Библиотеки стандартных элементов, деталей и изделий

Конструкция сложного технического изделия содержит большое количество стандартных и нормализованных деталей, характеристики которых регламентируются международными, государственными, отраслевыми стандартами или стандартами предприятия. Для получения справочной информации о стан­дартных конструктивных элементах, а также для автоматической вставки этих элементов в документы вместе с САПР поставляют­ся библиотеки стандартных изделий. В них помещают парамет­ризованные чертежи и таблицы типоразмеров конкретных изде­лий и деталей. Их группируют по функциональному назначению.

Библиотеки стандартных элементов, деталей и изделий поз­воляют быстро вставить в документ стандартный элемент, редак­тировать уже имеющийся или заменить его другим, не обязатель­ного того же типа.

Библиотеки разрабатываются на основе отечественных и международных стандартов. Они избавляют пользователя от ру­тинной работы по черчению, обеспечивают возможность быстро­го размещения деталей, снижают количество ошибок в чертеже.

Как правило, с САПР для машиностроения поставляются следующие библиотеки:

• крепежных деталей: болтов, винтов, гаек, шайб, шплин­тов, шпилек;

• элементов гидравлических, пневматических и кинемати­ческих схем;

• подшипников (качения, скольжения);

• изображений кинематических звеньев, зубчатых, фрик­ционных и цепных передач, шкивов и т. д.

• 3D-моделей и типовых чертежей;

• прокатного сортамента (черных металлов, цветных ме­таллов);

• конструкций из стандартных профилей;

• уплотнений (колец резиновых круглого и прямоугольно­го сечения, колец войлочных для сальников, манжет для гидравлических устройств, манжет для пневматических устройств, манжет резиновых армированных);

• деталей штампов (втулок, державок, отлипателей, при­хватов, пуансонов, толкателей, траверс, упоров, хвосто­виков, крышек защитных, пружин, винтов, штифтов);

• символов для создания надписей в деталях и сборках, ко­торые автоматически масштабируются в соответствии с выбранным размером шрифта надписи;

• символов для обозначения отклонений формы, шерохо­ватости, допусков формы, сварных швов и спецсимволов;

• условных обозначений.

Конструктор может создать собственную библиотеку трех­мерных параметрических элементов деталей и стандартных изде­лий, не имея опыта в области программирования. Для управления библиотеками разработаны специализированные программные средства.

При проектировании крепежного соединения между соеди­няемыми деталями могут накладываться связи. В этом случае пользователь указывает только типы болтов, гаек и шайб, а систе­ма автоматически подбирает соответствующие типоразмеры и формирует крепежное соединение в пакетном режиме. Расстанов­ка крепежа выполняется не только с учетом диаметра отверстия и толщины пакета, но и типа отверстия и способа его создания. Это позволяет исключить ошибки, связанные с нестыковкой соедине­ний, когда каждая крепежная деталь проектируется отдельно.

При работе с библиотеками конструктор может выполнить следующие операции

• выбрать размерные параметры детали из стандартных таблиц;

• на любом этапе работы редактировать значения размер­ных параметров и координаты расположения объектов в сборке;

• создать новую деталь, введя произвольные (нестандарт­ные) значения параметров;

• разместить деталь в трехмерной сборке и при необходи­мости скорректировать координаты привязки.

В библиотеку изделий включают не только значения геомет­рических характеристик, но и другие атрибуты стандартного из­делия (материал, покрытие, направление резьбы и т. п.). Предус­мотрена возможность оперативного изменения уже добавленных стандартных изделий на любом этапе проектирования. При из­менении размеров узла обеспечивается автоматическое сопряже­ние стандартных деталей.

Библиотеки стандартных деталей и узлов совместимы с мо­дулем заполнения конструкторской спецификации. При вставке детали в сборку информация о ней автоматически заносится в спецификацию. При редактировании параметров детали в сборке автоматически выполняется обновление ее проекций на чертеже. Библиотеки позволяют генерировать конструкции с автоматиче­ским наложением всех сборочных зависимостей. Содержимое библиотеки можно показать в трехмерной сборке, при необходи­мости отредактировав значения размерных параметров и коорди­наты расположения объектов в сборке.

