3D моделирование и создание электронного макета

Основной задачей любой современной механической САПР является разработка трёхмерных моделей деталей и сборочных единиц и создание электронного макета изделия с требуемой в конкретном случае детализацией. При этом каждый производитель инженерного ПО старается предложить как можно более удобную, производительную и мощную среду для создания 3D моделей и проведения изменений. Инновационной особенностью Solid Edge, выгодно отличающих продукт от других САПР, является использование синхронной технологии моделирования, которая успешно развивается и используется в реальных проектах многих пользователей Solid Edge, позволяя в некоторых случаях добиться многократного преимущества над параметрическими системами.

 

Синхронная технология

 

Поясним, чем же так уникальна синхронная технология и почему она позволяет получить преимущества над системами обычного параметрического моделирования на основе дерева.

Системы на основе истории (или дерева) построения при грамотном использовании обеспечивают высокую степень автоматизации, но требуют проведения весьма трудоёмкой работы по предварительному планированию построения модели (выбор базового конструктивного элемента, просчёт последовательности создания элементов в дереве, увязка ключевых параметров модели и т.д.). Наряду с этим, сложные модели с историей построения часто «падают» при внесении существенных изменений, которые не были предусмотрены заранее, и конструктору требуется некоторое количество времени на то, чтобы исправить ошибочные элементы. Кроме того, каждое вносимое изменение требует перестроения части или даже всей модели, что занимает дополнительное время.

Другой класс систем - системы прямого моделирования - не обеспечивают такого уровня автоматизации внесения изменения, как параметрические системы, но зато позволяют вносить самые различные изменения в геометрию очень быстро, т.к. не опираются на историю построения и не требуют регенерации дерева модели.

В Solid Edge соединены лучшие признаки как систем прямого моделирования, так и параметрического на основе истории. В этом и заключается уникальность синхронной технологии: она объединяет скорость и гибкость прямого моделирования с точностью параметрического. В большей степени синхронной технологии присущи черты систем прямого моделирования для выполнения простых и самых распространённых операций вроде перетаскивания / копирования / поворота грани. Но вместе с тем, когда требуется, синхронная технология может использовать возможности параметрического моделирования, например для геометрически более сложных конструктивных элементов (пазы, оболочки, рёбра жёсткости, отверстия и т.д.). Кроме того, есть возможность явно контролировать геометрию модели за счёт управляющих 3D-размеров, которые добавляются прямо на рёбра и грани модели, минуя 2D эскиз, а также 3D-связей, позволяющих накладывать геометрические ограничения непосредственно на трёхмерные грани.

Благодаря тому, что синхронная технология не использует историю, конструктору не нужно продумывать последовательность построения, как в случае с параметрическими системами, что серьёзно экономит время. А т.к. конструктивные элементы не зависят друг от друга, конструктор может вносить изменения в модель независимо от того, в какой последовательности велись построения. Поэтому в процессе изменения модель изменяется только в той локальной области, где находится изменяемый элемент, а это позволяет редактировать модель одинаково быстро, независимо от сложности геометрии.

 

Образмеривать,    или «параметризовать» модель можно на любой стадии её создания, т.к. размеры можно помещать прямо на 3D геометрию. Кроме того, любой размер или связь можно безболезненно удалить или добавить, не опасаясь, что модель «рухнет».

Кроме того, синхронная технология обладает очень интересной    возможностью

распознавания и поддержания конструктивного замысла, или, другими словами, геометрических условий. За это отвечает функция Поведение геометрии. При этом реальных геометрических ограничений в модели может и не быть - функция Поведение геометрии (Design Intent) автоматически найдёт и распознает условия концентричности, совпадения, симметрии и т.д. независимо от того, как, кем и в какой системе была создана модель.

Изменения в импортированной геометрии всегда вызывали большие сложности у конструкторов, вынужденных работать со сторонними моделями, построенными в других САПР. Но с использованием синхронной технологии и эта непростая задача становится решаемой. Используя манипулятор Рулевое колесо, 3D связи или 3D управляющие размеры можно управлять геометрией импортированной детали или сборки так же быстро и эффективно, как и в «родной» системе, а зачастую даже быстрее.

 

Одним из ключевых аспектов синхронной технологии является быстрота её освоения, особенно начинающими пользователями, которые переходят в 3D из 2D систем. Принцип работы синхронной технологии во многом схож с работой в 2D, поэтому освоить Solid Edge с синхронной технологией таким пользователям будет намного проще, чем параметрические системы.

