2. Модуль cad

2.1. Плоское моделирование и черчение [5]

Современные интегрированные CAD/CAM-системы ориентированы на сквоз­ной процесс проектирования и подготовки производства. Развитие каждой состав­ляющей части системы подчинено в первую очередь этой главной задаче. Но прак­тика показывает, что эффективным является и модульное применение САПР. Более того, средства и методы, разработанные для решения комплексной задачи, ускоряют и упрощают решение частных локальных задач.

Разработки модуля CAD в САПР начинались с его плоской части (2D). В основу плос­кого моделирования и черчения в САПР были положены несколько требований. Все эти требования в комплексе и определяли как функциональность системы, так и логику работы с той или иной функцией.

Одной из главных задач была и остается поддержка различных стандартов оформления документации. По понятным причинам без этого свойства работа, например, российского конструктора, от которого требуется соблюдение ГОСТа, становится невозможной. Поэтому, начиная с самых первых версий, только российские CAD-системы поддерживали как стандарты ГОСТ (машиностроительный, строительный), так и зарубежные стандарты оформления документации (ANSI, ISO). Продукты иностранных производителей до сих пор не всегда изначально поддерживают ГОСТы.

Но поддержка стандартов без удобства работы и разумных сроков освоения системы пользователем становится бессмысленной. Поэтому важнейшей осно­вой при создании системы являются оптимизированные методы построения черте­жей и плоских моделей.

Каждая функция плоского черчения должна быть интуитивно понятной и ло­гичной в использовании. Очень большое значение при этом имеет среда, в которой работает система, а следовательно, интерфейс и внешний вид системы. Современные САПР должны работать во всех самых распростра­ненных на сегодняшний день ОС. Вместе со специфическими чертами САПР (например, упрощенный механизм привязок, минимальная загрузка системного меню, легкий дос­туп к свойствам любого элемента) конструктор использует многое из того, что по умолчанию предлагают практически все Windows- приложения (настройка пользо­вательского меню, создание собственных панелей инструментов и т. п.).

Исходя из оптимизированных методов построений, сформировалась идеология CAD в 2D: творческий процесс проектирования с использова­нием параметрических возможностей системы, комплексности объектов, свойств аппликативности, точных построений и стандартного набора средств оформле­ния чертежей.

Плоское проектирование и построение чертежей в САПР может вестись дву­мя методами. Условно их можно назвать методом точных построений и методом параметрических изменений.

Метод точных построений обычно применяется в том случае, когда кон­структор точно представляет окончательный облик изделия, либо при обычном перечерчивании чертежа с листа. Создание элементов в данном случае происхо­дит при помощи точного задания их параметров (например, использование эле­ментов типа «Окружность заданного диаметра», «Линия под углом») и точного позиционирования элементов при помощи процедур привязки, шага и угла дви­жения курсора. Такой способ создания геометрии традиционен для большинства плоских CAD-систем.

Метод параметрических изменений заключается в создании геометрии без описания точных пара­метров объектов, то есть в своеобразном «эскизировании» с учетом

только лишь определенных связей между элементами (параллельность, соосность, касание, ор­тогональность и т. д.). Для этого реализован ряд меха­низмов, облегчающих проектирование на стадии построения эскиза. Это, во-пер­вых, усовершенствованный режим автоматической привязки, при котором конст­руктор может настроить нужные ему опции и параметры. Работа в таком режиме сопровождается интеллектуальными контекстными подсказками, значительно об­легчающими построения. Во-вторых, универсальные методы редактирования гео­метрических элементов с некоторыми свойствами анализа, например триммирование элементами, где автоматически определяется удаляемая часть объекта, или эффективный механизм булевых (логических) операций на плоскости.

Но каким образом конструктор при вольном эскизировании приходит к окон­чательному виду изделия с точными размерами, готовому к передаче технологу или оформления КД? Ответ прост: при помощи параметрических изменений гео­метрии, исходя из реальных размеров, проставленных на чертеже (эскизе).

Самый простой способ таких изменений — построение параметрических мо­делей на основе созданной геометрии. Конструктор проставляет нужные размеры и обозначения. Потом начинается последовательный процесс создания парамет­рической модели (рис.2.1).

Каждый размер «связывается» с существующей геометрией. Свойства, которые конструктор заложит в параметрическую модель, напрямую влияют на те изменения, которые будут происходить при корректировке значения того или иного размера.

