Логотип Би Питрон Черкассы
Информационно — компьютерные технологии в машиностроении
Главная >> Горький опыт >> Твердое тело и поверхность. Конструктор и технолог.
Software
"О том, как твердое тело может быть слишком твердым,или взгляд на параметризацию сбоку"

Владимир Жигулин    Публикуется с сокращениями

Понятия «твердотельное моделирование» и «параметризация» стали сегодня у нас, очень модными и, зачастую, при выборе системы моделирования мы не отдаем себе отчет, а в том, что любое поветрие – даже самое модное и впечатляющее – имеет вполне определенную область применения.

Давайте рассмотрим две ключевые фигуры в процессе производства – конструктора и технолога.

Конструктор

Одной из первоочередных задач конструктора является создание концептуального дизайна будущего продукта и первоначальная увязка элементов конструкции. Чтобы облегчить работу конструктора, была изобретена параметризация – очень ценный инструмент, позволяющий за короткое время «проиграть» различные конструктивные схемы и избежать принципиальных ошибок.

Хорошая идея – изменить один или несколько параметров и посмотреть, как будет вести себя при этом изделие. Она завораживает конструкторов. Но давайте посмотрим на рисунок с параметризацией, которая может быть получена в пакете Pro/Engineer фирмы Parametric Technology Corporation.

Просматривая популярные издания в области психологии, автор статьи однажды натолкнулся на результаты одного интересного исследования. Оказывается, человеческий мозг может оперировать одновременно в среднем семью понятиями. А сколько параметров и условий связи мы видим здесь? Несколько десятков. И хотя в данном случае мы еще можем представить себе зависимость между параметрами, в более сложных ситуациях поведение модели становиться абсолютно непредсказуемым. Изменение одного параметра может изменить значения десятков других, и конструктор вынужден проверять вслед за компьютером все параметры, чтобы понять, что же на самом деле произошло. Еще хуже обстоит дело, если какой-либо параметр нужно заменить.

Каждая конструкция обладает вполне определенным числом степеней свободы. Каждый параметр или связь ограничивает некоторое количество степеней свободы. Чтобы параметрическая модель была полностью определенной, количество параметров и связей должно быть таким, чтобы точно ограничивать все степени свободы, – не больше и не меньше. Если ограничений меньше, чем нужно, то модель недоопределена, и недостающие значения приходится брать «из воздуха». Если ограничений становится больше, они начинают зависеть друг от друга, и часть параметров и связей перестают быть определяющими (кто знает, какие?!). Ситуация усугубляется еще и тем, что определяющие параметры и связи должны быть независимыми друг от друга.

Решение задачи параметризации по силам практически только компьютеру. Чтобы не допустить ошибку, приходится в уме «проигрывать» всю последовательность действий компьютера и проверять результат. Это сводит на нет все преимущества параметризации.

Таким образом, параметризация оказывается полезной только на начальных этапах работы конструктора, когда схема параметризации еще достаточно проста. Если количество параметров начинает превышать некоторое значение (автор считает, что это значение составляет 10-50 параметров в зависимости от типа конструкции), то трудозатраты на согласование схемы параметризации становятся неоправданно большими, и проще не использовать параметризацию вообще.

Одно из очень полезных применений параметризации – создание библиотек стандартных элементов. Затраты на создание схемы параметризации окупаются многократным использованием библиотек.

После того как принципиальная схема конструкции выбрана, конструктор начинает создавать первоначальную модель изделия. Здесь наряду с параметризацией ему на помощь приходит другое изобретение – твердотельное моделирование. Основная идея твердотельного моделирования состоит в том, чтобы всегда гарантировать физически непротиворечивое представление геометрических объемных тел и оперировать понятиями добавления/удаления материала. Корректное твердое тело содержит внутренний объем, ограниченный внешней поверхностью тела. Такое представление позволяет определять объем тела, его массу, моменты инерции, центр тяжести и т.п. Эти параметры зачастую являются критическими при оценке эффективности конструкции изделия и чрезвычайно важны для конструктора.

Все было бы хорошо, но существующая математика твердых тел в ряде случаев не в состоянии решить правильно поставленную задачу. В этих ситуациях приходится искать обходные пути. Область, где твердотельное моделирование может в принципе ограничить возможности конструктора, – это создание сложных форм.

Твердотельные моделировщики сознательно стараются ограничить количество параметров, чтобы с ними легче было работать. Для создания же сложных форм нужно свободно манипулировать формой поверхности. Это приводит к увеличению параметров за предел, позволяющий работать. Для сложных моделей количество параметров может достигать миллионов. Автоматизация не дается даром бесплатно; ее цена – ограничение свободы дизайна.

