Переваги низхідного проектування на прикладі використання Pro
Висхідний та низхідний способи проектування
p align="justify"> Проектуючи нові вироби з використанням тривимірних САПР, на підприємствах зазвичай застосовуютьвисхідний метод (рис. 1), полягає в тому, що спочатку розробляють (моделюють) незалежно один від одного деталі, а потім з них, як з кубиків , Створюють складальну конструкцію, на основі якої згодом формується специфікація.
Застосування цього способу проектування виправдано в тих випадках, коли воно здійснюється за наявними кресленнями і схемами, дозволяючи, наприклад, виявити неточності в конструкторській документації. Однак якщо параметри моделей залежать один від одного, але їх взаємозв'язки не задані, внесення змін у конструкцію стає трудомістким і займає багато часу: конструктор змушений змінювати параметри кожної деталі окремо, а потім перевіряти складання на перетин компонентів, механізм на працездатність і т.д. буд.
Звичайно, практично всі системи проектування мають засоби для створення таких взаємозв'язків шляхом введення співвідношень між параметрами деталей або створення моделей деталей в контексті складання з прив'язкою їх геометрії до вже розроблених моделей. Однак така послідовність зв'язків, коли кожен новий компонент складання залежить від кількох попередніх, негативно позначається на продуктивності комп'ютера під час роботи з великими складаннями. Крім того, застосування висхідного методу при проектуванні нових виробів призводить до необхідності попереднього створення їх компонування на кульмані або двовимірній системі CAD.
У таких випадках кращийнизхідний метод проектування (рис. 2), полягає в тому, що розробкавироби починається зі створення його компонування та визначення структури, на основі яких потім моделюються деталі та вузли, що входять у виріб. Нижче ми розглянемо, як здійснюється проектування за низхідним методом від ідеї до креслень у системі тривимірного проектування Pro/ENGINEER WILDFIRE (рис. 3) на прикладі механізму, модель якого наведена на рис. 4. Розглянутий механізм може бути у двох станах: складеному ( а ) і розкладеному ( б ).
Створення компонування
Компонування в Pro/ENGINEER WILDFIRE відбувається у два етапи: спочатку створюється так звана записна книжка інженера (Layout), а потім каркасна модель збірки (Skeleton).
«Записна книжка» являє собою концептуальний двовимірний ескіз (рис. 5), в якому провідний конструктор визначає перелік основних параметрів, що управляють. Для аналізованого механізму можуть бути визначені такі параметри: габарити конструкції, довжина важелів, що рухаються, відстань від кінців важелів до краю і, при необхідності, взаємозв'язку між ними. Зазначені параметри можуть бути заданими, так і розрахунковими, причому значення перших користувач вводить з клавіатури, а значення других задаються за допомогою рівнянь, в яких можуть бути використані арифметичні оператори, тригонометричні функції, умовні оператори і т.п. Так, наприклад, у нашому випадку була задана залежність довжини важеля від висоти та довжини конструкції.
Двовимірний ескіз зазвичай визначає загальну схему виробу і може бути створений з використанням креслярських інструментів Pro/ENGINEER WILDFIRE, або імпортований з іншого графічного файлу. Він ніяк не пов'язаний з геометрією проектованої збірки, тому досить схематично промалювати виріб, що розробляється, без дотримання масштабу і детальноїпромальовування. На ньому вказуються основні розміри, які конструктор може змінювати безпосередньо у вигляді.
У записнику можна створити область повідомлень про помилки, які дозволять уникнути введення заздалегідь некоректних значень параметрів. Критерії перевірки коректності також визначаються провідним конструктором. Наприклад, у нашому випадку критерієм перевірки була обрана відстань між кінцями важелів (див. рис. 5, параметр «Опора») Якщо ця відстань задається розробником меншим, ніж половина довжини виробу, то конструкція стає нестійкою. При введенні некоректних значень довжини або висоти буде видано повідомлення про помилку, що дозволяє ввести виправлення відразу без перебудови складання.
