Дослідження технології параметричного моделювання тривимірних об"єктів (Autodesk Inventor)

ДИПЛОМНА РОБОТА

"Дослідження технології параметричного моделювання тривимірних об'єктів"

Вступ

З появою технічних і програмних засобів графічної взаємодії проектувальника з ЕОМ завдання автоматизації проектування стало можливим вирішувати інтерактивно. Важливу роль при цьому грає графічне сприйняття і можливість маніпулювати графічними образами. Використання графічних засобів є одним з прийомів інженерної діяльності.

Системи автоматичного проектування дозволяють автоматизувати розробку конструкторської документації варіантів виробів залежно від заданих параметрів, наприклад, на основі базових або уніфікованих несучих конструкцій; модернізацію існуючих конструкцій; виконання креслень з великою кількістю однотипних графічних зображень; трудомісткий процес складання переліків елементів, специфікацій і інших текстових документів. Засобами ЕОМ можна автоматизувати рішення графічних задач: визначення габаритних розмірів конструкцій, їх площ, об'ємів, параметрів, умов їх взаємного розташування і т. п.

Система Inventor є однією з найпопулярнішої в світі систем автоматичного проектування. Inventor є могутнім графічним ядром, на якому базуються багато прикладних пакетів як і від самої фірми AutoDESK, так і від незалежних виробників.

Раніше для побудови моделей проектувальники використовували елементи геометрії з відомими значеннями координат. Їхнє ручне редагування було трудомістким процесом і часто приводило до помилок. Технічна документація створювалася шляхом витягу значень координат елементів моделі й створення 2D креслень на їхній основі. У міру вдосконалювання методів комп’ютерної обробки стало можливим поєднувати окремі графічні елементи, формуючи з них більш складні компоненти. Моделі ставали більш інтелектуальними, а їх редагування спрощувалося.

З’явилася можливість створювати елементи моделей складної форми на основі поверхонь і тіл.

Однак результатом однаково залишалася модель із явними координатами елементів, яку було складно редагувати. Модель практично не мала зв’язку із кресленнями, створеними на її основі: при зміні моделі їх доводилося формувати заново. Потім з’явилися системи, що підтримують параметричне моделювання, суть якого — у параметризації елементів моделі. Параметри визначають поведінку кожного елемента моделі і його взаємозв'язок з іншими елементами. Це означає, що проектні критерії, обумовлені на основі параметрів, підтримуються протягом усього робочого процесу. Такий підхід значно спрощує редагування моделей і скорочує число помилок.

Цифрове параметричне моделювання зробило переворот у світі САПР. САПР, що підтримують такий спосіб моделювання, стали широко застосовуватися при машинобудівнім проектуванні.

Метою дипломної роботи є дослідження технології тривимірного параметричного моделювання. Розроблена модель створена на основі креслень та конструкторської документації, яка була надана інженерами Криворізької вищої металургійної школи.

1. Постановка завдання

1.1 Найменування та галузь використання

програмний моделювання параметричний автоматизація

Найменування розробки: параметрична тривимірна модель приводу лабораторного пресcа. Розробка створена на основі креслень та конструкторської документації, яка була надана інженерами Криворізької вищої металургійної школи.

1.2 Підстава для створення

Підставою для розробки є наказ № 73С-01 від 29 жовтня 2009 р. по Криворізькому інституту КУЕІТУ.

Початок робіт: 01.11.09. Закінчення робіт: 25.05.10.

1.3 Характеристика розробленого програмного забезпечення

Тривимірна модель була розроблена в системі автоматизованого проектування Autodesk Inventor 10.

Склад розробленої системи:

· Сборка Корпус. iam — файл розробленої моделі;

· Корпус. ipt — файл моделі корпусу втулки;

· Корпус (Дно).ipt — файл моделі корпусу;

· Заглушка ipt — файл моделі заглушки;

· Стойка. ipt — файл моделі стійки для корпусу;

· Вал. ipt — файл моделі вала;

· Обечайка. ipt — файл моделі обечайки;

· Шестерня. ipt — файл моделі зубчастого колеса;

· Планка (Вал).ipt — файл моделі планки для вала;

· Болт. ipt — файл моделі болта;

Додаткове програмне забезпечення: установка пакету MS Office.

1.4 Мета й призначення

Метою дипломної роботи є дослідження параметричного моделювання тривимірних об'єктів на прикладі моделі приводу лабораторного преса, що призначений для Криворізької вищої металургійної школи (КВМШ).

У дослідницькій частині дипломної роботи були розглянуті особливості використання параметризації при проектуванні тривимірної моделі.

1.5 Загальні вимоги до розробки

Вимоги до програмного забезпечення:

· Робота в середовищі операційних систем XP/Vista/7;

· Додаткове програмне забезпечення: установка пакету MS Office;

Мінімальні вимоги до апаратного забезпечення:

· IBM-Сумісний комп’ютер, не нижче Core 2 Duo, RAM-2048Mb, SVGA-монітор 19 дюймів, вільний простір на жорсткому диску біля 5 Гб.

