книги / Основы САПР. CAD CAM CAE

Оценка запертых объемов

Как было сказано выше, запертый объем - это количество жидкого полимера в

стереолитографической машине, заключенное в обрабатываемой или отверждае­

мой области. Таким образом, запертые объемы могут существовать в вогнутых

областях, действующих как контейнеры. Жидкий полимер заперт, если его не­

возможно слить из контейнера. Соответственно, в зависимости от ориентации одна и та же вогнутая область может запереть необработанный полюtер, а может и не запереть его. Если образуется запертый объем, иногда бывает необходиыо

изготовить деталь со спускным отверстием, а после затвердевания заполнить это

отверстие. В таком процессе, как ламинирование, запертые объемы не допуска­

ются, поскольку удаление лишнего материала, находящегося в запертом объеме,

практически невозможно. Автоматическое обнаружение запертого объема про­ граммой иллюстрирует рис. 12.48 [99].

Рис. 12.48. Автоматическое обнаружение запертого объема

Размещение или упаковка деталей

Поскольку методология процессабыстрого прототипирования отличается от ме­ тодологии традиционного производственного процесса, для обеспечения эффек­ тивного использования данного метода необходимо внести некоторые коррек­ тивы. Прежде всего, время, требуемое для изготовления множества прототипов деталей с помощью системы быстрого прототипирования, можно коренным об­ разом сократить, изготавливая несколько деталей одновременно. В быстром про­

татипироnании время, затраченное на изготовление прототиnа, зависит не от ко­

личества деталей, а от общего числа слоев. Тесно расположив несколько деталей в подходящем объеме, можно изготовить их одновременно. Поэтому многие ком­

пании и другие пользователи находят преимущества в одновременном изготов­

лении нескольких деталей. В настоящий момент пользователь вручную выбирает

произвольные SТL-файлы и пытается добиться их оптимального расположения в рабочем пространстве методом проб и ошибок, после чего запускает процесс

изготовления. Однако подбор расположения в интерактивном режиме - утоми­

тельный процесс, не гарантирующий достижения оптимального размещения

всех деталей, и поэтому в общем с.тiучае он недостаточно хорош. Поскольку зада­ ча трехмерной упаковки является ведетерминированной задачей, решаемой за

полиномиальное время, оператор системы быстрого прототипирования не может

ее решить. Поэтому требуется эффективный алгоритм размещения множества

деталей в рабочем объеме, и в некоторых программных продуктах, таких как

MagicsRP от Materialise, предусмотрена функция полуавтоматической упаков­ ки [104]. Пример размещения нескольких деталей демонстрирует рис. 12.49 [99].

Глава 13

Виртуальная инженерия

Стремительно меняющийся и диверсифицированный рынок требует сокраще­ ния жизненного цикла для многих товаров. Быстрота разработки продукта явля­

ется ключевым фактором для удовлетворения этих требований рынка. Однако

традиционная разработка продукта основывалась на итерациях процесса nроек­

тщювания и построении дорогостоящих и трудоемких физических прототипов.

Когда встала задача сокращения этого процесса, неизбежным стало появление

методов разработки, основанных на компьютерном моделировании.

Прогресс автоматизированной разработки также привнес новую парадйгму в

проектирование и анализ. Прежде всего, системы геометрического модел»рова­

ШIЯ настолько продвинулись вперед за последнее десятилетие, что современные

САD-системы способны обрабатывать модели деталей и агрегатов самой слож­

ной геометрии и конструкции. Агрегат можно отображать, оценивать и модифи­

цировать как единое целое, а его движение можно имитировать так же, как это

делается с физическим прототипом. Еще одно достижение - это анализ по 1\tето­

ду конечных элементов. Он мог бы стать средством виртуальной оценки !Iадеж­ ности и технических характеристик продукта, если бы его вычислительную

эффективность можно было улучшить до такой степени, чтобы выводить резуль­ таты в реальном времени. С его помощью можно было бы предсказывать 1\tеха­

нические свойства и характеристики (напряжение, проrиб, вибрация, температу­

ра, давление в сложных деталях) так, как если бы они измерялись посредством

различных экспериментов. Более того, производители САD-систем в настоsrщий

момент пытаются объединить геометрическое моделирование с методом конеч­ ных элементов. Такая интеграция обеспечила бы непрерывное течение цикла проектирования и анализа. Метод конечных элементов использовался бы liзна­

чально в процессе проектирования для принятия конструкторских решенйii, что

позволило бы сэкономить драгоценное время и затраты, связанные с переnроек­

тированием.

