Paraméteres modellezés: leírás, módszerek, program áttekintés

A parametrikus modellezés (parametrikus modell, PM) szerkezeti elemeken alapuló tervezési eszközöket használ. Ez lehetővé teszi a fejlesztő számára, hogy egész alakzatokat határozzon meg, nem csak konkrét részleteket. A technológia megjelenése előtt az űrlapszerkesztés nehéz feladat volt. Például egy háromdimenziós test megváltoztatásához a tervezőnek meg kellett változtatnia a hosszúságot, a szélességet és a magasságot. A PM technológia használatával a tervezőnek csak egy paramétert kell megváltoztatnia, a másik kettő automatikusan konfigurálva van.

A számítógéppel segített tervezés története

A számítógéppel segített tervezés (CAD) történetében kulcsfontosságú mérföldkő volt a Pro/ENGINEER verzió 1987-es megjelenése, most PTC Creo, amely bevezette a CAD iparágat a parametrikus modellezésbe. Azóta ezt a paradigmát szinte minden nagyobb tervezési programban használják, beleértve a SOLIDWORKS, az Autodesk Inventor, a Creo parametrikus, a CATIA, az NX és az Onshape programokat.

A PM-tervezést olyan mérnökök végzik, akik részekben háromdimenziós geometriát építenek. A kétdimenziós vázlatok háromdimenziós objektumokká alakulnak át, míg a tervezési korlátozásokat és tűréseket a tervezési tervnek megfelelően hajtják végre. Mivel minden lépés az előzőekből következik, részletes előzetes vázlat szükséges.

Az RM modellezés ereje és népszerűsége ellenére a közvetlen CAD modellezés egy másik paradigmája is támogatja. Néhány modern rendszerek CAD használ közvetlen helyett parametrikus modellezés alapján a történelem, valamint vannak olyan rendszerek, amelyek kombinációja két eszköz.

Tervezési paradigma és terminológia

A paraméteres tervezés vázlattal kezdődik, a végeredmény eléréséhez különféle matematikai függvényeket használnak. A Pro/ENGINEER által először kifejlesztett tervezési paradigmát "történelem-alapúnak" nevezik, mert a modell lineáris lépésről lépésre megkülönbözteti a közvetlen parametrikus modellezéstől, amelyet "történelem-mentesnek"neveznek.

A szoftver sorrendben emlékszik a funkciókra, a modell pedig lépésről lépésre hajtja végre azokat. A felhasználók gyakran tévesen úgy vélik, hogy csak a történelemen alapuló szoftver paraméteres. Valójában magában foglalja az összes modellt, beleértve a méreteket, mintákat, , falvastagság, átmérők, furatmélységek és mások. A parametrikus megközelítéssel a mérnökök gyorsan és egyszerűen létrehozhatják a struktúrák különböző konfigurációit.

Jelenleg mind parametrikus, mind qualimetrikus modellezést fejlesztettek ki. A qualimetria egy tudományos tudományág, amely a modellek minőségének számszerűsítésére szolgáló módszerekkel foglalkozik. Ez egy elmélet, amelyet a volt Szovjetunióban fejlesztettek ki. Azgaldov, amelyet ma használnak az orosz szabványok kidolgozásában, beleértve a kohászatot és a gépi feldolgozást.

A legtöbb a szoftver A CAD lehetővé teszi kiváló minőségű projektek megvalósítását. A választás előtt a fejlesztőnek elemeznie kell a mutatókat:

1. Szerkezet mérete.
2. A projekthez kapcsolódó fejlesztők száma.
3. A modell mobilitása.
4. Az ügyfél által beállított fájltípus.

Paraméteres modellezési folyamat

A modellek matematikai képletekből épülnek fel, és ahhoz, hogy legitimitásuk legyen, a termékre vonatkozó valós információkon kell alapulniuk. Az ellenőrzési módszerek tökéletessége és a termékinformációk teljessége határozza meg a megoldás életképességét.

