¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

8 €нвар€ 2021

¬ведение в T-FLEX CAD и основные принципы моделировани€

»ван „еранЄв

»ван „еранЄв Ч ведущий инженер-конструктор ќтдела технологической подготовки производства, ¬ыборгский судостроительный завод.
основные принципы моделировани€

ѕеред вами перва€ часть небольшой серии публикаций Ђѕланирование и оптимизаци€ пор€дка построени€ 3D моделиї, в которой будут рассмотрены базовые принципы работы в CAD системах и способы оптимизации процесса 3D моделировани€. ѕродолжим мы изучением теории и практики планировани€ 3D построений в T‑FLEX CAD, а в завершение расскажем об инструментах T‑FLEX CAD и поиске альтернативных способов построени€.

ƒанна€ информаци€ будет особенно полезна новым пользовател€м T‑FLEX CAD. ¬ дополнение рекомендуем загрузить учебную версию T‑FLEX CAD и изучить учебное пособие.

ћатериал подготовил »ван „еранЄв, ведущий инженер-конструктор ќтдела технологической подготовки производства ¬—«.

¬ведение в CAD системы

CAD системы как часть технологии трЄхмерного компьютерного моделировани€ в насто€щее врем€ стали неотъемлемой частью нашей жизни. ќни охватили практически все отрасли промышленного производства, а также архитектуру, строительство и дизайн (но тут уже сво€ специфика и свои специализированные системы, их трогать не будем). ¬ арсенале CAD систем имеетс€ множество различных инструментов с разнообразными опци€ми, что даЄт пользователю широкие возможности в проектировании самых разных моделей: от гаек до межгалактических кораблей. » больша€ часть специалистов (конструкторов, технологов и т. д.) уже освоили ту или иную CAD систему и используют еЄ в своей работе.  то-то овладел ей в совершенстве, и дальше ему читать будет неинтересно, но наверн€ка ещЄ многие наход€тс€ на разных этапах изучени€ трЄхмерного моделировани€ Ч от освоени€ базовых приЄмов работы до программировани€ и написани€ своих приложений.

«ачастую у пользовател€ нет возможности пройти хорошее обучение работе с системой, изучать еЄ приходитс€ самосто€тельно по различным книжкам и видеоурокам или методом собственных проб и ошибок. ѕорой пользователь ограничиваетс€ освоением некоторого относительно небольшого набора инструментов, который он дл€ себ€ считает достаточным. Ќо на практике этого набора может оказатьс€ недостаточно дл€ эффективной работы.  роме того, в процессе обучени€, по мнению автора и на основании его личного опыта, мало удел€етс€ внимани€ планированию моделировани€ Ч выбору оптимального пор€дка построени€ модели. ѕорой это приводит к лишним построени€м и переделкам модели. ¬ отдельных случа€х при необходимости корректировки плохо продуманной модели оказываетс€ легче начать строить еЄ заново, чем редактировать. ћало знать, как начертить профиль и как построить плоскость или выталкивание, нужно ещЄ определить пор€док их построени€, чтобы в итоге получить оптимальную модель. ѕри изучении системы пользователю необходимо также научитьс€ планировать процесс моделировани€, то есть выбирать наиболее оптимальные операции и пор€док их использовани€.

ѕопробуем вместе (автор такой же моделист-самоучка) разобратьс€ в теории и практике планировани€ процесса создани€ модели на примере системы твердотельного параметрического моделировани€ T‑FLEX CAD 17. ѕри этом все приведЄнные здесь рассуждени€ в той или иной степени также применимы к другим —јѕ– с учЄтом их особенностей.

 ак завещали нам классики, практика без теории не сулит ничего хорошего, поэтому прежде чем заниматьс€ многократным построением и перестройкой одной и той же модели, отсчитыва€ затраченные минуты и нажати€ клавиш в поисках самого быстрого способа, начнЄм именно с теоретической подготовки и вы€сним, в чЄм же заключаетс€ моделирование и какую модель можно считать оптимальной.

