Методы организации работы над сборочными моделями

Сергей Димитрюк

Параметризация

Сборка «снизу вверх»

Сборка «сверху вниз»

Итоги

Понятие современной САПР подразумевает, что система проектирования поддерживает коллективную работу над проектом. Разработано достаточно большое количество программных продуктов, необходимых для эффективной организации коллективной работы. Но, несмотря на успехи в этом направлении, краеугольным камнем по-прежнему остаются сборочные единицы, согласованная работа над которыми в коллективном режиме дает наибольшее ускорение. Информационная среда для параллельного проектирования должна позволять работать над отдельными деталями сборки разным сотрудникам и быть способной предотвратить конфликты в модели сборки при детализации моделей, входящих в состав сборки.

Первое и необходимое условие ведения параллельных работ — параметризация сборочных моделей. Параметризация организует топологию модели, благодаря чему модель становится управляемой. Конечно, параметризация заставляет задуматься, ЧТО, собственно, строится. Однако в результате получаются более качественные проекты, которые легко состыковывать и модернизировать. Любое изменение размеров или параметров приводит к перерегенерации всех сборок и связанных деталей. Неважно, где было произведено изменение — в чертеже, сборке или в исходных параметрах (в схеме).

В настоящее время существует два механизма организации создания сборочных моделей: сборка «снизу вверх» и «сверху вниз». Сборка «снизу вверх» аналогична реальной сборке «с гаечным ключом», когда имеющиеся детали последовательно собирают в файл сборки. Сборка «сверху вниз» напоминает процесс рождения и формирования идеи: от общей схемы через набор составляющих и их связей к целостному представлению.

Параметризация

Важным условием правильного построения параметрических моделей и сборок являются логичные непересекающиеся отношения «предок — потомок». Другими словами, хронология модели или сборки, то есть последовательность создания элементов и их связей, позволяющая легко редактировать процесс создания модели, должна быть логичной и не содержать рекурсивных ссылок.

Что такое логичная хронология? Поясним это на примере простой схемы (рис. 1), на которой заданы четыре прямые: A, B, C, и D. Если прямая B задана от базы (родителя) A, а прямая D от базы C, то такие отношения между родителями и потомками будут логичными. Если задать B от C, а D от A, то такая хронология будет нелогичной. При смещении любой из баз мы сможем наблюдать логичность или нелогичность отношений.

Что такое рекурсивные отношения в хронологии? Рассмотрим простой пример. Даны три детали: вал, втулка и шпонка между ними. Традиционно мы начинаем построение в следующей последовательности:

1. Создаем вал (пока без шпоночного паза). Вставляем в сборку.
2. В контексте сборки, опираясь на ось вала и сопрягаемую поверхность, строим втулку (также без шпоночного паза).
3. По сопряженной поверхности вала вставляем шпонку (стандартное изделие).
4. По сопряженной поверхности шпонки выполняем шпоночный паз (конструктивный элемент) на втулке.
5. Пытаемся сделать то же самое с валом. Возникает рекурсия (рис. 2).

Причина такого поведения параметрической сборки видна из схемы отношений «предок  — потомок». Как развязать рекурсивные связи? Важным свойством развитой параметризации является возможность редактирования хронологии. Поэтому поступим следующим образом:

1. Создадим в файле сборки линии сопряжений (осевую линию и линию, где должно быть сопряжение вала с втулкой, причем не привязывая их к элементам фрагментов).
2. Перепривяжем последовательно линии поверхностей и осевые вала, втулки и шпонки к заданным линиям.
3. Выполним на валу конструктивный элемент (КЭ) по шпонке. Теперь этот КЭ будет иметь параметрическую связь в сборке. Какую бы шпонку вы теперь ни выбрали, КЭ всегда будет ей соответствовать.

Параметризации не может быть мало или много, параметризация не может быть мягкой или жесткой — либо она есть, либо ее нет (рис. 3). Параметрические отношения могут быть развитыми или неразвитыми. Но все остальные связи можно называть как угодно: настраиваемые, адаптивные, интеллектуальные и т.п. Суть от этого не меняется, поскольку такие связи не обладают свойствами параметрических связей, хотя и не исключают их существования.

