Предимства на дизайна отгоре надолу, използвайки Pro като пример

Методи за проектиране нагоре и надолу

Когато проектират нови продукти с помощта на 3D CAD, предприятията обикновено използватметода отдолу нагоре (фиг. 1), който се състои в това, че първо разработват (моделират) части независимо един от друг, а след това от тях, като от кубове, създават структура на сглобяване, въз основа на която впоследствие се формира спецификацията.

Използването на този метод на проектиране е оправдано в случаите, когато се извършва съгласно съществуващи чертежи и диаграми, което позволява например да се идентифицират неточности в проектната документация. Ако обаче параметрите на моделите зависят един от друг, но техните взаимоотношения не са зададени, извършването на промени в дизайна става трудоемко и отнема много време: дизайнерът е принуден да промени параметрите на всяка част поотделно и след това да провери монтажа за пресичане на компоненти, механизма за работоспособност и т.н.

Разбира се, почти всички системи за проектиране разполагат със средствата за създаване на такива връзки чрез въвеждане на връзки между параметрите на частите или чрез създаване на модели на части в контекста на сглобка, свързвайки тяхната геометрия с вече разработени модели. Въпреки това, такава последователност от връзки, когато всеки нов компонент на сглобката зависи от няколко предишни, влияе негативно върху производителността на компютъра при работа с големи сглобки. В допълнение, използването на метода отдолу нагоре при проектирането на нови продукти води до необходимостта от предварително създаване на тяхното оформление върху чертожната дъска или в двумерна CAD система.

В такива случаи по-предпочитан еметодът на проектиране отгоре надолу (фиг. 2), който се състои в това, че разработкатапродуктът започва със създаването на неговото оформление и дефиниране на структурата, въз основа на които след това се моделират частите и възлите, включени в продукта. По-долу ще разгледаме как се извършва дизайнът отгоре надолу от идеята до чертежите в системата за триизмерен дизайн Pro / ENGINEER WILDFIRE (фиг. 3), използвайки примера на механизъм, чийто модел е показан на фиг. 4. Разглежданият механизъм може да бъде в две състояния: сгънат (а) и разгънат (б).

Създайте оформление

Оформлението в Pro/ENGINEER WILDFIRE се извършва на два етапа: първо се създава така нареченият бележник на инженера (Layout), а след това моделът на скелетно сглобяване (Skeleton) .

"Бележник" е концептуална двуизмерна скица (фиг. 5), в която водещият проектант дефинира списък от основни контролни параметри. За разглеждания механизъм могат да се определят следните параметри: размерите на конструкцията, дължината на подвижните лостове, разстоянието от краищата на лостовете до ръба и, ако е необходимо, връзката между тях. Посочените параметри могат да бъдат както зададени, така и изчислени, като потребителят въвежда стойностите на първия от клавиатурата, а стойностите на втория се задават с помощта на уравнения, в които могат да се използват аритметични оператори, тригонометрични функции, условни оператори и др. Така например в нашия случай беше зададена зависимостта на дължината на лоста от височината и дължината на конструкцията.

2D скица обикновено дефинира общите контури на продукт и може да бъде създадена с помощта на инструментите за рисуване Pro/ENGINEER WILDFIRE или импортирана от друг графичен файл. Няма нищо общо с геометрията на конструирания монтаж, така че е достатъчно да начертаете схематично продукта, който се разработва, без да спазвате мащаба и подробноститерисунка. Той показва основните размери, които дизайнерът може да промени директно в изгледа.

В "бележника" можете да създадете област за съобщения за грешка, която ще ви помогне да избегнете въвеждането на очевидно неправилни стойности на параметрите. Критериите за валидиране също се определят от водещия конструктор. Например, в нашия случай критерият за тестване беше разстоянието между краищата на лостовете (вижте Фиг. 5, параметърът „Поддръжка“), ако това разстояние е зададено от разработчика да бъде по-малко от половината от дължината на продукта, тогава структурата става нестабилна. Ако въведете неправилни стойности за дължина или височина, ще се генерира съобщение за грешка, което ви позволява да направите корекция незабавно, без да изграждате отново сглобката.

