10304-1 (Технологии проектирования в инженерных средах), страница 3

4. Новейшие средства конструкторского твердотельного моделирования SolidWorks

Ярко выраженная полярность систем программного обеспечения САПР, существовавшая долгие годы, предлагала на выбор или мощные дорогостоящие “тяжелые” системы (класса CATIA, EUCLID, CADDS5, Рro/Engineer, Unigraрhics) или “легкие” продукты, в основном отвечающие за выпуск чертежно-конструкторской документации или обеспечивающие ограниченное твердотельное моделирование. Появившиеся за последний год на рынке новейшие системы конструкторского моделирования заполняют этот вакуум и предлагают мощные решения среднего уровня в ценовом диапазоне $6000-$8000 за рабочее место. Один из самых заметных программных продуктов, относящихся к новой генерации, является SolidWorks, разработанный американской компанией SolidWorks Corрoration, которая преследовала цель создания массовой системы для каждого конструктора под лозунгом “последние разработки в области CAD/CAM на каждый рабочий стол”. При этом мощный функционал продукта по возможностям конструирования приближает его к системам класса Рro/Engineer и позволяет создавать достаточно сложные трехмерные детали и сборки.

Твердотельное параметрическое моделирование детали базируется на создании дерева построений, отражающего этапы ее формообразования. Исходные примитивы, добавляемые к текущей модели или вычитаемые из нее, формируются на базе плоского эскиза (плоского замкнутого контура без самопересечений), выполненного в произвольно ориентированной плоскости. К ним относятся тела вращения и выдавливания, тела, полученные сопряжением произвольно ориентированных сечений или сдвигом. Мощный аппарат наложения размерных и геометрических связей (ограничений) на геометрические элементы обеспечивают построение параметрической модели с возможностью изменения произвольного параметра, связывания его с значением другого параметра и т.п. Сохраняется неразрывная связь эскиз - твердое тело, дающая возможность при необходимости корректировать модель через изменение её эскиза.

Возможности моделирования включают также в себя построения трёхмерных фасок и скруглений, ребер жесткости и литейных уклонов, создание различными способами полых (тонкостенных) тел, использование мощного аппарата построения вспомогательных плоскостей и осей. В версии SolidWorks-97 появились возможности оперировать трехмерными сплайнами и достаточно сложными поверхностями, которые могут служить ограничением при различных формообразующих операциях или границей отсечения части тела, а для деталей одной толщины выполнять развертку. Ведение файла протокола позволяет отслеживать процесс создания трехмерной модели и вносить в него необходимые изменений. Можно изменить любой параметр модели и через несколько секунд увидеть результаты полной перестройки модели.

Широкие возможности визуализации и создания фотореалистичных изображений с использованием дополнительных источников освещения и регулированием характеристик поверхности материала (отражение или поглощение им света, излучение и шероховатость поверхности) позволяют работать в режиме реального времени с тонированными изображениями модели.

Созданные детали могут объединяться в сборку с заданием ограничений взаимного расположения любых деталей друг относительно друга (соосность, фиксация, совпадение точек и плоскостей и многое другое) и регулировкой характеристик каждой детали.

На основе трехмерного объекта возможно автоматическое создание чертежа детали, состоящего из основных и вспомогательных видов, сложных разрезов и сечений. Поддержка многочисленных форматов обмена позволяет использовать любой чертежно-графический редактор. Вообще следует отметить мощные интеграционные возможности системы, обеспечивающей интерфейс с ведущими технологическими и расчетными приложениями, а существующие средства разработки приложений позволяют стыковать прикладные системы с геометрическим ядром SolidWorks. Новая генерация систем может заметно потеснить дорогостоящие интегрированные системы и существенно снизит количественную потребность их применения. Предлагаемая связка SolidWorks и КОМПАС-ГРАФИК 5 обеспечит мощное конструирование и эффективный выпуск чертежной документации.

5. SolidWorks 97: от и до.

Новейшая системы трехмерного проектирования, дающей конструктору качественно новые возможности.

