На страницах нашего журнала мы не раз рассказывали о системах параметрического твердотельного моделирования среднего уровня как инструментах для формирования машиностроительных деталей, сборочных единиц и выпуска конструкторской документации в строгом соответствии с ЕСКД. Ниже будет представлен опыт несколько необычного использования подобной системы для проектирования строительных конструкций, а именно типовых канализационных камер (!) для городских инженерных коммуникаций. Заказчик — одно из московских проектно-конструкторских предприятий.

Пример оформления конструкторской документации традиционным способом
Пример оформления конструкторской документации традиционным способом

Задачу, поставленную заказчиком, можно сформулировать так:

Постановка задачи

Разработка и выпуск с помощью системы твердотельного моделирования конструкторской документации (КД) на типовые конструкции линейных, поворотных и перепадных камер на канализационных коллекторах, а также перепадных канализационных камер с водосливом на трубопроводах.

Исходные данные

  • отметка уровня земли;
  • отметки глубины заложения труб;
  • диаметры труб (в диапазоне от 100 до 3500 мм);
  • углы между трубами.

Ограничения

Вмешательство проектировщика в процесс решения задачи сведено к минимуму: кроме задания исходных данных допускаются поправки (перемещения) отдельных элементов оформления чертежа.

Результат

  • твердотельная параметрическая 3D-модель разрабатываемой конструкции камеры;
  • сборочный чертеж конструкции камеры, оформленный в соответствии с требованиями СПДС.

Исходной информацией послужил набор конструктивных решений: представленная упомянутой проектной организацией чертежно-конструкторская документация, разработанная и выпущенная традиционным «ручным» способом. Совместно с сотрудниками заказчика был проведен тщательный анализ этой информации, в результате которого определились следующие виды типовых конструкций канализационных камер:

  1. Линейные и поворотные с рабочей частью.
  2. Линейные и поворотные с рабочей частью и присоединением под шелыгу или лоток.
  3. Линейные и поворотные без рабочей части.
  4. С перепадом на линии и повороте.
  5. С перепадом на боковом присоединении.
  6. Со сливом практического профиля:
    • с уступом;
    • без уступа.
Основные виды типовых конструкций канализационных камер
Основные виды типовых конструкций канализационных камер

Тогда же было принято решение использовать в качестве исходной информации для разработки и выпуска конструкторской документации твердотельные параметрические 3D-модели этих конструкций камер.

Разработка твердотельных сборочных моделей началась с создания библиотеки моделей стандартных и унифицированных составляющих: труб, плит перекрытия, арматуры, подвесных и ходовых скоб, чугунных люков, горловин, защитных крюков, поручней, блоков ФБС. Конфигурации в моделях при этом не использовались — по причинам, о которых будет рассказано ниже.

Стандартные компоненты, используемые при создании библиотек
Стандартные компоненты, используемые при создании библиотек

В основу идеологии твердотельной сборочной модели были положены устоявшиеся типовые взаиморасположения и взаимосвязи, выявленные при анализе исходной информации и характерные для того или иного вида конструкций камер. Конструкции удалось параметризировать (формализовать) с помощью таблиц параметров, используемых в системе твердотельного моделирования, и уравнений, позволяющих связывать между собой различные размеры и переменные. Таблицы параметров на основе MS Excel являются неотъемлемой частью каждой модели, которая создается в используемой системе моделирования. Кроме того, эти таблицы могут быть созданы как отдельный файл Excel и вставлены в нужную модель. При решении задачи использовались обе разновидности таблиц параметров. Таким образом в памяти компьютера оказалась многолетняя статистика традиционных подходов к разработке конструкций подобного рода, что и является базой для типового конструирования. Эта информация полностью доступна пользователю и при необходимости (отход от принятой традиции, изменение принципа конструирования того или иного узла, изменение стандартов, прекращение поставок одной или нескольких составляющих и т.д.) может подвергаться соответствующей корректировке.