Két népszerű PM modell létezik:

1. Konstruktív szilárd geometria (CSG) - meghatározza a modellt az alapvető és a generált fizikai formák kombinálásában. Logikai műveleteket használ a modell felépítéséhez. Háromdimenziós elemi formák, például henger, kúp, prizma, téglalap vagy gömb kombinációja, amelyeket egyszerű logikai műveletek vezérelnek.
2. Határábrázolás (BR) - szilárd modell jön létre a térbeli határokat képező felületek meghatározásával. Ezután egy objektum jön létre az űrben lévő pontok összekapcsolásával. Sok program használja a végeselem módszer (FEM), mert megkönnyíti, hogy ellenőrizzék a belső háló a kötet.

A paraméteres 3D modellezés kifejezés azt jelenti, hogy az MCAD program fizikai adatokat használ. Ebben a módszerben a méretek határozzák meg a geometriát, és nem fordítva, mint a 2D és a hagyományos háromdimenziós szilárdtest modellek esetében. Ezért az értékek bármilyen szerkesztése a méret változásához vezet. Ezenkívül a termékelemek létrehozásához használt kapcsolatokat vagy korlátozásokat a program rögzíti és ellenőrzi.

A projekt alapegysége

Az elem a parametrikus szilárdtest modell alapegysége. Ahogy egy szerelvény különféle részeket tartalmaz, a fájl külön részekből áll. Minden funkció meghatározó szellemi tulajdonságokkal rendelkezik. Egy objektum tervezésekor a geometriai korlátok és az alkalmazott méretek meg vannak adva. A fejlesztő menti ezeket a tulajdonságokat az adatbázisban, és használja őket, hogy új termékeket.

Példák ezekre az építőelemekre, amelyeket elemeknek neveznek, lyukak, bordák, hornyok, letörésés más geometriai részletek. Az új funkciók a meglévőktől függenek oly módon, hogy a tervezési változások automatikusan rögzülnek. Így a funkcionális modellezés tükrözi a tervező szándékát. Ha egy alkatrész vagy kapcsolódó alkatrész megváltozik, a szoftver újra generálja ezt a funkciót a hozzá rendelt peremtulajdonságoknak megfelelően. Például egy ív érintőjeként definiált él mozog az érintési korlátozás fenntartása érdekében, ha az ív mérete megváltozik.

Számítógépes modell generáció

Szűkebb értelemben a CAD kifejezés egy geometriai modell számítógépes generálása és módosítása. Tágabb értelemben magában foglalja az összes automatizált műveletet a tervezési folyamatban: geometriai modellezés, számítás, gyűjtés és információszolgáltatás a koncepció fejlesztésétől a gyártásig.

Kezdetben az alkalmazásokat gyártási dokumentumok kidolgozására használták fel. A komplex szakértői alkalmazásokkal és integrált megoldásokkal rendelkező rendszer növekvő számítási teljesítményével a FEM egyre gyakrabban használatos a terméktervezésben és-készítésben. Rendelkezésre áll a műszaki megoldások tervezése, amelynek köszönhetően az objektumokat a kezdetektől fogva háromdimenziós testeknek tekintik. Szükség esetén a műszaki rajzok automatikusan létrejönnek az alkatrészek virtuális modelljeiből.

A 3D-CAD különleges előnye, hogy bármilyen irányból megtervezheti a termék képét. A 3D nyomtató lehetővé teszi, hogy virtuális tárgyról valódi objektumra váltson. Az anyag kimutatható tulajdonságai mellett javított modelleket hoznak létre a megadott fizikai tulajdonságokhoz, például szilárdsághoz, rugalmassághoz. A CAD-t szinte minden mérnöki ágban használják: építészet, építőmérnöki, Gépészmérnöki, Villamosmérnöki és olyan szűk területeken, mint a fogtechnika.