Технолог

Задача технолога состоит в том, чтобы попытаться изготовить деталь той формы, которую придумал конструктор. Довольно часто эта задача оказывается невыполнимой. Причин для этого множество: деталь может не выниматься из пресс-формы; металл застывает прежде, чем заполняет все полости кокиля; фреза не может выбрать карман, потому что другая часть детали не дает ей доступа, и т.д. Многие технологи с удовольствием сняли бы голову с конструктора, тем более, что, по их мнению, «он ею все равно не думает».

Технологу нет нужды «проигрывать» различные конструкционные схемы – он должен как можно быстрее изготовить деталь, которая в конечном счете удовлетворила бы конструктора и в то же время изготавливалась бы с минимальными затратами усилий. Таким образом, применение параметризации в работе технологов крайне ограничено, а порой не требуется вообще.

Очень часто у технолога нет необходимости иметь дело с законченной моделью детали. Чтобы обработать поверхность вставки пресс-формы, нужна только эта поверхность, а сама пресс-форма набирается из стандартных компонентов, которые могут быть куплены в готовом виде или как полуфабрикаты. Часто заготовки поступают из других подразделений и предприятий, и задача технолога – обработать конкретный элемент детали. Если заставлять технолога моделировать законченное твердое тело, то это может потребовать в несколько раз больше времени, чем моделирование определенного участка, который требуется обработать.

Таким образом, применение твердотельного моделирования может существенно (более чем вдвое) удлинить время подготовки производства. Технологам приходится очень часто изменять геометрию детали, чтобы сделать ее технологичной: вводить штамповочные и литейные уклоны, скруглять острые углы, учитывать усадку и т.д.

Может показаться, что поверхность уклона и скругление – достаточно простые геометрические элементы, с которыми справляется любой у важающий себя твердотельщик. Однако в данном случае количество переходит в качество. Скруглений и уклонов становится настолько много, что модель приобретает колоссальные размеры, и система твердотельного моделирования перестает справляться со свалившимся на нее объемом информации.

Давайте снова вспомним о том, что системы твердотельного моделирования хранят не только поверхности, ограничивающие твердое тело, но и связи между ними, а также поддерживают замкнутость и непротиворечивость объема твердого тела. Таким образом, твердотельщики выполняют намного больше работы, чем поверхностные моделировщики, и должны удовлетворять более жестким ограничениям. Все это снижает вероятность получения конечного результата – давайте не будем забывать, что математика для моделирования все еще далека от совершенства.

Корректность математической модели часто не имеет большого значения в производстве. Если между математическими поверхностями есть зазор размером в 0,2 мм, то фреза диаметром 60 мм пройдет по нему и оставит после себя гладкую физическую поверхность. В то же время твердотельный моделировщик обычно не может проигнорировать такой зазор и требует исправить модель. В таких случаях поверхностный моделировщик позволяет получить деталь сегодня, тогда как твердотельный откладывает ее на завтра.

Заключение

Системы математического моделирования – дорогое удовольствие. Прежде чем выбирать систему для своего предприятия, необходимо представить себе задачи, которые она должна решать.

Если система приобретается для конструкторов, создающих новые изделия, то оптимальным может оказаться параметризованный твердотельный моделировщик. Однако для дизайна внешних поверхностей, от которых зависит внешний вид изделия и его потребительские качества, лучше подходит поверхностный моделировщик.

Если же система предназначена для подготовки производства, то здесь лучшим решением будет система поверхностного моделирования. Исключение составляют производства, которые выпускают изделия простых геометрических форм с помощью механообработки. Твердотельный моделировщик в этом случае может оказаться более эффективным.

Не нужно бояться комбинировать программное обеспечение различных фирм. Сегодня общепризнано, что ни одна CAD/CAM-компания пока не в состоянии предложить полное интегрированное решение, которое способно удовлетворить все потребности. Сейчас политика многих компаний состоит в том, чтобы использовать решения, лучшие в своем классе. Некоторые проблемы при передаче данных многократно окупаются преимуществами использования специализированных систем.

P.S. от авторов сайта - Полностью разделяя мнение автора статьи, хотелось бы отметить, что сейчас фирмой Cimatron сделана успешная попытка создания универсального моделировщика на основе гибридного моделирования. Этот вид моделирования позволяет в рамках одной системы объединить сильные стороны как твердотельного, так и поверхностного моделирования. Эта линия программных продуктов получила название Cimatron E.

Вернуться в оглавление раздела
Анонсы

Как обычно пишутся программы

Если бы программисты строили дома

Экслюзивная подборка анекдотов от нашего сайта.

 

Другие приколы...

Украина, Черкассы, т/ф (0472) 73-65-66 / 73-71-14    office@bee-pitron.com.ua