11 - 2001

Autodesk Inventor 5 — практический подход к автоматизации проектирования

Алексей Петрухин

Автоматизированное проектирование в настоящее время становится неотъемлемой частью процесса создания все большего числа окружающих нас технических объектов. Уже практически никого не надо убеждать в том, что использование компьютерных технологий позволяет не только существенно сократить длительность проектно-конструкторских работ, но и совершенно по-новому реализовать сами проектные процедуры, в результате чего могут быть найдены более эффективные технические решения, получить которые традиционными методами иногда просто невозможно.

Система параметрического твердотельного 3D-проектирования и конструирования с адаптивными сборками Autodesk Inventor давно привлекает внимание инженеров большим диапазоном функциональных возможностей, а также простотой освоения и, что гораздо важнее, естественностью и результативностью использования при решении практических задач.

Появление новой версии этой системы — Autodesk Inventor 5 ожидалось с большим интересом, и приятно отметить, что Inventor и на этот раз не обманул наших надежд.

Давайте поближе познакомимся с некоторыми возможностями системы.

В качестве одного из примеров используем шестеренчатый насос НШ50У (рис. 1), моделирование которого было выполнено в рамках пилотного проекта по внедрению средств автоматизации проектирования на Дубовском АОЗТ НПП «Сельхозтехника».

Прежде всего рассмотрим моделирование деталей. Построение каждой детали представляет собой последовательное описание составляющих ее конструктивных элементов. Конструктивные элементы могут быть заданы с помощью формообразующих эскизов (например, элементы, полученные выдавливанием, вращением, сдвигом по траектории, натягиванием), а также созданы на базе уже имеющихся элементов (например, отверстия, фаски, скругления, оболочки, ребра жесткости, перегородки, литейные уклоны, резьбовые элементы).

Вначале эскиз может быть выполнен приблизительно, что соответствует практике реального проектирования. Затем форма уточняется путем задания двух видов зависимостей — размерных (конкретные или заданные с помощью формул значения параметров) и геометрических (параллельность, перпендикулярность, касательность, концентричность, симметричность и т.п.).

На рис. 2 показан эскиз одного из конструктивных элементов компенсатора насоса с включенным отображением зависимостей. Некоторые геометрические зависимости были наложены автоматически уже в процессе построения контура, а какие-то добавлены при последующем редактировании.

Все этапы построения модели в системе фиксируются и отображаются в специальном окне дерева построений, что позволяет редактировать любые конструктивные элементы независимо от последовательности их создания.

Реализация каждого типа конструктивных элементов в Autodesk Inventor 5 очень гибкая и многовариантная. Например, операция выдавливания может производиться в режиме объединения, вычитания, пересечения, а также создания поверхности. Кроме того, может быть задан угол сужения или расширения.

Поверхности формируются не только с помощью выдавливания, но и путем использования целого ряда других операций. Эскизы для задания поверхностей могут быть как замкнутыми контурами, так и открытыми. Пример использования вспомогательной поверхности для ограничения формы одного из конструктивных элементов корпуса насоса показан на рис. 3.

Autodesk Inventor 5 имеет развитые средства импорта/экспорта геометрии, что позволяет при необходимости использовать созданные ранее модели и осуществлять текущую кооперацию разработчиков. Для примера: ведущий вал насоса был выполнен в системе Autodesk Mechanical Desktop, а на рис. 4 можно увидеть результат его импорта в Autodesk Inventor 5. Преобразование было произведено с сохранением дерева построений, что позволяет осуществлять полноценное редактирование модели.

Кроме поддержки геометрических моделей систем, разработанных фирмой Autodesk, реализованы и возможности импорта/экспорта интерфейсных файлов распространенных графических форматов. А с геометрией, например, системы Pro/ENGINEER Autodesk Inventor 5 вообще работает напрямую.

Помимо работы с отдельными деталями Autodesk Inventor 5 обеспечивает пользователю все средства для создания сборок. Система ориентирована на эффективную работу даже с очень большими сборками, включающими тысячи деталей. Примеры разной степени сложности приведены, в частности, на рис. 1 и 16.

При формировании сборки могут быть использованы как ранее построенные, так и создаваемые в контексте сборки детали. Во втором случае конструктор имеет очень полезную возможность создавать детали по месту, используя уже имеющуюся геометрию.

