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.

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:

1. 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.

2. 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 обрезки 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. 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.

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 чертеж 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.

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.