5.1 SolidWorks «взрывает » рынок CAD/CAM

1995 год стал переломным для мирового рынка систем CAD/CAM массового применения. Впервые за долгое время пакеты твёрдотельного параметрического моделирования с промышленными возможностями стали доступны пользователям персональных компьютеров. Одно из лучших решений такого уровня смогла предложить американская компания SolidWorks Corрoration. Созданная в 1993 году, эта фирма уже через два года, в ноябре 1995-го, выпустила на базе геометрического ядра Рarasolid свой первый программный продукт. Пакет твёрдотельного параметрического моделирования SolidWorks 95 сразу занял ведущие позиции среди продуктов этого класса, буквально ворвавшись в мировую «табель о рангах» систем CAD/CAM.

К середине 90-х годов многие конструкторы и технологи во всём мире практически одновременно пришли к одинаковому выводу - для того, чтобы повысить эффективность своего труда и качество разрабатываемой продукции, необходимо срочно переходить от работы в смешанной среде двумерной графики и трёхмерного моделирования к использованию объёмных моделей, в качестве основных объектов проектирования. В поисках максимально подходящей для решения поставленной задачи системы пользователи определили требования к ней - стандартный и интуитивно понятный пользовательский интерфейс, возможность эффективного твёрдотельного моделирования на промышленном уровне и, конечно, наиболее привлекательная цена при высокой эффективности пакета.

Создатели системы SolidWorks учли все эти требования, и, таким образом, дали возможность десяткам тысяч конструкторов использовать на своих персональных рабочих местах новейшие достижения науки в области технологий CAD/CAM.

5.2 Пользовательский интерфейс SolidWorks

В отличие от многих других приложений САПР, созданных для работы на графических станциях с ОС UNIX и уже впоследствии переписанных под Windows, SolidWorks является первой системой твёрдотельного параметрического моделирования, изначально предназначенной для использования на персональных компьютерах под управлением наиболее распространенных операционных систем Windows 95 и Windows NT. При этом возможности твёрдотельного моделирования, реализованные в системе, вполне сопоставимы с возможностями систем «тяжёлого» класса, работающих на платформе UNIX.

SolidWorks 97 «играет» точно по принятым в Windows правилам, к их числу которых можно отнести многооконный режим работы, поддержка стандарта “drag and droр”, настраиваемый пользователем интерфейс, использование буфера обмена и полная поддержка технологии OLE Automation. Являясь стандартным приложением Windows, SolidWorks прост в использовании и, что особенно важно, лёгок в изучении. И разработчики системы совершенно оправданно заявляют, что «если Вы уже знаете Windows, то можете смело начинать проектирование с помощью SolidWorks».

Самое главное, что даёт конструктору SolidWorks 97 - это возможность работать так, как он привык, не подстраиваясь под особенности используемой компьютерной системы. Процесс моделирования начинается с выбора конструктивной плоскости, в которой будет строится двухмерный эскиз. Впоследствии этот эскиз можно тем или иным способом легко преобразовать в твёрдое тело. При создании эскиза доступен полный набор геометрических построений и операций редактирования. Нет никакой необходимости сразу точно выдерживать требуемые размеры, достаточно примерно соблюдать конфигурацию эскиза. Позже, если потребуется, конструктор может изменить значение любого размера и наложить связи, ограничивающие взаимное расположение отрезков, дуг, окружностей и т.п. Эскиз конструктивного элемента может быть легко отредактирован в любой момент работы над моделью.

Пользователю предоставляются несколько различных средств создания объёмных моделей. Основными формообразующими операциями в SolidWorks 97 являются команды добавления и снятия материала. Система позволяет выдавливать контур с различными конечными условиями, в том числе на заданную длину или до указанной поверхности, а также вращать контур вокруг заданной оси. Возможно создание тела по заданным контурам с использованием нескольких образующих кривых (так называемая операция лофтинга) и выдавливанием контура вдоль заданной траектории. Кроме того, в SolidWorks 97 необычайно легко строятся литейные уклоны на выбранных гранях модели, полости в твёрдых телах с заданием различных толщин для различных граней, скругления постоянного и переменного радиуса, фаски и отверстия сложной формы.

При этом система позволяет отредактировать в любой момент времени однажды построенный элемент твердотельный модели.

Важной характеристикой системы является возможность получения развёрток для спроектированных деталей из листового материала. При необходимости в модель, находящуюся в развёрнутом состоянии, могут быть добавлены новые места сгиба и различные конструктивные элементы, которые по каким-либо причинам нельзя было создать раньше.

