Параметрично моделиране: описания, методи, преглед на софтуера

Параметричният модел (PM) използва инструменти за проектиране, базирани на структурни елементи. Тя позволява на дизайнера да дефинира цели класове форми, а не само конкретни части. Преди появата на тази технология редактирането на формата беше сложна задача. Например, за да модифицира триизмерно тяло, дизайнерът трябва да промени дължината, ширината и височината му. При технологията PM дизайнерът трябва да промени само един параметър, а другите два се регулират автоматично.

История на компютърно подпомаганото проектиране

Ключов етап в историята на компютърното проектиране (CAD) е въвеждането на Pro/ENGINEER, сега PTC Creo, през 1987 г., което въвежда параметричното моделиране в CAD индустрията. Оттогава тази парадигма се използва в почти всички основни програми за проектиране, включително SOLIDWORKS, Autodesk Inventor, Creo Parametric, CATIA, NX и Onshape.

Проектирането на ПМ се извършва от инженери, които изграждат триизмерна геометрия парче по парче. Двуизмерните скици се превръщат в триизмерни обекти, като ограниченията и допуските при проектирането се прилагат правилно в съответствие с плана за проектиране. Тъй като всяка стъпка следва от предишните - необходима е подробна предварителна скица.

Въпреки мощта и популярността на RM моделирането, другата парадигма за директно CAD моделиране също има своите привърженици. Някои съвременни системи CAD системите използват директно, а не параметрично моделиране, базирано на историята, но има и системи, които предлагат комбинация от двете.

Парадигма на проектиране и терминология

Параметричното проектиране започва със скица, а за получаване на крайния резултат се прилагат различни математически функции. Парадигмата за проектиране, въведена от Pro / ENGINEER, се нарича "базирана на историята", тъй като линейният характер на модела, който се извършва стъпка по стъпка, го отличава от директното параметрично моделиране, което се нарича "без история".

Софтуерът запаметява функциите по ред и моделът ги изпълнява стъпка по стъпка. Потребителите често погрешно смятат, че само софтуер, базиран на историята, е параметричен. Всъщност той включва всички модели с данни, включително измерения, модели, дебелина на стената, диаметри, дълбочини на отворите и др. Благодарение на параметричния подход инженерите могат бързо и лесно да създават различни конфигурации на дизайна.

Вече са разработени както параметрични, така и качествени модели. Калометрията е научна дисциплина, която се занимава с методите за количествено определяне на качеството на моделите. Това е теория, разработена в бившия Съветски съюз от G. Ацгалдов, се използва и днес при разработването на руски стандарти, включително за металургията и машиностроенето.

Повечето от софтуера софтуер CAD позволява реализирането на качествени проекти. Преди да направи избор, разработчикът трябва да анализира показателите:

1. Размерът на рамката.
2. Брой разработчици, участващи в проекта.
3. Модел Мобилност.
4. Дефиниран от клиента тип файл.

Процес на параметрично моделиране

Моделите се създават на базата на набор от математически формули и трябва да се основават на реална информация за продукта, за да бъдат легитимни. Съвършенството на методите за проверка и пълнотата на информацията за продукта определят жизнеспособността на решението.

Съществуват два популярни модела на PM:

1. Конструктивна геометрия на твърдото тяло (CSG) - дефинира модела по отношение на комбинирането на основни и генерирани физически форми. Той използва логически операции за изграждане на модел. Това е комбинация от триизмерни елементарни форми, като цилиндър, конус, призма, правоъгълник или сфера, които се манипулират с помощта на прости логически операции.
2. Представяне на границите (BR) - непрекъснат модел се формира чрез определяне на повърхности, които образуват пространствени граници. След това обектът се създава чрез свързване на точки в пространството. В много програми се използва методът на крайните елементи (МКЕ), тъй като той позволява лесно управление на вътрешната мрежа на обема.

Терминът "параметрично 3D моделиране" означава, че MCAD програмата използва физически данни. При този метод размерите определят геометрията, а не обратното, както е при 2D и традиционните 3D модели на твърди тела. Следователно всяко редактиране на стойностите води до промяна на размера. Освен това връзките или ограниченията, използвани за създаване на характеристиките, са фиксирани и се контролират от програмата.

