Файл: Системы автоматизированного проектирования технологических процессов..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.02.2024
Просмотров: 230
Скачиваний: 0
окончательным выбором структурной схемы; использованием резервирова ния; обеспечением необходимой прочности деталей и рациональной их гео метрией, исключающей концентрации напряжений; правильным выбором по садок, точности изготовления, шероховатости поверхностей; обеспечением смазки трущихся поверхностей и др.
Каждый объект имеет функциональное назначение и соответственно показатели, определяющие качество функционирования. Анализу функцио нальных показателей и определению параметров объекта, лучшим образом отвечающих этим показателям, посвящен этап функционального проектиро вания, включающий в себя стадию технического предложения и процедуру анализа на микро-, макро- и метауровнях. Однако существует ряд показате лей, конкретных для данных классов объектов, в которых функциональные показатели зависят от выбранных конструктивных (геометрических) пара метров проектируемого объекта. Так возникает связь функционального и конструкторского проектирования и итеративный характер проектных про цедур. В подобных ситуациях правильность выбранных конструктивных па раметров необходимо проверять на функциональных математических моде лях, т.е. повторять функциональный (инженерный) анализ объекта.
Практически для всех объектов, функционирование которых связано с распространением энергии в непрерывных средах, возникает подобная необ ходимость, поскольку смена геометрических параметров вызывает изменение граничных условий и соответственно параметров объекта.
Отметим, что функциональные показатели зависят лишь от некоторых геометрических параметров деталей. В процессе конструирования основная конструкция дополняется большим числом деталей, а основные геометриче ские параметры - большим числом новых параметров, связанных с конструк торским оформлением.
Примером может служить электрическая машина, С точки зрения ее функционирования имеют значение несколько геометрических параметров башмака и якоря, определяющих границы сред и соответственно распределе ние магнитных полей. При конструкторском проектировании необходим вы бор большого числа деталей, свойственных машинам: валов, подшипников, прокладок, корпусов, крепежных деталей.
В процедурной модели (см. табл. 1.1) выделены две стадии: конструи рование объекта и конструирование сборочных единиц и деталей. Учитывая итерационность проектирования и повторный функциональный анализ, сово купность задач, решаемых на этих стадиях, можно разделить на три группы:
1)геометрическое моделирование;
2)функциональный анализ и оценка проектных решений;
3)автоматическое изготовление чертежей.
Геометрическое моделирование относится к процедуре синтеза, в рам ках которой объект проектирования принимает конкретную форму. Далее выполняется функциональный (инженерный) анализ и оцениваются проект ные решения. Для автоматического изготовления чертежей требуется преоб разование данных о будущем объекте в документальную форму в виде конст
рукторских чертежей. Автоматизированное конструкторское проектирование выполняется с использованием систем автоматизированного проектирования изделий (САПР И) или CAD - Computer Aided Design (проектирование с по мощью компьютера).
3.2. Геометрическое моделирование
Геометрическое моделирование связано с получением математическо го описания геометрических свойств объекта. При наличии такого описания образ проектируемого объекта можно воспроизвести на экране графического терминала и манипулировать им посредством сигналов.
Известны следующие методы геометрического моделирования:
-каркасное;
-твердотельное - объемное представление монолитных тел.
При построении каркасной модели ребра объекта изображаются ли ниями. Для объектов, имеющих криволинейные поверхности, могут добав ляться контурные линии, отвечающие контурам объекта. Изображение объ екта в данном случае напоминает проволочный каркас, что и Отражено в на звании этого типа моделей.
Существует три вида каркасного моделирования:
1.Двумерное (типа 2D) - для плоских объектов.
2.Двухсполовиноймерное (типа 2 1 /2D), позволяющее воспроизводить трехмерные объекты, не имеющие конструктивных элементов на боковых стенках.
3.Трехмерное (типа 3D), дающее возможность моделировать сложные геометрические объекты в трехмерном отображении.
