| Завантажити статтю у форматі PDF - 409 Кбайт
CADmaster » CADmaster №5(45) 2008 (додатковий) » Машинобудування Каркасне моделювання, або Про користь других похідних.
Ідея каркасного моделювання
У рафінованому вигляді каркасна технологія передбачає наявність у кожного компонента складання одного і лише одного загального для всіх джерел даних про геометрію, орієнтацію та незалежні параметри завдання. Цим джерелом є каркас (skeleton).
З точки зору Autodesk Inventor, каркас є звичайним файлом деталі, проте концептуально ця деталь відіграє в збірці зовсім особливу роль. Всі інші компоненти збирання створюються як похідні деталі від каркаса. Щоб це було можливим, каркас повинен містити в собі всі ескізи, параметри, робочу геометрію, поверхні і навіть, якщо потрібно, тверді тіла, необхідні створення основних (визначальних) конструктивних елементів всіх майбутніх компонентів складання.
Отримані таким чином компоненти мають «від народження» загальну з каркасом систему координат, що дозволяє легко зафіксувати їхнє положення у складанні щодо її головних осей.
Зміни геометрії каркасу, з якого отримані всі деталі збирання, автоматично знаходять відображення в геометрії похідних від каркасу деталей і, відповідно, всієї збирання після її оновлення. Таким чином, забезпечується асоціативний зв'язок компонентів збирання з опорною геометрією у вигляді каркасу. Така система зв'язків«каркас -> деталь» стійка до операцій реструктуризації складання верхнього рівня, що вигідно відрізняє її від асоціативності на основі адаптивних складальних залежностей [1].
В англомовній літературі терміну «каркасне моделювання» відповідають синоніми «Skeleton Modeling» та «Master Part Modeling».
Суворого визначення каркасного моделювання немає. Залежно від специфіки виробів, що проектуються, застосовуються найрізноманітніші варіанти каркасної технології, але в її основі завжди лежить струнка і чітка система прямих залежностей всіх основних компонентів складання від геометрії та параметрів каркасу.
Слід зазначити дві особливості цієї технології.
- У каркасному підході послідовно реалізується принцип єдиності джерела даних про геометрію складання та її складових. У збиранні, побудованій на основі каркасу, кожна деталь в ідеалі має зв'язок лише з батьківським каркасом. Система залежностей має топологію типу "зірка" (рис. 1). Така структура зв'язків стійка до операцій реструктуризації складання верхнього рівня. Це важливий елемент системи забезпечення живучості великих, складних складання та проекту в цілому.
- Мінімізація складних складальних залежностей «деталь ↔ деталь» та відсутність адаптивних зв'язків (рис. 2) допомагають зробити процес оновлення складання менш ресурсоємним та надійнішим.
Реальний розмір: 1502x1341. Мал. 1. Класична однорівнева схема зв'язків компонентів збирання з каркасом') == Рис. 1. Класична однорівнева схема зв'язків компонентів збирання з каркасом Рис. 1. Класична однорівнева схема зв'язків компонентів збирання з каркасомРеальний розмір: 1500x1339.червоними дуговими стрілками)'>)" title="Мал. 2. Схема взаємних зв'язків компонентів збирання за наявності адаптивних залежностей (позначені червоними дуговими стрілками)" Рис. 2. Схема взаємних зв'язків компонентів збирання за наявності адаптивних залежностей (позначені червоними дуговими стрілками)
Засоби реалізації каркасної технології в Autodesk Inventor
Деталі, створені на основі імпортованих з каркасу ескізів та параметрів, мають спільну з каркасом систему координат та генетично пов'язані з його геометрією. Зміни в каркасі відпрацьовуються в деталях-спадкоємцях по всіх ланцюжках успадкування внутрішніх механізмів Autodesk Inventor.
Каркас вставляється в головне складання першим, базовим компонентом, тому системи координат складання та каркаса є еквівалентними. Атрибуту BOM Structure деталі каркаса надається значенняReference, щоб каркас не заважав механіці формування специфікацій.
Всі деталі-спадкоємці каркаса вставляють у складання з нульовим зміщенням щодо початку системи координат складання і в цьому положенні фіксуються. Інший спосіб фіксації полягає у накладенні трьох найпростіших залежностей суміщення відповідних базових площин систем координат деталі та складання.
У каркасних моделях досить широко застосовуються рівні деталізації (LOD), а також деталі підстановки для збірок з метою економії ресурсів.
Наведена вище процедура побудови каркасної збірки у різних варіаціях описана роботах [3-5]. Її відрізняє класична однорівнева схема успадкування, при якій кожен компонент складання має лише один батько — каркас. Для візуалізації «генетичних» зв'язків між компонентами можна використовувати доступну у вигляді попереднього релізу додатокiMap [6].
Багаторівневі каркасні моделі
Сама собою виникає ідея автоматизації випуску креслень. Однак вирішення цього завдання в Autodesk Inventor наштовхується на цілу низку серйозних обмежень, докладно розглянутих у статті Брайана Екінса [7].