ѕод теорией при этом не имеютс€ в виду знание €зыков программировани€ и специфические инженерные познани€ (они тоже очень нужны), в данном случае речь идЄт о знании используемой CAD системы, еЄ принципов, логики и правил, которые нам придЄтс€ пон€ть и использовать. ќбщие сведени€ о системе, интерфейсе и способах работы здесь подробно рассматривать не будем Ч об этом можно узнать (что насто€тельно рекомендуетс€ сделать) из имеющейс€ в программе справочной системы, штатного учебного пособи€, разных книг-самоучителей и различных видео в »нтернете (сейчас это можно найти практически дл€ любой CAD системы).

Ќа рис. 1 приведЄн общий вид интерфейса T‑FLEX CAD. ƒл€ тех, кто только начинает осваивать моделирование, стоит изучить основные элементы: 3D и 2D окна, дерево построени€ (окно Ђ3D модельї; обратите внимание на пор€док и логику отображени€ в нЄм различных элементов модели), панели инструментов. ƒл€ начала полезно будет просмотреть их все, понажимать кнопки и разобратьс€, что с их помощью можно получить.  нопка F1 в помощь; при запущенной команде получить краткую справку можно, просто навед€ курсор на кнопку, если така€ опци€ включена в настройках (рис. 1).

основные принципы моделировани€

–ис. 1. »нтерфейс T-FLEX CAD 17

ќставим изучение интерфейса и основ работы с системой дл€ самосто€тельного освоени€. »спользуйте дл€ этого учебное пособие T‑FLEX CAD 17.

ќсновные принципы моделировани€

ѕопробуем сформулировать и кратко по€снить основные принципы, на которых можно основать методику планировани€ моделировани€. ѕонимание этих принципов позволит добитьс€ более эффективной работы с CAD системой.

1. ћодель Ч это многообразие элементов. 3D модель Ч это не просто объЄмна€ картинка в трЄхмерном пространстве. ’от€ нередки случаи, когда модель стро€т по готовым чертежам именно с целью простой визуализации. Ёто уместно в процессе начального обучени€ моделированию, но при проектировании новых изделий приводит лишь к выполнению двойной работы и потере времени. 3D модель €вл€етс€ довольно сложной системой из множества разных элементов, параметров, атрибутов и прочего. ¬ дереве построени€ (окно Ђ3D модельї, рис. 1) как раз и отображаютс€ все элементы модели. ќсновна€ их часть св€зана с геометрией модели, при этом возможно провести разделение на две основные группы Ч 3D построени€ и операции, формирующие тела.

3D построени€ Ч это Ђтеоретическа€ї геометри€, ненаполненна€ материалом, Ч 3D узлы, линии (оси, пр€мые и кривые пути, профили), плоскости, системы координат. «ачастую они малозаметны и, не €вл€€сь частью тел модели Ч элементов моделируемой конструкции, составл€ют каркас, на который опираетс€ вс€ модель. ѕрактически невозможно построить модель без использовани€ 3D построений, они могут задавать геометрическую форму, размеры, относительное пространственное положение других элементов. ¬ модел€х со сложной геометрией поверхностей (основанных на пространственных кривых, а не на просто большом наборе простых форм) подавл€юща€ часть времени будет тратитьс€ именно на эти построени€. Ќа рис. 2а показано отображение 3D построений в дереве модели.

основные принципы моделировани€

–ис. 2. Ёлементы модели в дереве построени€: а) 3D построени€; б) операции и тела; в) раскрытие дерева построени€ тела

¬тора€ больша€ группа элементов, которые можно назвать Ђформообразующимиї, создает внешний вид модели. «десь операции образуют тела и поверхности, формирующие проектируемую деталь. ќни могут добавл€ть или удал€ть Ђматериалї в модели, измен€ть форму тел (деформировать тело), размещать в модели другие модели (фрагменты) и т. д. Ќа рис. 2б показано отображение операций и тел в дереве построений. ѕри этом тела показаны отдельно от списка операций, а каждое тело отображает историю своего создани€.