Однако иногда даже трехмерного каркасного представления объекта недостаточно для надлежащего отображения сложных форм. Поэтому суще ствуют различные методы, расширяющие возможности каркасного модели рования. Возможно, например, отображение внутренних, невидимых снаружи ребер объекта штриховыми линиями или вообще полное «стирание» скрыт ных линий.
Каркасным моделям свойственны также ограничения, связанные с принятым во многих из них способом описания модели в базе данных, может, например, возникнуть неясность в отношении того, какая из сторон поверх ности является внутренней. Ограничения этого типа препятствуют исчерпы вающему' и однозначному описанию объекта в автоматизированной системе.
Шагом вперед по сравнению с каркасными моделями как в отношении реалистичности с точки зрения пользователя, так и описания в ЭВМ, является метод конструирования объемных монолитных моделей (твердотельное мо делирование). В этом методе модели представляются наблюдателю в виде объемного тела, риск ошибочной интерпретации которого очень мал. Если изображение цветное, то оно выглядит поразительно реалистичным.
Широкому использованию объемных моделирующих систем способ-
собствуют два обстоятельства. Первое - понимание ограничений, свойствен ных системам каркасного моделирования. Второе обстоятельство - это не прерывное развитие вычислительной техники и программного обеспечения, которое делает объемное моделирование возможным. Объемные модели рующие системы требуют больших вычислительных мощностей как в плане быстродействия, так и в плане памяти.
ВСАПР И используются:
1)моделирование из стандартных блоков;
2)параметрическое моделирование;
3)адаптивное конструирование.
Моделирование из стандартных блоков позволяет пользователю стро ить модель из обычных графических примитивов (элементов), например из прямоугольных блоков, кубов, сфер и пирамид. Самым распространенным методом структурирования объемных моделей является использование буле вых операций.
В ходе проектирования элементы запрашиваются пользователем и до бавляются один к другому до получения нужной модели. Следует рассмот реть несколько аспектов такой организации процесса конструирования. Вопервых, пользователь может задавать размеры, положение и ориентацию ка ждого нового элемента после того, как он вызван, но до момента его добав ления в модель. Во-вторых, над элементами графики можно производить не только действия сложения, но и вычитания, т.е. модель может формировать ся как из положительных, так и отрицательных элементов. В-третьих при по строении геометрических моделей несколько элементов могут группировать ся в блоки. Блок может быть вызван из памяти системы для использования в различных частях модели. Например, если какой-то блок многократно ис пользуется при конструировании модели механического сборочного узла, то этот узел можно представить как блок и вставить затем в любую часть моде ли. Графические блоки являются удобным средством построения геометри ческих моделей.
Параметрическое моделирование предусматривает взаимосвязи меж ду элементами (линиями, поверхностями) модели объекта. Изменение како го-либо одного размера или зависимости, определяющей взаимосвязь, при водит к пересчету размеров по всей цепочке и к соответствующему измене нию геометрии модели. При моделировании элементов могут быть заданы:
-вертикальность, горизонтальность, параллельность, перпендику лярность элементов;
-выравнивание характерных точек по вертикали и горизонтали;
-зеркальная симметрия;
-равенство дуг и окружностей, длин отрезков;
-касание кривых, перпендикулярность точек кривой;
-имя переменной для размера;
-аналитические зависимости (уравнения и неравенства) между пере менными.
Часть взаимосвязей элементов формируется автоматически при вводе, если подключен параметрический режим работы. Совпадение точек и поло жение точки на кривой параметризуется через выполненную при указании этой точки привязку. Дополнительные взаимосвязи можно назначить и отме нить в любой момент работы над проектом.
Адаптивное конструирование обеспечивает взаимосвязь деталей и уз лов для последующей сборки конструкции в целом. При этом определяются те поверхности, которые соединяются вместе или взаимодействуют друг с другом. С появлением технологии адаптивного конструирования не требует ся с большой точностью прорисовывать все элементы конструкции каждой детали. Их конфигурация определяется непосредственно в сборках на основе того, как отдельные детали стыкуются друг с другом.