Сборка «снизу вверх»

До последнего времени доминировала организация процесса проектирования сборок по схеме «снизу вверх». Это связано прежде всего с тем, что программные инструменты для ее осуществления были раньше реализованы в программных продуктах. Рассмотрим схему организации процесса проектирования, характерную для метода «снизу вверх» (рис. 4).

Начальным этапом проектирования является разработка (выбор) схемы устройства, компоновочного чертежа ответственным лицом (или группой лиц), которого мы назовем ведущим. Затем ведущий формирует задания на проектирование для сотрудников, определяет параметры связей между составляющими сборки. На данном этапе связь с общей компоновкой может быть организована только в виде переменных. Такой связи не всегда достаточно, поэтому, чтобы облегчить и ускорить работу, от нее часто отказываются. Вследствие этого начальный этап разработки становится статичным и не входит в информационное поле модели. По выданным заданиям и параметрам связей между элементами каждый сотрудник проектирует упрощенный вариант детали, входящей в сборку.

На следующем этапе ведущий компонует сборку из упрощенных деталей, дополняет ее унифицированными и стандартными изделиями. Затем он анализирует пересечения тел и потребность в КЭ (например, в отверстиях под крепеж). Назначает или исправляет параметры сопряжений деталей через переменные. На основе полученных данных уточняет задания для сотрудников. По полученному заданию каждый сотрудник детализирует геометрию детали и возвращает ее в сборку. Далее в работе отдела устанавливается некоторая цикличность, сохраняющаяся до завершения проекта.

Сборка «снизу вверх» осуществляется путем привязки деталей друг к другу. В результате этого формируются схемы хронологии связей деталей в виде бамбука (рис. 5). Такая схема без специальных механизмов, обеспечивающих постоянство связей, может оказаться недостаточно устойчивой для внесения изменений в ходе проектирования. Отсутствие данных механизмов затрудняет необходимые функциональные замены деталей для сборок разных версий и разного исполнения. Многие начинающие пользователи, сталкиваясь с данной проблемой, считают ее недостатком самого метода «снизу вверх».

Однако существует множество задач, для которых метод «снизу вверх» дает значительное сокращение сроков проектирования. Прежде всего, это проектирование типичных механизмов с постоянной структурой, работа над которым заключается в расчете параметров и детализации геометрии. Это значительная доля проектирования, так как любой механизм из справочника по механизмам можно считать типичным. Сюда относятся штампы, пресс-формы, редукторы, двигатели, насосы, приводы, гидро- и пневмоцилиндры, муфты и т.п. Ускорение достигается в этом случае благодаря использованию параметрических элементов «корпоративных» библиотек.

T-FLEX CAD 2D и 3D имеют для этого наиболее полную функциональность, включая специальные механизмы для обеспечения замены элементов конструкции.

Кроме того, метод «снизу вверх» достаточно эффективен для проектирования изделий, содержащих базовую деталь (корпус), на которой крепится большинство остальных деталей. В этом случае хронология сборки значительно короче и схема связей выглядит не в виде бамбука, а в виде дерева, стволом которого является базовая деталь (рис. 6).

Сборка «сверху вниз»

В настоящее время появились и достаточно быстро развиваются программные инструменты для организации проектирования сборок по схеме «сверху вниз». Прежде всего, это механизмы контекстной сборки. Нужно отметить, что их использование не всегда приводит к результатам и свойствам сборки «сверху вниз». Достижение положительных результатов при таких сборках в высшей степени зависит от организации процесса проектирования. Рассмотрим две возможные схемы организации процесса проектирования для данного случая.

На начальном этапе проектирования ведущий разрабатывает электронную 2D- или 3D-схему устройства с определенными функциональными связями между компонентами сборки и их сопряжениями. Возможность задавать единое сопряжение для двух деталей  — одно из важных преимуществ сборки «сверху вниз». Сопряжения в схеме можно задавать различными способами:

• копиями тел (например, для шарнирного соединения это может быть цилиндр, одна копия которого передается детали с отверстием, а другая — детали с осью);
• разделенными телами (например, строится общий объем верхней и нижней плит пресс-формы, они разделяются каркасной поверхностью и передаются «в деталь» для детализации геометрии);
• конструктивным элементом (например, отверстием, проходящим через верхнюю и нижнюю плиту и служащим для «базирования» операций при детализации геометрии детали).