Для описания «правил существования» деталей в сборке на детали накладываются сборочные зависимости. На рис. 5 показано задание зависимости совмещения крышки и корпуса насоса по поверхности. В диалоговом окне, показанном на том же рисунке, можно видеть основные типы сборочных зависимостей: совмещение, совмещение под углом, касательность, вставка.

После задания сборочной зависимости возможно только такое расположение деталей в сборке, которое не противоречит данной зависимости. Это позволяет моделировать реальное поведение механизма, например при перемещении его компонентов. Более того, Autodesk Inventor 5 позволяет определить сборочную зависимость как управляющую, задать диапазон изменения ее параметра (например, расстояния между сопряженными элементами), шаг и получить анимацию движения механизма. При желании можно записать результат в стандартный avi-файл. И еще следует учесть, что в процессе динамического моделирования могут быть определены и возможные пересечения деталей друг с другом (как и в статике, разумеется).

В Autodesk Inventor 5 реализованы и дополнительные типы сборочных зависимостей (рис. 6), которые позволяют задать зависимости для механических передач (колесо-колесо, колесо-рейка), а также касательность к последовательности граней (для моделирования работы кулачков и разного рода направляющих).

Уникальная возможность системы — поддержка адаптивных сборок стала уже привычной пользователям предыдущих версий системы. В Autodesk Inventor 5 дополнительно улучшены возможности работы с адаптивными эскизами, что еще больше расширяет возможности данной технологии, основы которой были разработаны фирмой Autodesk несколько лет назад.

Адаптивность можно определить как свойство системы автоматически изменять свободные параметры деталей в соответствии с заданной системой зависимостей. Другими словами, деталь может изменять форму, подстраиваясь по месту. Самое главное заключается в том, что для этого не требуется задавать никаких формул. Это очень упрощает работу, особенно в сложных случаях, когда при традиционном параметрическом подходе формул становится слишком много, а любая корректировка вызывает необходимость внесения большого количества изменений, что порой делается с ошибками.

Для примера: несколько экземпляров одной из деталей насоса (запорного кольца) были вставлены в планку с тремя отверстиями разного диаметра (планка с отверстиями деталью насоса не является — она использована только для наглядности), для чего были заданы зависимости вставки и касательности (рис. 7). Поскольку запорное кольцо адаптивное, оно автоматически принимает соответствующую форму, что и показано на рисунке.

Тот факт, что в Autodesk Inventor 5 в полном объеме реализованы оба подхода — и параметрический и адаптивный, еще раз свидетельствует о мощности и гибкости системы.

Большое значение в инженерной практике имеет возможность повторного использования разработок. Прежде всего это касается библиотек стандартных деталей. В настоящее время Autodesk Inventor 5 включает в себя несколько тысяч типовых элементов (крепежные детали, подшипники и т.п.) в ряде международных стандартов. На рис. 8 показан фрагмент библиотеки, использованной для вставки элементов крепежа крышки насоса.

На рис. 9 можно увидеть фрагмент библиотеки армированных манжет для валов по ГОСТ 8752-70, реализованной по технологии iParts, предполагающей описание семейств деталей в Autodesk Inventor 5. Именно из этой библиотеки и была взята модель манжеты конкретного типоразмера для включения в общую сборку насоса.

Кроме вышеуказанных способов, в Autodesk Inventor 5 есть также возможность создавать пользовательские параметрические конструктивные элементы iFeatures.

Выше уже упоминалось о возможности автоматического анализа сборки на пересечение деталей. На рис. 10 приведен результат такого анализа. Красным цветом выделена зона пересечения. Данная функциональность позволяет оперативно выявлять и исправлять множество часто встречающихся конструкторских ошибок.

В Autodesk Inventor 5 предусмотрено построение схемы сборки/разборки узла. Такая схема может быть построена автоматически, однако есть возможность индивидуального создания/редактирования сдвигов и поворотов деталей. Предусмотрены также анимация схемы и запись видеоряда в avi-файл. На рис. 11 показана схема сборки/разборки насоса и диалоговое окно управления воспроизведением и записью.