Основна единица на проекта

Елементът е основната единица на параметричен модел на твърдо тяло. Точно както едно сглобяване се състои от различни части, така и един файл се състои от отделни части. Всяка функция има определящи интелигентни свойства. При проектирането на обект се определят геометричните ограничения и приложимите размери. Дизайнерът записва тези свойства в базата данни и ги използва за създаване на нови части.

Примери за тези градивни елементи, наречени елементи, са отвори, ребра, канали, скосявания и други геометрични елементи. Новите функции зависят от съществуващите функции, така че промените в дизайна се улавят автоматично. По този начин функционалните симулации отразяват намеренията на дизайнера. Ако детайлът или свързаният с него детайл бъде променен, софтуерът генерира отново този елемент в съответствие с определените за него гранични свойства. Например ръб, дефиниран като допирателна към дъга, ще се премести, за да запази ограничението за допирателна, ако размерът на дъгата се промени.

Създаване на компютърен модел

В по-тесен смисъл терминът CAD се отнася до компютърното генериране и модифициране на геометричен модел. В по-широк смисъл тя включва всички автоматизирани дейности в процеса на проектиране: геометрично моделиране, изчисления, събиране и предоставяне на информация от замисъла до производството.

Първоначално приложенията се използваха за разработване на производствени документи. С увеличаването на изчислителната мощ на сложните експертни приложения и интегрираните решения, МКЕ става все по-често срещана при проектирането и създаването на продукти. Наличен е инженерен дизайн, който позволява обектите да се разглеждат като триизмерни тела от самото начало. Ако е необходимо, техническите чертежи се създават автоматично от виртуалните модели на частите.

Особено предимство на 3D CAD е възможността за проектиране на изображение на продукта от всяка посока. 3D принтерът дава възможност да се премине от виртуален към реален обект. Създават се усъвършенствани модели за определени физични свойства, напр. якост, еластичност, заедно с откриваеми свойства на материала. CAD се използва в почти всички клонове на техниката: архитектура, строителство, машиностроене и електротехника, както и в тесни области като зъботехниката.

Водещи софтуерни продукти в индустрията

Днес на пазара се предлагат многобройни програми за параметрично моделиране. Те се подразделят според степента на използване:

1. Използване на малък обем.
2. Широко приложение.
3. Симулация на индустрията.

Последната от тези три категории, специфичният за индустрията софтуер, се превърна в най-популярната.

Водещ в индустрията софтуер:

1. SolidWorks - представен през 1995 г. като евтин конкурент на пазара. Софтуерът за параметрично моделиране SolidWorks е придобит през 1997 г. от Dassault Systemes. Използва се в механичното проектиране и в производството на пластмаси.
2. CATIA - създадена от Dassault Systemes във Франция в края на 70-те години. Този усъвършенстван софтуер се използва широко в аерокосмическата, автомобилната и корабостроителната промишленост.
3. Приложението за параметрично моделиране NX на Siemens, известно преди това като Unigraphics, е придобито от McDonnell Douglas през 1977 г. Това е цялостно решение за проектиране и производство на продукти с широк диапазон на потребление.
4. Grasshopper, приставка за Rhinoceros, фокусирана върху параметричния дизайн, която действа като редактор на генеративни алгоритми. Предимството на тази програма е, че за разлика от много други, тя не изисква опит в писането на скриптове, което позволява създаването на схеми от генеративни компоненти, което води до значително оптимизиране на времето.
5. Параметрично моделиране Compass 3d използва компютър за проектиране на обекти или системи, функциониращи в реалния свят.
6. Autodesk, е старшата версия на AutoCad и дава възможност за 3D проектиране. Област на приложение - индустриална механика.
7. KeyCreator е непараметричен, небазиран на история, "прост" 2D/3D CAD за моделиране на твърди тела. Първоначално известен като CADKEY, той е пуснат за първи път през 1984 г. и работи в операционни системи DOS, UNIX и Microsoft Windows. Първият CAD софтуер с 3D възможности за персонални компютри. В допълнение към моделирането на твърди тела KeyCreator извършва и моделиране на повърхности в телена рамка и изготвяне на проекти.