≈сть ещЄ треть€ группа элементов, они не геометрические, их можно назвать информационными, Ч сведени€ о материалах, структуре сборки и спецификации, базах данных, переменных, элементах оформлени€ и прочее. ќни также имеют большое значение, особенно переменные, с помощью которых можно полностью управл€ть моделью Ч еЄ геометрией, составом, отображением. ƒл€ эффективной работы при изучении системы следует уделить особое внимание этой составл€ющей модели.

¬сЄ описанное выше многообразие элементов объедин€етс€ в одну целую систему Ч 3D модель Ч благодар€ второму принципу.

2. ¬се элементы модели взаимосв€заны. Ёлементы модели не создаютс€ сами по себе. ¬ процессе моделировани€ между ними возникают св€зи. Ќа рис. 2в показано раскрытое дерево построени€ одного из тел Ч истори€ его создани€ в виде цепочки операций, геометрических элементов и 3D построений. Ёта последовательность операций и элементов построени€ и отображает цепочку взаимосв€зей Ђродительї Ч Ђпотомокї. Ђ–одительї Ч это элемент, на основе которого построена текуща€ операци€. Ёлемент Ђпотомокї эту операцию использует.

основные принципы моделировани€

–ис. 3. —в€зи Ђродительї Ц Ђпотомокї между элементами в модели

» Ђродителейї, и Ђпотомковї может быть много. ƒл€ каждого элемента в цепочке их можно посмотреть с помощью команды Ђ»нформаци€ї в контекстном меню, выделив операцию/построение (рис. 3). Ёто окно позвол€ет, например, пон€ть, как и в каком пор€дке строилась модель, если над ней работал кто-то другой. “акже можно узнать, что повлечет за собой попытка изменени€/удалени€ одного из элементов.

¬заимосв€зи между элементами модели возникают разными способами, чаще всего при непосредственном участии пользовател€: при выборе грани дл€ рисовани€ профил€ (на грани создастс€ рабоча€ плоскость, а уже на ней профиль, к тому же грань автоматически проецируетс€ на плоскость), при проецировании граней и 3D узлов при рисовании профил€, при указании границ и направлени€ выталкивани€, оси массива, плоскости симметрии и т. д.  роме того, все операции, которыми было создано тело, естественно св€заны между собой принадлежностью к этому телу, с учЄтом последовательности их выполнени€. Ќапример, если в теле сначала создать отверстие, а затем геометрически не св€занный с ним выступ (не имеющий прив€зок к поверхност€м самого отверсти€ и примыкающим к нему), то операци€, создавша€ отверстие, всЄ равно будет среди Ђродителейї выступа. «ачастую такие св€зи про€вл€ютс€ (иногда неожиданно) в процессе редактировани€ модели, и особенно при удалении элементов. ¬ этом случае система предлагает выбрать, что сделать с Ђпотомкамиї (зависимыми элементами) Ч удалить или переопределить, разрыва€ св€зи. —истема может переопределить некоторые св€зи (выступ в примере выше может быть легко сохранЄн при удалении отверсти€) или просто разорвать их. ѕравда, не все: если в теле удалить отверстие, в котором была создана фаска, то сохранить эту фаску, естественно, будет невозможно. Ќа рис. 4 показан пример вариантов удалени€ булевой операции из модели.  аждый из вариантов предполагает разный набор удал€емых и переопредел€емых элементов.

