КОМПАС-3D – система, которую ждали

Ирина Николаева

Опубликовано: "САПР и Графика" N 8, 1999

Мощность и быстродействие современных персональных компьютеров позволяют поручать им задачи, еще несколько лет назад являвшиеся исключительной прерогативой дорогостоящих рабочих станций. В этих условиях все меньше инженеров довольствуется использованием компьютера только для выпуска чертежно-конструкторской документации. Пользователям требуется комплексное решение ряда проблем проектирования. К ним относятся моделирование изделий, их расчет и разработка технологического процесса изготовления.

КОМПАС-3D: новый модуль известного программного комплекса

Осенью 1999 года компания "АСКОН", на протяжении уже целого десятилетия известная как поставщик чертежно-графического редактора КОМПАС-ГРАФИК и семейства продуктов под маркой КОМПАС, выпускает на рынок свою систему твердотельного трехмерного моделирования КОМПАС-3D.

Новое название не означает выпуска отдельного продукта, совершенно независимого от уже привычного пользователям пакета КОМПАС-ГРАФИК. Речь идет о дополнении существующей среды проектирования КОМПАС 5 новым модулем. Его создание качественно изменило облик системы и вызвало возникновение новой торговой марки – КОМПАС-3D.

Ключевой особенностью КОМПАС-3D является использование собственного математического ядра и параметрических технологий, разработанных специалистами АО "АСКОН".

Среди причин, повлиявших на принятие решения о работе с уникальным графическим ядром и параметризатором, можно выделить две основные.

1. Использование уже существующих компонентов системы (КОМПАС-ГРАФИК) позволяет работать в единой среде проектирования. При этом чертежно-графический модуль не претерпевает принципиальных изменений, а система трехмерного моделирования становится полностью совместимой с ним. В результате можно напрямую использовать существующие наработки (на основе ранее созданных чертежей и фрагментов формировать трехмерные модели).
2. При усовершенствовании системы и внесении исправлений разработчики обладают большей свободой. При этом возможности и ограничения "покупного" трехмерного ядра и параметризатора не становятся фактором, определяющим качества КОМПАС-3D.

Область применения КОМПАС-3D определяется основным набором задач, которые он призван решать. К ним относятся:

• моделирование деталей с целью расчета их геометрических и массо-центровочных характеристик,
• моделирование деталей для передачи геометрии в расчетные пакеты,
• моделирование деталей для передачи геометрии в пакеты разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ,
• создание изометрических изображений деталей (например, для составления каталогов, создания иллюстраций к технической документации и т.д.).

Ввиду сравнительно невысокой цены КОМПАС-3D его можно рекомендовать для эксплуатации в комплексе с "тяжелыми" и "средними" САПР (например, с пакетом SolidWorks). Подготовленные в КОМПАС-3D модели деталей можно затем передать в смежную систему для последующей их сборки.

Порядок работы при создании модели

Общепринятым порядком моделирования твердого тела является последовательное выполнение булевых операций (сложения и вычитания) над объемными примитивами (сферами, призмами, цилиндрами, конусами, пирамидами и т.д.).

В разных системах реализованы различные способы задания формы объемных примитивов:

• ввод параметров для примитива выбранного из списка типа (например, ввод радиуса сферы или габаритов параллелепипеда),
• выполнение такого перемещения плоской фигуры в пространстве, след от которого определяет форму примитива (например, поворот окружности вокруг оси образует сферу, а смещение многоугольника – призму).

Второй, более гибкий, способ реализован в КОМПАС-3D. Он позволяет создать такие типы объемных примитивов, которые трудно (или невозможно) сформировать первым способом.

Плоская фигура, на основе которой образуется тело, называется эскизом, а формообразующее перемещение эскиза – операцией.

Эскизы

Эскиз изображается на плоскости стандартными средствами чертежно-графического редактора КОМПАС-ГРАФИК. При этом доступны все команды построения и редактирования изображения, команды параметризации и сервисные возможности .Единственным исключением является невозможность ввода некоторых технологических обозначений и объектов оформления. Пользователь, знакомый с работой в КОМПАС-ГРАФИК, не найдет принципиальных отличий между порядком создания фрагмента и эскиза. Эскиз, как и фрагмент, может быть параметрическим.

