Параметризация в T-FLEX CAD 3D 8.0
Параметризация в базовых операциях
Параметризация в сборочных моделях
Операции вставки параметрических примитивов (отверстия, выштамповки)
Оформление параметрических моделей
Одна из главных особенностей российской системы трехмерного моделирования и двумерного черчения T-FLEX CAD компании «Топ Системы» (www.topsystems.ru) — наличие мощных параметрических возможностей. Существуют различные мнения о целесообразности и степени применения параметризации в процессе проектирования. На многих предприятиях в России и за рубежом активно используются параметрические возможности проектирования при применении различных систем. Однако существуют и противники такого подхода, основным доводом которых является то, что для создания параметрических моделей требуется гораздо больше времени, чем для непараметрического проектирования. В данной статье автор попытается раскрыть преимущества методов параметрического проектирования при использовании системы трехмерного моделирования T-FLEX CAD 3D на основе рассмотрения параметризации в 3D-моделировании. О параметризации в 2D-черчении будет рассказано в одном из ближайших номеров журнала.
Параметризация в базовых операциях
Использование параметрических базовых операций является ключевым методом получения геометрических объектов в процессе моделирования. Основой для большинства базовых операций является 3D-профиль, при перемещении которого в пространстве осуществляется формообразование. 3D-профиль может быть создан на базе 2D-построений контура на рабочей плоскости. Изменение исходного профиля является одним из главных способов создания параметрической модели. После создания операции пользователь может изменить форму и размеры первоначального контура, причем все эти изменения соответственно отразятся в модификации 3D-профиля и 3D-операции. Такой подход реализован фактически во всех параметрических системах трехмерного моделирования, но только в T-FLEX CAD пользователь получает практически неограниченные возможности по модифицированию исходного контура благодаря мощному механизму геометрической параметризации в 2D-черчении при использовании ассоциативных построений с наложением взаимосвязей и объектных привязок.
Все параметры кинематических операций (выталкивание, вращение, по траектории и т.д.) можно задавать при помощи переменных. Переменными могут управляться не только основные геометрические параметры создаваемой операции, но и любые другие: материал, цвет, имя операции и т.д. Эта возможность выгодно отличает T-FLEX CAD от других аналогичных систем параметрического моделирования, в которых реализована лишь частичная параметризация в операциях. Изменение значения переменных приводит к изменению геометрических параметров, с которыми они были связаны.
Выражения в переменных могут содержать стандартные алгебраические действия, обращения к математическим и специальным функциям T-FLEX CAD, к функциям отбора значений из внутренних и внешних баз данных. Посредством специальных функций можно получать значения различных свойств элементов, таких как координаты, длина, площадь поверхности, объем, расстояние между элементами и т.д. Использование логических и условных операторов позволяет пользователю создавать сколь угодно сложные выражения, включающие в свой состав различные взаимосвязи параметров.
В системе T-FLEX CAD реализованы механизмы управления видимостью тел в 3D-сцене. В параметрах всех операций имеются опции, которые позволяют задавать уровень видимости и подавления операции и могут, как и другие параметры, управляться при помощи переменных. Использование возможности подавления операндов в булевых операциях сложения, вычитания и пересечения значительно увеличивает функциональность этой команды по сравнению с аналогичными булевыми операциями в других системах моделирования. Управляя значением переменной, связанной с опцией подавления, можно исключать один из операндов булевой операции из структуры модели. Таким образом, можно, например, в одной модели, подавляя тот или оной операнд или всю булеву операцию целиком, формировать различные исполнения пазов, буртиков и других элементов.
Кроме связи параметров операции с переменными, можно также использовать ассоциативные привязки к геометрическим элементам в 3D-сцене. Направляющий вектор в кинематических операциях может быть задан при помощи ребер, нормалей к выбранной поверхности или грани и т.д. Длины выталкивания, углы поворота и другие параметры кинематических операций могут задаваться и геометрическими связями: до поверхности, до тела, до грани, через все.
Важную роль в процессе моделирования играют операции с параметрическим изменением исходных элементов. Основным принципом создания таких операций является задание зависимости изменения параметров исходного элемента от параметров его перемещения в пространстве. К этому типу относятся такие операции, как «Тело с параметрическим изменением профиля» и «Параметрический массив». Исходными элементами являются 3D-профиль и 3D-операция соответственно. Формообразование в этих операциях осуществляется путем многократного копирования исходного элемента по траектории. Изменение положения копии исходного элемента в пространстве производится с помощью управления системой координат копии.
В еще одной кинематической операции «По траектории», кроме возможности получения твердого тела путем перемещения исходного элемента по выбранной траектории, существует возможность задания закона кручения и масштабирования, что значительно увеличивает функциональность этой команды. Законы кручения и масштабирования при перемещении исходного элемента могут быть заданы либо в табличном виде, либо геометрически — путем выбора различных геометрических объектов.
