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:
• 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.