В эскиз можно перенести изображение из ранее подготовленного в КОМПАС-ГРАФИК чертежа или фрагмента. Это позволяет при создании трехмерной модели опираться на существующую чертежно-конструкторскую документацию.

Эскиз может располагаться в одной из ортогональных плоскостей координат, на плоской грани существующего тела или во вспомогательной плоскости, положение которой задано пользователем.

Операции

Проектирование детали начинается с создания базового тела путем выполнения операции над эскизом (или несколькими эскизами).

При этом доступны следующие типы операций:

• вращение эскиза вокруг оси, лежащей в плоскости эскиза,
• выдавливание эскиза в направлении, перпендикулярном плоскости эскиза,
• кинематическая операция – перемещение эскиза вдоль указанной направляющей,
• построение тела по нескольким сечениям-эскизам.

Примеры получившихся в результате операций над эскизами тел показаны на рис. 1.

а) вращение

б) выдавливание

в) кинематическая операция

г) построение тела по сечениям

Рис. 1. Операции над эскизами: а) вращение, б) выдавливание, в) кинематическая операция, г) построение тела по сечениям.

Каждая операция имеет дополнительные опции, позволяющие варьировать правила построения тела.

• При вращении эскиза можно задать угол и направление поворота относительно плоскости эскиза и выбрать тип тела – тороид или сфероид (если контур эскиза не замкнут).
• При выдавливании эскиза можно задать расстояние и направление выдавливания относительно плоскости эскиза и при необходимости ввести угол уклона.
• При выполнении кинематической операции можно задать ориентацию образующей относительно направляющей (сохранение нормали, угла наклона или ортогональности).
• При построении тела по сечениям можно указать, требуется ли замыкать построенное тело.
• Во всех типах операций можно включать опцию создания тонкостенной оболочки и задать толщину и направление построения стенки – внутрь, наружу или в обе стороны от поверхности тела, образованного операцией.

После создания базового тела производится "приклеивание" или "вырезание" дополнительных объемов (рис. 2). Каждый из них представляет собой тело, образованное при помощи перечисленных выше операций над новыми эскизами. При выборе типа операции нужно сразу указать, будет создаваемое тело вычитаться из основного объема или добавляться к нему. Примерами вычитания объема из детали могут быть различные отверстия, проточки, канавки, а примерами добавления объема – бобышки, выступы, ребра.

Рис. 2. Создание паза путем вырезания тела выдавливания.

При вводе параметров операции вырезания или приклеивания доступно несколько больше опций, чем в базовой (самой первой) операции. Дополнительные опции позволяют упростить задание параметров. Например, при создании сквозного отверстия можно не рассчитывать его длину, а выбрать опцию Через всю деталь, а при создании бобышки указать, что она должна быть построена до определенной поверхности.

Дополнительные операции позволяют упростить задание параметров наиболее распространенных конструктивных элементов – фаски, скругления и цилиндрического отверстия. Так, для построения фаски не нужно рисовать эскиз, перемещать его вдоль ребра и вычитать получившийся объем из основного тела. Достаточно указать ребро или несколько ребер или грани для построения фаски и ввести ее параметры – величину катетов или величину катета и угол. Аналогично при построении отверстия достаточно выбрать его тип (например, отверстие глухое с зенковкой и цековкой) и ввести соответствующие параметры (рис. 3).

Рис. 3. Задание параметров отверстия.

На любом этапе работы тело можно преобразовать в тонкостенную оболочку (для этого нужно будет исключить одну или несколько граней, которые не должны входить в оболочку) (рис. 4). Порядок работы с получившейся оболочкой будет прежним – добавление и вычитание тел, формирование фасок, скруглений и отверстий.

Рис. 4. Создание тонкостенной оболочки.

На любом этапе работы можно удалить часть тела по границе, представляющей собой плоскость или цилиндрическую поверхность, образованную выдавливанием произвольного эскиза.