Було б дуже зручно при створенні головного каркасного складання застосовувати деталі, що тиражуються, а краще — відразу складання, заздалегідь створювані разом з кресленнями як стандартні бібліотечні компоненти. Але як на етапі формування бібліотеки передбачити встановлення в майбутньому асоціативного зв'язку з каркасом, який ще не існує?
Можливим вирішенням цієї проблеми є перехід від однорівневих до багаторівневих схем побудови каркасних моделей.
Усі типові компоненти майбутнього головного збирання створюються як бібліотечні збирання (або деталі) за класичною однорівневою каркасною схемою. Каркас такої бібліотечної збірки називатимемо «локальним».
Кожна деталь типового складання створюється як похідний компонент від локального каркаса своєї складання і пов'язана лише з ним. Така побудова гарантує асоціативний зв'язок геометрії складових компонентів з геометрією локального каркаса. У локальному каркасі передбачаються керовані ззовні параметри та геометрія, безліч яких визначається специфікою галузі проектування. На рис. 3 наведено приклад локального каркаса збірки ригеля разом з головним каркасом фасадного вітража.
Оскільки типове параметризоване складання створюється заздалегідь, ми можемо забезпечити її всіма необхідними кресленнями та специфікаціями, підготовленими вручну з використанням штатного користувальницького інструментарію Autodesk Inventor (рис. 3 і 4).
Застосування бібліотечної збірки у конкретному проекті виконується у чотири етапи.
Спочатку вонаклонується засобами утилітиDesign Assistant в окрему папку всередині робочої папки проекту - з можливим перейменуванням компонентів та при неодмінному збереженні всіх внутрішніх посилань між моделями та кресленнями.
З другого краю етапі встановлюється зв'язок типової подсборки-клона з головним каркасом. Для цього її локальний каркас за допомогою інструментаВиробний компонентробиться похідним від глобального каркасу (рис. 6 і 7) з наслідуванням всіх необхідних локальному каркасу параметрів і геометрії.
На третьому етапі на локальний каркас накладаються всі необхідні геометричні та розмірні залежності, після чого він остаточно приймає геометрію, пропоновану глобальним каркасом. З огляду на вроджених «генетичних» зв'язків оновляться всі компоненти подсборки-клона, і навіть асоціативно пов'язані із нею креслення.
На останньому, четвертому етапі оновлений підбір-клон вставляється в головне складання і фіксується в її системі координат.
Завдяки встановленому зв'язку двох каркасів подальше оновлення компонентів підбірки-клону при змінах геометрії та параметрів глобального каркасу відпрацьовується вже засобами Autodesk Inventor автоматично (рис. 8 та 9).
Представлена технологія дозволяє одночасно вирішити два завдання:
- забезпечується асоціативний зв'язок кожного компонента моделі з геометрією глобального каркасу через локальний каркас як посередник;
- типові підбірки можуть містити повні комплекти заздалегідь підготовлених та оформлених робочих креслень, асоціативно пов'язаних з моделями.
Важливою є і відсутність будь-яких обмежень на кількість рівнів у каркасній схемі («друга похідна» — не межа).
Таку схему побудови багаторівневоїкаркасної моделі ми називаємо «каркас у каркасі». Ця схема має низку переваг.
По-перше, головний каркас позбавляється величезної кількості ескізів, робочої геометрії та параметрів, які виносяться на рівень локальних каркасів. Кількість лише параметрів моделі зменшується на порядок. Глобальний каркас залишає за собою зв'язок із зовнішніми змінними проекту і тепер містить лише ті параметри та геометрію, які необхідні йому для керування незалежними параметрами локальних каркасів компонентів головного складання.
По-друге, побудова моделей підскладання забезпечує суттєвий виграш у часі в порівнянні з роботою на рівні окремих деталей.
По-третє, «малою кров'ю» вдається отримати, принаймні, частину типової креслярської документації.
Якщо бібліотечні підбірки та деталі ретельно опрацьовані, робота з ними на рівні головного складання вже не вимагає від користувача витончених навичок, уніфікує процедури побудови моделей, спрощує колективну роботу над проектом, а також передачу проекту від одного співробітника іншому та знижує поріг входження в технологію нового персоналу. .
Каркасна технологія дозволяє розпаралелювати проектування безпосередньо не пов'язаних між собою частин загальної конструкції.
Висновок
До переваг багаторівневих схем «каркас у каркасі» слід віднести високу продуктивність створення великих збірок, можливість отримання типової креслярської документації та суттєве на порядок спрощення моделі головного каркасу.
За плюси доводиться розплачуватися необхідністю ретельно планувати свої дії та аналізувати віддалені наслідки рішень, що приймаються на етапі створення каркасу. Це вимагає від користувача певної кваліфікації. Алевитрачені зусилля окупаються суворої внутрішньої логікою одержуваних моделей, їх живучістю змін зовнішніх параметрів, що зрештою призводить до істотного зниження витрат за внесення у проект неминучих виправлень.
По суті, при каркасному моделюванні ми неявно програмуємо Autodesk Inventor на автоматичне відстеження різноманітних залежностей геометрії та складу складних збірок від зовнішніх параметрів. Це створює надійний фундамент швидкого реагування на уточнення замовником вихідної постановки завдання, що у ринкових умов цілком конвертується у грошові знаки.