1.6 Джерела розробки

Джерелами розробки дипломної роботи є:

· конструкторська документація та креслення;

· довідкова література;

· наукова література;

· технічна література;

· програмна документація.

2. Проектування систем автоматизації розробки конструкторської документації

2.1 Призначення і основні характеристики систем автоматизації конструкторської документації

Сучасний рівень програмних і технічних засобів електронної обчислювальної техніки дозволяє перейти до нових інформаційних комп’ютерних технологій, створювати системи автоматизації розробки і виконання конструкторської документації (АКД), що задовольняють стандартам ЄСКД як за якістю виконання документів, так і по дотриманню вимог стандартів. На комп’ютері можуть бути створені конструкторські документи (креслення і схеми) як з використанням, наприклад графічних примітивів типу відрізка, кола, полілінії та ін., так і фрагментів раніше створених конструктивних елементів: графічних зображень (ГЗ) стандартних виробів, типових і уніфікованих конструкцій, їх частин і т. д. При цьому моделі вищезгаданих фрагментів можуть бути параметрично заданими. За допомогою завдання різних значень параметрів конструктор може змінити їх розміри і геометричну форму, забезпечуючи багатоваріантність ГЗ і відповідно креслень і схем. При такому підході до конструювання використання комп’ютерної графіки не усуває креслення (рис. 2.1) як основу конструювання, комп’ютер використовується як «електронний кульман», що полегшує працю конструктора. Такий підхід базується на двовимірному геометричному моделюванні.

Рис. 2.1 Структура системи АКД, заснованої на двовимірному геометричному моделюванні

При розробці КД в цьому випадку ефективність застосування комп’ютерної графіки забезпечується наступними її можливостями:

· наявністю у всіх графічних редакторах засобів перетворень: повороту,

перенесення, масштабування, побудови дзеркального зображення і др.;

· використання готових фрагментів креслень з бібліотеки: конструктивних і геометричних елементів, уніфікованих і типових конструкцій, стандартних виробів;

· формуванням креслень з використанням об'єктно-орієнтованих інтерфейсів користувача, ведення діалогу з комп’ютером в звичних для конструктора (у вигляді піктограм) термінах і із звичними для нього об'єктами ГЗ;

· наявністю пакетів програм опису типових моделей-представників креслень об'єктів, коли процес створення конкретного креслення виробу полягає в маніпулюванні розмірами, представленими у вигляді параметрів;

· отриманням креслень високої якості, оформлених за стандартами ЄСКД (формується на етапі конструювання) шляхом виводу на графічні пристрої, принтери і інші пристрої.

Для використання цих можливостей застосовуються системи-надбудови над базовою графічною системою (наприклад, над AutoCAD), що містять спеціалізовані для конкретного виробу моделі необхідних фрагментів ГЗ, інтерфейсів користувача, що є об'єктно-орієнтованими «падаючими» і піктографічними меню і відповідними бібліотеками слайду.

Існують і інші підходи до автоматизації конструкторської діяльності, наприклад на основі просторового геометричного моделювання, коли формується просторова модель геометричного об'єкту (ГО), що є наочнішим способом представлення оригіналу і могутнішим і зручнішим інструментом для вирішення геометричних завдань (рис 2.2). Креслення тут грає допоміжну роль, а методи його створення засновані на методах комп’ютерної графіки, методах відображення просторової моделі (у AutoCAD — тривимірне моделювання). При першому підході - традиційному процесі конструювання — обмін інформацією здійснюється на основі конструкторської, нормативно-довідкової і технологічної документації; при другому — на основі внутрішньо-машинного представлення ГО, загальної бази даних, що сприяє ефективному функціонуванню програмного забезпечення систем автоматизованого проектування (САПР) конкретного виробу.

Рис. 2.2 Структура системи АКД, заснованої на використанні просторової моделі геометричного об'єкту

2.2 Методи створення графічних зображень і геометричних об'єктів

Формування моделі параметрично заданого ГО забезпечується з використанням програм створення моделі або об'єктно-орієнтованих систем-надбудов (скажемо, за допомогою мови програмування AutoLISP) над AutoCAD.

Методи створення моделей, параметрично керованих ГО, характеризуються більшими витратами на формування внутрімашинного розуміння. Щоб скоротити ці витрати, при описі деяких груп технічних об'єктів можна користуватися одним із двох принципово різних методів: варіантним або генерируючим.

Варіантний метод заснований на тому, що для певного класу виробів виявляється модель-представник, за допомогою якої отримують всі геометричні форми цього класу виробів. Представника класу виробів називають типізованою, або комплексною моделлю, а отримані з неї форми — варіантами виконань. Виконання виробу визначається заданими параметрами, обнулення яких приводить до виключення складових елементів ГО. У простому випадку змінюються тільки розміри, а конструкція окремих варіантів сімейства виробів залишається незмінною. Опис ГО, заданого параметрами, лежить в основі багатоваріантного конструювання. Витрати на опис типової моделі великі в порівнянні з витратами на отримання варіантів, тому багато систем використовують принцип вкладеності моделей: один раз описані типові моделі використовуються для опису інших типових моделей як макрокоманди.