Сравнение на най-съвременни технологии

SolidWorks доминира в разработването на корпоративни продукти, докато KeyCreator е CAD избор за специализирани процеси на проектиране и производство. Това са два добре усъвършенствани инструмента с различни предимства. За да определите дали KeyCreator е правилният метод за параметрично моделиране, сравнете кой софтуер най-добър Отговаря на нуждите на потребителя.

Моделирането без история на KeyCreator позволява на дизайнерите не само бързо да създават проекти от нулата, но и да отварят и редактират всеки CAD файл, независимо от източника. KeyCreator има предимства в сравнение със SolidWorks под формата на способност да се справя с непредсказуеми промени в дизайна, а пълният набор от интерпретатори дава на потребителите инструментите за работа навсякъде по света.

Функциите на KeyCreator позволяват на проектите да се развиват свободно, тъй като скиците и 3D моделите не са обвързани с оперативната история или ограниченията. Този подход позволява на първоначалните неструктурирани концепции постепенно да се превърнат в сложни сглобки. Гъвкавите възможности за експортиране на KeyCreator означават, че 3D геометрията лесно се прехвърля към следващия етап на производствения дизайн.

Подходът на SolidWorks за PM е идеален за управление на актуализациите на модела въз основа на характеристиките на продукта, като строгите ограничения позволяват да се изчисляват усъвършенствания за проекти, които понастоящем са статични. Той също така осигурява широка съвместимост с инструменти за управление на данни, които използват метаданни за проекта по време на производствения процес.

Кросплатформен софтуер за 3D обекти

FreeCAD - отворен каскаден дизайнер на междуплатформени параметрични 3D обекти. Софтуерът се използва главно в машиностроенето за разработване на реални продукти. 3D продуктите се предлагат с MCAD, CAx, PLM и CAD, както и с пълен набор от опции за персонализация и разширения.

Потребителите избират FreeCAD заради лесната му употреба, базирана на QT. Този софтуер поддържа и интегрира различни файлови формати, можете лесно да създадете 3D фигура от 2D, да извлечете детайли от дизайна или да коригирате размерите с достатъчно компоненти. FreeCAD се предлага и с модел за визуализиране на 3D сцени, съвместим с Open Inventor, ленти с инструменти, превключватели, цялостен API за Python и макети.

Характеристики на софтуера:

1. Обширна онлайн документация.
2. Предлага се за MacOS, Linux и Windows.
3. Предлага се с потребителски интерфейс, който може лесно да се персонализира.
4. Осигурява интегрирана поддръжка на Python.
5. Предоставя на потребителите всички необходими усъвършенствани и разширяеми инструменти: работни инструменти места за Маршрути, географски данни, експериментален CFD, инструменти за анализ на крайни елементи (FEA), модул за симулация на роботи и BIM.
6. Поддържа анотации, като размери и текст.
7. Богат на разширени функции, безплатен за всички.

Инструмент за проектиране Fusion 360

Fusion 360 за Windows е 3D CAD инструмент, разработен от Autodesk. Фокусирано върху дизайнерите, 3D моделирането на Fusion 360 е мощен инструмент за разработване на детайли, осигуряващ възможности за тестване на функционалността на обекта и симулиране на движение. Autodesk Fusion 360 е базиран на облак. Данните за създаване се съхраняват винаги в облака, което улеснява сътрудничеството между екипите.

Autodesk Fusion 360 покрива следните ключови фактори при разработването на продукти: функционално моделиране, рендиране и предпроизводствена подготовка. Всички тези функции са обединени в едно приложение. Формите работят с функцията T-spline. Чрез създаване на интелигентни връзки между компонентите можете да моделирате функционалността на сглобките.

Връзката на отделните компоненти помежду им се определя от съединенията. Чрез регулиране на свойствата, като например твърдост или въртене, компонентите могат да бъдат позиционирани с правилната степен на движение един спрямо друг. За да изглежда продуктът привлекателен, Fusion 360 разполага с набор от материали за покриване на желаната повърхност.

