Первые ласточки

Об опыте практического применения трехмерного моделирования в КОМПАС-3D

Лев Теверовский

Опубликовано: САПР и Графика, № 4, 2001

Каждый конструктор, долгое время проработавший в двумерном графическом редакторе, постепенно начинает ощущать тесные рамки плоского черчения, каким бы удобным ни был сам процесс проектирования на экране по сравнению с работой на кульмане. Фактически такое проектирование представляет собой перенос на бумагу (или на экран) изначально трехмерных замыслов конструктора. Не пора ли исключить плоское вычерчивание из этого процесса?

Развитие аппаратных и программных средств привело к новому этапу в компьютерном проектировании — созданию программ трехмерного моделирования. В этой небольшой статье автор хотел бы поделиться с читателями первыми опытами перехода от 2D к 3D проектированию в хорошо известной графической системе КОМПАС.

Пойдем от общего к частному. Прежде всего хочется отметить, что разработчикам системы удалось сохранить преемственность внешнего вида — интерфейс, как и прежде, продуманный, довольно четкий и ясный, не перегруженный излишними кнопками и панелями. Автор много лет проработал с "плоскими" версиями системы и чувствовал себя внутри новой программы вполне комфортно. Конечно, работа в трехмере требует обязательного знания основ плоской графики, но не более того (да, еще необходимо пространственное мышление, но и это дело наживное).

Естественно, первым этапом освоения новой системы стал перевод некоторых сложных деталей, ранее созданных в виде плоских чертежей, в объемный вид. Кстати, у продвинутых пользователей известных зарубежных систем я слышал такой термин, обозначающий этот процесс — "поднять в трехмер". Два примера подобного перевода показаны на рис.1 и 2.

Рис. 1. Кронштейн

Рис. 2. Каркас катушки

Такая работа оказалась крайне полезной сразу с нескольких сторон.

Во-первых, "набивается рука" (а также множество шишек, что тоже правильно).

Во-вторых, удается сразу увидеть, как деталь будет выглядеть на самом деле (было несколько случаев, когда совершенно замечательные на плоскости идеи просто физически не могли быть реализованы в производстве — трехмер наглядно это продемонстрировал).

В-третьих, еще на этапе проектирования можно элементарно рассчитать массу сложнейшей детали, площадь ее поверхности. Эти данные обязательно необходимы при подготовке массового производства изделий (например, при расчете закупок материалов, при расчете стоимости гальванических или лакокрасочных покрытий). Насколько мне известно, одним из первых пользователей КОМПАС-3D стал Московский ювелирный завод "Адамас", там оценили прежде всего именно эти возможности системы.

По мере освоения системы росла сложность проектируемых деталей и изделий. Этому способствовало и то, что в составе КОМПАСа появилась возможность проектировать не только отдельные детали, но и сборки. Правда, оговорюсь, пока еще не удается спроектировать изделие полностью в трехмере, совершенно исключив этап создания сборочного чертежа. Этому есть несколько объяснений. Во-первых, психологически сложно — привык пока просто чертить, во-вторых, есть ограничение по времени создания проекта — не все руководители готовы финансировать освоение системы в рабочее время, в-третьих, пока система имеет ограничения по количеству одновременно обрабатываемых деталей, не обладает некоторыми функциями.

Тем не менее, на сегодня у автора выработался некоторый навык совмещенного проектирования, при котором работа начинается с создания плоского сборочного чертежа, затем процесс проходит параллельно. Очень удобно, что деталировку я могу выполнять сначала в 3D-моделлере, а затем создавать заготовки для плоских чертежей со всеми необходимыми видами и разрезами (рис. 3 и 4). Некоторые разрезы получаются настолько "хитрыми", что вычертить их вручную было бы очень сложно (однако они нужны для понимания детали). Кроме того, довольно затруднительна ручная отрисовка сложных линий перехода между пересекающимися поверхностями .


Рис. 3. Деталь

Рис. 4. Чертеж детали

Вообще же создание деталировочных чертежей желательно оставлять на самый последний момент, когда уже будет утвержден общий вид изделия (как сборочный чертеж, так и трехмерная модель). Cистема пока не позволяет проследить изменения в цепочке "модель — плоский чертеж". Хотя этот этап в принципе необходим при современном методе производства, когда рабочему нужен чертеж детали, однако при переходе к изготовлению изделий на станках с ЧПУ вполне достаточно будет изменять только программу обработки без перевыпуска чертежей.
При создании трехмерных деталей в составе сборки рекомендуется использовать спроецированные изображения ребер или граней уже имеющихся деталей в качестве эскизов для объемных операций в новых деталях. Тогда при необходимости изменить "родительские" детали не нужно особо заботиться о перестроении деталей-"потомков", они будут изменяться автоматически.

Кроме чисто проектных функций, трехмерный модуль позволяет решать дизайнерские задачи. Увидеть реальное изделие до его воплощения в материале, "повертеть" его в пространстве, оценить цветовое решение, даже проверить кинематику — вот неполный перечень тех удобств, которые предоставляет конструктору КОМПАС-3D.

К сожалению, по определенным соображениям я не могу назвать те изделия, которые пришлось спроектировать в последнее время, и изображения которых будут приведены ниже. Замечу, однако, что они относятся к областям точного приборостроения, вакуумной техники, измерительной техники высшего точностного диапазона. Некоторые из них уже изготовлены и успешно работают, другие находятся в стадии производства.

Первое изделие довольно несложное, состоит всего из 25 деталей, включая стандартный крепеж. Проектирование, включая плоское черчение и трехмерное моделирование, заняло приблизительно 2-2,5 недели. Его общий вид приведен на рис.5.

Рис. 5. Изделие 1

Следующее изделие более сложное, хотя количество деталей возросло не сильно — до 35 шт. Однако их конфигурация "хитрее", сопряжений больше. Как я уже упоминал выше, здесь "трехмер" оказал неоценимую поддержку при определении внешнего вида прибора. Сроки проектирования в этом случае оказались побольше, порядка одного месяца (понятно, что сроки научного обоснования здесь не учитывались). Общий вид этого измерительного прибора приведен на рис.6.

Рис. 6. Изделие 2

Одной из последних разработок стало конструирование электронно-оптического прибора. В составе этого прибора имеется много деталей сложной конфигурации с определенными требованиями к их взаимному пространственному положению. Создание трехмерной модели существенно помогло представить все взаимосвязи деталей, помогло избежать ненужных "пересечений". Кроме того, были удовлетворены высокие требования к массовым характеристикам сборок, т.к. система позволяет точно рассчитать массо-центровочные параметры изделия. Демонстрация трехмерной модели заказчику произвела на него хорошее впечатление, что также является одним из преимуществ новых подходов к проектированию. Ведь далеко не каждый человек способен быстро воспринять информацию со сборочного чертежа. Да и внешний эффект играет не последнюю роль. Этот прибор состоит примерно из 60 деталей, не считая крепежа (винты, шайбы, штифты). Общий вид вы можете увидеть на рис.7

Рис. 7. Изделие 3

КОМПАС может применяться также при создании иллюстрированных инструкций по сборке, ремонту и техническому обслуживанию приборов и механизмов.

В заключение надо заметить, что система работает вполне надежно, проста в освоении и обращении. Каждая новая версия программы содержит новые команды; быстро исправляются недоработки, замеченные пользователями. Система развивается и недалеко то время, когда она будет успешно конкурировать с западными аналогами.