Генеруючий метод заснований на розділенні ГО на конструктивні і геометричні елементи і створенні нових ГО з наявних елементів за допомогою вибору різних їх поєднань. На рис. 2.3 приведений приклад розділення деталі на елементи. Системи АКД, що працюють по генеруючому методу, володіють високою гнучкістю і ефективні, оскільки досвід показує, що більшість конструкторських розробок створюються шляхом поєднання елементів, що не використалося, раніше відомих, як за принципом функціонування, так і по виконанню.

Рис. 2.3 Структурна схема елементів геометричного об'єкту

2.3 Структура й основні принципи побудови систем автоматизації конструкторської документації

Система АКД виконує введення, зберігання, обробку і виведення графічної інформації у вигляді конструкторських документів. Для реалізації системи необхідні: документи, що регламентують роботу системи АКД; початкова інформація для формування інформаційної бази; інформаційна база, що містить моделі ГО, ГЗ, елементи оформлення креслення по ДОСТ ЄСКД; технічні і програмні засоби створення ГО і ГЗ і їх виводу; інтерфейс користувача у вигляді діалогу з комп’ютером.

Всі перераховані складові утворюють методичне, інформаційне, технічне, програмне і організаційне забезпечення системи АКД (рис. 2.4).

Основними принципами побудови системи АКД є:

· мобільність — адаптуються системи АКД до різних САПР. Шлях до цього — використання поширених базових графічних систем (наприклад, AutoCAD) і мов програмування;

· інформаційна єдність всіх частин АКД і САПР, яке передбачає єдність бази даних для різних призначень (скажімо, користування моделі ГО і ГЗ як для формування креслень, так і для розрахунків і виготовлення виробу);

· інваріантність — максимальна незалежність складових частин і системи АКД в цілому по відношенню до об'єктно-орієнтованих систем АКД і САПР. Наприклад, система електронних пристроїв може бути використана як графічна підсистема в системі управління робототехнічним комплексом і як графічна підсистема в системі управління контрольно-вимірювальним пристроєм;

· можливість розширення системи АКД шляхом доповнення нових складових частин й розвиток старих.

Рис. 2.4 Методичне, інформаційне, технічне, програмне та організаційне забезпечення системи АКД

3. Дослідження технології параметричного моделювання

3.1 Загальні принципи технології параметричного моделювання

Процес параметричного моделювання (проектування) (часто використовують термін параметризація) — моделювання (проектування) з використанням параметрів елементів моделі і співвідношень між цими параметрами. Параметризація дозволяє за короткий час «програти» (за допомогою зміни параметрів або геометричних відносин) різні конструктивні схеми і уникнути принципових помилок.

Параметричне моделювання істотно відрізняється від звичайного двомірного креслення або тривимірного моделювання. Конструктор, у разі параметричного проектування, створює математичну модель об'єктів з параметрами, при зміні яких відбуваються зміни конфігурації деталі, взаємні переміщення деталей в збірці і т. п.

Ідея параметричного моделювання з’явилася ще на ранніх етапах розвитку САПР, але довгий час не могла бути здійснена через недостатню комп’ютерної продуктивносты. Історія параметричного моделювання почалася в 1989 році, коли вийшли перші системи з можливістю параметризації.

3.2 Типи параметричного моделювання

На сьогодні існує основні 4 типи параметричного моделювання:

· Таблична;

· Ієрархічна;

· Варіаційна (розмірна);

· Геометрична.

Таблична параметризація Таблична параметризація полягає в створенні таблиці параметрів типових деталей. Створення нового екземпляра деталі проводиться шляхом вибору з таблиці типорозмірів. Можливості табличної параметризації досить обмежені, оскільки завдання довільних нових значень параметрів і геометричних відносин звичайно неможливо.

Однак, таблична параметризація знаходить широке застосування у всіх параметричних САПР, оскільки дозволяє суттєво спростити й прискорити створення бібліотек стандартних і типових деталей, а також їх застосування в процесі конструкторського проектування.

Особливості табличної параметризації:

· Імена параметрів повинні бути унікальними. Якщо ім'я параметра в електронній таблиці збігається з іменем користувальницького параметра деталі, параметр електронної таблиці ігнорується.

· Одна електронна таблиця може бути підключена до декількох моделей. Це дозволяє встановлювати залежності між деталями виробу.

· Рядкові й прописні букви в іменах параметрів різняться. «Width», «width» і «widtH» — це три різні параметри. Слід ураховувати це при введенні імен параметрів із клавіатури.