Използването на "бележника на инженера" ви позволява да автоматизирате процеса на създаване на монтаж. За да направите това, в "бележника" се създават необходимите референтни елементи: координатни системи, равнини, оси. В частите и възлите тези данни се определят като референции за последващи операции по сглобяване. Когато включите нов компонент в сборка, системата ви подканва автоматично да го поставите в съответствие с оформлението.

Възможностите на Pro/ENGINEER WILDFIRE ви позволяват да използвате няколко "преносими компютри" в един проект едновременно, което е удобно при работа по големи проекти. Например, когато разработвате автомобил, можете да създадете отделни "тетрадки" за двигателя, рамката, окачването и т.н. и установяване на връзки между тях.

SkelemetAssembly е 3D модел, чиято геометрия определя пространствените изисквания на сглобката, напасването на компонентите и други характеристики, необходими за поставяне на компонентите на сглобката и дефиниране на тяхната геометрия. Рамковият модел обикновено се състои от поддържащи структурни елементи.(равнини, криви, координатни системи, точки) и повърхнини. На фиг. 6 показва каркасен модел на проектирания механизъм.

При конструирането на геометрията на каркасен модел водещият дизайнер установява връзки между неговите размери и параметрите на „бележника“, което позволява по-късно, при промяна на параметрите, автоматично да се променят всички свързани параметри в каркасния модел и чрез него във всички компоненти на сглобката. Достатъчно е водещият дизайнер да промени размера или друг параметър в оформлението и съответните промени ще бъдат извършени автоматично във всички свързани части, възли и чертежи. На фиг. Фигура 7 показва зависимостите, създадени в каркасния модел.

По този начин водещият дизайнер, работещ върху оформлението на продукта, задава критериите за проектиране, които впоследствие се използват от дизайнерите при разработването на монтажни единици и части, включени в продукта.

Проектиране на части и възли

Следващата стъпка е да създадете сглобка на продукта. Дизайнерът формира структурата на продукта, като създава нови части и възли вече в контекста на сглобяването (а не отделно от него, както при проектирането отдолу нагоре), свързвайки ги с геометрията на теления модел. След това се разработва геометрията на компонентите. Разбира се, тяхната геометрия може да бъде създадена и директно в монтажа, но като правило това е по-малко ефективно, тъй като в този случай ще бъде трудно да се осигури възможност за паралелен дизайн, при който работниците едновременно работят върху компонента на монтажа, възложен на всеки от тях. С други думи, всеки член на екипа на проекта ще бъде принуден да има цялата сглобка на своя компютър и това, като правило, само им пречи да се съсредоточат върху конкретната задача, която изпълняват.

След като водещият конструктор създаде структурата на сглобяване(частите и възлите в него все още са празни), разработчикът копира геометрията от своя каркасен модел. Отваряйки „своята“ част или сборка, той се занимава само с геометрията, която му е необходима за работа, без да използва сглобките като цяло и това значително намалява изискванията за конфигурацията на компютрите, на които са проектирани компонентите, включени в сборката. В същото време се запазва асоциативна връзка между оригиналната и копираната геометрия, промяната на каркасния модел води до промяна на всички компоненти, които зависят от неговата геометрия.

В началния етап на работа върху монтажната структура (фиг. 8) бяха създадени три части, след което различни набори от геометрия от каркасния модел бяха копирани във всяка от тях. На фиг. Фигура 9 показва една от трите части, отворени в отделен прозорец и нейната геометрия, създадена от геометрията на телената рамка.

Прилепването на компоненти към скелетен модел също ви позволява да моделирате движението на компоненти в сглобка. Например, ако промените височината на структура, моделирана в скелет, позицията на всички компоненти, свързани със скелета, също ще се промени (вижте Фигура 4). По този начин използването на рамковия модел направи възможно моделирането на две позиции на конструкцията без създаване на кинематични връзки между компонентите.

