Выбор системы координат и способы ввода геометрических объектов
Классификация САПР
Назначение системы классификации САПР – обеспечение возможности выбора рациональной САПР для заданных условий.
По ГОСТ 23501.8-80 САПР классифицируются по 8 признакам:
1. По типу объекта проектирования:
- 1-изделий машиностроения;
- 2-изделий приборостроения;
- 3-технологических производств в машино-и приборостроении;
- 4-объектов строительства;
- 5-технологических процессов в строительстве;
- 6-программных изделий;
- 7-организационных систем.
2. Для разновидностей объектов пр-ия стандарт не устанавливает спец. обозначений – кодирование в соотв. с обозначениями отраслей.
3. По сложности объекта проектирования:
- 1-простых объектов (кол-во составных частей до 100);
- 2-средней сложности (от 100 до 1000);
- 3-сложных (от 1000 до 10000);
- 4-очень сложных (от 10000 до 1000000);
- 5- очень высокой сложности (более 1000000).
4. По уровню автоматизации:
- 1-низкоавтоматизированные (автоматизируется до 25% процедур);
- 2-среднеавтоматизированные (от 25% до 50% процедур);
- 4-высокоавтоматизированные (более 50%).
5. По комплексности автоматизации проектирования:
- 1-одноэтапные;
- 2-многоэтапные;
- 3-комплексные.
6. По характеру выпускаемых документов:
- 1-на бумажных носителях;
- 2-на машинных носителях;
- 3-на фотоносителях;
- 4-комбинированные.
7. По количеству выпускаемых документов:
- 1-малой производительности (до 1000 докум. ф.А4 в год);
- 2-средней производительности (до 100000 в год);
- 3-высокой производительности (более 100000 в год);
8. По количеству уровней технического обеспечения:
- 1-одноуровневые;
- 2-двухуровневые;
- 3-трехуровневые.
Методология автоматизированного пректирования конструкций и техноогических процессов
Схема процесса проектирования в интегрированной САПР
Классификация методов автоматизированного пр-ия К и ТП
2 группы методов: адресации (поисковые), синтеза (генерирующие).
Метод адресации основан на принципе унификации и заимствования готовых решений.
1. Полного заимствования – решение создано ранее и задача – найти его.
2. Заимствования с параметрической настройкой – создаваемое решение отличается от ранее созданного параметрами (размерными, моделями оборудования, индексами оснастки, инструментов и т.д.) (пример).
3. Заимствования со структурной и параметрической настройкой – создаваемое решение отличается от ранее созданного структурой (топологией конструкции, количеством и содержанием операций и переходов) и параметрами (размерными, моделями оборудования, индексами оснастки, инструментов и т.д.) (пример с комплексной деталью).
Метод синтеза основан на принципе создания решения (конструкции или технологического процесса) из отдельных, более простых составляющих (фрагментов, элементов). В этом случае аналоги отсутствуют.
1. Синтез с использованием фрагментов.
Фрагмент – решение, включающее группу взаимосвязанных элементов (элементы схем, фрагменты деталей, фрагменты техпроцессов, включающие несколько взаимосвязанных операций).
2. Синтез с использованием элементов – создание решений с помощью примитивов (простейших элементов: отрезков, дуг, окружностей, операций, переходов...). Фрагмент – совокупность нескольких примитивов.
3. Чистый синтез – создание решений с помощью логических правил и аналитических зависимостей между входными и выходными данными.
Исходные данные: для конструкций - техническое задание, для ТП – рабочий чертеж изделия.
Ограничения – габаритные, по массе, стоимостные, технологические возможности предприятия...
Проектные решения – полученные конструкции изделий, разработанные технологические процессы.
Метод сложен, т.к. сложна формализация связей, поэтому используется при создании узкоспециализированных САПР.
Укрупненная структурная схема процесса автоматизированного проектирования
Классификация и группирование объектов проектирования
С помощью СКК осуществляется идентификация объектов буквенно-цифровыми кодами по конструкторским и технологическим характеристикам.
Конструкторские характеристики: функциональное назначение детали, характеристики формы детали (опорные внешние и внутренние очертания), основные размерные характеристики (диапазоны главных размеров или их отношения). По конструкторским признакам используется “Классификатор ЕСКД”.
Технологические характеристики деталей: основные размерные характеристики, материал или группа материала, из которого изготовлено изделие, вид детали по технологическому методу изготовлению (литьем, механической обработкой и др.), характеристики точности, характеристики качества поверхностного слоя, масса. Для классификации по технологическим признакам – “Технологический классификатор деталей машиностроения и приборостроения”.
