2.2. Системы автоматизированной разработки чертежей

Системы автоматизированной разработки чертежей (Computer aided drafting system) – системы, позволяющие разработчику в интерактивном режиме создавать и редактировать двумерные электронные модели чертежей. Такие системы еще принято называть «электронным кульманом».

Подобные системы имеют следующие функции:

• настройка единиц измерения;

• настройка размеров листа;

• создание слоев;

• использование сетки (вспомогательных линий);

• использование привязки (средство точного задания координат к характерным точкам изображения: узлам сетки, точкам пересечения примитивов, концам отрезков и т.д.);

• функции построения примитивов (отрезки, полилинии, окружности, дуги, сплайны, полигоны);

• изменение атрибутов примитивов (цвет, толщина, штриховка и т.д.);

• автоматическая простановка размеров на чертеже;

• функции вращения, масштабирования, перемещения, получения зеркального отображения примитивов;

• функции выделения, удаления и копирования примитивов;

• функции скругления и снятия фасок, разбиения элементов, обрезки и продления примитивов;

• функции ввода текстовых обозначений на чертеже.

Стандартными способами создания чертежей в CAD-системах являются:

• черчение при помощи двухмерных примитивов и функций редактирования;

• автоматизированная генерация чертежа по 3D-модели.

Первый способ аналогичен процессу черчения. В этом случае обычно используются такие средства ввода информации, как мышь и клавиатура.

Наличие модуля объемного моделирования позволяет обеспечить возможность автоматизированного создания двухмерного изображения чертежа по трехмерной модели. В этом случае задача проектировщика состоит только в задании видов чертежа и его оформлении (простановка размеров, задание типов линий и т.д.). Обратная задача – генерация 3D-модели по видам чертежа в настоящее время не решена должным образом.

2.3. Системы геометрического моделирования

Подсистемы геометрического моделирования занимают центральное место в машиностроительных САПР. Конструирование изделий в них, как правило, проводится в интерактивном режиме при оперировании геометрическими моделями, т.е. математическими объектами, отображающими форму деталей, состав сборочных узлов.

Различают следующие виды геометрических моделей: каркасные (проволочные), поверхностные, твердотельные [19, 27].

Каркасная модель представляет форму детали в виде конечного множества линий, лежащих на поверхностях детали. Для каждой линии известны координаты концевых точек и указана их принадлежность ребрам или поверхностям. Оперировать каркасной моделью на дальнейших операциях маршрутов проектирования неудобно, и поэтому каркасные модели в настоящее время используют редко.

Поверхностная модель отображает форму детали с помощью задания ограничивающих ее поверхностей, например, в виде совокупности данных о гранях, ребрах и вершинах.

Твердотельные модели отличаются тем, что в них в явной форме содержатся сведения о принадлежности элементов внутреннему или внешнему по отношению к детали пространству.

Функции систем твердотельного моделирования можно разделить на следующие группы [19]:

• функции создания базовых примитивов и булевские операции;

• функции заметания (2.5D-моделирование);

• функции сопряжения и поднятия;

• функции моделирования границ;

• объектно-ориентированное моделирование.

Функции создания базовых примитивов и булевские операции. Такой метод называют еще твердотельным моделированием (constructive solid geometry). Используются сложные объекты, составленные из простых объемных примитивов. Обычно к таким примитивам принадлежат параллелепипед, сфера, конус, эллипсоид, цилиндр, тор, клин. Размеры примитивов задаются пользователем в интерактивном режиме. Булевы операции над примитивами позволяют достигать объединения, вычитания и выделения общей части примитивов.

Функции заметания (2.5D-моделирование). Эти функции предназначены для построения тел и поверхностей путем движения образа (прово­лочной модели) в пространстве. Модели делятся на три вида в зависимости от построения (рис.2.1):

- выдавливанием образа в пространстве или отдельными сече­ниями;

- вращением образа вокруг оси;

- движением образа вдоль траектории.

Примерами объектов первого класса являются, например, призма, полученная двумя сдвигами образа. Ко второму классу принадлежат цилиндры, валы, коль­ца. Объектом третьего класса может быть изогнутая труба.

а б в

Рис. 2.1. 2.5D-модели: а) выдавливание образа в пространстве;

б) моделирование с помощью вращения;

в) движение образа вдоль траектории

Функции сопряжения и поднятия. Функции сопряжения используются для замены ребра или вершины гладкой криволинейной поверхностью. Поднятием называется перемещение всей грани объемного тела или ее части в заданном направлении с одновременным удлинением тела в этом направлении.

Функции моделирования границ используются для добавления, удаления и изменения вершин, ребер и граней объемного тела. Однако создавать тело на основе рассматриваемого подхода очень трудоемко. Поэтому эти функции используются для изменения формы тела или для создания двухмерных сечений.

Объектно-ориентированное моделирование (ООМ). ООМ представляет пользователю макрофункции, ранее определенные как последовательность действий, исполняющих булевы операции. Например, сквозное отверстие выполняется с использованием операции «вычитание». Под сквозным отверстием в ООМ понимается правило, которое определяет сквозной проход в заданном месте через тело модели. Подобные макрофункции получили название «фичерса».

Фичерсы – привычные пользователю конструкционно-технические элементы (отверстия, фаски, скругления и т.д.). Фичерсы являются параметризованными объектами, привязанными к геометрии. При модификации модели привязка сохраняется, с соответствующей корректировкой фичерсов. Конструкционные элементы могут принимать любые очертания, приобретая будущую геометрию. Фичерсы содержат также информацию о том, как они соотносятся друг с другом. При изменении фичерсов могут изменяться геометрия и топология модели в целом. Это означает, что можно автоматически создавать любой объект и элемент (фаски, скругления), просто указывая их местоположение. После этого оно остается привязанным к грани при любом ее перемещении.

Следует отметить, что параметрические модели в отличие от жестко-размерных, не стандартизированы. Нынешние трансляторы IGES и STEP не работают с описаниями ограниченных условий и историй. Эта информация теряется при переносе из одной системы в другую, и поскольку параметризация модели основана на истории построения, последующее редактирование создаваемых объектов становится затруднительным.

Программы, реализующие ООМ: Pro/Engineer, CADDS5, T-Flex.

Визуализация. В современных CAD-системах существуют также возможности для получения качественных фотореалистичных изображений и анимации, использования спецэффектов и т.д. В системе должна иметься возможность задавать и полностью настраивать неограниченное количество источников света. Кроме того, обычно имеются функции представления модели в режиме затенения, включая прозрачность поверхности, текстуры и другие свойства материалов [23, 24].