Рисунок 2.1 Процесс создания параметрической модели:

1- выбор размера, определение базы; 2- указание элементов; 3- подтверждение, присваивание размеру параметрического номера; 4- изменение геометрии и значения размера

Процесс создания параметрической модели не сопряжен с каким-либо программированием. Все происходит в интерактивном и понятном графическом режиме. Конструктор работает с той же самой геометрией и теми же самыми размерами, которые создал ранее. Сначала указывается размер, который будет параметризован, затем выбирается база, относительно которой, будет изменяться геометрия, и указываются элементы, положение которых будет изменяться. Последовательно, если это нужно, параметризуются все нужные раз­меры. После процесса создания параметрической модели конструктор может из­менять геометрию, изменяя значения размеров.

Инструментарий построения параметрических моделей эффективно применя­ется для создания, пополнения и редактирования библиотек. Конструктор может не просто использовать готовые параметрические библиотеки стандартных эле­ментов, но в процессе работы создавать свои собственные. Параметрическая мо­дель сохраняется во внутреннем формате как часть универсального файла, а также вместе с геометрией может быть записана как самостоятельный файл биб­лиотеки элементов.

Но на практике, при построении и изменении плоской геометрии, механизм создания параметрических моделей не всегда удобен, поскольку требует от конст­руктора некоторого внимания к характеру внесения изменений и его описания. Для внесения изменений в геометрию может применяться и другой метод пара­метризации — эвристический. При использовании этого метода конструктору не нужно создавать никаких связей между размерами и плоской графикой. Доста­точно просто изменить значение размера и регенерировать модель с новыми ука­занными параметрами. При этом система сама производит анализ и устанавлива­ет связи. Так, параллельные линии останутся параллельными, касательность будет соблюдена и после регенерации, те размеры, значения которых не изменились, останутся прежними и т. д.

Оба способа параметрических изменений геометрии могут применяться на лю­бой стадии формирования чертежа. Эвристическая параметризация может при­меняться как ко всей созданной геометрии в целом, так и к отдельным группам элементов. Очень важно, что как первый, так и второй тип параметризации кон­структор может применять в работе с импортированной геометрией из других си­стем, что позволяет использовать преимущества различных САПР.

Для конструктора-проектанта, наряду с параметрическими изменениями, очень важно менять геометрию вариативно. Поэтому к оптимизированным методам построений в CAD 2D можно отнести и комплексное представление плоской графики. Как известно, любой плоский чертеж или эскиз создается из геометри­ческих примитивов. То, из каких составляющих создан чертеж, будет влиять на простоту, скорость и качество внесения любых (как параметрических, так и вари­ативных) изменений. Для удобства работы и быстрого и эффективного внесения изменений в рекомендуется представлять всю геометрию замкнуты­ми объектами с заранее заданным атрибутом элементов (типом линии и типом штриховки), которые можно изменить в любой момент времени. Если вся геомет­рия представлена именно такими объектами, а не отдельными отрезками, дугами и сплайнами, то количество элементов становится минимальным и, соответствен­но, значительно облегчаются механизмы внесения изменений в проект, как пара­метрических, так и вариативных. Кроме того, существует возможность объедине­ния любых плоских элементов в комплексы (блоки) с возможностью работы как с группами объектов в целом, так и с входящими в комплексы элементами.

Еще одним инструментом плоского проектирования является свой­ство аппликативности. Замкнутые комплексные контура с определенным типом штриховки могут быть прозрачными и непрозрачными и, соответственно, при наложении затенять друг друга. Это полезное свойство легло в основу как штриховки многосвязных областей, так и построения сборочных чертежей. Каждый из комплексных элементов имеет свой уровень и может переноситься с одного уровня на другой, что позволяет максимально эффективно оптимизировать работу со сборочными чертежами.

Важным моментом является минимизация срока внедрения системы на пред­приятии. Такое свойство системы можно назвать степенью адаптивности систе­мы. Эта особенность зависит от самых различных факторов. Конечно же, выше­описанные оптимизированные методы построений влияют на адаптивность.

Очень важной составляющей адаптивности является интерфейс с другими про­граммными средствами. Все наработки коллег, работающих на других системах, или собственные бывшие наработки конструктора должны быть доступны и при внедрении новых САПР. Для этого были разработаны и посто­янно развиваются интерфейсы обмена данными через форматы DXF, DWG, IGES.