Вариант таблицы параметров
Вариант таблицы параметров

При непосредственном моделировании использовалась хорошо известная технология: конструирование «сверху вниз». Суть ее сводится к следующему. Основой твердотельной сборочной модели являются несколько графических 2D-эскизов, представляющих собой теоретические зависимости геометрии и взаиморасположения компонентов, которые входят в сборочную модель. При моделировании каждого компонента его геометрия увязывается либо с геометрией этих эскизов, либо с геометрией других компонентов, уже включенных в состав сборочной модели. При изменении входных параметров, то есть при вводе исходных данных для конкретной конструкции камеры, происходит перестроение геометрии теоретических эскизов, а затем и всех связанных с ними компонентов. Это вызывает изменения в компонентах, связанных с предыдущими и т.д. Как результат геометрия сборочной модели трансформируется в состояние, соответствующее требованиям, которые закладывает проектировщик. Глубина формализации геометрии и взаимосвязей составляющих моделей определяет так называемую гибкость сборочной модели, работающей в определенном (в пределах разумного) диапазоне исходных данных.

Сам процесс моделирования компонентов оказался несложным и не слишком трудоемким: сказались простота их геометрии и малая степень детализации моделей. Последнее объясняется масштабом выходной конструкторской документации: М1:50.

Набор теоретических эскизов для одного из видов конструкций
Набор теоретических эскизов для одного из видов конструкций

Сложности стали возникать на следующем этапе — при переходе от сборочной модели к выпуску конструкторской документации, а точнее при ее оформлении: некоторых необходимых действий система не производила. В области оформления конструкторской документации система прибавляет с каждой новой версией, но отвечать всем мыслимым пожеланиям пользователей, конечно, пока не может…

Сборочная твердотельная модель, созданная на основе теоретических эскизов
Сборочная твердотельная модель, созданная на основе теоретических эскизов

Виды и проекции на сборочном чертеже формировались с модели сборки удобно и без особого труда: были задействованы базовые возможности системы. Не обошлось, правда, и без некоторого… дискомфорта. Типовые виды (то есть виды, взятые непосредственно с модели) сохраняют связь с конфигурациями, заложенными в сборочной модели, что позволяет переносить упомянутую формализацию и в чертеж (виды, проекции). Виды же производные, полученные с уже существующих видов (сечения, разрезы и проекции), такой связью не обладают: ее попросту нет. А так как в сборочном чертеже рассматриваемой нами конструкции почти все виды производные, это неудобство отразилось на идеологии построения модели сборки: пришлось отказаться от сквозных конфигураций как в моделях компонентов, так и в сборочной модели. Чтобы решить проблему, понадобилось увеличить количество исходных сборочных моделей. Кстати, таким же образом ведет себя новая и очень нужная функция «Выры»: на типовых видах она действует, а на производных — нет.

Сборочный чертеж, разработанный и оформленный на базе сборочной твердотельной модели
Сборочный чертеж, разработанный и оформленный на базе сборочной твердотельной модели

Проблемы возникали и в работе со сложными ломаными разрезами — при определенных углах преломления линии разреза часть результирующей геометрии становилась неуправляемой. Пришлось опять увеличивать количество моделей — но теперь уже моделей чертежа.

Одна из законченных проекций
Одна из законченных проекций
Проекция с отображенными вспомогательными слоями
Проекция с отображенными вспомогательными слоями

Основные же трудности поджидали при простановке отметок уровня земли и глубины заложения, а также при оформлении размерных сеток разрезов и проекций модели чертежа в непривычном для системы формате СПДС. На помощь пришла такая замечательная функция системы, как слои, — с ее цветом, толщиной и типом линий, возможностью скрывать их или отображать. На невидимых в законченном чертеже слоях для каждого вида вводилась необходимая вспомогательная геометрия: сетка, взаимосвязанная с основной геометрией вида и позволяющая использовать ее фрагменты как отправные точки для простановки размеров или других действий. Эта вспомогательная геометрия имеет свою размерную сеть, благодаря которой можно управлять взаиморасположением основной геометрии вида и относящихся к ней размеров, заметок, выносок и т.д. Взаимосвязь вспомогательной геометрии с геометрией видов продолжает цепочку взаимосвязей «теория -> модель -> чертеж» и, перестраиваясь в соответствии с заданными исходными данными, обеспечивает получение законченного чертежа. Небольшая дисгармония в оформлении, то есть смещения и отклонения, которые могут возникнуть при значительных отличиях габаритов создаваемой конструкции от исходной модели, весьма оперативно корректируется. Возможность изменения цвета и типа линий на вспомогательных слоях делает еще удобнее работу на фоне основной геометрии вида.