Структура обозначения изделия по классификатору ЕСКД:
Код классификационной характеристики по ЕСКД:
Детали машиностроения включены в классы от 71 до 76.
Такая классификация не учитывает технологические характеристики деталей (материал, точностные характеристики, характеристики качества поверхностного слоя и др.), которые влияют на технологические процессы их изготовления. Поэтому “Классификатор ЕСКД” был дополнен "Технологическим классификатором деталей машиностроения и приборостроения", в котором используется следующая структура классификац. кода:
Структура кода основных признаков:
Структура кода, характеризующего вид детали по технологическому методу изготовления (пример для механической обработки):
Полный конструкторско-технологический код включает 27 знаков.
Способы создания графических изображений в САПР К и ТП
Графическое редактирование, графическое программирование, параметризация изображений. Способ графического редактирования (электронного кульмана): создание графических изображений в САПР К и ТП осуществляется проектировщиком с использованием специальных программных систем - графических редакторов. Графический редактор - это программа, которая предоставляет проектировщику возможности для вычерчивания и редактирования чертежей, используя синтез из элементов или фрагментов. Графическое изображение в графическом редакторе - это файл с любым именем. Элементы – графические примитивы (двухмерные и трехмерные).Двухмерные примитивы: точка, отрезок, окружность, дуга, кольцо, эллипс, многоугольник, полоса, текстовые символы. Трехмерные примитивы: полилиния в трехмерном пространстве, поверхности (переноса, вращения, в виде сети, построенные по точкам, произвольно расположенным в пространстве), тела (параллелепипед, конус, сфера, пирамида, шар, тор, клин).Фрагменты (блоки, сегменты) – группы примитивов, объединенные в один составной объект, имеющий оригинальное имя (например, изображения в схемах).
Способы задания команд в графических редакторах
Работа в графическом редакторе осуществляется с помощью команд, которые могут подаваться набором названия команды с клавиатуры, с помощью меню (текстовых и графических).
Текстовые меню: экранные и ниспадающие.
Графические меню (инструменты) группируются в панели инструментов (стандартные и пользовательские). Режимы выполнения команд выбираются с помощью вылетающих меню (fly out). Используются всплывающие меню (popup). Для одновременного ввода нескольких команд используются диалоговые окна.
Мировая (абсолютная) система (МСК) координат определена в системе и проектировщик не может ее изменить. Пользовательская система координат (ПСК) создается пользователем с целью удобства, так как для нее имеется возможность произвольного выбора начала координат, масштабного коэффициента и угла поворота относительно МСК.
Ввод координат может осуществляться с помощью клавиатуры в абсолютных, относительных и полярных координатах. Для ввода координат используется также манипулятор "мышь", когда точное указание координат несущественно или при использовании режима привязки создаваемых графических объектов к характерным точкам.
Ввод точек. Точки могут использоваться как вспомогательные для выполнения графических построений и в качестве элементов чертежей. Они могут быть проставлены автоматически равномерно по кривой или в местах пересечения кривых. Могут выбираться различные стили точек.
Ввод вспомогательных прямых осуществляется для вспомогательных построений. Используются следующие разновидности режима ввода вспомогательных прямых: горизонтальная, вертикальная, параллельная, перпендикулярная, касательная, биссектриса.
Ввод отрезков аналогичен вводу вспомогательных прямых, но дополнительно выбирается стиль отрисовки: основная, тонкая, осевая и др.
Ввод окружностей может осуществляться с осями и без осей. Используются следующие разновидности режима ввода окружностей: по центру и точке, по двум или трем точкам, с центром на элементе, касательная к одной, двум и трем кривым.
Ввод дуг окружностей может осуществляться по центру и двум точкам, по трем точкам, как касательная к кривой, по двум точкам, по двум точкам и углу раствора.
Ввод эллипсов может выполняться с осями или без них по центру и полуосям, по диагонали габаритного прямоугольника, по центру и углу габаритного прямоугольника, по трем углам описанного параллелограмма, по центру и трем точкам, касательный к двум кривым.
Ввод лекальных кривых осуществляется указанием опорных точек, по которым может быть построена кривая Безье или NURBS-кривая (нерегулярный рациональный В-сплайн). Кривые могут быть разомкнутыми или замкнутыми.
Ввод ломаной осуществляется последовательным заданием опорных точек.
Непрерывный ввод объектов позволяет вычертить непрерывную последовательность отрезков, дуг и сплайнов (отрезок, параллельный отрезок, отрезок, касательный к кривой, дуга по трем точкам, дуга, касательная к кривой, кривая Безье, NURBS-кривая). Причем, можно изменять текущий стиль линии и вычерчивать элементы различного стиля, не прерывая ввода последовательности.