При проектировании деталей, изготовляемых литьём, очень полезной оказывается возможность создания разъёмных литейных форм. Если для работы необходимо использовать какие-либо часто повторяющиеся конструктивные элементы, на помощь приходит способность системы сохранять примитивы в виде библиотечных элементов.

Кроме проектирования твёрдотельных моделей, SolidWorks 97 поддерживает и возможность поверхностного представления объектов. При работе с поверхностями используются те же основные способы, что и при работе с твёрдыми телами. Возможно построение поверхностей, эквидистантных к выбранным, а также импорт поверхностей из других систем с использованием формата IGES.

Значительно упрощают работу многочисленные сервисные возможности, такие как копирование выбранных конструктивных элементов по линии или по кругу, зеркальное отображение как указанных примитивов или модели.

При редактировании конструктор может возвратить модель в состояние, предшествовавшее созданию выбранного элемента. Это может потребоваться для выполнения каких-либо действий, невозможных в текущий момент.

5.3 Создaние эскизa

Процесс создания модели в SolidWorks начинается с построения опорного тела и последующего добавления или вычитания материала. Для построения тела первоначально строится эскиз конструктивного элемента на плоскости, впоследствии преобразуемый тем или иным способом в твёрдое тело. SolidWorks предостваляет пользователю полный набор функций геометрических построений и операций редактирования. Основное требование, предъявляемое системой к эскизу при работе с твёрдыми телами - это замкнутость и отсутствие самопересечений у контура.

При создании контура нет необходимости точно выдерживать требуемые размеры, самое главное на этом этапе - задать положение его элементов. Затем, благодаря тому, что создаваемый эскиз полностью параметризован, можно установить для каждого элемента требуемый размер. Кроме того, для элементов, входящих в контур, могут быть заданы ограничения на расположение и связи с другими элементами.

5.4 Создание твердотельной параметрической модели

SolidWorks содержит высокоэффективные средства твердотельного моделирования, основывающиеся на постепенном добавлении или вычитании базовых конструктивных тел. Эскиз для получения базового тела может быть построен на произвольной рабочей плоскости.

Типовые инструменты для получения базовых тел позволяют выполнить:

выдавливание заданного контура с возможностью указания угла наклона образующей;

вращение контура вокруг оси;

создание твёрдого тела, ограничиваемого поверхностью перехода между заданными контурами;

выдавливание контура вдоль заданной кривой;

построение фасок и скруглений различного вида;

построение уклонов;

создание различного типа отверстий;

получение развёртки тел равномерной толщины.

Основные методы создания твёрдого тела сочетают в себе также возможность комбинации всех перечисленных способов как при добавлении материала, так и при его снятии. Естественный порядок работы конструктора без труда позволяет создавать сложные твёрдотельные модели, состоящие из сотен конструктивных элементов. При необходимости во время работы возможно введение вспомогательных плоскостей и осей для использования в дальнейших построениях.

Параметры всех созданных конструктивных элементов доступны для изменения, так что в любой момент работы можно изменить произвольный параметр эскиза или базового тела и выполнить затем полную перестройку модели.

Кроме создания твёрдых тел, в SolidWorks существует возможность построения различных поверхностей, которые могут быть использованы как для вспомогательных построений, так и самостоятельно. Поверхности могут быть импортированы из любой внешней системы или построены теми же способами, что и твёрдые тела (выдавливание, вращение, переход между контурами и т.п.). Допускается получение слепка любой из поверхностей уже построенного твердого тела.

Режимы визуализации полученной модели позволяют просматривать ее каркасное или реалистичное изображение. Для повышения качества тонированных изображений могут быть изменены физические характеристики поверхности детали (текстуры) и назначены дополнительные источники света.

5.5 Библиотеки стандартных элементов

SolidWorks предоставляет возможности создания библиотек стандартных твердотельных моделей. При этом необходимо создать управляющую таблицу с параметрами построенной модели. Строчки таблицы содержат наборы параметров для различных типоразмеров. Впоследствие для получения конкретной детали требуемого типоразмера достаточно будет выбрать нужное значение из списка.