Все операции трехмерного моделирования содержат большой набор всевозможных настроек и параметров. Помимо стандартных диалогов управления параметрами операции пользователь может использовать окно свойств, в котором также отражены все параметры вызванной в данный момент операции. В этом окне различные параметры операции отсортированы по группам, а организация структуры раскрывающихся групп способствует лучшему восприятию параметров.
Еще одной особенностью системы T-FLEX CAD является применение практически во всех 3D-командах так называемых манипуляторов — графических инструментов изменения параметров операции. При помощи этого инструмента посредством мыши пользователь может интерактивно менять основные формообразующие параметры прямо в 3D-сцене. Числовые значения изменяемых параметров автоматически отображаются в окне свойств.
 |
|
Параметризация в сборочных моделях
Параметризация существенно облегчает работу конструктора на всех этапах моделирования изделия. На ранних стадиях, когда идет выработка основных геометрических параметров будущего изделия, при помощи параметризации можно за короткий срок рассмотреть различные варианты и выбрать из них оптимальный.
Параметризация дает значительный выигрыш во времени на стадии компоновки сборочного изделия. Использование параметрических моделей ускоряет процесс отладки компоновочной схемы сборки. На стадии формирования сборки можно быстрее исправить ошибки, допущенные в процессе проектирования, заранее заложив нужные параметрические взаимосвязи — это лучше, чем переделывать весь проект заново.
T-FLEX CAD предоставляет возможность применять различные методы проектирования сборок. Использование как классического метода проектирования «снизу вверх» (когда сборка формируется из ранее созданных фрагментов), так и нашедшего широкое применения метода «сверху вниз» (формирование деталей происходит непосредственно в сборке), а также сочетание этих методов открывают широкие возможности в проектировании.
Возможности сквозного моделирования, такие как создание и редактирование фрагментов в контексте сборки, значительно ускоряют процесс получения параметрических моделей и сборок. Благодаря механизму создания фрагментов в контексте 3D-сборки, пользователь имеет возможность формировать новую деталь, используя ассоциативные привязки к геометрическим объектам сборки.
Еще одним преимуществом применения параметризации в T-FLEX является получение различных компоновочных схем в одной сборке. С помощью таких методов, как подавление операций, изменение уровня видимости и вставки в сборку различных фрагментов в зависимости от условия, пользователь может получать различные варианты сборок.
В большинстве систем трехмерного моделирования при использовании параметризации существует проблема восстановления модели в случае изменения параметров и последующего пересчета — не всегда удается полностью восстановить иерархию дерева модели, возникают трудности с восстановлением идентификации исходных элементов, а также имеются сложности с оформлением чертежей, полученных проецированием параметрических 3D-моделей. Из-за проблемы с идентификацией после регенерации проекций измененной 3D-модели с чертежа нередко слетают размеры и другие элементы оформления, привязанные к определенным линиям проекции. Отличительной особенностью системы T-FLEX CAD 3D является высокая степень устойчивости при восстановлении трехмерных моделей и чертежей, полученных проецированием, после изменения параметров и пересчета модели.
Кроме того, важное значение имеет использование параметризации в подготовке конструкторской документации. T-FLEX CAD предоставляет возможности формирования спецификаций как в стандартных, так и в пользовательских форматах. Любые изменения в сборочной модели автоматически отражаются в спецификации. При включении детали в сборочную конструкцию можно предусмотреть способ использования вложенных элементов и их данных при создании спецификации. Это позволяет включать в спецификацию сведения о вложенных элементах и добавлять данные из спецификации, находящейся в документе детали. Установка соответствующего режима облегчает формирование спецификаций многоуровневых сборок.
|
|
Параметрические библиотеки
Весьма эффективно применение параметризации при создании библиотек стандартных элементов. Использование уже готовых элементов при проектировании значительно сокращает время и объемы работы конструктора. Следует отметить, что библиотека стандартных элементов, включающая более 300 ГОСТов, поставляется бесплатно в комплекте с T-FLEX CAD. При этом немаловажным преимуществом T-FLEX CAD является простота создания библиотечных элементов без программирования и специальных средств (конструктор должен знать только систему проектирования) и без необходимости разбираться в языках программирования.
Используя редактор баз данных, пользователь может создать таблицу типоразмеров. После выбора нужного типоразмера, при помощи управляющих переменных, с которыми связаны геометрические параметры модели, происходит генерация нужного элемента. Таким образом, создав одну параметрическую модель, пользователь получает целый набор различных вариантов исполнения модели в одном фрагменте. Если такой фрагмент изменяется в сборке, то в спецификации автоматически изменяются данные в соответствии с выбранным типоразмером.
