В конструкторской практике нередко встречаются изделия с развитыми внутренними связями между составляющими их элементами. Примерами таких конструкций могут служить ленточные и скребковые конвейеры, емкости химических аппаратов, блоки-заготовки штампов и прессформ, гидро- и пневмоцилиндры, модульная мебель, оконные и витражные конструкции и многие другие изделия. Технология их проектирования базируется на параметризации всей конструкции или отдельных ее составляющих. В докомпьютерные времена с этой целью разрабатывались альбомы типовых проектов, иногда даже выпускались стандарты, а сейчас, разумеется, широко применяются САПР, обладающие мощными средствами параметризации.

Для создания параметрических элементов в программном продукте Autodesk Inventor предусмотрены два инструмента: параметрические ряды деталей и Библиотека компонентов. В обоих случаях предполагается параметризация деталей со сходной геометрией, таких как параметрические ряды профилей из сортамента (уголки, швеллеры, двутавры и т.д.), фланцы, стандартные крепежные изделия и т.п. Создавая экземпляр детали конструктор находит ее в Библиотеке компонентов и переносит в модель сборки — при этом система генерирует IPT-файл вставленной детали с конкретными заданными при вставке параметрами. Для изменения параметров существующей параметрической детали система генерирует новый IPT-файл с новыми значениями параметров.

Параметрические ряды деталей и Библиотека компонентов Autodesk Inventor хороши для создания библиотек геометрически подобных стандартных и унифицированных деталей. Однако на практике конструктор часто опирается не столько на подобие формы, сколько на функциональное сходство деталей в контексте узла. Геометрия деталей при этом отодвигается на второй план, а на первый выступают выполняемые деталью функции.

Для решения задачи параметризации деталей в рамках функционального подхода предназначен программный продукт MechaniCS 5.0 — приложение к Autodesk Inventor, разработанное в компании Consistent Software.

Параметрические детали MechaniCS отличаются от своих «собратье» в Autodesk Inventor целым рядом уникальных свойств:

  • изменение параметров в деталях MechaniCS не требует создания новых IPT-файлов;
  • при изменении параметров «родительской» детали MechaniCS изменяются все зависимые параметры в цепочке деталей-потомков;
  • детали MechaniCS более интеллектуальны — они обладают способностью «считывать» параметры и сборочные зависимости при вставке;
  • детали MechaniCS можно компоновать в группы, вносить эти группы в базу MechaniCS и затем вставлять в сборки целые параметрические узлы.

Перечисленные свойства параметрических деталей MechaniCS открывают конструктору уникальную возможность превратить универсальную систему, какой является Autodesk Inventor, в специализированную среду для решения конкретных проектных задач.

Хорошей иллюстрацией потенциала MechaniCS при параметризации конструкций является пилотный проект фасадного витража, разработанный специалистами CSoft по заказу ООО «РусАлюмСтрой».

Чтобы принять решение о приобретении пакета Autodesk Inventor Series, руководству заказчика требовалась демонстрация возможностей параметризации Autodesk Inventor на примере «родных» заказчику конструкций. Средств параметризации, имеющихся в базовом продукте, для решения задачи оказалось недостаточно (понадобилось бы дополнительное программирование), поэтому была использована связка Autodesk Inventor + MechaniCS.

Фасадный витраж представляет собой светопрозрачную ограждающую конструкцию, состоящую из вертикальных несущих профилей — стоек (рис. 1) и как правило горизонтальных несущих профилей — ригелей (рис. 2). Проемы между стойками и ригелями заполняются стеклом или стеклопакетами различной толщины.

Рис. 1. Параметрический ряд стоек F50
Рис. 1. Параметрический ряд стоек F50
Рис. 2. Параметрический ряд ригелей F50
Рис. 2. Параметрический ряд ригелей F50

При проектировании контур витража в плане (горизонтальной проекции) задается на основе замеров на реальном объекте. Он представляет собой ломаную линию, соединяющую точки привязки всех стоек. В простейшем случае плоского витража его контур вырождается в прямую линию.

Комплектация на стойке зависит от угла a разворота на сторону в плане и стабильна в трех диапазонах углов: не более 7°, 10±2° и 15±2°. На рис. 3 показано, как при переходе из одного углового диапазона в другой меняются и взаиморасположение, и состав деталей на внешней части стойки.

Рис. 3
Рис. 3

Ригели, соединяющие стойки между собой (рис. 4), могут быть как горизонтальными, то есть расположенными под углом β = 90° к стойке, так и наклонными β ≠ 90°. Угол β определяет и состав узла, и конфигурация деталей.