Використання записної книжки інженера дозволяє автоматизувати процеси створення складання. Для цього в записнику створюються необхідні опорні елементи: координатні системи, площини, осі. У деталях і складання ці опорні елементи задаються як репери для виконання наступних операцій складання. При включенні в складання нового компонента система пропонує автоматично розмістити його відповідно до компонування.
Можливості Pro/ENGINEER WILDFIRE дозволяють застосовувати в одному проекті кілька записних книжок одночасно, що зручно при роботі над великими проектами. Наприклад, при розробці автомобіля можна створити окремі записні книжки для двигуна, каркаса, підвіски і т.д. та встановити взаємозв'язки між ними.
Каркасна модельскладання це тривимірна модель, геометрія якої визначає просторові вимоги до складання, стикування компонентів та інші характеристики, необхідні для розміщення компонентів складання та визначення їх геометрії. Каркасна модель складається з опорних конструктивних елементів.(площин, кривих, координатних систем, точок) та поверхонь. На рис. 6 представлена каркасна модель проектованого механізму.
При побудові геометрії каркасної моделі провідний конструктор встановлює взаємозв'язки між її розмірами та параметрами «записної книжки», що дозволяє в подальшому при зміні параметрів забезпечити автоматичну зміну всіх пов'язаних параметрів у каркасній моделі, а через неї у всіх компонентах складання. Провідному конструктору достатньо змінити розмір або інший параметр у компонуванні, і відповідні зміни автоматично виконуються у всіх деталях, вузлах і кресленнях. На рис. 7 відзначені залежності, створені у каркасній моделі.
Таким чином, провідний конструктор, працюючи над компонуванням виробу, задає критерії проектування, які згодом використовуються проектувальниками при розробці складальних одиниць і деталей, що входять у виріб.
Проектування деталей та вузлів
Наступний крок – створення складання виробу. Конструктор формує структуру виробу, створюючи нові деталі та вузли вже в контексті складання (а не окремо від неї, як при висхідному проектуванні), прив'язуючи їх до геометрії каркасної моделі. Потім розробляється геометрія компонентів. Звичайно, їхню геометрію можна створювати і безпосередньо в складанні, але, як правило, це менш ефективно, оскільки в такому випадку буде складно забезпечити можливість паралельного проектування, при якому виконавці одночасно працюють над довіреним кожному з них компонентом складання. Іншими словами, кожен член проектної команди змушений буде мати на своєму комп'ютері всю збірку, а це, як правило, тільки заважає зосередитися на конкретній задачі, яку він виконує.
Після того, як провідний конструктор створює структуру складання(Деталі та вузли в ній поки порожні), розробник копіює геометрію з її каркасної моделі. Відкриваючи "свою" деталь або вузол, він має справу лише з геометрією, необхідною йому для роботи, не використовуючи складання в цілому, а це значно знижує вимоги до конфігурації комп'ютерів, на яких проектуються компоненти, що входять до складання. У той же час між вихідною та скопійованою геометрією зберігається асоціативний зв'язок - зміна каркасної моделі тягне за собою зміну всіх залежних від її геометрії компонентів.
На початковому етапі роботи над структурою складання (рис. 8) було створено три деталі, потім у кожну їх були скопійовані різні набори геометрії з каркасної моделі. На рис. 9 показана одна з цих трьох деталей, відкрита в окремому вікні, та її геометрія, створена на основі геометрії каркасної моделі.
Прив'язка компонентів до каркасної моделі дозволяє також моделювати переміщення компонентів у збиранні. Наприклад, при зміні висоти конструкції, змодельованої в каркасі, зміниться і положення всіх пов'язаних із каркасом компонентів (див. рис. 4). Таким чином, застосування каркасної моделі дозволило без створення кінематичних зв'язків між компонентами змоделювати два положення конструкції.
