Лекции Т / Л4 Работа со сборочными моделями

Методы организации работы над сборочными моделями

Димитрюк Сергей Олегович

Современное понятие САПР подразумевает способность поддержки системой проектирования коллективной работы над проектом. Для этого разработано достаточно большое количество программных продуктов необходимых для эффективной организации таких работ. Но, несмотря на успехи в этом направлении, краеугольным камнем по прежнему остаются "сборки" согласованная работа над которыми в "коллективном режиме" дает наибольшее ускорение. Информационная среда для параллельного проектирования должна позволять работать над отдельными деталями сборки разным сотрудникам и быть способной предотвратить конфликты в модели сборки при детализации моделей, входящих в состав сборки.

Первое и необходимое условие параллельных работ является параметризация сборочных моделей. Параметризация организует топологию модели, и модель становится управляемой независимо от пользователя. Конечно, параметризация заставляет задумываться: "ЧТО собственно строится". Но результат – более качественные проекты, которые легко состыковывать и модернизировать. Любое изменение размеров или параметров приводит к перерегенерации всех сборок и связанных деталей. Неважно где было произведено изменение: в чертеже, сборке или исходных параметрах (в схеме).

В настоящее время существуют два механизма организации создания сборочных моделей: сборка "снизу-вверх" и "сверху-вниз". Сборка "снизу-вверх" аналогична реальной сборке "с ключом и кувалдой": когда имеющиеся детали собирают последовательно в файл сборки. Сборка "сверху вниз" аналогична рождению и формированию идеи: от общей схемы через набор составляющих и их связей к целостному представлению.

Параметризация. Важным условием правильно построенных параметрических моделей и сборок являются логичные непересекающиеся отношения "ПРЕДОК-ПОТОМОК". Т. е. хронология модели или сборки (последовательность создания элементов и их связей, позволяющая легко редактировать процесс создания модели) должна быть логичной и не должна содержать рекурсивных ссылок.

Что такое "логичная хронология"? Поясним это простой схемой, на которой заданы четыре прямые A,B,C,D. Если прямая B задана от базы (родителя) A, а прямая D от базы C, то такие отношения между родителями и потомками будут логичными. Если задать B от C, а D от A, то такая хронология будет нелогичной. При смещении любой из баз мы сможем наблюдать логичность или нелогичность отношений.

А

В

С

D

Логично

Нелогично

Рисунок 1 Логичность и нелогичность параметрических связей

Что такое "рекурсивные отношения в хронологии"? Рассмотрим простой пример. Дано: Вал, Втулка и Шпоночное соединение между ними. Традиционно мы начнем построения в следующей последовательности: 1. Создадим вал (пока без шпоночного паза). Вставим в сборку. 2. В контексте сборки опираясь на ось вала и сопрягаемую поверхность построим втулку (также без шпоночного паза). 3. По сопряженной поверхности вала вставим шпонку (стандартное изделие). 4. По сопряженной поверхности шпонки выполним шпоночный паз (конструктивный элемент) на втулке. 5. Пытаемся то же повторить с валом, возникла "рекурсия" и система отказала в создании параметрических отношений.

Возникновение рекурсии

1Втулка

Вал 2 3 Потомки Предок Шпонка

4

Развязка рекурсии

Вал Сопряжение в сборке Шпонка

Предок Втулка

Рисунок 2 Возникновение рекурсивных связей и их развязка

Причина отказа создания параметрической сборки видна из схемы отношений "предок-потомок". Как развязать рекурсивные связи? Важным свойством развитой параметризации является возможность редактирования хронологии. Поэтому поступим следующим образом: 1. Создадим в файле сборки "линии сопряжений" (осевую линию и линию где должно быть сопряжение вала с втулкой, причем, не привязывая их к элементам фрагментов). 2. Перепривяжем последовательно линии поверхностей и осевые вала, втулки и шпонки к заданным линиям. 3. Теперь можно выполнять на вале конструктивный элемент (КЭ) по шпонке. Теперь этот КЭ будет иметь параметрическую связь в сборке. Какую бы шпонку Вы теперь не выбрали, КЭ будет ей всегда соответствовать.

Параметризации не может быть чуть-чуть или много, т.е. она не может быть "мягкой" или "жесткой". Параметрические отношения могут быть развитыми или неразвитыми. Но все остальные связи можно называть как угодно: настраиваемые, вариационные, адаптивные, интеллектуальные и т.п. Суть от этого не меняется, такие связи не обладают свойствами параметрических связей, хотя и не исключают их существование.