Эти тенденции в инженерной науке сходятся в новом понятии - виртуа.л.ьная

иижеиерия (virtual engineering). В сущности, виртуальная инженерия- э'fо раз­

работка, основанная на имитации. Прогресс современной имитационной техно­

лопш сделал возможным решение таких задач, как численное моделирование

большинства механических свойств системы и обнаружение столкновений меж­ ду геометрическими объектами в реальном времени. Имитационные технОJiогии

позволили успешно применять виртуальную инженерию в промышленност11: для

сокращения затрат времени и средств на разработку. Область применеимя вир­

туальной инженерии расширяется, и достигнув зрелости, она станет глашюй со­ ставляющей процесса разработки.

В этой главе мы дадим определение виртуальной инженерии и обсудим ее ком­

поненты и применение. Далее мы обсудим попытки разработки средств nирту­

альной инженерии, предпринимаемые производителями САD-систем, и предста­ nим примеры их промышленного применения. После этого мы познакомимся с

коммерческими программными и аппаратными средствами виртуальной инже­

нерии. В заключение мы коснемся проблем и препятстnий, стоящих перед иссле­

дователями в этой области.

13.1. Определение виртуальной инженерии

Виртуальная иижеиерия (virtual engineering) - это имитационный метод, помо­

гающий инженерам в принятии решений и управлении. Виртуальная среда пред­

ставляет собой вычислительную структуру, позволяющую точно имитировать

геометрические и физические свойства реальных систем. Виртуальная инжене­

рия включает имитацию различных видов инженерной деятельности, таких как

машинная обработка, сборка, управление произnодстnенными линиями, осмотр и оценка, а также процесс проектироnания. Таким образом, виртуальная инже­ нерия может охватывать весь цикл разработки и произnодстnа продукта. После того как смоделирована деталь, имитируется ее машинная обработка и сборi<а. Затем, также с помощью имитации, собранный прототип тестируется, и в его конструкцию вносятся необходимые изменения. Когда прототип одобрен, ими­

тируется произnодстuенная система и ее функционирование. Прогнознруются

также себестоимость и график поставок. В результате этих имитаций получается

оптимизированный конечный прототип и произnодственные процедуры, на ос­

нове которых зате~1 реализуется физическая система.

Виртуальная инженерия дает совершенно новый подход к инженерным задачам.

Использование и:шпации устранит необходимость в дорогостоящих физических

прототипах и физичесi<ИХ экспериментах. Время разработки коренным образом

сократится, появится возможность проверить большее количество альтернатив­

ных nариантов I<онструкции, повысится качество конечного продукта. Виртуаль­ ная инженерия обеспечит также преnосходный интерфейс для клиента, позволяя

ему заранее увидеть трехмерную модель продукта и запросить конструктивные

изменения. Можно будет построить прототип продукта, который недоступен,

слишком опасен или слишком дорог для того, чтобы создавать его в реальности. Такая возможность будет неоценима в автомобильной и авиационной промыш­ ленности, где физические макеты стоят дорого, время разработки велико, про­

дукты крайне сложны и требуется глубокая обратная связь от клиентов.

13.2. Компоненты виртуальной инженерии

К виртуальной инженерии существуют различные подходы. Поскольку вир­

туальная инженерия - это зарождаюшаяся технология, ее терминология и оп­

ределения еще не до I<анца устоялись. В произnодстnе основным компонентом виртуальной инженерии является виртуальное произnодстnо. Виртуалыюе про­ изводство (vi1tual manufacturing) определяется как интегрированная синтетиче­ ская произnодственная среда, используемая для расширения всех уровней при-