Копіювання геометрії також використовується для введення в проект просторових критеріїв, перенесених зі збирання верхнього рівня. Наведемо приклад. Для насоса показаного на рис. 10 необхідно спроектувати обв'язку, що складається з трубопроводів на вході і виході насоса, розробити приєднувальні фланці, підвести до спеціального штуцера магістраль для охолоджуючої рідини, спроектувати фундамент для рами насоса і електропроводку до двигуна. Для цього створимо складання, що складається з насоса і «порожнього підскладання» (або кількох підскладання), вякою проектується обв'язування. У «порожньому підборі» створюється каркасна модель, куди копіюється геометрія, необхідна для проектування обв'язки, приєднувальні фланці, штуцер підведення охолоджуючої рідини і т.д. Конструктор (або команда конструкторів) працює тепер лише з обраною геометрією (рис. 11). Надалі геометрія з каркасної моделі копіюється вже безпосередньо в деталі і вузли, що проектуються. Всі моделі, що входять до складання, пов'язані асоціативним зв'язком, а це означає, що зміна приєднувальних місць насоса спричинить автоматичну зміну його обв'язки.
Крім копіювання геометрії, проектовані деталі можуть зв'язуватися з компонуванням подібно до того, як зв'язується каркасна модель із «записною книжкою інженера», за допомогою рівнянь, що встановлюють взаємозв'язок між розмірами деталей і параметрами «записної книжки». Механізм асоціативності тут працює аналогічним чином - зміна керуючих параметрів спричиняє зміну пов'язаних з компонуванням деталей складання.
Внесення змін до конструкції
Продемонструємо процес внесення змін при низхідному проектуванні на прикладі збільшимо висоту конструкції (див. рис. 4 а) у розкладеному стані, для чого в «записній книжці» змінимо відповідний параметр. Після цього Pro/ENGINEER WILDFIRE автоматично прорахує всі параметри, значення яких обчислюються з використанням рівнянь, та виконає перевірку на коректність введених значень відповідно до заданих критеріїв. У нашому випадку така перевірка показала, що висота збільшена дуже сильно і конструкція стала нестійкою, а отже, необхідно збільшити її довжину. На схемі (рис. 12) червоним кольором показані зміни, конструктор вносить вручну. Після зміни параметрів«Записник» каркасна модель оновлюється автоматично (на малюнку показаний новий каркас), а для оновлення збірки достатньо виконати команду «Перебудувати» (Regenerate). Таким чином, зміна, внесена конструктором на самому верхньому рівні в «записній книжці інженера», спричинила автоматичні зміни на всіх інших рівнях в складання, в деталях, в кресленнях.
Основні висновки
1. Застосування низхідного методу проектування ефективно у разі, коли потрібно контролювати зміни взаємозалежних параметрів у різних компонентах складання, і навіть за необхідності заздалегідь (ще до розробки моделей деталей і складальних одиниць) визначати їх параметри.
2. Використання «записної книжки інженера» та каркасних моделей дозволяє значно скоротити процес внесення змін у конструкцію за рахунок автоматичного проходження змін по всіх етапах не тільки конструкторської (моделі, складання, креслення, специфікації), а й технологічної (проектування технологічного оснащення, розробка керуючих програм) підготовки виробництва.
3. Низхідний метод проектування дозволяє ефективно розпаралелити роботу над складаннями між учасниками процесу розробки, а при використанні в проектуванні типових конструкцій помітно скоротити терміни створення серії типорозмірів та варіантів виконання виробів.
Ефективність використання низхідного проектування в Pro/ENGINEER WILDFIRE гідно оцінена - цей метод активно застосовують на багатьох українських підприємствах, про що ми не раз розповідали на сторінках журналу, інформуючи читачів про результати проектів, виконаних компанією SOLVER на вітчизняних машино- і приладобудівних підприємствах.
Олег Гаршин
Керівник підрозділу"Системи автоматизованого проектування та підготовки виробництва" інженерно-консалтингової компанії SOLVER.
Олександр Московченко
Провідний консультант відділу «Проектування машин та конструкцій» підрозділу «САПР та ПП» компанії SOLVER.