Рисунок 3 Пример современной параметрической сборки выполненной в T-FLEX CAD 3D. Сборка любезно предоставлена ОАО НПП ЭГА.

Сборка "снизу-вверх". Организация процесса проектирования сборок по схеме "снизу-вверх" до последнего времени была доминирующей. Это связано, прежде всего, с тем, что программные инструменты для ее реализации проще и были реализованы раньше в программных продуктах. Рассмотрим схему организации процесса проектирования, характерную для метода "снизу-вверх".

Схема устройства, компоновка, Задание на проектирование, Определение параметров связей

Стандартные и	Упрощенная
унифицированные	геометрия
изделия
Детали

	Сборка	Детализация
		геометрии

Информационное поле САПР

Рисунок 4 Схема организации проектирования сборок методом "Снизу-вверх"

Начальным этапом проектирования является разработка схемы устройства, компоновочного чертежа ответственным лицом или группой лиц, которых назовем "ведущий". Затем "ведущий" формирует задания на проектирование для сотрудников, определяет параметры связей между составляющими сборки. На данном этапе связь с общей компоновкой может быть организована только в виде переменных. Этого не всегда достаточно, поэтому чтобы не усложнять работу от такой связи часто отказываются. Вследствие этого начальный этап разработки становится статичным и не входит в информационное поле модели. По выданным заданиям и параметрам связей между элементами каждый сотрудник проектирует упрощенный вариант детали входящей в сборку.

На следующем этапе "ведущий" компонует сборку из упрощенных деталей, дополняет унифицированными и стандартными изделиями. Далее он анализирует пересечения тел и потребность в КЭ (например, отверстий под крепеж). Назначает или исправляет параметры сопряжений деталей через переменные. На основе полученных данных уточняет задание для каждого сотрудника.

По полученному заданию каждый сотрудник детализирует геометрию детали и возвращает ее в сборку. Далее в работе отдела устанавливается некоторая цикличность до завершения проекта.

Преимущества такой организации проявляются на несложных работах в небольших коллективах разработчиков, когда "ведущий" сильно не перегружается. Как только "ведущий" перестает успевать, это вызывает простаивание всего коллектива. Эффективность проектирования падает, сроки работ увеличиваются.

Сборка "сверху вниз". В настоящее время появились и достаточно быстро развиваются программные инструменты для организации проектирования сборок по схеме "сверху-вниз". Прежде всего, это механизмы контекстной сборки. Нужно отметить, что использование этого механизма не всегда приводит к результатам и свойствам сборки "сверху-вниз". Достижение положительных свойств таких сборок зависит в большой степени и от организации процесса проектирования. Рассмотрим две возможные схемы организации процесса проектирования для данного случая.

На начальным этапе проектирования "ведущим" разрабатывается электронная 2D или 3D схема устройства с заданными функциональными связями между компонентами сборки и их сопряжениями. Возможность задавать единое сопряжение для двух деталей, одно из важных преимуществ сборок "сверху-вниз". Сопряжения в схеме можно задавать различным образом, например, такими способами как:

•Копиями тел, например, для шарнирного соединения это может быть цилиндр, одна копия которого передается детали с отверстием, а другая детали с осью;

•Разделенными телами, например, строится общий объем верхней и нижней плит прессформы, разделяются каркасной поверхностью и передаются "в деталь" для детализации геометрии;

•Конструктивным элементом (КЭ), например, отверстием, проходящим через верхнюю и нижнюю плиту, и служащим для "базирования" операций при детализации геометрии детали.

Далее формируют задания для сотрудников на проектирование деталей. Причем, параметры связей между составляющими сборки уже определены общей компоновкой. Компоновка становится прародителем всего информационного поля модели. По заданиям и компоновке устройства с переданными в файл детали сопряжениями каждый сотрудник проектирует упрощенный вариант детали входящей в сборку. Далее организация процесса может идти по двум вариантам:

•Схема первая. Перед передачей компоновки и сопряжений в файл детали устанавливают ассоциативную связь, которая каждый раз возвращает новую геометрию детали в исходный файл.

Схема устройства, компоновка,
Задание на проектирование,			Передача
Определение параметров связей			сопряжений
	Сборка
Стандартные и			Детали
унифицированные
		Детализация
изделия
		геометрии
Информационное поле САПР

Рисунок 5 Схема организации проектирования сборок методом "сверху-вниз" с ассоциативным изменением сборки

•Схема вторая. Деталь вставляется в новый файл сборки. Глобальные координаты и положение каждой детали определены компоновкой, поэтому детали автоматически встают, каждая на свое место.