основные принципы моделировани€

–ис. 4. —пособы удалени€ элементов модели

—в€зать операции и построени€ между собой можно и другими способами, например с помощью переменных. ќни позвол€ют управл€ть не только геометрией модели (размерами и относительным положением в пространстве), но и составом модели, то есть исключать из неЄ отдельные тела, фрагменты.   примеру, в зависимости от величины зазора между двум€ детал€ми можно включать или подавл€ть в сборке шайбу между ними. Ќаличие этих взаимосв€зей позвол€ет задать в модели не только необходимые размеры, но и другие правила и ограничени€, по которым модель должна измен€тьс€ или сохран€ть свою конфигурацию в процессе еЄ создани€ и редактировани€. «нание и грамотное использование таких взаимосв€зей позвол€ет добитьс€, например, высокой гибкости модели Ч способности сохран€ть заданную геометрию без сбоев при изменении исходных заданных параметров в широких пределах (параметрические библиотеки типовых моделей) Ч либо, наоборот, практически полностью перестраиватьс€ с изменением одного-двух параметров.

 ак показывает накопленный автором опыт, серьЄзное изменение модели в процессе проектировани€ детали Ч частое €вление. ѕри этих корректировках велика веро€тность нарушени€ геометрии, поэтому правильное формирование св€зей между элементами в процессе построени€ модели может существенно облегчить еЄ дальнейшее использование. ј помогает заложить в модели необходимые св€зи третий принцип.

3. ћодель создаЄтс€ по част€м отдельными операци€ми. „тобы правильно сформировать св€зи в модели, необходимо сначала определитьс€, какие именно операции и построени€ в ней необходимы. –едко какую модель можно создать сразу одной операцией, разве что совсем примитивную. ƒл€ создани€ подавл€ющего числа моделей потребуетс€ выполн€ть несколько последовательных Ђформообразующихї операций, кажда€ из которых будет формировать отдельную часть тела модели. ј чтобы пон€ть, какой операцией воспользоватьс€ дл€ построени€ той или иной части, модель надо Ђрасчленитьї. —ледует вначале разобратьс€, из каких частей (деталей, фрагментов, тел, поверхностей) она будет состо€ть, то есть определить конструкцию модели. ƒл€ этого надо получить представление о том, как именно будет выгл€деть проектируема€ деталь, и определитьс€ с тем, что должно быть получено в итоге. ѕоэтому учитьс€ лучше по готовым чертежам, материальным предметам, лежащим на столе, или предварительно делать карандашные эскизы.  онструкцию (планируемую или зарисованную) следует последовательно разобрать сначала на детали и тела, а затем их Ч на поверхности и элементы (рис. 5, это довольно простой пример; вы можете вз€ть предмет посложнее из тех, что есть под рукой).

основные принципы моделировани€

–ис. 5. “ела и поверхности в модели

—тепень разборки модели во многом зависит от еЄ формы и сложности геометрии, а также от навыков пользовател€. ≈стественно, что при упрощении детали и при накоплении практического опыта необходимость в глубоком анализе геометрии снижаетс€, а выбор операций и их последовательности пойдЄт уже Ђна автоматеї. Ќо на этапе освоени€ CAD системы это может быть полезно в плане расширени€ набора используемых инструментов.

ѕосле Ђразборкиї модели необходимо пон€ть, какими инструментами можно построить получившиес€ элементы. Ќеобходимо хот€ бы по справке изучить все Ђформообразующиеї инструменты и пон€ть, какие геометрические поверхности они способны создавать. —обственно, геометри€ этих элементов и €вл€етс€ подсказкой.   примеру, если это группа соосных поверхностей вращени€ (цилиндры, конусы, сферы и т. д.), то дл€ их получени€ логично использовать операцию вращени€. ƒл€ группы цилиндрических поверхностей (это не только цилиндры) с параллельными образующими применима в первую очередь операци€ выталкивани€. ј при наличии симметричной или повтор€ющейс€ по определЄнному правилу геометрии имеет смысл использовать зеркальные отображени€, массивы и копии. ƒл€ получени€ поверхностей с более сложной геометрией можно Ђпример€тьї построение по сечени€м (если есть подход€щие профили, по которым, как по каркасу, Ђнат€гиваетс€ї поверхность) или по траектории (если можно подобрать подход€щий контур, который, двига€сь определЄнным способом, создаЄт нужную геометрию). ¬озможно также разбиение модели на части, которые стро€тс€ по отдельности, а затем снова собираютс€ вместе. Ќа рис. 6 показаны примеры построени€ тел выталкиванием (а), вращением (б), по сечени€м (в) и по траектории (г).

