Моделирование объемных сборок

Компьютерной моделью сборки называют трехмерную геометрическую модель изделия, объединяющую модели деталей, подсборок и стандартных изделий, а также информацию о взаимном положении этих компонентов и зависимостях между параметрами их элементов [9].

Согласно концепции комплексной автоматизации технической подготовки производства, объемная геометрическая модель сборки должна стать основой электронного описания изделия, которое непрерывно развивается и пополняется, объединяя данные, порождаемые в процессе решения производственно-технических задач.

Компьютерная модель сборки может быть использована для решения широкого круга задач:

· проработка компоновки, увязка размеров, оптимизация конструкции и технологии сборки, разнесение элементов сборки (эксплодирование);

· моделирование кинематики;

· решение задач, связанных с упаковкой и складированием, обслуживанием и ремонтом;

· обучение и переподготовка кадров и др.

В настоящее время в CAD-системах реализуются два основных подхода к проектированию сборочных единиц.

Проектирование «снизу вверх». Принцип создания сборочной модели по данному методу полностью соответствует реальному производственному процессу: вначале создаются модели деталей, а затем их объединяют в единую конструкцию. Применяется, когда у конструктора есть достаточно полное представление о геометрии деталей или используются детали из уже выпускающихся изделий и стандартные изделия.

Проектирование «сверху вниз» (создание деталей в контексте сборки). С точки зрения процесса конструирования это идеологически более правильный подход, так как модели деталей разрабатываются в контексте сборки, т.е. на основе геометрических элементов других деталей. Заключается в первоначальной разработке концептуальной схемы и компоновки изделия, определении его габаритов, а затем уже в проектировании входящих в него узлов, деталей и задании взаимосвязей между ними.

На практике при проектировании сборок чаще всего применяется сочетание вышеназванных подходов.

Важной особенностью работы с геометрическими моделями сборок является возможность создания параметрических ограничивающих отношений между отдельными элементами сборки. Ассоциативная связь между деталями приводит к тому, что при изменении одной детали, остальные, связанные с ней, автоматически перемещаются и (или) меняют свою геометрию (рис. 8, а, б).

а)

б)

Рис. 8

Современные системы геометрического моделирования могут работать со сборками, содержащими десятки и сотни тысяч деталей. В свою очередь, большое количество деталей и их сложная форма предъявляют достаточно жесткие требования к возможностям компьютера, поэтому во многих системах предусмотрены функции упрощения сборок.

Одним из методов упрощения сборок является использование экземпляров. Этот метод позволяет моделировать стандартную деталь (в частности крепежную) только один раз, после чего достаточно лишь задать положение следующего экземпляра этой детали. Кроме того, экземпляры легко изменять, поскольку изменения достаточно внести один раз.

Другим методом является укрупнение, т.е. группировка всех деталей или отдельных узлов в одно целое, при этом исчезают все внутренние особенности узлов, а сохраняются только внешние. Если пользователю необходима лишь внешняя форма, это значительно упрощает работу с моделью.

Сложность модели может быть снижена методом игнорирования особенностей деталей в тех случаях, когда они не важны. Однако эти детали постоянно сохраняются как части геометрической модели.

Работа со сложными сборками неизбежно приводит к возникновению еще одной проблемы, связанной с потерей и поиском файлов. Как правило, сама модель сборки не включает модели деталей, а лишь содержит ссылки на них и описание связей между ними. При этом модель сборки становится зависимой от структуры файловой системы и имен файлов, и при перемещении любого файла или изменении его имени может произойти разрушение компьютерной модели сборки.

В условиях применения сквозных компьютерных технологий, когда информация с компьютера передается непосредственно на станок по локальной сети, чертежи теряют то ведущее положение, которое они занимали в традиционном конструировании. Однако во всех программных пакетах есть средства разработки чертежно-конструкторской документации.

Чертеж — документ, содержащий изображение детали и другие данные, необходимые для ее изготовления и контроля (ЕСКД ГОСТ 2.102-68).

Для пакетов нижнего уровня функция вычерчивания является основной, и подготовка чертежа на компьютере мало чем отличается от работы на кульмане.

В CAD-системах среднего и верхнего уровней, работающих с объемными моделями, также присутствуют модули, позволяющие автоматически получать чертежи и другую документации на основе 3D-моделей в соответствии с существующими российскими и международными стандартами. При этом обеспечивается ассоциативная связь между моделью и чертежами, сделанными на ее основе, позволяющая в автоматическом режиме отслеживать изменения, т.е. при изменении формы, размеров и топологии модели изменяются и все связанные с ней виды. Однако, в случае необходимости, ассоциативная связь может быть разорвана. В этом случае все линии чертежа становятся самостоятельными объектами и перестраиваются вручную с помощью функций редактирования плоской геометрии.

Обычно пользователю предоставляются возможности создания стандартных и произвольных видов, местных видов, разрезов и сечений; поддерживаются любые типы размеров: линейные, угловые, радиальные, цепочки размеров и т.д. (рис.9). На чертеж также могут быть нанесены допуски формы и расположения поверхностей, шероховатости, надписи, тексты.

Рис.9

Формирование спецификаций также происходит автоматически на основе данных о деталях сборки, которые могут быть получены либо из форматки, либо введены пользователем, либо взяты из данных для спецификаций (при вставке стандартных изделий). Между спецификацией и чертежом или сборочной моделью также существует ассоциативная связь. Это, в частности, проявляется в том, что при удалении детали из сборки, она удаляется и из спецификации. При этом происходит перенумерация последующих позиций спецификации и соответственно изменение позиций на чертеже.