по акустике из фирмы Phoenix Gold, говорит: «Сокращение цикла, которое было достигнуто за счет использования Inventor, открыло перед нами возможность быстрее поставлять продукцию на рынок. Однако лишь удостоверившись, что это обернулось выгодой для всех наших отделов — от технического до маркетингового, я окончательно убедился в том, что наши вложения действительно дали отличный эффект».

Сокращенный цикл проектирования дает и другие преимущества — более быструю окупаемость, высвобождение времени на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы. «Если вы успеваете первым выпустить продукт на рынок, то полученные от его продажи деньги быстрее окупят затраты на его разработку», — поясняет Джон Фостер из PDG. А Тимм Коллинз, инженер-конструктор из новозеландской фирмы Svedala, добавляет: «Это высокоэффективное программное решение не только помогает нам сохранять устойчивые позиции на рынке, но и высвобождает время на разработки и исследования».

Заключение

Итак, является ли переход на трехмерное моделирование разумным решением? Здесь многое зависит от разных факторов, но тем не менее тысячи ваших коллег и конкурентов ответят на этот вопрос положительно.

«С переходом с AutoCAD на Mechanical Desktop три года назад наша производительность повысилась на 15%, — говорит Джулиан Каррас, управляющий конструкторским бюро из фирмы PacWest Racing Group. — Теперь, плавно перейдя с Desktop на Inventor, мы повысили продуктивность еще на 20%».

«САПР и графика» 5'2003