Очень часто при построении тела требуется произвести несколько одинаковых операций. Для повторения операции можно воспользоваться командой Копия. В КОМПАС-3D доступны разнообразные способы копирования: копирование по сетке, по окружности, вдоль кривой, зеркальное копирование. Возможно не только копирование операций выдавливания и приклеивания, но и "копирование копирования".

Для создания детали, обладающей плоскостью симметрии, можно воспользоваться командой Зеркально отразить все, а для получения детали, симметричной существующей – командой Зеркальная деталь.

Вспомогательные построения

Как упоминалось выше, эскиз может быть построен на плоскости (в том числе на любой плоской грани тела). Для выполнения некоторых операций (например, копирования по окружности) требуется указание оси (осью может служить и прямолинейное ребро тела). Если существующих в модели ортогональных плоскостей, граней и ребер недостаточно для построений, пользователь может создать вспомогательные плоскости и оси, задав их положение одним из предусмотренных системой способов. Например, ось можно провести через две вершины или через прямолинейное ребро, а плоскость – через три вершины или через ребро и вершину. Существуют и другие способы задания положения вспомогательных осей и плоскостей.

Применение вспомогательных конструктивных элементов значительно расширяет возможности построения модели.

Интерфейс системы

Вызов команд КОМПАС-3D осуществляется принятым для Windows-приложений способом – через страницы меню и кнопки на Панели управления и Инструментальной панели.

КОМПАС-3D – многооконная и многодокументная система. В ней могут быть одновременно открыты окна всех типов документов КОМПАС – трехмерных деталей, чертежей, фрагментов, текстово-графических документов и спецификаций. Каждый документ может отображаться в нескольких окнах.

Интерфейс при работе с чертежами, фрагментами, текстами и спецификациями совершенно не отличается от привычного пользователям интерфейса КОМПАС-ГРАФИК.

При работе с трехмерным модулем вся последовательность построения детали отображается в отдельном окне в виде "дерева построения". В нем перечислены все существующие в модели вспомогательные элементы, эскизы и выполненные операции в порядке их создания (рис. 5).

Рис. 5. Дерево построения.

Помимо дерева, отражающего историю создания детали, КОМПАС-3D запоминает иерархию элементов модели. В любой момент возможен просмотр иерархии в специальном диалоге (рис.6). В нем отображаются все топологические отношения межу элементами модели. Например, эскиз, построенный на грани какого-либо тела, располагается в иерархической ветви, соответствующей этому телу.

Рис. 6. Просмотр иерархической структуры модели.

Эскиз (или несколько эскизов) для выполнения операции можно указывать в дереве построения. При выделении любого элемента дерева соответствующая ему часть модели подсвечивается в окне детали.

Если для выполнения операции (например, создания скругления) требуется задать грани, ребра или вершины, их можно указать курсором в окне работы с деталью.

Параметрические свойства детали

Существует два аспекта параметризации трехмерной модели в КОМПАС-3D.

Во-первых, каждый эскиз может быть параметрическим. На его графические объекты могут быть наложены следующие типы параметрических связей и ограничений:

• Вертикальность прямых и отрезков
• Горизонтальность прямых и отрезков
• Коллинеарность отрезков
• Параллельность прямых и отрезков
• Перпендикулярность прямых и отрезков
• Выравнивание характерных точек объектов по вертикали
• Выравнивание характерных точек объектов по горизонтали
• Зеркальная симметрия
• Равенство радиусов дуг и окружностей
• Равенство длин отрезков
• Касание кривых
• Объединение характерных точек объектов
• Принадлежность точки кривой
• Фиксация характерных точек объектов
• Фиксация и редактирование размеров
• Присвоение размеру имени переменной
• Задание аналитических зависимостей (уравнений и неравенств) между переменными

В эскизах реализована вариационная идеология параметризации, хорошо знакомая пользователям по работе с чертежами и фрагментами КОМПАС-ГРАФИК.