На основе трехмерной модели в среде Autodesk Inventor 5 могут быть выполнены все необходимые чертежи, построены различные виды, разрезы, сечения и т.п. Чертежи в Autodesk Inventor 5 обладают двунаправленной ассоциативностью. Это означает, что любые изменения в модели автоматически отражаются на всех соответствующих видах на чертеже, а если изменение значений параметров произведено конструктором на одном из видов непосредственно на чертеже, то это, в свою очередь, приведет к автоматическому обновлению модели и последующему, автоматическому же, обновлению всех остальных видов, которые затрагивает данное изменение. На рис. 12 приведен сборочный чертеж насоса (формат А1), выполненный в соответствии с требованиями ЕСКД.

В настоящее время большое значение приобрели вопросы эффективной организации процесса разработки в целом. Autodesk Inventor 5 имеет целый ряд специальных средств, направленных на решение этой задачи. Прежде всего следует отметить возможность использования системы для распределенной работы. Сетевые возможности Autodesk Inventor 5 позволяют целому коллективу разработчиков при необходимости работать над одним проектом, постоянно учитывая результаты работы своих коллег.

Специальное средство Design Tracking позволяет непрерывно отслеживать состояние процесса разработки, осуществлять многокритериальный поиск компонентов проекта. Так, например, может быть получен ответ на вопрос, в каких сборках была использована та или иная деталь.

Нельзя не упомянуть и о таком удобном средстве, как «Инженерный блокнот» (рис. 13). С выбранными элементами модели связываются заметки, включающие в себя как текстовые, так и графические компоненты. Эти заметки в виде маленьких пиктограмм могут быть отображены на модели. С помощью такого блокнота можно документировать весь процесс разработки. Причем в системе предусмотрена возможность при необходимости сохранять даже те пометки, которые были связаны с удаленной впоследствии геометрией.

Новая версия системы имеет целый ряд улучшений в области высококачественной визуализации. В частности, кроме возможности получить изометрическую проекцию, очень удобную с инженерной точки зрения, Autodesk Inventor 5 обеспечивает также и отображение модели в перспективной проекции, наиболее реалистичной при визуализации. На рис. 1 и 4, например, модели представлены именно в перспективной проекции.

В Autodesk Inventor 5 реализована полнофункциональная возможность наложения текстур. Стоит обратить особое внимание на то, что теперь можно работать даже с прозрачными текстурами (рис. 14), что очень упрощает моделирование различных сетчатых экранов, стенок и т.п.

Дальнейшее развитие получил и модуль для построения деталей из листовых материалов, хорошо зарекомендовавший себя в предыдущих версиях системы. Был расширен набор настроек (в частности, введена независимая настройка для параметров вырезов, облегчающих гибку), улучшено автоматическое формирование развертки, реализован экспорт развертки, а также добавлен новый инструмент для «пробивания» фигурных отверстий сложной формы (рис. 15).

Следует отметить, что Autodesk Inventor 5 не является «вещью в себе». Уже сейчас для него существует множество встраиваемых объектно- и проблемно-ориентированных модулей, реализованных внешними разработчиками, что позволяет решать целый ряд дополнительных задач. Например, широко известная система прочностного анализа методом конечных элементов Design Space содержит специально разработанный plug-in, встраиваемый в Autodesk Inventor 5 для обеспечения совместной работы. Количество приложений, созданных для Autodesk Inventor 5, продолжает расти. Этому процессу, несомненно, будут способствовать средства программирования, встроенные в Autodesk Inventor 5.

Немаловажным фактором эффективности использования любой системы является качество системы помощи. Реализация Autodesk Inventor 5 и с этой точки зрения, безусловно, впечатляет. Кроме традиционной гипертекстовой системы помощи, Autodesk Inventor 5 дополнительно насыщен самыми разнообразными подсказками, интерактивными обучающими модулями, а также видеороликами, буквально по шагам раскрывающими все тонкости различных команд (рис. 17).

Однако обращаться к системе помощи приходится достаточно редко, поскольку Autodesk Inventor 5 безусловно интуитивно понятная система.

В завершение хочется привести один из девизов системы: Autodesk Inventor — это сила, превращающая работу в уже сделанную.

Самое удивительное заключается в том, что это действительно так…

По материалам компании EMT

«САПР и графика» 11'2001