основные принципы моделировани€

–ис. 6. ѕримеры построени€ тел разными способами: а) выталкиванием; б) вращением; в) по сечени€м; г) по траектории

ƒл€ некоторых случаев (в практике автора Ч крайне редких, но дл€ кого-то они могут оказатьс€ частыми) потребуютс€ операции деформировани€ тела (примеры на рис. 7 Ч скручивание квадратного стержн€ и изгиб сетки). ј ещЄ есть отдельный блок операций дл€ работы с листовыми телами и другие команды. ѕри этом практически всегда одно и то же тело можно построить разными способами, одной или несколькими операци€ми в различном их сочетании.

ќт выбора способа построени€ (Ђформообразующейї операции) той или иной геометрии будет зависеть многое: возможность объединить в одну операцию построение нескольких поверхностей, необходимые прив€зки, 3D построени€ или дополнительные операции (учитыва€ их количество и сложность), удобство использовани€ результата операции дл€ последующих построений (в том числе массивов), возможность использовани€ готового 3D фрагмента (библиотечного или из ранних разработок) в качестве заготовки.

ѕри выборе способов построени€ элементов модели необходимо планировать пор€док их построени€. — учетом возникновени€ св€зей между элементами (принцип 2), возникает принцип 4.

4. ѕор€док построени€ модели очень важен. ¬се элементы взаимосв€заны. ¬ свою очередь, эти св€зи завис€т от пор€дка построени€ модели (принцип 2), поэтому его необходимо продумывать, то есть планировать процесс моделировани€. »сходить следует из того, какие взаимосв€зи элементов нужны, а какие нежелательны. ¬ основном планирование состоит в следующем:

  • объединение поверхностей модели в группы (части модели), которые могут (или даже об€зательно должны) создаватьс€ в рамках одной операции по определЄнным соображени€м. Ќапример, создание выступов одинаковой высоты или сложного ступенчатого отверсти€);
  • подбор операции дл€ создани€ этой группы поверхностей (части тела). ѕрактически в большинстве случаев операци€ выбираетс€ одновременно с созданием групп поверхностей, так как зачастую они объедин€ютс€ именно под конкретную операцию;
  • определение необходимых образующих и направл€ющих линий, профилей, сечений, плоскостей, точек, ограничивающей геометрии, прив€зок, обеспечивающих соблюдение заданных размеров, и так далее Ч то есть опорной геометрии или каркаса. ѕри этом дл€ создани€ этих элементов, возможно, потребуютс€ ещЄ дополнительные построени€.   примеру, проецирование профилей на грани, создание дополнительных тел-оболочек (без толщины). ¬ основное создаваемое тело входить они не будут, но обеспечат нужную геометрию;
  • определение технологии Ч пор€дка построени€ модели, включа€ ориентацию в пространстве, создание геометрических построений и Ђформообразующихї операций, а также переменных, баз данных и прочего при необходимости.
основные принципы моделировани€

–ис. 7. ѕримеры деформации тела

ќбобща€ сформулированные принципы, можно сказать, что 3D моделирование (как процесс) Ч это создание нужной трЄхмерной геометрии с помощью геометрических построений и Ђформообразующихї операций с установлением между ними определЄнных взаимосв€зей в определЄнном пор€дке.

„итайте продолжение:

“еори€ и практика планировани€ 3D построений в T-FLEX CAD


«агрузка бесплатной учебной версии T‑FLEX CAD 17

«агрузка учебного пособи€


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: √овор€т, в истории CAD уже было четыре революции. Ќа горизонте є 5?
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2021 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.