Ввод штриховок осуществляется путем задания замкнутых границ штрихуемых областей, стиля и параметров штриховки. Замкнутая граница может быть выбрана автоматически путем указания курсором любой точки внутри замкнутой штрихуемой области или, если такая область отсутствует, указать ее путем ручного рисования границ.
Построение фасок и скруглений выполняется указанием сопряженных кривых, выбором требуемых параметров и режима построения.
Ввод многоугольников может осуществляться с осями или без осей, по диагональным точкам, по центру и углу, по вписанной или описанной окружности.
Управление графическим изображением на экране (электронное зуммирование) обеспечивает возможность уменьшения или увеличения масштаба изображения в окне экрана дисплея с целью удобства работы с чертежами различных форматов и насыщенности изображений. Возможно увеличение (уменьшение) изображения рамкой, в фиксированное количество раз или плавно, сдвиг изображения в окне (панорамирование) с помощью курсора или с использованием линеек прокрутки, отображение изображения в размер экрана, обновление изображения, редактирование характерных точек изображения и удаление объектов изображения.
Привязки используются для точной установки курсора в характерные точки графического изображения с помощью мыши. Привязки могут быть глобальными и локальными. Глобальные привязки настраиваются по умолчанию и действуют до момента изменения их настройки, а локальные привязки действуют однократно. Основные виды привязок: ближайшая характерная точка, пересечение кривых, середина, центр, касательная, выравнивание, точка на кривой, угловая привязка, по сетке.
Редактирование изображений позволяет осуществлять их изменение (модификацию). Является основным режимом в процессе создания изображений и имеет следующие основные разновидности: сдвиг, поворот, масштабирование, симметричное отображение, копирование (вдоль кривой, по сетке, по концентрической сетке), деформация (со сдвигом, поворотом, масштабированием) объектов, построение эквидистанты, разбиение на несколько частей, усечение и выравнивание кривых, удаление объектов (вспомогательных объектов, кривых, фасок, скруглений, объектов оформления, областей), преобразование объектов (сборка контура, преобразование в NURBS-кривые).
Измерения и расчеты позволяют оперативно получить следующие характеристики созданных графических изображений: расстояние между двумя точками и кривыми, от точки до кривой, угол между двумя прямыми, длину кривой, площадь, координаты центра тяжести, осевые и центробежные моменты инерции замкнутой области объекта, массу объекта.
Ввод объектов оформления осуществляется с помощью средств создания и редактирования текстовых фрагментов (используется встроенный текстовый процессор), таблиц, линейных и угловых размеров, технологических обозначений (допусков формы и расположения поверхностей, шероховатости, обозначений баз, линий выносок, клеймения, маркировки), линий разрезов, направлений взгляда, местных видов, обозначений позиций, технических требований, оформления спецификаций и основной надписи.
Создание именованных групп осуществляется путем объединения отдельных элементов изображения под именем. Элементы группы можно редактировать, причем каждый элемент группы может быть одновременно включен в несколько именованных групп. Группу при необходимости можно разрушить.
Создание макроэлементов заключается в объединении нескольких элементов в единый объект. Для редактирования макроэлемента его необходимо разрушить. Используются для создания типовых изображений (например, изображений в схемах) и библиотек таких изображений.
Фрагменты – графические изображения, представляющие отдельные файлы, которые не оформляются в виде чертежей, т.е. отсутствует формат, основная надпись, неуказанная шероховатость поверхностей, невозможно создание видов и масштаб изображения равен единице. Фрагменты используются для хранения и использования типовых решений путем вставки их в другой документ (чертеж или фрагмент).
Возможны следующие варианты вставки фрагментов в документы:
- "россыпью", когда связь между вставленным в документ фрагментом и фрагментом-источником теряется;
- "взять в документ", когда содержимое фрагмента копируется в документ и хранится как единое целое, причем связь с фрагментом-источником теряется, за исключением информации о его имени и пути к файлу. Используется в том случае, когда изменения в изображении фрагмента должны отражаться только в одном документе (хотя и в нескольких местах);
- "внешней ссылкой", когда фрагмент вставляется в как внешняя ссылка, без физической вставки в документ. Поэтому при редактировании фрагмента-источника будут соответственно автоматически изменяться изображения в документах. Это удобно в тех случаях, когда одно и то же изображение используется в разных документах.
Атрибуты – дополнительная неграфическая информация, связанная с объектами чертежа, которая может быть использована для поиска объекта и обработки приложениями. Типы атрибутов: число, текстовая строка, таблица. В типе атрибута описана структура его данных. В табличном атрибуте данные в каждой ячейке таблицы могу быть представлены в виде целых или действительных чисел, строки текста, или записи. Запись – строка другой таблицы, на которую ссылается данная ячейка (так называемая строка вложенной таблицы).