Vezető ipari szoftver termékek

Számos parametrikus modellező program áll rendelkezésre a piacon. A felhasználás szintje szerint fel vannak osztva:

1. Alacsony léptékű használat.
2. Széles alkalmazás.
3. Ipari modellezés.

E három kategória közül az utolsó, nevezetesen az ipari szoftver, a legnépszerűbb.

Vezető ipari szoftver termékek:

1. SolidWorks-1995-ben vezették be olcsó versenytársként a piacon. A SolidWorks parametrikus modellező szoftvert 1997-ben vásárolta meg a Dassault Systemes. A gépiparban és a műanyagiparban használják.
2. CATIA-a Dassault Systemes készítette Franciaországban az 1970-es évek végén. Ezt a kifinomult szoftvert széles körben használják a repülés, az autóipar és a hajógyártás területén.
3. A Siemens NX parametrikus modellező alkalmazás, korábban Unigraphics néven ismert, McDonnell Douglas 1977-ben vásárolta meg. Ez egy komplett megoldás a tervezés és a termelés termékek széles körű fogyasztás.
4. A Grasshopper egy orrszarvú plugin, amely a paraméteres tervezésre összpontosít, amely a generatív algoritmusok szerkesztőjeként működik. Ennek a programnak az az előnye, hogy sokaktól eltérően nem igényel szkriptélményt, lehetővé teszi, hogy sémákat hozzon létre az összetevők generálásából, jelentős időoptimalizálást kapva.
5. A Compass 3D paraméteres modellezése számítógépet használ a valós világban működő objektumok vagy rendszerek tervezéséhez.
6. Az Autodesk az AutoCAD régebbi verziója, amely lehetővé teszi 3D projektek megvalósítását. Alkalmazási terület-ipari mechanika.
7. KeyCreator egy nem paraméteres, nem történelem-alapú, "közvetlen" 2D/3D CAD szilárd test modellezés. Eredetileg CADKEY néven ismert, először 1984-ben jelent meg, és tovább fut operációs rendszerek DOS, UNIX és Microsoft Windows. Az első CAD program 3D képességekkel személyi számítógépek. Amellett, hogy szilárd modellezés, KeyCreator végez drótváz modellezése felületek és rajz.

A fejlett technológiák összehasonlítása

A SolidWorks uralja a vállalati termékek fejlesztését, míg a KeyCreator a CAD választás a speciális tervezési és gyártási folyamatokhoz. Ez két jól csiszolt eszköz, egyértelmű előnyökkel. Annak megállapításához, hogy a KeyCreator megfelelő paraméteres modellezési módszer-e, hasonlítsa össze, melyik szoftvert legjobb megfelel a felhasználói feladatoknak.

A KeyCreator modellezés történelem nélkül lehetővé teszi a tervezők számára, hogy ne csak gyorsan hozzanak létre projekteket a semmiből, hanem a CAD fájlok megnyitását és szerkesztését a forrástól függetlenül. A KeyCreator előnyei vannak a SolidWorks-szel szemben, mivel képes kezelni a kiszámíthatatlan tervezési változásokat, és a fordítók teljes készlete lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy a világ bármely országában dolgozzanak.

A KeyCreator funkciók lehetővé teszik a projektek szabad fejlődését, mivel a vázlatok és a háromdimenziós modellek nem kötődnek a műveletek történetéhez vagy a korlátozásokhoz. Ez a megközelítés lehetővé teszi, hogy a kezdeti strukturálatlan fogalmak fokozatosan összetett egységekké váljanak. A KeyCreator rugalmas exportképessége azt jelenti, hogy a háromdimenziós geometria könnyen átkerül a gyártás tervezésének következő szakaszába.

A SolidWorks által alkalmazott PM megközelítés ideális a modellfrissítések kezeléséhez a termék teljesítményjellemzői alapján, a szigorú korlátozások lehetővé teszik az ebben a szakaszban statikus tervek finomításainak kiszámítását. Széles körű kompatibilitást biztosít az olyan adatkezelő eszközökkel is, amelyek a tervezési metaadatokat használják a gyártási folyamat során.