Рис. 4
Рис. 4

По ходу выполнения пилотного проекта была разработана библиотека параметрических компонентов витражных конструкций. Компоненты в библиотеке MechaniCS (рис. 5) представляют собой не просто параметрические детали из типоразмерного ряда — они сформированы на основе функциональных ролей деталей в составе узла.

Рис. 5
Рис. 5

Например, ригельный вкладыш, предназначенный для крепления ригеля к стойке, в зависимости от углов α и β может принимать различную конфигурацию (рис. 6). В рассматриваемой задаче наклон ригеля задавался не углом β, а высотами правого Н1 и левого Н2 концов ригеля относительно базовой горизонтальной плоскости витража. Из рис. 4 и 6 видно, что как только ригель становится наклонным (Н1Н2 и β≠90°), геометрия вкладышей на концах ригеля тотчас изменяется с П- на С-образную, что находит отражение в спецификации сборки. Отметим, что файл детали остается тем же.

Уникальная способность деталей MechaniCS видоизменять свою геометрию без генерации новых IPT-файлов открывает дополнительные возможности создания параметрических сборок.

Рис. 6
Рис. 6

Например, с помощью инструмента MechaniCS Управление зависимостями оказывается возможным поставить параметры дочерней детали в зависимость от изменения параметров родительской детали.

Как видно из рис. 7, выбираются один родительский (деталь) и один дочерний (деталь) объект, после чего между ними накладываются зависимости — причем как зависимости параметров, так и сборочные. Эти зависимости могут быть как однонаправленными (от родительского объекта к дочернему), так и двунаправленными. В последнем случае изменения параметров будут инициироваться в обоих направлениях. Кроме того, зависимости могут быть предустановленными или назначаться уже в контексте сборки самим конструктором.

Рис. 7
Рис. 7

Рис. 8 иллюстрирует упомянутые свойства моделей MechaniCS в применении к витражным конструкциям. Имеется узел, состоящий из стойки 1, терморазрыва 2, стоечной планки 4а с установленными на ней резиновыми уплотнениями 3а. Показанное сочетание планки 4 и уплотнений 3 характерно для плоских витражей, в которых угол разворота плоскости остекления на стойке a равен нулю. При увеличении угла излома витража на стойке до α=15° на сторону геометрия всего узла меняется в соответствии с настроенными зависимостями: геометрия стоечной планки меняется с 4а на 4б, а уплотнения меняют не только свое расположение в узле, но и геометрию (с 3а на 3б).

Рис. 8
Рис. 8

Уникальное свойство деталей MechaniCS, позволяющее им наследовать параметры от родительского объекта к дочернему, проявляется не только при редактировании узла, что было показано выше, но и при первой его сборке, то есть при вставке деталей. Эта особенность в полной мере использовалась в представляемом пилотном проекте.

В качестве базовой или родительской детали была создана невидимая на чертеже деталь «Пролет» с фантомными свойствами для спецификации. Представляя собой просто эскиз одного пролета витража, она в то же время была полноценной деталью базы MechaniCS, которая выполняла функцию родительского объекта для большинства деталей пролета.

На рис. 9 показана вставка детали «Ригель». Серый цвет параметров в таблице означает, что данные параметры были «считаны» из родительской детали «Пролет» — эти параметры защищены от изменений. Черным цветом выделены параметры, доступные для редактирования.

Рис. 9
Рис. 9

Используя умение деталей MechaniCS «считывать» параметры, конструктор может быстрее собирать и редактировать узлы витражей.

Еще более мощным средством повышения производительности труда конструктора является возможность добавлять к базе элементов MechaniCS целые группы деталей (рис. 10). Группа представляет собой набор деталей MechaniCS с предустановленными внутренними параметрическими и сборочными зависимостями. Ее редактирование осуществляется двойным щелчком по родительской детали группы и вводом в нее новых параметров. После изменения параметров родительской детали все остальные детали группы перестраиваются.

Состав деталей в группах разумно задавать в соответствии с вариантами составов сборочных единиц проектируемого изделия.

Описанная технология проектирования позволяет конструктору быстро набирать общую сборку изделия из типовых параметрических узлов (групп деталей).

Рис. 10
Рис. 10

Прорисовка несложных витражей и подготовка рабочих чертежей «по старинке» занимает 1,5−2 дня. Первый этап освоения технологии параметризации конструкций показал, что время разработки рабочих чертежей можно сократить в 1,5−2 раза при очевидном снижении вероятности ошибок в документации. В конструкциях типа окон и дверей с более высоким, чем в витражах, уровнем типизации эффект должен быть еще выше.

В заключение заметим, что параметрические компоненты MechaniCS могут послужить мощным инструментом адаптации системы Autodesk Inventor к специфическим нишам проектирования, однако залогом успешного применения представленной технологии параметризации являются тщательность и качество проработки параметрических компонентов.