Геометричното копиране се използва и за въвеждане на пространствени критерии, пренесени от монтажа от най-високо ниво в дизайна. Да вземем пример. За помпата, показана на фиг. 10, е необходимо да се проектира тръбопровод, състоящ се от тръбопроводи на входа и изхода на помпата, да се разработят свързващи фланци, да се свърже тръбопровод за охлаждаща течност към специален фитинг, да се проектира основа за рамката на помпата и електрическо окабеляване към двигателя. За да направим това, ще създадем възел, състоящ се от помпа и "празен подвъзел" (или няколко подвъзела), вза която е проектирана подвързията. В „празния подвъзел“ се създава каркасен модел, където се копира геометрията, необходима за проектирането на тръбопровода, свързващите фланци, входа на охлаждащата течност и др. Конструкторът (или конструкторският екип) вече работи само с избраната геометрия (фиг. 11). В бъдеще геометрията от каркасния модел се копира директно в проектираните части и възли. Всички модели, включени в комплекта, са свързани с асоциативна връзка, което означава, че промяната в точките на свързване на помпата автоматично ще промени нейния тръбопровод.

В допълнение към копирането на геометрията, проектираните части могат да бъдат свързани с оформлението по същия начин, по който модел с телена рамка е свързан с тетрадка на инженер, като се използват уравнения, които установяват връзката между размерите на частта и параметрите на тетрадката. Механизмът за асоциативност работи по подобен начин тук промяната на контролните параметри води до промяна на свързаните с оформлението части на сглобката.

Правене на промени в дизайна

Нека демонстрираме процеса на извършване на промени в дизайна отгоре надолу, като използваме пример за увеличаване на височината на конструкцията (виж Фиг. 4 а) в разгънато състояние, за което променяме съответния параметър в "бележника". След това Pro/ENGINEER WILDFIRE автоматично ще изчисли всички параметри, чиито стойности се изчисляват с помощта на уравнения, и ще провери коректността на въведените стойности в съответствие с посочените критерии. В нашия случай такава проверка показа, че височината е увеличена твърде много и конструкцията е станала нестабилна, което означава, че трябва да се увеличи и нейната дължина. Диаграмата (фиг. 12) показва в червено промените, които дизайнерът прави ръчно. След промяна на параметритеМоделът на телена рамка "Notebook" се актуализира автоматично (фигурата показва нова телена рамка), а за да актуализирате сборката, просто изпълнете командата "Rebuild" (Regenerate). По този начин, промяна, направена от дизайнера на най-високо ниво в "тефтера на инженера", доведе до автоматични промени на всички останали нива в монтажа, в детайлите, в чертежите.

Основни изводи

1. Използването на метода за проектиране отгоре надолу е ефективно, когато е необходимо да се контролират промените във взаимосвързаните параметри в различни компоненти на сглобяването, както и, ако е необходимо, да се определят предварително техните параметри (дори преди разработването на модели на части и монтажни единици).

2. Използването на "бележника на инженера" и телените модели може значително да намали процеса на извършване на промени в дизайна поради автоматичното преминаване на промените през всички етапи не само на дизайна (модели, възли, чертежи, спецификации), но и технологични (проектиране на технологично оборудване, разработване на програми за управление) производствена подготовка.

3. Методът на проектиране отгоре надолу ви позволява ефективно да паралелизирате работата по сглобките между участниците в процеса на разработка, а когато използвате стандартни структури в дизайна, можете значително да намалите времето за създаване на серия от стандартни размери и версии на продукта.

Ефективността на използването на дизайна отгоре надолу в Pro/ENGINEER WILDFIRE се оценява високо. Този метод се използва активно в много български предприятия, за което многократно сме разказвали на страниците на списанието, информирайки читателите за резултатите от проекти, изпълнявани от SOLVER в местни машиностроителни и уредостроителни предприятия.

Олег Гаршин

началник отдел„Системи за компютърно проектиране и подготовка на производството” на инженерно-консултантска фирма СОЛВЕР.

Александър Московченко

Водещ консултант на отдел "Проектиране на машини и конструкции" на направление "CAD и софтуер" на фирма SOLVER.