Cross-platform szoftver háromdimenziós objektumok

FreeCAD egy nyitott tervezője cross-platform parametrikus háromdimenziós objektumok cascade. A szoftvert elsősorban a gépiparban használják valódi termékek fejlesztésére. A 3D termékek MCAD, CAx, PLM és CAD, valamint testreszabási lehetőségek és bővítmények teljes csomagja.

A felhasználók a FreeCAD-t választják, a QT-n alapuló könnyű használat miatt. Ez a szoftver támogatja és integrálja a különböző fájlformátumokat, könnyen létrehozhat egy háromdimenziós ábrát a 2D-ből, kivonhatja a tervezési részleteket vagy beállíthatja a méreteket elegendő számú összetevővel. FreeCAD is jön egy 3D jelenet rendering modell kompatibilis Open Inventor, eszköztárak, kapcsolók, átfogó Python API, és elrendezések.

A Program Jellemzői:

1. Kiterjedt online dokumentáció.
2. Elérhetőség macOS, Linux és Windows rendszerekhez.
3. Jön egy felhasználói felület, amely könnyen testre szabható.
4. Integrált Python támogatást nyújt.
5. Biztosítja a felhasználók számára az összes fejlett és bővíthető eszközöket, amelyekre szükségük van: útvonal munkaállomások, földrajzi adatok, kísérleti CFD-k, végeselem analízis (FEA) eszközök, robot modellező modul és BIM.
6. Támogatja az olyan megjegyzéseket, mint a méretek és a szöveg.
7. Számos modern funkcióval rendelkezik, mindenki számára ingyenes.

Fusion 360 Tervező Eszköz

A Fusion 360 for Windows egy 3D CAD eszköz, amelyet az Autodesk fejlesztett ki. A háromdimenziós modellezés a Fusion 360 rendszerben a tervezőkre irányul, és hatékony eszköz a részletek kidolgozásához, lehetőséget nyújt az objektumok és a mozgásmodellezés funkcionalitásának tesztelésére. Az Autodesk Fusion 360 felhő technológián alapul. A létrehozott adatokat mindig a felhőben tárolják, ami megkönnyíti a csapatban való munkát.

Az Autodesk Fusion 360 a termékfejlesztés következő kulcsfontosságú tényezőit fedi le: funkcionális modellezés, renderelés és előgyártás. Mindezek a funkciók egy alkalmazásban vannak kombinálva. Az alakzatok a T-spline funkcióval működnek. Az összetevők közötti intelligens kapcsolatok létrehozásával szimulálhatja az összeállítások funkcionalitását.

Az egyes komponensek összekapcsolását az ízületek határozzák meg. Az olyan tulajdonságok beállításával, mint a merevség vagy a forgás, az alkatrészek egymáshoz képest a kívánt elmozdulással helyezhetők el. A termék vonzóvá tétele érdekében a Fusion 360 számos olyan anyaggal rendelkezik, amelyek lefedik a kívánt felületet.

Az Autodesk Fusion 360 felhasználói felülete egyértelműen szervezett. A menüsor hozzáférést biztosít a kész tervezéshez és az aktuális projektek gyors mentéséhez. Ezenkívül a műveletek egyetlen kattintással visszavonhatók vagy újratervezhetők. A" Létrehozás " szakaszban egyszerű vagy összetett objektumok készülnek. A tervezési előzmények egy idővonalon keresztül érhetők el, hogy a változások meg kell tenni és meg kell menteni.

A szimuláció kiindulópontja

A vázlatobjektum kétdimenziós modellt igényel, amelyet ezután az egyik fő módon alakítanak át: extrudálás, forgatás és kibontás.

A PM modell kiindulópontja egy vázlat, amely kezdetben a létrehozandó alkatrész vagy elem pontos alakját mutatja, és az alkatrész intelligens ábrázolása. Fontos, hogy a tervezés előtt elemezzük és megtervezzük az egyes részeket, hogy meghatározzuk a létrehozás leghatékonyabb sorrendjét.