· Ви можете відключити електронну таблицю. Для цього розгорніть категорію браузера «Сторонні об'єкти», клацніть правою кнопкою миші на імені таблиці й виберіть «Вилучити» з контекстного меню. При цьому параметри зберігають свої поточні значення. При повторнім підключенні таблиці слід відкрити діалогове вікно «Параметри» і вилучити параметри, що залишилися від минулого підключення.

· Якщо ви додаєте електронну таблицю в модель, а не створюєте зв’язок з нею, то параметри таблиці доступні тільки у файлі цієї моделі.

· Не забувайте про електронні таблиці параметрів, передаючи деталі й виробу іншим фахівцям. Користуйтеся командою «Формування комплекту».

Рис. 3.1 Таблиця Ecxel з параметрами Підключення електронних таблиць Excel до файлів деталей і виробів Autodesk Inventor є досить простий, і разом з тим високоефективною операцією. Придбавши навички роботи з таблицями, ви суттєво розширите свої можливості як конструктора.

Ієрархічна параметризація

Ієрархічна параметризація (параметризація на основі історії побудов) полягає в тому, що в ході побудови моделі вся послідовність побудови відображається в окремім вікні у вигляді «дерева побудови». У ньому перераховані всі існуючі в моделі допоміжні елементи, ескізи й виконані операції в порядку їх створення.

Крім «дерева побудови» моделі, система запам’ятовує не тільки порядок її формування, але й ієрархію її елементів (відносини між елементами). (Наприклад: складання -> подсборки -> деталі).

Параметризація на основі історії побудов присутнє у всіх САПР що використовують тривимірне твердотільне параметричне моделювання. Звичайно такий тип параметричного моделювання сполучається з варіаційної й/або геометричною параметризацією.

Для спрощення роботи при редагуванні складання в Autodesk Inventor 2010 поруч із назвою залежностей, накладених на вузли з’явилося, назва деталей, на які ці залежності накладені. Дійсно зручно мати під рукою підказку про призначення залежності, не доводиться нічого згадувати й витрачати час на пошук залежності.

Рис. 3.2 Структура дерева побудови На рисунку показані залежності, накладені на компоненти складання. Залежності відображають назва елементів, між якими ця залежність існує.

Варіаційна (розмірна) параметризація

Варіаційна або розмірна параметризація заснована на побудові ескізів (з накладенням на об'єкти ескізу різних параметричних зв’язків) і накладенні користувачем обмежень у вигляді системи рівнянь, що визначають залежності між параметрами.

Процес створення параметричної моделі з використанням варіаційної параметризації виглядає в такий спосіб:

· На першому етапі створюється ескіз (профіль) для тривимірної операції. На ескіз накладаються необхідні параметричні зв’язки.

· Потім ескіз «оброзмірювається». Уточнюються окремі розміри профілю. На цьому етапі окремі розміри можна позначити як змінні (наприклад, привласнити ім'я «Length») і задати залежності інших розмірів від цих змінних у вигляді формул (наприклад, «Length/2»)

· Потім проводиться тривимірна операція (наприклад, виштовхування), значення атрибутів операції теж служить параметром (наприклад, величина виштовхування).

· Якщо буде потреба створення складання, взаємне положення компонентів складання задається шляхом вказівки сполучень між ними (збіг, паралельність або перпендикулярність граней і ребер, розташування об'єктів на відстані або під кутом друг до друга й т. п.).

Рис. 3.3 Таблиця даних варіаційного параметричного моделювання Кожний ескіз, що брав участь в утворі тривимірної моделі, може бути параметричним. На його графічні об'єкти можуть бути накладені різні типи параметричних зв’язків і обмежень.

Варіаційна параметризація має два прояви: параметризація графічних об'єктів в ескізі та сполучення між собою компонентів складання.

Варіаційна параметризація дозволяє легко змінювати форму ескізу або величину параметрів операцій, що дозволяє зручно модифікувати тривимірну модель.

Геометрична параметризація

Геометрична параметризацією називається параметричне моделювання, при якім геометрія кожного параметричного об'єкта перераховується залежно від положення батьківських об'єктів, його параметрів і змінних.

Параметрична модель, у випадку геометричної параметризації, складається з елементів побудови й елементів зображення. Елементи побудови (конструкторські лінії) задають параметричні зв’язки. До елементів зображення ставляться лінії зображення (якими обводяться конструкторські лінії), а також елементи оформлення (розміри, написи, штрихування й т. п.).

Одні елементи побудови можуть залежати від інших елементів побудови. Елементи побудови можуть містити й параметри (наприклад, радіус окружності або кут нахилу прямій). При зміні одного з елементів моделі всі залежні від нього елементи перебудовуються у відповідності зі своїми параметрами й способами їх завдання.

Процес створення параметричної моделі методом геометричної параметризації виглядає в такий спосіб:

· На першому етапі конструктор задає геометрію профілю конструкторськими лініями, відзначає ключові крапки.