Конструктор, работая с чертежами, привязан к одной схеме проектирования. Создание изделия может осуществляться как от сборки к деталировке, так и от создания чертежей на от­дельные детали к сборочному проекту. Да и в пределах проектирования отдельной сборочной единицы конструктор может избрать привычный для себя путь создания той или иной геометрии.

Чертежи в CAD могут создаваться не только стандартными методами плоского моделирования, но и, конечно же, проецированием 3D-модели. При­чем, и в этом случае опять же не происходит ломки сложившегося способа проекти­рования. Конструктор может использовать готовые чертежи или эскизы (в том чис­ле и импортированные) для создания объемных моделей и сборок. А также начинать проектирование с создания 3D, а затем, используя инструменты проеци­рования, получить проекции модели, создать необходимые разрезы, сечения, мест­ные виды, которые будут ассоциативно связаны с объемной моделью изделия.

В работе над проектом на уровне конструкторской группы серьезную помощь предоставляет электронный архив чертежей. Для всех САПР это стало неотъемлемой частью модуля CAD. Работа сейчас может вестись не только на уровне считыва­ния-записи файла, с весьма ограниченным набором свойств, а на уровне понятий «документ», «чертеж», «проект». Каждый чертеж имеет так называемую карточку, в которой могут содержаться любые его свойства, в самом распростра­ненном случае — это соответствующие поля штампа, технические требования и слайд просмотра чертежа. По содержанию такой карточки документа могут не просто автоматически заполняться поля штампа, но и осуществляться поиск и сор­тировка по базе чертежей, отслеживание версий документа, времени внесения из­менений. Кроме того, работа в группе предусматривает распределение обязанно­стей между различными пользователями системы (различные пользователи могут иметь разные права доступа к тем или иным архивам чертежей).

Современные САПР спроектированы таким образом, что, даже в случае когда какие-либо построения «в лоб» произвести невозможно, предусмотрены несколько вариан­тов «обхода» проблемы и в конце концов получения результата. Многие команды системы, кроме своего основного назначения, имеют еще и частную функциональ­ность, которая зависит от конкретной ситуации или от типа объекта, с которым ведется работа. Поэтому конструктор, обладая внешне минимальным набором инструментов, благодаря заложенной в них интеллектуальности, на самом деле использует гораздо более широкий диапазон средств. А при определенных навы­ках это свойство системы превращается в гибкий и исключительный по эффек­тивности способ моделирования и оформления чертежей.

Основные функции плоского моделирования. Как и в большинстве графических систем, построение плоских моделей в сис­теме выполняется при помощи графических примитивов: отрезков, дуг, окружно­стей, кривых и комплексных объектов: контур, полилиния и т. п. Система позво­ляет использовать вспомогательные построения, не прерывая основных построений. В системах есть большой выбор методов построения примитивов и их комбинаций, широкий набор математических кривых, от классических сплайнов до NURBS, и всевозможные способы задания координат.

Текст может быть представлен как текстовый параграф или табличный текст с соответствующим выравниванием, так и в виде отдельных текстовых строк. Дос­тупны стандартные ЕСКД шрифты и все обилие TrueType шрифтов.

Широкий набор условных обозначений: шероховатости, допусков, выносок, а также технологических объектов обеспечивает эффективное оформление черте­жей и технологических эскизов. Предлагается большой набор стандартных и пользо­вательских штриховок в прозрачном и непрозрачном вариантах и библиотеки форматов для различных стандартов ANSI, ISO, ЕСКД.

Система предоставляет все необходимые возможности нанесения и редакти­рования размеров. При этом размеры могут устанавливаться автоматическим или ручным позиционированием и имеют множество настроек, в том числе и на раз­личные стандарты. Для несложных фрагментов эффективно применение автома­та, который осуществляет нанесение размеров без участия пользователя.

При помощи функций редактирования можно деформировать и дополнять элементы, строить скругления и фаски, выполнять обрезку, продление, сопряже­ние. Особое значение имеют булевы операции объединения, дополнения и пере­сечения контуров, которые упрощают плоское моделирование и черчение.

Кроме стандартных процедур переноса, поворота, зеркального отражения, ко­пирования и масштабирования группы элементов, есть удобная функция извлече­ния области для создания местного вида.

Уникальный аппарат инженерной аппроксимации кривых дает возможность обра­батывать художественные эскизы до уровня чертежно-конструкторского исполнения.