A nem kielégítő paraméteres szoftvermodellezési stratégiák olyan részletek megjelenéséhez vezetnek, amelyek létrehozása a komplex szerkesztés miatt hosszabb ideig tart. Az ilyen elemeket úgy kell megtervezni, hogy a termék maximális rugalmasságát és variációját biztosítsák, ehhez a kész szilárdtest modellt változó elemek halmazaként érzékelve.

Vázlat létrehozásának sorrendje

A vázlat létrehozása előtt meg kell vizsgálni a modellt az alapeset legjobb profiljának meghatározásához. A legjobb az, amely teljes mértékben leírja az Általános alakot, és minimalizálja a fennmaradó funkciók számát, szükséges fejezze be a projektet. Minden új rész három végtelen referenciasíkot tartalmaz, amelyek a térben az első, a felső és a jobb síkot képviselik, amelyek áthaladnak az Origón – a tér nulla pontján.

Az Általános PM eljárás a modell első jellemzőjének legjobb profiljának kiválasztása. Ezután válassza ki a legmegfelelőbb síkot, amelyen az első vázlatot elkészítheti, hogy a végleges változat grafikusan nézve megfelelő tájolással rendelkezzen.

A geometriát úgy kell létrehozni, hogy a vázlat létrehozása során megszorításokat rögzít, majd megméri a végső geometria meghatározásához. A teljesen meghatározott változat fekete, a hiányos kék, a felülírt pedig piros.

A 2D vázlatot ezután extrudálással vagy forgatással 3D szilárd anyaggá alakítják át. A szkennelési folyamat segítségével szilárd részekké alakítható, amelynek feladata a rajz merőleges húzása a síkra, valamint az elemek tengely körüli forgatása. Ez a módszer egyenes vagy ívelt geometriából álló pálya mentén mozgatja. Számos vázlatot használnak a rajzoláshoz, átmenetekkel az egyik alakról a másikra. Minden munkamenet új méret megszerzéséhez kapcsolódik. A szilárd test kész modelljéből egy izometrikus nézetekkel rendelkező rajzfájl jön létre.

A CAD előnyei

A parametrikus CAD modellezés számos eszközt használ különböző területeken, például geometriai modellezés, amely magában foglalja a differenciálgeometriát, a halmazelméletet, a mátrix algebrát, az elméleti és alkalmazott számítástechnikát. Ezek az eszközök kombinálhatók és eltérőek lehetnek a CAD rendszertől és az alkalmazási iparágtól függően. Olyan vektorra vannak orientálva, amely ellentétes a rács orientációjával.

A CAD olyan digitális tervezési modellek létrehozására szolgál, amelyek különböző jellemzőkkel rendelkeznek, amelyek információt nyújtanak a szükséges termék előállításához, műszaki rajz, CNC átvitel stb.

A modell belső ábrázolásának előnye:

1. Az építési folyamat racionalizálása.
2. A modellek egyszerű és gyors megváltoztatásának képessége a tervezési folyamat modern szakaszaiban.
3. Megakadályozza az információvesztést és a hibákat.
4. Más alkalmazásokban való felhasználás lehetősége
5. Optimalizálja a tervezést, amíg a termék készen áll a gyártásra.
6. A háromdimenziós szilárdtest-modellek a modell megtekintésének széles skáláját kínálják.
7. Termék megjelenítés, mert meg lehet kezdeni egyszerű tárgyak minimális részleteket.
8. Integráció a későbbi alkalmazásokkal és a fejlesztési ciklusidő csökkentése.
9. A meglévő tervezési adatok újra felhasználhatók új tervek létrehozására.
10. Gyors tervezési változás, fokozott hatékonyság.
11. Digitális gyártás.

A paraméteres modellező programok egyik előnye, hogy lehetővé teszik a digitális termelés közvetlen átvitelét a projektbe, mivel numerikusan vezérelt gépekkel vagy 3D nyomtatókkal integrálják.