· Потім проставляє розміри між конструкторськими лініями. На цьому етапі можна задати залежність розмірів друг від друга.

· Потім обводить конструкторські лінії лініями зображення — виходить профіль, з яким можна здійснювати різні тривимірні операції.

Наступні етапи в цілому аналогічні процесу моделювання з використанням методу варіаційної параметризації.

Геометрична параметризація дає можливість більш гнучкого редагування моделі. Якщо буде потреба внесення незапланованої зміни в геометрію моделі не обов’язково видаляти вихідні лінії побудови (це може привести до втрати асоціативних взаємозв'язків між елементами моделі), можна провести нову лінію побудови й перенести на неї лінію зображення.

3.3 Альтернативні типи параметричного моделювання у легких класах САПР

Широкі можливості системи Autocad дозволяють використовувати її як інструмент створення автоматизованих робочих місць для фахівців різних напрямків. Система є найпоширенішою в нас і за рубежем і постійно розвивається.

Навіть тих, хто знаком із системою Autocad, не багато усвідомлюють, що Autocad не є кінцевим продуктом. Насамперед, Autocad — засіб створення прикладних програм. І основним, але далеко не єдиним, засобом створення прикладних систем в Autocad є мова програмування Autolisp.

Мова Autolisp була створена в 1962 році професором Стенфордского університету Дж. Маккарті для розв’язку завдань штучного інтелекту і є родоначальником функціональних мов. У цей час існує величезну кількість версій мови. Autolisp — це створений спеціально для системи Autocad діалект Lisp, отриманий у результаті зміни мови XLISP. Усі обчислення, перетворення й керування програми у функціональних мовах здійснюються за допомогою елементарних вбудованих функцій або функцій, певних користувачем при написанні програм. Програма в цілому є суперпозицією деяких функцій і. у свою чергу, може бути використана як функція іншими програмами. Мова LISP ідеально підійшов для системи Autocad, тому що має зручні засоби роботи із глибоко структурованою інформацією. При цьому Autolisp простий у вивченні й досить гнучкий.

Використання мови Autolisp не тільки значно прискорює процес розробки проектної документації в Autoсad, але й дозволяє створювати в цьому середовищі нові команди графічного редактора й спеціалізовані меню, здійснювати доступ до графічної бази даних і модернізувати її, розробляти функції для розв’язку найрізноманітніших завдань і, крім того, створювати ефективні системи й підсистеми, пов’язані з обробкою інформації, представленої у вигляді символів і чисел.

У цей час Autolisp (у модернізованому виді Visual LISP) вбудований у систему Autocad і має ряд засобів для полегшення й прискорення розробки програм.

Виходячи з вище викладеного, Autolisp є самим зручним і універсальним засобом для побудови параметричних моделей у САПР легені класу. Він простий у використанні, що дозволило легко добитися потрібного результату.

Рис. 3.4 Параметрична модель виконана в середовищі AutoCAD, за допомогою AutoLISP

Для побудови тривимірної моделі деталі використовувалися наступні команди:

(command «region» об'єкти ««) — об'єднання об'єктів у регіон;

(command «extrude» об'єкти «» висота ««) — видавлювання об'єкта;

(command «subtract» p1 «» p2 ««) — вирахування одного об'єкта з іншого, де p1 — об'єкт, з якого віднімають; p2 — об'єкт, який віднімають;

(command «elev» висота ««) — вказівка рівня;

(command «union» об'єкти ««) — додавання об'єктів;

(command «shademode» опції ««) — зафарбовування деталі.

Для введення даних, що визначають основні розміри використовувалися функція введення:

(getreal «текст запиту-підказки») — уведення речовинного числа із клавіатури.

Для виключення найбільш очевидних помилкових ситуацій використовувалася функція:

(initget прапор рядок) — завдання ключових слів і обмежень уведення для get-функцій, дія функції поширюється тільки на одну наступну за нею get-функцію.

Аргумент <�прапор> функції iinitget — це бітовий прапор, який повинен бути цілим числом (від 0 до 255), що є сумою бітів з відповідними з них ваговими значеннями (нумеруються по ступенях числа 2). Якщо біт не встановлений, то його значення в бітовому прапорі вважається рівним нулю.

У даному проекті використовувалася функція (initget 6) — дозволене порожнє введення, але не дозволені введення нуля й уведення негативних чисел (6=2+4).

Також були використані:

Умовна конструкція (if (умова) (вираження1) (вираження2))

Типи аргументів: будь-які.

Якщо умова дійсна, то виконується вираження1, інакше — вираження2.

Функція (while (умова) (вираження1) (вираження2) … (вираження n)), яка задає цикл по багаторазово повторюваній умові.