Использование слоев осуществляется при разработке изображений большой плотности. Слой аналогичен прозрачной кальке, что позволяет расположить графические изображения на различных уровнях, каждый из которых является слоем. Слой характеризуется цветом, типом линии, состоянием (текущий, активный, фоновый, погашенный). Текущий – слой, в котором выполняются все операции графического редактора, то есть он находится поверх всех остальных слоев. Текущий слой может быть только единственным. В активном слое доступны операции редактирования и удаления. Фоновый слой, в котором доступны только привязки, используется в качестве "подложки", то есть основы для создания изображений. Элементы изображения, находящиеся в погашенном слое, не отображаются на экране.
Настройки в графических редакторах используются для создания требуемой рабочей среды. Настройка экрана: размещение элементов на экране, использование подсказок, фон рабочего поля, состав панелей управления. Настройка файлов: установка прав доступа, резервное копирование, автосохранение.
Настройки графического редактора: вид курсора, настройка сетки, линеек прокрутки, системных линий, параметров размеров, упрощенная отрисовка, привязки, вывод на печать.
Настройки текстового редактора: параметров текстовых документов, таблиц, надписей и др.
Настройка пользовательских стилей: основной надписи, стиля спецификаций и др.
Создание трехмерных изображений вызвано недостатками двухмерных изображений и возможностями трехмерных.
Недостатки 2D изображений:
- изображение не является наглядным;
- каждое изображение на чертеже (ортогональная проекция, вид, разрез, сечение) создается независимо от других.
Достоинства 3D-моделей:
- изображение наглядно;
- любая проекция (или вид) может быть создана путем выбора соответствующей точки зрения, а разрезы и сечения – пересечениями соответствующими плоскостями;
- 3D-модели и созданные с их помощью чертежи ассоциативно взаимосвязаны, то есть изменения в модели автоматически приводит к соответствующему изменению изображений на чертежах.
Виды графических моделей трехмерных объектов: с использованием двухмерных примитивов, каркасные (проволочные), поверхностные, твердотельные.
Изображение, построенное с помощью двухмерных графических примитивов, является двухмерным, то есть каждая точка такого изображения имеет две координаты. Поэтому попытки просмотра такого изображения с различных точек зрения приведут к его искаженному виду, а изображение называют псевдообъемным.
Объемные графические модели, в отличие от псевдообъемных, содержат информацию обо всех графических примитивах трехмерного объекта, расположенного в трехмерном пространстве, то есть строится числовая модель трехмерного объекта, каждая точка которой имеет три координаты. Это позволяет получать их аксонометрические виды с любой точки зрения.
Каркасная модель представляет объемное изображение объекта в виде линий пересечения граней объекта. Каркасные модели являются экономичными.
Поверхностная модель позволяет представить объемное изображение объекта в виде совокупности отдельных поверхностей. Используются аналитические поверхности и сплайн-поверхности. Аналитические поверхности (плоскость, цилиндр, конус, сфера и др.) описываются уравнениями. Сплайн-поверхности представляются массивами точек, между которыми положения остальных точек определяются с помощью математической аппроксимации. Возможность автоматического удаления скрытых линий объектов. Однако выполнение булевых операций над объектами, также как и в каркасных моделях, невозможно.
Твердотельная модель является реальным представлением объекта, так как структура компьютерных данных включает координаты точек всего тела объекта. Это позволяет осуществлять булевы операции над объектами: объединение (A²B), вычитание(A-B) и пересечение (A³B).
Принцип создания трехмерной модели объекта заключается в перемещении плоского изображения в пространстве, след от которого определяет конфигурацию и параметры создаваемого объекта. Применяется четыре операции формообразования: сдвиг (выдавливание) в направлении линейного вектора перемещения, вращение вокруг заданной оси, перемещение вдоль заданной кривой (кинематическая операция) и перемещение по сечениям. Получение сложного объемного изображения объекта осуществляется путем последовательного создания элементов объекта с помощью этих операций и булевых операций объединения (приклеивания), вычитания (вырезания) и пересечения.
Трехмерные модели объектов используются в машиностроительном производстве: создание чертежей изделий, выполнение контрольных виртуальных сборок, создание каталогов изделий, разработка реалистичных изображений объектов, создание прототипов проектируемых изделий (Rapid Prototyping), выполнение расчетов изделий методами имитационного моделирования, автоматизированная подготовка программ для станков с числовым программным управлением.