Далее формируют задания для сотрудников на проектирование деталей, причем параметры связей между составляющими сборки уже определены общей компоновкой. Компоновка становится прародителем всего информационного поля модели. По заданиям и компоновке устройства с переданными в файл детали сопряжениями каждый сотрудник проектирует упрощенный вариант детали, входящей в сборку. Затем организация процесса может идти по двум направлениям:

• Схема первая. Перед передачей компоновки и сопряжений в файл детали устанавливают ассоциативную связь, которая каждый раз возвращает новую геометрию детали в исходный файл (рис. 7).
• Схема вторая. Деталь вставляется в новый файл сборки. Глобальные координаты и положение каждой детали определены компоновкой, поэтому детали автоматически встают каждая на свое место (рис. 8).

При такой организации ведущему уже не приходится участвовать в организации сборки: все необходимые параметры (положение детали в глобальной системе координат и сопряжения деталей) определены компоновочной схемой. Он может пополнять сборку унифицированными и стандартными изделиями, дополнять детали КЭ и анализировать пересечения тел. Хотя единство сопряжения между деталями гарантирует четкую «прилегаемость» деталей, сотрудник, видя окружение сборки, способен сам детализировать геометрию детали. Ведущий также вводит дополнения или ограничения в проект, уточняет задания.

Значительный эффект от такой организации работы проявляется в сложных случаях  — при проектировании нетипичных конструкций. Для повышения эффективности такой организации работы целесообразно синхронизировать обновление деталей в сборке и предоставить ведущему инструменты управления процессом проектирования. Наиболее эффективно с такой задачей справляется PDM-система.

Достоинством первой схемы организации сборки «сверху вниз» является удобное анимирование моделей. Преимущество второй схемы обнаруживается при вариантном проектировании, когда необходимы функциональные замены деталей и ведение нескольких версий проекта.

Поскольку положение каждой детали и их сопряжения при методе «сверху вниз» однозначно заданы сборкой, то схема хронологии связей деталей выглядит как куст земляники (рис. 9). Эта схема достаточно устойчива для внесения изменений в ходе проектирования: любую деталь можно извлекать из сборки без всяких последствий. Кроме того, такая схема устойчива к некорректным действиям пользователя. Поэтому разработчики систем, не имеющих специальных механизмов замен, рекомендуют ее как основную.

Итоги

1. Сборка по типу «снизу вверх» легко организуется, эффективна при проектах типичных сборок и сборок с короткой хронологией, однако требует специальных механизмов функциональных замен.
2. Сборка «сверху вниз» легко анимируется, в ней достаточно просто провести анализ на столкновение деталей при работе механизма, достаточно просто выявить критические точки или параметр целевой функции для оптимизации параметров механизма; хронология устойчива к некорректным изменениям. Однако такая сборка требует соответствующего инструментария программных продуктов и знания ведущим принципов организации проектирования сборок по схеме «сверху вниз».

Необходимо отметить, что четкую границу между методами сборки в реальном проектировании установить довольно трудно. Использование библиотек является нормой современного проектирования, и обычно элемент библиотеки включают в сборку методом «снизу вверх». T-FLEX CAD предоставляет пользователям практически полный набор элементов, используемых в конструкторской практике. Поэтому при организации проектирования можно применять комбинированный метод сборки.

Все изложенные положения в равной мере относятся как к 3D-, так и к 2D-сборкам. Часто возникает вопрос: «Можно ли вести параллельно проектирование в 2D и 3D?» Отвечаем: «Да, можно!» Например, в системе T-FLEX CAD любой чертеж (модель) 2D адекватно воспринимается в 3D. Любая 2D-информация, созданная в 3D CAD, читается, образмеривается, оформляется, редактируется, удаляются элементы проекции в 2D CAD. А использование «плавающих» лицензий ПП позволяет существенно снизить затраты на автоматизацию рабочих мест конструктора при параллельном проектировании. Необходимо только правильно организовать процесс.

В заключение позвольте поблагодарить компанию «Топ Cистемы» (http://www.topsystems.ru/)  — разработчика и интегратора продуктов T-FLEX CAD/CAM/CAE/PDM — за любезно предоставленную возможность воспользоваться методическими материалами разработок компании.

«САПР и графика» 11'2002