Для вказівки координат крапок застосовувалися наступні функції:

Функція присвоювання

(setq змінна 1 (вираження 1)

змінна 2 (вираження 2) …

змінна N (вираження N))

Функція setq може використовуватися з будь-якою кількістю аргументів, яка повинна є обов’язково парним і не менш 2. У якості аргументів змінна можуть використовуватися будь-які символи (імена) Autolisp, не зайняті в найменуваннях функцій. У якості аргументів можуть використовуватися вираження Autolisp, імена змінних або константи (наприклад, числа).

Списки — основні структури даних, використовувані в програмуванні мовою Autolisp. Найчастіше списки використовуються для визначення координат крапок.

Списки створюються функцією list:

(list елемент1 елемент2 … елемент n)

У якості аргументів елементи, з яких утворюється список, можуть виступати будь-які об'єкти, якими оперує Autolisp. У якості елементів списку можуть виступати інші списки, а також змінні й вираження Autolisp. Функція list повертає останній елемент списку, причому список не повинен бути рівним nil.

Зі списками виконують операції наступні функції:

(car список) — витяг першого елемента списку або крапкової пари;

(cadr список) — витяг зі списку подсписка шляхом видалення першого элемнта.

Для побудови креслення деталі використовувалися наступні функції:

(command «ім'я команди» параметр1 … параметр n)

Функція command сприймає всі супутні операнди так, начебто вони введені в командний рядок. Усі константи, що є параметрами функції command, задаються як текстові рядки (у лапках), навіть якщо вони є числами або координатами крапок. Будь-який параметр функції command можна замінити на ім'я змінної або вираження Autolisp. Даний параметр прийме значення, рівне значенню змінної або результату значення вираження.

Таким чином, у проекті були використані наступні команди:

(command «line» «крапка1» «крапка2» ««) — побудова лінії;

(command «circle» «центр окружності» «радіус») — побудова окружності;

(command «layer» «опції») — робота із шарами;

(command «array» об'єкти «» «тип масиву» «базова крапка» «кількість елементів» «кут заповнення» ««) — побудова масиву;

(command «osnap» «позначення прив’язки») — включення певного виду прив’язки;

(command «trim» виділювані січні сторони «» об'єкти для відсікання ««) — відсікання по границі;

(command «erase» об'єкти ««) — видалення об'єктів;

(command «fillet» «r» «радіус сполучення»)

(command «fillet» об'єкт1 об'єкт2 ««) — сполучення;

(command «lengthen» «de» «величина» об'єкт ««) — змінює розмір об'єкта на задану величину;

(command «bhatch» «p» «ansi31» «0.5» «0» крапка ««) — штрихування об'єкта через вказівку крапки усередині замкненої області;

(entlast) — витяг останнього побудованого примітива.

Для проставляння розмірів використовувалися наступні команди:

(command «dimlinear» p1 p2 p3) — лінійний розмір, де p1, p2 — початкова й кінцева крапка на об'єкті; p3 — крапка розташування розмірної лінії;

(command «dimdiameter» p1 p2) — діаметральний розмір, де p1 — крапка на окружності або дузі; p2 — крапка розташування розмірної лінії;

(command «dimradius» p1 p2) — радіальний розмір, де p1 — крапка на окружності або дузі; p2 — крапка розташування розмірної лінії;

(command «dimangular» p1 p2 p3) — кутовий розмір, де p1 — крапка на першому об'єкті; p2 — крапка на другому об'єкті; p3 — крапка розташування розмірної лінії.

Для створення розмірного стилю використовувалися наступні команди:

(command «style» «ім'я стилю» «шрифт» «висота» ефекти) — створення й настроювання нового текстового стилю (стиль призначається поточним);

(command «dimstyle» «s» «ім'я стилю» «y») — збереження створеного стилю;

(command «dimstyle» «r» «ім'я стилю») — активізація стилю;

Використовувалася функція (setvar «ім'я» значення). Вона міняє значення відповідної системної змінної.

4. Опис середовища тривимірного моделювання Autodesk Inventor 10

4.1 Вибір системи автоматизованого проектування. Система Autodesk Inventor 10

Inventor — це інженерний пакет для конструювання машин і механізмів, що використовує можливості операційної системи Microsoft Windows. Інструментальні засоби Autodesk Inventor забезпечують повний цикл конструювання й створення конструкторської документації. Ціль внутрішньої організації керування проектними даними (ядра програмного модуля) — забезпечення максимальної швидкості роботи з більшими складаннями. Серед систем середнього рівня Inventor, це перший пакет, який переступив рубіж в 10 000 компонентів і зараз наближається до цифри 15 000. У процесі проектування Autodesk подав заявки на 18 патентів. Принципово нові технологічні підходи торкнулися формату вистави внутрішніх даних, інструменти колективної роботи над проектом, приймання проектування, пророблення виробу на концептуальному рівні, систему інтерактивного навчання й багато чого іншого.