Добавление стандартных деталей в сборку можно произво­дить их перетаскиванием из окна библиотеки в окно проектиро­вания. В этом случае следует выбрать как значения геометричес­ких характеристик, так и другие атрибуты стандартной детали: материал, покрытие, направление резьбы и т. п.

Пользователь может самостоятельно формировать различные конфигурации крепежных пакетов.

Как правило, разработчики предусматривают возможность пополнения библиотеки с учетом конкретной работы конструк­тора. Штатные средства позволяют добавить в базу данных таб­лицы со значениями параметров изделия, определить связи меж­ду таблицами и мастер-моделью.

Если в базе данных хранятся одинаковые по типоразмерам элементы, но с различными покрытиями, система предложит пользователю диалоговое окно, позволяющее выбрать необхо­димое покрытие. Прикладная библиотека может быть создана в одной из стандартных сред программирования, например Borland С++, Microsoft Visual С++, Borland Pascal и т. д.

В САПР SolidWorks библио­тека стандартных элементов, деталей и изделий, включена в модуль Toolbox. Модуль реали­зован в виде расширения к ба­зовому пакету. Он состоит из базы данных, содержащей опи­сание стандартных изделий, таблицы со значениями параме­тров и так называемых мастер-моделей - прототипов деталей каждого типа.

Об объеме информации, представленной в библиотеках ком­понентов стандартных изделий, говорит тот факт, что в Autodesk Inventor 10 такая объединенная библиотека на ядре Microsoft SQL Server (MSDE) имеет объем 1,5 Гбайт. Она насчитывает 650 000 ти­поразмеров стандартных изделий различных видов.

Внедрение ассоциативных связей между параметрами во всех документах проекта

Современное развитие САПР идет по пути внедрения ассо­циативных связей между параметрами во всех документах проек­та. Двунаправленная ассоциативность обеспечивает изменение параметров чертежа при изменении трехмерной модели и авто­матическое обновление чертежа. Например, если не­обходимо, чтобы спроектированный редуктор передавал боль­ший крутящий момент, то достаточно внести новое значение в техническое задание, по которому была построена модель редуктора, и через некоторое время будут получены 3D-модели, черте­жи и документация на новый редуктор, автоматически сгенери­рованные компьютером.

Все функции работы с твердым телом и поверхностью могут быть отражены полностью в ассоциативном, параметрическом дереве построения. Обозначив один раз такую зависимость, пользователь может автоматически менять геометрию и размеры, а также другие зависимые элементы. Это позволяет значительно сократить время на внесение в проект изменений или при анали­зе различных вариантов конструкции.

Элементы модели и порядок ее построения наглядно пред­ставляет навигатор. Он позволяет выбрать конструктивные элементы, оперативно менять их и связи между ними. История построения объемного тела позволяет узнать, какие функции использовались при его построении, облегчает параметризацию, навигацию, внесение изменений в конструкцию.

По данным компании SolidWorks, быстрое ассоциативное из­менение деталей, технологической оснастки и чертежей при их проектировании и модификация конструкции сокращает сроки проектирования более чем в 10 раз, снижает затраты на произ­водство в 2—3 раза.

Анализ сборочного узла

При работе со сборочными чертежами САПР позволяет ав­томатически проверить компоненты сборки на взаимное пересе­чение, удалить невидимые линии деталей, входящих в сборку. Возможность контролировать и предупреждать конструктора о нестыковке контактирующих деталей сборки повышает производительность его труда и сокращает количество ошибок.

Современные САПР предлагают специальные модули, позволяющие выполнить следующие работы по анализу сборочного узла:

• выполнить автоматический анализ зазоров между ком­понентами сборки;

• проверить размерные цепи в собранных узлах и возмож­ность использования назначенных допусков и посадок (при неправильно назначенных допусках на отдельные детали узел может не собраться);

• провести весовой анализ;

• оценить собираемость и ремонтопригодность будущего изделия;

• имитировать движения механизма, указав, какие детали узла совершают взаимные перемещения, задав параметры их перемещения и кинематические связи между ними;

• определить значения сил, необходимых для перемеще­ния деталей узла, величины скоростей и ускорений у раз­личных деталей;

• генерировать контрольные точки для измерений ком­пьютерной модели и использовать созданную программу для непосредственного управления измерительной ма­шиной.