Создание же новой 3D геометрии с использованием синхронной технологии происходит максимально прозрачно для пользователя, особенно для тех, кто ранее работал в 2D. Для создания исходного тела синхронной детали необходимо так же построить 2D эскиз, на основе которого затем можно даже без использования отдельных команд (операций) создать 3D тело, используя только мышь и специальный манипулятор (Рулевое колесо). Пользователь по своему желанию или исходя из условий проектирования может добавить размерные связи как в 2D эскизе, так и непосредственно на 3D геометрию созданного исходного тела. Система автоматически распознаёт замкнутые 2D области в созданном эскизе, которые и используются в качестве базы для операций добавления / удаления материала. При этом набор 2D геометрии, использованный для создания 3D элемента, не является управляющим для него, т.е. не создаётся взаимосвязь «родитель-потомок», характерная для параметрических систем, а добавленные размерные связи в 2D эскизе автоматически превращаются в управляющие 3D размеры в модели.

В случае, если требуется создать что-то более сложное, чем бобышку или вырез, на помощь приходит набор конструктивных элементов, таких как отверстие, оболочка, массивы, рёбра жёсткости, уклоны и т.д.

Таким образом, располагая описанными возможностями по работе с 3D геометрией с использованием синхронной технологии, конструктор получает поистине неограниченную свободу в моделировании, особенно на стадии концептуальной проработки изделия: не требуется детально прорабатывать последовательность построения, модель можно параметризовать с помощью управляющих 3D размеров и связей частично или полностью, в зависимости от требований, 3D размеры и связи можно добавлять / удалять на любой стадии создания модели без боязни возникновения ошибок в дереве. Это даёт возможность конструктору сосредоточиться именно на проектировании, и не тратить драгоценное время на длительные перестроения и устранение ошибок.

Исходя из вышеизложенного, нетрудно определить и основные сферы применения синхронной технологии, т.е. тот класс задач, где она может дать наибольшую выгоду. К таким задачам можно отнести:

•    Высокопроизводительное    3D моделирование общемашиностроительных деталей, в том числе в контексте сборки с использованием    окружающейгеометрии других деталей;

•    Редактирование деталей со сложным или    «запутанным» деревом построения;

•    Редактирование импортированной геометрии;

•    Подготовка расчётных моделей и заготовок для расчётов МКЭ и подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ.

Стоит отметить, что несмотря на активное развитие инструментов синхронной технологии, в Solid Edge продолжает развиваться и традиционная параметрическая технология моделирования на основе дерева.

Этот принцип моделирования является наиболее распространённым и широко используемым в механических САПР. В этом случае каждая операция редактирования или создания геометрии добавляется в хронологическом порядке в историю построения модели в виде конструктивного элемента. Каждый конструктивный элемент базируется на одном или нескольких предыдущих и имеет свой набор параметров, как числовых, так и геометрических. Геометрия детали определяется всеми конструктивными элементами, воспроизведёнными в хронологическом порядке. Пользователь может изменить любой из элементов истории - удалить, вставить новый, изменить параметры существующего, и система, пересчитав математику всех последующих элементов, отразит результат в виде изменённой геометрии.

Любой параметр (переменная) модели с историей может быть связан с другой переменной,как в рамках данной детали, так и с другими файлами Solid Edge. Такая связь будет ассоциативной. Кроме этого, в Solid Edge переменные в деталях и сборках можно связывать и с электронными таблицами Excel, дополняя функционал моделирования мощным математическим аппаратом Excel. Такая связь также будет ассоциативной.

Ряд задач проектирования гораздо эффективнее решать именно с помощью параметрической технологии моделирования. В Solid Edge к таким задачам относится, например, поверхностное моделирование, работа с семействами и исполнениями деталей и т.п.

  

 

Многотельность

 

Одним из весьма эффективных средств моделирования в Solid Edge является работа с многотельными деталями. Многотельная деталь - это деталь, в которой может быть несколько рабочих тел. Данный функционал помогает гораздо более эффективно решать ряд конструкторских задач. Довольно часто проектирование какой-либо сложной детали удобно начинать с «нескольких сторон», а затем с помощью булевых операций соединить все тела в единое тело. Или, например, можно начать проектирование сборки с создания многотельной детали и затем на определённом этапе преобразовать эту деталь в сборку, создав для каждого рабочего тела отдельный файл детали, с сохранением ассоциативности с родительской многотельной деталью.

Довольно часто конструктор использует разнообразные покупные и комплектующие изделия, модели которых предоставляются поставщиками в нейтральном формате, но по сути являются сборками. Работа с многотельными деталями и здесь может помочь: в процессе импорта такого файла вместо сборки создаётся единственный файл детали, который может быть многотельным. Все тела такой детали легко объединяются в одно с помощью булевых операций. Этими возможностями можно воспользоваться и в случае, когда проектируемое изделие затем передаётся сторонним производителям какого-либо оборудования в рамках совместной разработки: можно легко получить из сборки всего изделия всего лишь одну деталь.

И, наконец, многотельность в Solid Edge позволяет довольно легко преобразовывать твёрдое тело в поверхность и наоборот, что иногда требуется для проектирования сложных деталей. А если добавить к многотельности полноценную поддержку синхронной технологии, то в распоряжении конструктора появляется мощный инструмент моделирования, не имеющий аналогов в своём классе. 

Рекомендуем прочитать