Autodesk Inventor — це інструмент, спрямований на проектування більших складань, що включають десятки тисяч елементів. За допомогою адаптивного механізму керування даними, Autodesk Inventor підтримує сегментовану базу й швидке завантаження її на виконання. Шляхом усунення необхідності розбивати проект на досить малі шматки, Autodesk Inventor підвищує швидкість і точність створення й виконання проектів. Адаптивна технологія, іменовані видові вистави, доступні компоненти, відстеження креслення й паралельна робота над проектом — усе це розширює границі й досвід розробки більших проектів.

Пакет параметричного твердотільного й поверхневого моделювання машинобудівних виробів Inventor дозволяє вільно працювати як із плоскими, так і із просторовими моделями. Модель деталі виконується методами твердотільного моделювання, забезпечується створення моделей складань і випуск конструкторської документації. Саме це вигідно відрізняє Inventor від програмного забезпечення аналогічного призначення, причому перехід від плоскої моделі до тривимірної можливий на будь-якій стадії розробки.

Inventor призначений для проектування більших складань, що включають десятки тисяч елементів, тому розроблювачі Inventor поставили в главу кута можливість проектування в контексті складання, яке Autodesk назвала адаптивною технологією. За допомогою, що вперше з’явився саме в Inventor Адаптивного механізму керування даними, підтримується сегментована база й швидке її завантаження на виконання. Шляхом усунення необхідності розбивати проект на досить малі шматки, Inventor підвищує швидкість і точність створення й виконання проектів.

Inventor — це система автоматизованого проектування, у яку вбудовані адаптивна технологія й можливості моделювання тіл, що володіє набором засобів для тривимірного моделювання, керування інформацією, спільної роботи над проектами й забезпечення технічної підтримки. За допомогою Inventor можна:

· створювати адаптивні конструктивні елементи, деталі й вузли;

· управляти складними виробами, що полягають із тисяч деталей;

· запускати сторонні додатки, що базуються на функціях інтерфейсу прикладного програмування (API);

· використовувати мову VBA для доступу до API інтерфейсу Inventor. Автоматизувати повторювані дії, створюючи програми на цій мові;

· імпортувати в Inventor файли форматів SAT, STEP, Autocad і Autodesk Mechanical Desktop (DWG файли). Також можна експортувати файли Inventor у формати Autocad, Autodesk Mechanical Desktop і IGES;

· співробітничати з іншими конструкторами в роботі над проектами;

· використовувати Інтернет для доступу до проектів і даним, а також для спілкування з колегами;

· користуватися інтегрованою системою підтримки.

4.2 Опис інтерфейсу користувача Autodesk Inventor 10

Діалогове вікно створення файлу «Створити»

Після того, коли активний проект установлений, користувач може відкрити існуючий файл або створити новий файл. Якщо в області Дії клацнути на кнопці «Створити», відкривається діалогове вікно «Створення» файлу — вибір шаблону, що містить шаблони для нової деталі, виробу, схеми, деталі з листового матеріалу, звареної конструкції або креслення. Шаблони розташовані на трьох вкладках піктограми, що містять, файли шаблонів основних типів, відповідні до певних одиниць і стандартам.

За замовчуванням — вкладка, на якій розташовані ярлики шаблонів, відповідних до системи креслення (дюймової або метричної), прийнятої при установці Inventor:

· Листмат. ipt — стандартний шаблон для створення деталей з листового матеріалу;

· Звичайний. iam — стандартний шаблон для створення складання;

· Зварені конструкції.iam — шаблон для створення зварених конструкцій;

· Звичайний. ipn — стандартний шаблон для створення технічного креслення у вигляді презентацій (схем складання / розбирання);

· Звичайний. idw — стандартний шаблон для створення звичайних твердотільних деталей;

· Деталі.ipt — стандартний шаблон для створення технічного креслення.

Рис. 4.1 Діалогове вікно створення файлу

Головне вікно Inventor

Головне вікно Inventor, показане на рис. 4.2, видиме завжди. У межах головного вікна розміщаються графічна область, панелі інструментів, палітри інструментів і браузер. Панель інструментів Стандартна перебуває у верхній частині екрана, інструментальна палітра й браузер — ліворуч. Користувач може переміщати панелі інструментів, інструментальну палітру й браузер, а також набудовувати робочу середу Inventor.

Рис. 4.2 Головне вікно Inventor

Активне вікно визначає набір видимих панелей інструментів і інструментальних палітр Inventor. При наявності відкритих одночасно файлів деталі, виробу й креслення, палітра й панелі інструментів будуть змінюватися при перемиканні між активними вікнами.

У головнім вікні Inventor утримується п’ять основних функціональних зон:

· рядок заголовка (стандартна для Windows), у якій зазначено ім'я додатка, а також утримуються три кнопки керування вікном;

· рядок головного системного меню;

· панелі інструментів, перелік яких залежить від обраного типу файлу;

· робоча графічна зона, у якій проводиться створення деталі, складання, креслення або презентації;

· рядок стану.

При створенні складання, технічного креслення або презентаційного виду вікно Inventor, крім зазначених зон, має ще три додаткові області. За замовчуванням інструментальна палітра розташовується ліворуч від графічної зони, але, як показує досвід, для більш зручного доступу до піктограм, краще її розташовувати праворуч.

