Раздел 4. Компьютерная графика и геометрическое моделирование

комплексное использование компьютерного моделирования в

промышленных системах.

После объединения анимации и реалистических изображе­

ний геометрических моделей следующим логическим шагом

представляется реализация виртуальной реальности, о целях и за­

дачах которой, применительно к задачам машиностроения, мы

порассуждаем в завершении данного раздела.

Для проектирования трубопроводов и трассировки кабельной

проводки в сложных машиностроительных изделиях использу­

ются специализированные модули промышленных автомати­

зированных систем. Такие подсистемы САПР предназначены

для автоматизации типовых работ по прокладке и модификации

трасс, размещению элементов, вычислению потребных длин

и диаметров, автоматическому созданию сборочных чертежей

и спецификаций. Применение специализированных подсистем

не только сокращает время и увеличивает производительность

труда, но и, что самое главное, резко уменьшает количество не­

избежных раннее ошибок и как следствие — объем доводочных

работ. Например, стыковка элементов трубопроводов, получен­

ных на основе геометрических моделей, происходит настолько

точно, что исключает слесарные операции подгонки, обычно не­

избежные при традиционной технологии проектирования.

Для высокоуровневой автоматизации технической подготовки

производства отдельных типов изделий удобны параметрические

графические библиотеки. Для ряда структурно простых объектов

(валы, зубчатые передачи, пружины и пр.) можно максимально

автоматизировать выполнение проектных процедур. В ряде слу­

чаев узкая специализация позволяет добиться даже автомати­

ческого проектирования типовых изделий, например лопаток

турбин. Очевидно, что создание и применение подсистем САПР

такого уровня специализации возможно в очень ограниченных

профессиональных пределах. Например, экономически эффек­

тивны подсистемы проектирования штампов и пресс-форм,

содержащие параметрические библиотеки стандартных дета­

лей или даже уже готовые параметризованные типовые изделия

[160]. Профессиональные проектировщики обычно предпочита­

ют использовать только стандартные детали из библиотек, а ти­

повыми решениями увлекаются начинающие проектанты. Здесь

212

4.5. Моделирование объемных сборок

проявляется важное дидактическое свойство специальных си­

стем - возможность ускоренного развития квалификации моло­

дых специалистов не только в компьютерной, но и в предметной

области.

В учебных целях компьютерное геометрическое моделиро­

вание чаще всего используется при освоении прикладных про­

грамм, т.е. как объект изучения. Однако было отмечено, что при

«правильном» внедрении проблемно-ориентированных подси­

стем САПР для обучения студентов компьютерным технологи­

ям явственно проявляется дополнительный «предметный» обу­

чающий эффект от применения компьютерного моделирования,

который необходимо развивать и целенаправленно использовать

для развития профессиональных способностей. Компьютерная

модель изделия кроме геометрии содержит и важную для форми­

рования специалиста информацию о составе, структуре и прин­

ципах проектирования рациональных технических объектов, т.е.

геометрические библиотеки типовых решений можно уже трак­

товать как базы знаний, в которых в материализованном виде

накоплен опыт проектирования.

По большей части, машиностроительные сборки с ограниче-

ным числом элементов строятся достаточно просто. Но в прак­

тической работе проявляются некоторые типовые проблемы ра­

боты со сложными сборками.

Проблемы точности формообразования обычно проявляются

при моделировании сборок из заранее подготовленных моделей

деталей. Затруднения вызывают ситуации, в которых сложные

формы деталей и узлов должны стыковаться вдоль криволиней­

ной поверхности. На помощь здесь может прийти проектирова­

ние переходников прокладок и вставок в контексте сборки.

Проблемы потери и поиска файлов моделей типичны для ло­

кальных автоматизированных мест и программ.

В процессе проектирования создаются сложные параметриче­

ские сборки, состоящие из многочисленных компонентов, кото­

рые могут являться моделями деталей, записанными в различных

Файлах, или другими сборками, в свою очередь состоящими из

Множества файлов. Добавление компонента в сборку создает связь

Между сборкой и файлами компонентов. При открытии сборки

программа должна найти файл компонента, чтобы отобразить его

213

4.5. Моделирование объемных сборок

один стандартный элемент в разных сборках, то, как правило,

тически отражаются на сборке.

Как правило, сама модель сборки не включает моделей дета­

лей, а лишь содержит информацию о моделях деталей и описа­

ние связи между ними. Модели деталей сохраняются в отдельных

файлах, разбросанных в папках на жестком диске компьютера

разработчика. В файле сборки хранятся только ссылки на эти

компоненты. Это позволяет исключить дублирование и сокра­

тить потребные затраты дисковой и оперативной памяти ком­

пьютера. Однако в данном случае модель сборки становится

зависимой от структуры файловой системы компьютера и при

произвольном перемещении файлов может произойти потеря

информации о компонентах сборки, а в результате возможно

полное разрушение модели сборки. Это очень существенно, ког­

да необходимо сохранить сложную компьютерную сборку в ар­

хиве или передать в другое подразделение смежнику.

Решение описанной проблемы обеспечивает переход от

привычного размещения моделей в стандартной файловой си­

стеме ПК к хранению всех данных по сборке в специальной

базе данных.

Проблемы сохранности и передачи информации о сложных сбор­

ках можно назвать типичным проявлением «лоскутной» автома­

тизации, когда компьютеризируются отдельные рабочие места.

Лучше всего проблемы хранения и переноса сложных моделей

сборок решаются при использовании специализированных си­

стем управления инженерными данными (PDM-систем). PDM

переводит разрозненные файлы деталей сборки, разбросанные

по дискам автоматизированного рабочего места разработчика,

в централизованный архив без потерь - в форме структуриро­

ванной базы данных.

Проблемы унификации и стандартизации элементов сборок

чаще всего связаны с недостатками в организации технической

подготовки производства, когда как при внедрении автоматизи­

рованной системы сохраняются традиционные «бумажноориен-

тированные» методы технического документооборота.

В крупных проектах или в больших КБ с богатой производ­

ственной историей одни и те же детали используются в разных

изделиях. Например, если нескольким пользователям был нужен

214

они многократно дублируют его. Для решения этой проблемы ис-

пользуется механизм ссылок налетали, а не их копирование. И н ­

формация об экземплярах деталей или узлов содержит сведения

о том, в каких местах изделия используется одна и та же деталь.

Экземпляр - удобная общая концепция для описания стандарт­

ных деталей, в частности крепежных, поскольку она позволяет

однократно сохранить параметры деталей, а затем использовать

их сколько угодно раз. Но в общем случае, когда необходима

унификация изделий в крупном проекте или на предприятии

в целом, с этой проблемой лучше справляется PDM. В этом слу­

чае создаются и используются дополнительные метаданные,

представляющие собой информационную модель изделия.

О PDM, информационных моделях и моделировании инфор­

мационных систем мы поговорим в следующих разделах. Рас­

сматривая приведенный выше пример, мы еще раз обращаем

внимание читателя на глубокое проникновение, взаимное влия­

ние и связи многих моделей и методов компьютерного модели­

рования, которые используются для автоматизации современно­

го машиностроения.