Таблица спецификации
Таблица спецификации

При простановке отметок уровней использовались шаблоны — блоки, представляющие геометрию условных обозначений. К ним привязывалась параметрическая информация значения отметки, поступающая из «теории». В свою очередь блоки взаимосвязаны со вспомогательной геометрией, они полностью отслеживают свое местоположение, перемещая за собой и заметки с текстом, отражающим положение блока относительно геометрии чертежа. Привязка блоков и заметок осуществляется с помощью скрытых прикрепленных выносок, управляемых через «Свойства». Работает отменно! В некоторых моделях блоки использовались также для отображения арматуры, обозначения системы координат и т.д.

Фрагмент программы VBA
Фрагмент программы VBA

Одной из причин, побудивших использовать как исходную информацию для выпуска конструкторской документации именно твердотельную параметрическую модель, стала своеобразная спецификация сборочного чертежа. Она представляет собой перечень объемов работ и материалов, необходимых для воспроизведения в натуре той или иной конструкции канализационных камер. А это как раз та информация, которая содержится в сборочной модели: габариты, объемы, физические характеристики и количество каждого компонента. По этой информации можно определить потребность в материалах (например, объем бетона), необходимых для изготовления того или иного компонента, вес арматуры для составляющей, изготавливаемой из железобетона, объем веществ (битум и др.) для покрытия внутренних или наружных стен создаваемой камеры, а также посчитать количество стандартных и унифицированных компонентов.

Таблица спецификации сборочного чертежа конструкции канализационной камеры представляет собой объект типа «Лист Microsoft Excel», созданный из отдельного файла Excel. Этот файл формирует таблицу по результатам работы программы, которая, используя информацию из модели сборки, определяет все параметры, необходимые для оформления спецификации. Программа пишется в VBA с использованием функций прикладного программного интерфейса (API) системы твердотельного моделирования. Фрагменты программы и результаты ее работы представлены на иллюстрациях. При необходимости (скажем, в связи с изменением оформления спецификации) программа редактируется так, чтобы окончательный вид таблицы спецификации в сборочном чертеже полностью удовлетворял предъявляемым требованиям.

Итак, поставленная задача решена. Результатом стал электронный сборочный чертеж конструкции одного из видов канализационных камер в традиционном монохромном исполнении. На первый взгляд, он понятен лишь автору, но, используя еще одну новинку оформления чертежей — «Отображение чертежных видов в режиме «Закрасить», — можно привести чертеж к удобочитаемому виду в теневом исполнении (см. иллюстрации).

Вариант задания исходных данных
Вариант задания исходных данных
Вариант задания исходных данных
Вариант задания исходных данных

Было бы неправильно обойти вниманием еще одну возможность, предоставленную системой твердотельного моделирования: создание фотореалистичных изображений моделируемого изделия.

Освоение разработанной информационной базы для проектирования и выпуска КД на некоторые конструкции городских коммуникаций не требует от пользователя особых усилий. Прежде всего нужно определиться с видом конструкции, после чего открыть соответствующую папку, войти в систему твердотельного моделирования и загрузить нужную сборочную модель. Убедившись в правильности выбора, можно приступать к вводу исходных данных: для этого используются либо таблица параметров текущей модели, либо меню-вставка на базе файла Excel. Изменив необходимые параметры и выполнив перестройку сборки, получаем на экране изображение обновленной сборочной модели в соответствии с заданными исходными данными. Если в сборке что-то не устраивает, надо вернуться либо к вводу исходной информации, либо к выбору вида конструкции. Если же претензий нет, загружаем чертеж для текущей модели, который уже при загрузке трансформируется в соответствии с изменениями в модели сборки. При необходимости проводится небольшое ручное ретуширование: что-то перемещается, исключается и т.д. Заполняется штамп. Всё, чертеж готов. Осталось либо сохранить его в электронном виде, либо вывести на плоттер.

Фотореалистичные изображения сборочных моделей
Фотореалистичные изображения сборочных моделей

От авторов

Мы сознательно не стали расписывать преимущества конкретной системы твердотельного моделирования. Нашей задачей было показать, что с помощью параметрических систем среднего уровня можно достигнуть высокой степени автоматизации работ по проектированию типовых инженерных сооружений и выпуску соответствующей конструкторской документации. Применение таких систем эффективно и при решении множества других типовых проектно-конструкторских задач.