	Схема устройства, компоновка,			Передача
	Задание на проектирование,
				сопряжений
	Определение параметров связей
	Стандартные и		Упрощенная
	унифицированные		геометрия
	изделия
	Детали			Детали
			Детализация
	Сборка		геометрии,	Сборка
		Функциональная
	Версия 1			Версия N
			замена
	Информационное поле САПР

Рисунок 6 Схема организации проектирования сборок методом "сверху-вниз" с управлением параметрами сборок из "исходного" файла

При такой организации "ведущему" уже не приходится участвовать в организации сборки, все необходимые параметры (положение детали в глобальной системе координат и сопряжения деталей) определены компоновочной схемой. Он может дополнять сборку унифицированными и стандартными изделиями. Дополнять детали КЭ. Анализировать пересечения тел. Необходимо отметить, что вероятность пересечения тел при этом значительно меньше. Потому как главный виновник пересечений деталей в модели при проектировании - это сопряжения. Единство сопряжения гарантирует четкую "прилегаемость" деталей. Нет необходимости назначать или исправлять параметры сопряжений деталей через переменные. Сотрудник, видя окружение сборки, способен сам детализировать геометрию детали. От "ведущего" уже не требуется каждый раз "запускать" цикл проектирования. Работа "ведущего" связана лишь с вводом дополнений или ограничений в проект, с уточнением заданий.

Значительный эффект от такой организации проявляется на сложных работах в больших коллективах разработчиков. "Ведущий" квалифицированный работник освобождается от рутинных работ. Для повышения эффективности такой организации целесообразно синхронизировать обновления деталей в сборке. Наиболее эффективно с такой задачей справляется PDM-система.

Преимуществом первой схемы организации сборки "сверху-вниз" является удобное анимирование моделей. Преимущество второй схемы выявляется при необходимости вариантного проектирования, когда необходимы функциональные замены деталей, когда необходимо ведение нескольких версий проекта.

Рассмотрим хронологию сборок организованных "снизу-вверх" или "сверху-вниз". Сборка "снизувверх" осуществляется привязкой деталей друг к другу. В результате происходит формирование схемы хронологии связей деталей в виде бамбука. Такая схема неустойчива для внесения изменений в ходе проектирования, затрудняет необходимые функциональные замены деталей для сборок разных версий и разного исполнения. Устойчивость такой схемы к "некорректным" действиям пользователя сравнительно низка.

Рисунок 7 Формирование схемы хронологии связей деталей в виде бамбука при сборке "снизу-вверх"

Так как положение каждой детали и их сопряжения при сборке "сверху-вниз" однозначно заданы сборкой, то схема хронологии связей деталей выглядит в виде куста. Такая схема очень устойчива для внесения изменений в ходе проектирования, любую деталь можно извлекать из сборки без всяких последствий. Такая схема очень устойчива к "некорректным" действиям пользователя.

Рисунок 8 Формирование схемы хронологии связей деталей в виде куста при сборке "сверху-вниз"

Итак, подведем итоги.

Сборка "снизувверх" не требует большого функционала от программных средств, легко организуется, эффективна при небольших проектах не требующих анимации, не требует синхронизации обновлений, поэтому некритична к отсутствию PDM-системы. Но: Не в полную силу использует наработки начального этапа разработки проекта; сильно загружает "ведущего" рутинными работами и требует от него "запуска" циклов проектирования; Циклы проектирования синхронны при разной трудоемкости задач, это сдерживает параллельные работы; Хронология не устойчива к изменениям и "некорректным" действиям пользователя.

Сборка "сверху-вниз" легко анимируется, в ней достаточно просто провести анализ на "столкновение" деталей при работе механизма, достаточно просто выявить "критические точки" или параметр целевой функции для оптимизации параметров механизма, циклы проектирования не ограничены, "ведущий" разгружается, Хронология устойчива к любым изменениям, Легче формируются автоматические спецификации для различных версий сборок, Эффективность проектирования повышается. Но: Требует инструментария более высокого уровня, требует от "ведущего" понимания принципов организации проектирования сборок по схеме "сверху-вниз".

Рисунок 9 Признак правильной организации сборки "сверху-вниз" короткая цепь предков: - Все поросятки у одной свиноматки.

Так что делайте вывод: "стоит ли разводить бамбук, если хочется земляники?"

Взаключение позвольте поблагодарить компанию "Топ Cистемы" (www.topsystems.ru) разработчика

иинтегратора продуктов T-FLEX CAD/CAM/CAE/PDM за любезно предоставленную возможность воспользоваться методическими материалами разработок компании.