Простое соблюдение определенных правил построения позволяет пользователю создавать параметрические элементы и библиотеки, оперируя только специальными инструментами T-FLEX CAD. Как показывает практика, пользовательские параметрические библиотеки наиболее широко применяются конструкторами при проектировании, так как содержат не только то, что поставляется разработчиками систем, но и то, что нужно специалистам в конкретной работе.
|
|
Операции вставки параметрических примитивов (отверстия, выштамповки)
В T-FLEX CAD 3D представлены команды «Отверстие» и «Выштамповка», характерной особенностью которых является использование специальных параметрических библиотек. Это означает, что любой библиотечный элемент, в том числе и созданный самим пользователем по определенным правилам, может являться не только частью сборочной модели (как, например, стандартные элементы), но и частью отдельной детали. При вставке такой объект как бы «растворяется» в модели, становясь ее составной частью. Такой подход к проектированию широко используется в различных системах, но T-FLEX CAD отличается особой простотой создания подобных элементов.
С помощью команды «Отверстие» можно создавать различные варианты гладких и резьбовых отверстий. А использование в команде «Выштамповка» (это одна из команд работы с листовым материалом) специальных библиотечных элементов позволяет формировать различные типы канавок, буртиков и других форм, получаемых штамповкой. Параметрические библиотеки в этих командах тоже могут дополняться пользователями.
|
|
Оформление параметрических моделей
Как уже было отмечено, управление параметрической моделью осуществляется при помощи внешних переменных, значение которых можно менять как в редакторе переменных, так и при изменении размерного числа у проставленных размеров.
Для более удобного и наглядного изменения значений этих переменных в T-FLEX CAD была создана команда «Элементы управления», включающая набор стандартных инструментов Windows: комбинированные списки, кнопки, поля редакторов, переключатели и другие элементы, из которых могут создаваться пользовательские диалоги. Формирование диалога осуществляется путем размещения этих элементов на определенной странице чертежа и связи их параметров с внешними переменными. Диалог с элементами управления появляется при вызове команды редактирования внешних переменных, посредством которой пользователь может сформировать удобный для себя интерфейс управления моделью.
|
|
Анимация
В числе команд, использующих возможности параметризации в T-FLEX CAD, следует назвать команду «Анимация», которая очень полезна при проектировании сложных кинематических механизмов. В процессе ее выполнения пользователь может наблюдать последовательное изменение состояния модели (движение механизмов, сборка/разборка изделия и т.д.) при изменении управляющих параметров. Команда позволяет управлять неограниченным числом параметров. Изменение внешних параметров во времени задается в графической форме, поэтому построение зависимости в такой форме позволяет быстро синхронизировать работу механизма.
Использование записи изображения в мультимедийный файл при выполнении этой команды в совокупности с применением модуля получения фотореалистического изображения позволяет создавать красочные анимационные ролики.
Еще одной особенностью команды «Анимация», помимо визуального анализа работы механизма, является возможность создания отчетов. Процесс пошагового выполнения анимации с применением инструмента формирования отчета позволяет генерировать текстовый файл, в который последовательно записываются текущие значения любых переменных, описывающих, в частности, координаты характерных точек исследуемой конструкции.
|
|
Оптимизация
В процессе создания изделия конструктору часто приходится решать задачи оптимизации различных параметров в соответствии с заданным критерием эффективности. К таким задачам относятся проектирование изделия с минимальной массой или определенным объемом, расчет координат расположения различных составных частей изделия, сложные геометрические построения и многое другое. T-FLEX CAD дает пользователям мощный инструмент решения подобного типа задач в виде команды «Оптимизировать модель», результатом выполнения которой является получение значений внешних переменных, наилучшим образом удовлетворяющих поставленным условиям. При подготовке данных для оптимизации пользователь выбирает нужный тип целевой функции, задает ограничения переменных и допуск, которым определяется точность решения. Использование в команде различных численных методов позволяет выбрать самый подходящий алгоритм решения задачи. В команде «Оптимизировать модель» имеются режимы, позволяющие во время поисков решения пересчитывать модель и показывать текущее состояние в 3D-сцене.
Использование параметризации в процессе проектирования позволяет решать широкий круг задач. Гибкость системы T-FLEX CAD заключается, в частности, в том, что пользователь может использовать как параметрические, так и непараметрические методы создания чертежей и 3D-моделей, а также оба метода одновременно. Из представленных примеров следует, что применение механизмов параметрического моделирования в T-FLEX CAD не только не замедляет процесс проектирования, но и дает значительный выигрыш во времени при разработке и модификации различных изделий.
|
|