Адаптивное конструирование (метод адаптивной сборки) - новая про цедура в САПР, и его сочетание с параметрическим методом является на правлением развития современных систем проектирования.
3.2.1.Посгроение геометрической модели
Как было отмечено, в системе машинной графики модель конструиру ется из графических элементов (примитивов), которые запрашиваются поль зователем в ходе проектирования и добавляются один к другому для получе ния нужной модели. Для твердотельного моделирования примитивами явля ются призма, сфера, пирамида, конус, цилиндр. При каркасном моделирова нии графическими элементами служат точка, линейный отрезок, круг, дуга окружности, эллипс.
В распоряжении пользователя имеется много способов вызова кон кретного элемента графики и задания его местоположения в геометрической модели. Ниже дается описание ряда методов определения точек, прямых ли ний, дуг и других геометрических компонентов при помощи взаимодействия с интерактивной (диалоговой) системой машинной графики.
Методы определения точек:
1. Указание местоположения на экране с помощью органов управле ния курсором.
2.Ввод координат с использованием клавиатуры.
3.Задание смещения (по координатам х, у и z) относительно ранее оп
ределенной точки.
4.Пересечение двух прямых.
5.Размещение точек на фиксированных интервалах вдоль некоторого
элемента.
Методы определения линий:
1.Задание двух точек.
2.Задание одной точки и угла между нужной линией и горизонталью.
3.Построение нормали или касательной к некоторой кривой в данной
точке.
4. Построение линии, проходящей через некоторую точку параллель либо перпендикулярно другой линии-
s. Построение линии, касательной к двум кривым.
6. Построение линии, касательной к кривой и параллельной или пе пендикулярной другой линии.
Методы определения дуг и окружностей:
1.Задание центра и радиуса.
2.Задание центра и точки на окружности.
3.Построение круга, проходящего через три заданные точки.
4.Построение круга, касательной к трем линиям.
5.Задание радиуса и построение круга, касательной к двум линиям либо кривым.
Методы определения конических сечений:
1.Задание пяти точек на данном элементе.
2.Задание трех точек и условия касания.
Методы определения кривых. Для построения кривой, проходящей через заданные точки, используются математические методы интерполяции. Например, при кубической интерполяции между каждой парой смежных ис ходных точек строится полиномиальный сегмент третьего порядка. Другие применяемые в машинной графике способы формирования кривых основы ваются на использовании кривых Безье и методов В-сплайнов. И при том и при другом подходе применяется процедура смешивания, которая обеспечи вает сглаживание влияния заданных точек. Результирующая кривая при этом не обязательно проходит через все заданные точки. При использовании про цедуры смешивания необходимо задавать не только точки, но и метод сгла живания, с помощью которого будет строиться кривая.
Для математического описания поверхностей могут использоваться рассмотренные выше методы построения кривых. В автомобилестроении эти методы служат для представления рельефных поверхностей автомобильных кузовов из литого металла. К числу методов определения поверхностей отно сятся, в частности:
1.Задание поверхности, образуемой вращением некоторой прямой и (или) кривой вокруг заданной оси.
2.Задание линии пересечения двух поверхностей. Этот мешд, напри мер, можно использовать для построения поперечного разреза детали путем рассечения плоскостью с нужной ориентацией.
Описанные выше элементы сохраняются в базе данных в математиче ской форме в трехмерной системе координат. Точка, например, может опре деляться просто своими координатами х, у и z; многоугольник обычно задает ся упорядоченным множеством угловых точек, а круг - центром и радиусом. Для круга на плоскости х, у можно написать уравнение
( x - m f + ( y - b f = r 2,
где г - радиус окружности; т, п - координаты центра окружности. В каждом