Во-вторых, при создании модели система запоминает не только порядок ее формирования, но и отношения между элементами (например, принадлежность эскиза грани или указание ребра в качестве пути для кинематической операции). Таким образом, реализована иерархическая идеология параметризации объемных построений.

Редактирование модели

Наличие параметрических связей и ограничений в модели, естественно, накладывает отпечаток на принципы ее редактирования.

В КОМПАС-3D в любой момент возможно изменение параметров любого элемента (эскиза, операции) модели. После задания новых значений параметров модель перестраивается в соответствии с ними. При этом сохраняются все существующие в ней связи. Например, пользователь изменяет глубину операции выдавливания и ее эскиз; в результате другой эскиз, построенный на торце образованного этой операцией тела, все равно остается на этом торце (а не "повисает" в пространстве на своем прежнем месте).

Следует особо подчеркнуть, что после редактирования элемента, занимающего любое место в иерархии построений, не требуется заново задавать последовательность построения подчиненных элементов и их параметры. Вся эта информация хранится в модели и не разрушается при редактировании отдельных ее частей.

Удобный (правда, нечасто используемый) прием редактирования – "перетаскивание" операций мышью прямо в дереве построения. С его помощью можно быстро исправить ошибку в порядке построения.

Любую операцию можно удалить из модели – для этого достаточно выделить ее в дереве построения и нажать клавишу <Delete>.

Если произведено такое редактирование модели, которое делает невозможным существование каких-либо ее элементов с учетом параметрических связей, КОМПАС-3D выдает соответствующее диагностическое сообщение. В нем указана конкретная причина конфликта или потери связи между элементами модели (например, "Операция потеряла опорный объект", "Опорная поверхность видоизменилась", "Пустой эскиз", "Самопересечение контура" и т.д.). Справочная система содержит рекомендации по возможным путям устранения ошибки.

В помощь конструктору

При разработке функций и интерфейса КОМПАС-3D учитывались приемы работы, присущие машиностроительному проектированию. Ориентация системы на формирование моделей конкретных деталей, содержащих типичные конструктивные элементы, упрощает выполнение наиболее характерных операций. К ним относятся рассмотренные выше операции создания фаски, скругления и отверстия.

Создание пользовательских библиотек эскизов – это еще одна возможность автоматизации построений. Например, можно сформировать библиотеку параметрических эскизов, содержащих профили проточек, а затем использовать их при создании моделей тел вращения.

Удобный прием моделирования изделий, которые отличаются лишь некоторыми конструктивными элементами – использование в качестве базового тела ранее подготовленной модели (она называется заготовкой). Последующая работа с таким базовым телом ("приклеивание" и "вырезание" дополнительных объемов) ничем не отличается от работы с телом, полученным путем операции над эскизом. При использовании заготовки следует учитывать, что она не копируется в модель, а существует в нем в виде ссылки на свой файл (заготовку можно сравнить со вставкой фрагмента ссылкой в чертеж КОМПАС-ГРАФИК). После редактирования модели, используемой в качестве заготовки другими моделями, все изменения передаются в файлы, содержащие ссылку на заготовку.

Сервисные возможности

Кроме команд, непосредственно относящихся к построению трехмерной модели, в распоряжении пользователя находятся многочисленные сервисные возможности. Их использование позволяет управлять отображением детали, производить разнообразные измерения, формировать плоские изображения детали.

Для изменения отображения детали можно пользоваться командами управления масштабом отображения детали в окне, командами перемещения (поворота и сдвига) детали в пространстве. Доступно несколько способов отображения детали: каркас, отображение без невидимых линий или с тонкими невидимыми линиями, полутоновое и перспективное полутоновое отображение. Для каждой отдельной грани или для всей детали в целом можно задавать свойства поверхности (цвет, степень блеска, прозрачности и т.д.). В случае указания материала детали из библиотеки его оптические свойства учитываются при полутоновом отображении модели.

Возможно измерение различных геометрических характеристик: расстояний между вершинами, ребрами и гранями в любой комбинации, измерение длин ребер и периметров граней, измерение площадей граней. Производится расчет массо-инерционных характеристик детали (объема, массы, координат центра тяжести, осевых и центробежных моментов инерции, направления главных осей инерции) (рис. 7).

