Моделирование объемных сборок

Компьютерной моделью сборки называют трехмерную геометрическую модель изделия, объединяющую модели деталей, подсборок и стандартных изделий, а также информацию о взаимном положении этих компонентов и зависимостях между параметрами их элементов [9].

Способы соединения деталей: совмещение поверхностей, совмещение осей, совмещение точек, совмещение систем координат. Далее компоненты могут находиться параллельно, перпендикулярно, совпадать, находиться на расстоянии или под углом друг к другу.

Согласно концепции комплексной автоматизации технической подготовки производства, объемная геометрическая модель сборки должна стать основой электронного описания изделия, которое непрерывно развивается и пополняется, объединяя данные, порождаемые в процессе решения производственно-технических задач.

Компьютерная модель сборки может быть использована для решения широкого круга задач:

· проработка компоновки, увязка размеров, оптимизация конструкции и технологии сборки, разнесение элементов сборки (разборка);

· моделирование кинематики;

· решение задач, связанных с упаковкой и складированием, обслуживанием и ремонтом;

· обучение и переподготовка кадров и др.

В настоящее время в CAD-системах реализуются два основных подхода к проектированию сборочных единиц.

Проектирование «снизу вверх». Принцип создания сборочной модели по данному методу полностью соответствует реальному производственному процессу: вначале создаются модели деталей, а затем их объединяют в единую конструкцию. Применяется, когда у конструктора есть достаточно полное представление о геометрии деталей или используются детали из уже выпускающихся изделий и стандартные изделия.

Проектирование «сверху вниз» (создание деталей в контексте сборки). С точки зрения процесса конструирования это идеологически более правильный подход, так как модели деталей разрабатываются в контексте сборки, т.е. на основе геометрических элементов других деталей. Заключается в первоначальной разработке концептуальной схемы и компоновки изделия, определении его габаритов, а затем уже в проектировании входящих в него узлов, деталей и задании взаимосвязей между ними.

На практике при проектировании сборок чаще всего применяется сочетание вышеназванных подходов.

Вся структура сборки отражается в дереве 3D модели. Дерево 3D модели позволяет изменять структуру сборки, открывать детали в контексте сборки (при этом все изменения в детали переносятся в сборку).

Важной особенностью работы с геометрическими моделями сборок является возможность создания параметрических ограничивающих отношений между отдельными элементами сборки. Ассоциативная связь между деталями приводит к тому, что при изменении одной детали, остальные, связанные с ней, автоматически перемещаются и (или) меняют свою геометрию (рис. 8, а, б).

В сборке возможно провести контроль собираемости, т.е. можно проверить сборку на наличие пересечений, зазоров и проверить размерные цепи и возможность использования назначенных допусков и посадок.

В некоторых системах присутствуют модули эргономического анализа, позволяющие уже на этапе проектирования создавать точные стандартные цифровые манекены в виртуальной среде и имитировать поведение человека с учетом его антропометрических параметров.

Современные системы геометрического моделирования могут работать со сборками, содержащими десятки и сотни тысяч деталей. В свою очередь, большое количество деталей и их сложная форма предъявляют достаточно жесткие требования к возможностям компьютера, поэтому во многих системах предусмотрены функции упрощения сборок.

а)

б)

Рис. 8

Одним из методов упрощения сборок является использование экземпляров. Этот метод позволяет моделировать стандартную деталь (в частности крепежную) только один раз, после чего достаточно лишь задать положение следующего экземпляра этой детали. Кроме того, экземпляры легко изменять, поскольку изменения достаточно внести один раз.

Другим методом является укрупнение, т.е. группировка всех деталей или отдельных узлов в одно целое, при этом исчезают все внутренние особенности узлов, а сохраняются только внешние. Если пользователю необходима лишь внешняя форма, это значительно упрощает работу с моделью.

Сложность модели может быть снижена методом игнорирования особенностей деталей в тех случаях, когда они не важны. Однако эти детали постоянно сохраняются как части геометрической модели.

Работа со сложными сборками неизбежно приводит к возникновению еще одной проблемы, связанной с потерей и поиском файлов. Как правило, сама модель сборки не включает модели деталей, а лишь содержит ссылки на них и описание связей между ними. При этом модель сборки становится зависимой от структуры файловой системы и имен файлов, и при перемещении любого файла или изменении его имени может произойти разрушение компьютерной модели сборки. Решению этой проблемы способствует использование PDM-систем, позволяющих отслеживать все действия с файлами.