Имитация работы механизма позволяет увидеть, насколько согласованы движения его отдельных деталей. При имитации движения можно поставить различные условия: остановить дви­жение при соприкосновении, уменьшить зазор между деталями, создать тело в пересечении указанных звеньев. Это позволяет оперативно обнаружить и устранить ошибки и снизить стоимость внедрения внесенных изменений.

Возможность отображения сборочного узла в движении используется при анализе кинематики работы движущихся ме­ханизмов, определении возможных точек столкновения эле­ментов конструкции, для устранения ошибок конструирова­ния на ранних этапах. Детали, для которых не задана жесткая привязка, могут динамически перемещаться в пространстве сборки. Анализ работы механизма включает также возмож­ность определения и представления в табличном или графиче­ском виде полей перемещений, скоростей и ускорений интере­сующих точек.

Анализ различных конструктивных решений, которые могут отличаться друг от друга геометрическими размерами отдельных деталей, наличием или отсутствием конструктивных элементов, материалом, условиями нагружения, закреплением и т. д., облег­чают «сценарии». Система автоматически запоминает метод раз­мещения деталей и позволяет проводить быстрые замены одних деталей и узлов на другие в процессе поиска оптимального вари­анта. Новый «сценарий» работы механизма можно получить на основе существующего: его копированием с последующим вне­сением изменений.

По данным компании SolidWorks, использование разрабо­танного ею модуля, позволяющего выполнить оценку динамиче­ских зазоров, анализ размерных цепей и оптимизацию размеров при проектировании и модификации конструкции, сокращает сроки проектирования более чем в три раза, снижает затраты на производство на 70 %.

Использование манекенов для прогнозирования различных вариантов поведения операторов в процессе работы

Чтобы добиться наилучших показателей для разрабатываемого механизма, в ряде случаев необходимо не только задать началь­ные условия и рассчитать отдельные параметры конструкции, но и прогнозировать различные варианты поведения операторов. Специализированные инструменты дают возможность понять и оптимизировать действия людей в процессе производства и об­служивания изделий. Методы анализа взаимодействия манекена с объектами в виртуальной среде позволяют оценить положение манекена в пространстве. Критерием оценки может служить обес­печение максимального комфорта для работы человека.

Модули эргономического анализа позволяют уже на этапе проектирования создавать точные стандартные цифровые мане­кены в виртуальной среде, имитировать поведение человека с учетом его антропометрических параметров.

Управление манекеном может выполнять­ся с помощью привязок к объектам и обратной кинематики. Ра­боту с манекеном упрощает редактор стандартных поз, в котором собраны сочетания углов различных степеней подвижности. Программные продукты позволяют моделировать деятельность человека и уже на этапе проектирования брать в расчет человече­ский фактор.

Система DELMIA, разработанная компанией Dassault Systemes, для расширенного анализа человеческого фактора и учета региональной специфики предлагает базу данных антропо­метрических параметров, соответствующих азиатскому, амери­канскому, европейскому типу, что позволяет создавать манекен, соответствующий специфике рынка заказчика.

Возможности моделирования движений рук, плеч, головы, позвоночника позволяют точно воспроизводить и анализировать деятельность человека. Задание половой принадлежности, а так­же сводного индекса, характеризующего пропорции всех звеньев манекена, дает возможность предельно точно воспроизвести те­лосложение человека, способного хорошо выполнить те или иные действия на производстве.

Инструменты моделирования зрения позволяют конструкто­ру определить, что именно будет видеть человек при работе с бу­дущим изделием. В качестве критерия оценки может служить обеспечение максимального комфорта работы в соответствии с критериями комфорта, заданными в базе данных. Создание рабо­чих мест с учетом норм безопасности и эффективности труда позволяет добиться высокой производительности уже на этапе проектирования. Такой подход помогает избежать дорогостоя­щих доработок, возникающих в процессе сборки и эксплуатации.