Потребителският интерфейс на Autodesk Fusion 360 е ясно организиран. Лентата с менюта осигурява достъп до готовия дизайн и възможност за бързо запазване на текущите проекти. Освен това действията могат да се отменят или преработват с едно кликване. Създаване" за конструиране на прости или сложни обекти. Достъп до историята на дизайна чрез времева линия, така че да е възможно да е да правите промени и да ги запазвате.

Начална точка на моделирането

Скицата изисква двуизмерен модел, който след това се трансформира по един от основните начини: екструдиране, завъртане и разширяване.

Началната точка за моделиране на ПМ е скицата, която първоначално представлява точната форма на частта или компонента, който трябва да бъде създаден, и е интелигентно представяне на частта. Важно е да се анализира и планира всяка част преди проектирането, за да се определи най-ефективната последователност на създаване.

Незадоволителните стратегии за моделиране с параметричен софтуер водят до части, чието създаване отнема повече време поради сложното редактиране. Елементи за проектиране, които позволяват максимална гъвкавост и вариации на продукта, като приемат готовия твърд модел като набор от променливи елементи.

Последователност на скициране

Преди да се започне скицирането, моделът трябва да се проучи, за да се определи най-добрият профил на базовия случай. Най-добрият е този, който описва напълно цялостната форма и свежда до минимум броя на останалите характеристики, необходими за приключване на проекта. Всяка нова част съдържа три безкрайни референтни равнини, които представляват в пространството предната, горната и дясната равнина, минаващи през началото - нулевата точка в пространството.

Общата процедура на ПМ е да се избере най-добрият профил за първата характеристика на модела. След това изберете най-подходящата равнина, върху която да създадете първата скица, така че крайната версия да има правилна ориентация при графично разглеждане.

Геометрията трябва да бъде създадена чрез улавяне на ограниченията по време на скицирането и след това измерване за определяне на окончателната геометрия. Напълно дефинираният вариант е черен, непълният вариант е син, а отмененият вариант е червен.

След това 2D скицата се трансформира в 3D твърдо тяло чрез екструдиране или завъртане. Тя може да бъде превърната в твърди части чрез процес на разстъргване, който има функциите на изтегляне перпендикулярно на равнината и завъртане на елементите около ос. Този метод го придвижва по траектория, състояща се от права или извита геометрия. Няколко скици се използват за рисуване, като се преминава от една фигура към друга. Всяка сесия е свързана с придобиването на ново измерение. От готовия твърд модел се създава чертожен файл със стандартни размери за изометричен изглед.

Предимствата на CAD

Параметричният CAD използва разнообразни инструменти в различни области, като например геометрично моделиране, което включва диференциална геометрия, теория на множествата, матрична алгебра, теоретична и приложна информатика. Тези инструменти могат да се комбинират и променят в зависимост от CAD системата и приложението. Те са векторно ориентирани, което е противоположно на ориентацията на мрежата.

CAD се използва за създаване на цифрови модели на дизайна с различни характеристики, които предоставят информация за производството на необходимия продукт, чрез технически чертеж, CNC трансфер и други.

Възползвайте се от вътрешно представяне на модела:

1. Рационализация на строителния процес.
2. Възможност за лесна и бърза промяна на моделите на по-късни етапи от процеса на проектиране.
3. Предотвратяване на загуба на информация и грешки.
4. Може да се използва в други приложения
5. Оптимизира дизайна, докато продуктът е готов за производство.
6. 3D твърдите модели предлагат широк спектър от начини за разглеждане на модела.
7. Визуализация на продукта, тъй като можете да започнете с прости обекти с минимални подробности.
8. Интеграция с приложения надолу по веригата и намалено време за разработване.
9. Съществуващите данни за проектиране могат да се използват повторно за създаване на нови проекти.
10. Бърз редизайн, по-висока ефективност.
11. Цифрово производство.

Едно от предимствата на софтуера за параметрично моделиране е, че той ви позволява да пренасяте цифровото производство директно във вашия проект, тъй като е интегриран с машини с цифрово управление или 3D принтери.