Рис. 7. Расчет массо-инерционных характеристик.

При помощи соответствующей команды можно создать плоское изображение (своеобразную "заготовку чертежа") трехмерной модели. Доступен выбор любой комбинации проекций, масштаба, параметров расположения видов, способов изображения невидимых линий и линий перехода. Полученное изображение размещается в файле чертежа КОМПАС-ГРАФИК (*.cdw); дальнейшее его оформление (простановка размеров и технологических обозначений, заполнение технических требований и т.д.) производится привычными средствами чертежно-графического редактора.

Утилита просмотра

КОМПАС-Viewer, бесплатно распространяемая утилита просмотра файлов КОМПАС-ГРАФИК, теперь может работать и с файлами трехмерных моделей КОМПАС-3D. При просмотре моделей (как и при просмотре графических документов) доступны команды изменения масштаба и сдвига изображения, а также команды изменения ориентации детали в пространстве (иначе говоря, трехмерную модель в КОМПАС-Viewer можно рассмотреть со всех сторон).

Поддержка технологии OLE

Трехмерную твердотельную модель, разработанную в КОМПАС-3D, можно вставить в любой документ, являющийся OLE-контейнером (например, в документ MS Word). Созданный таким образом OLE-объект в дальнейшем можно просматривать при помощи КОМПАС-Viewer или редактировать средствами КОМПАС-3D.

Если при вставке OLE-объекта сохранена связь с файлом-источником, то все вносимые в источник изменения будут отражаться в документе-контейнере.

Обмен информацией с другими системами

Для передачи созданной в КОМПАС-3D модели в другие пакеты с целью дальнейшей ее обработки (для включения в сборку, выполнения прочностных и иных расчетов, формирования управляющих программ для технологического оборудования и т.д.) служат команды экспорта. Трехмерные модели КОМПАС-3D можно сохранить и передать в форматах IGES, SAT и STL. Кроме того, трехмерные модели КОМПАС-3D могут быть напрямую, без использования внешних модулей конвертации, прочитаны пакетом SolidWorks. Это достигается путем использования специального модуля сопряжения с SolidWorks, разработанного специалистами АСКОН.

В качестве примеров использования экспортированных моделей КОМПАС-3D можно привести формирование управляющих программ для станков с ЧПУ на основе файлов формата IGES (система Гемма3D), формирование управляющих программ для стереолитографических машин на основе файлов формата STL, создание сборок на основе файлов формата SAT (системы SolidWorks и SolidEdge).

Наряду с экспортом моделей в КОМПАС-3D существует возможность импорта файлов формата SAT.

Заключение

Выпуская систему КОМПАС-3D, компания АСКОН делает еще один шаг навстречу потребностям своих заказчиков в решении задач проектирования и конструирования. Стоимость продукта, которая составит ориентировочно 1500 долларов, делает его вполне доступным для российских предприятий. АСКОН планирует предоставить значительные льготы и скидки на приобретение КОМПАС-3D всем официальным пользователям программного обеспечения КОМПАС версий 3.х, 4.х для DOS и 5.х для Windows.

Требования КОМПАС-3D к аппаратному обеспечению практически не выросли по сравнению с КОМПАС-ГРАФИК 2D. Для работы пакета рекомендуется компьютер с процессором Pentium-133 и выше, 32 Мб оперативной памяти (рекомендуется 64 Мб), видеокарта SVGA как минимум с 2 Мб видеопамяти.

 Впервые пакет КОМПАС-3D будет широко представлен специалистам на крупных осенних выставках "Машиностроение 99" (Москва, 21-26 сентября, выставочный центр в Сокольниках) и "Софтул 99" (Москва, 28 сентября – 2 октября, ВВЦ, стенд Е-12).

Поставки пакета заказчикам КОМПАС-3D (как через офисы АСКОН в Санкт-Петербурге и Москве, так и через региональные дилерские центры компании) предполагается начать с 1 октября 1999 года.