· Вікно браузера, у якім відбивається ієрархія об'єктів у файлі.

· Область креслення, яка призначена для графічного зображення об'єктів.

Графічна область відображається при відкритті файлу. При відкритті більш ніж одного файлу, для кожного з них буде відкрито утримуюче графічну область дочірнє вікно. Вікно креслення є основною робочою областю екрана. У режимі роботи з ескізом воно покрите сіткою, параметри якої задаються користувачем, і в ньому показані осьові лінії. У початковий момент часу є система координат, утворена площинами YZ, XZ і XY, з осями X, Y і Z, на перетинанні яких перебуває початок координат. Крім того, на екрані може бути присутнім площина ескізу, обрана за замовчуванням. Активним вікном називається вікно файлу, робота з яким проводиться в на вартий момент. Вид активного вікна й режим роботи Inventor залежать від розв’язуваних завдань — кожному робітничому середовищу відповідають свої стандартні панелі й інструментальні палітри, браузери й інструменти. Число й місце установки панелей інструментів на екрані визначаються користувачем. При наявності відкритих одночасно файлів деталі, виробу й креслення, палітра й панелі інструментів будуть змінюватися при перемиканні між активними вікнами. У нижньому лівому куті графічної зони розташований значок осей координат 3 М індикатор (червона стрілка відповідає осі X, зелена — осі Y, синя — осі Z). Якщо індикатор відсутній на екрані, то для його висновку на екран необхідно виконати команду Сервіс / Настроювання/Загальні, установити прапорець 3 М осі координат і клацнути на кнопці OK. При роботі з виробами піктограма показує орієнтацію верхнього рівня виробу, а компонента, що не редагується.

Браузер

Панель браузера за замовчуванням розташовується під інструментальною палітрою. Браузер може бути закріплений на будь-якій стороні головного вікна Inventor, але після переміщення палітри інструментів браузер займає ліву частину графічного вікна, що полегшує читання відображуваної ієрархічної структури деталей (дерево моделі), вузлів, презентацій і креслень. Для кожного робочого середовища браузер унікальний, тому що завжди відображає інформацію для активного файлу.

Вікно перегляду браузера служить для:

· копіювання існуючих елементів і деталей;

· керування процесом проектування деталей, вузлів і поверхонь у різних режимах;

· модифікування деталей і вузлів, їх переміщення, видалення й перейменування;

· відбиття історії створення файлу, що містить елементи й інші деталі.

Об'єктами ієрархії є створені користувачем ескізи, елементи й компонента.

Обмежень на кількість елементів і рівнів структури, відображуваних у браузері, не існує. Для перегляду елементів, які не містяться в зоні структури браузера, можна скористатися смугами прокручування, розташованими збоку й знизу зони структури. У верхній частині браузера розташовується панель інструментів, яка:

· при роботі з файлами деталей містить кнопку накладення фільтра. При створенні більших виробів уміст браузера може ускладнитися, тому, щоб сховати частина непотрібних геометричних елементів, можна використовувати опції цієї команди. Крім того, з їхньою допомогою можна управляти видимістю робочих елементів у структурі, що спрощує роботу, як зі складальними залежностями, так і з конструктивними елементами деталей. Можна також задавати режим, при якім відображаються тільки безпосередньо підлеглий ные елементи, а також приховувати примітки, документи й попередження. ереключение фільтрів відбувається установкою або скиданням прапорців соот ветствующих опцій;

· при роботі з файлами виробів доповнюється командою зміни вистави іменованого виду. Склад контекстного меню може мінятися залежно від настроювань браузера й типу обраного елемента. За допомогою опцій контекстного меню деталі можна:

1. Задавати адаптивність для ескізу, конструктивного елемента або деталі. Якщо є залежності з опорою на фіксовану геометрію, то можуть змінитися розміри й форма.

2. Копіювати елемент у буфер обміну. Уміст буфера обміну може бути вставлене в поточний файл або інший документ, а також може бути використане іншим додатком. Якщо елемент із буфера обміну вставляється в поточний файл, то новий елемент позиціонується в крапці початку координат, а його значок у браузері розміщається в нижній частині ієрархії.

3. Викликати блокнот інженера для створення примітки, приєднаного до обраного об'єкта. Якщо до компонента прикріплена замітка, під папкою «Початок» з’являється папка. Подвійне клацання на іконці замітки відкриває блокнот інженера.

4. Видаляти обраний елемент із браузера й графічної області.

5. Викликати каталог компонентів «Design Assistant» для створення звітів, редагування властивостей, а також для перегляду відомостей про елементи деталі в табличній формі.

6. Викликати діалогове вікно редагування конструктивного елемента для зміни розмірів, методу обмеження й інших параметрів.

7. Пошук необхідного елемента в графічній області й візуалізація його великим планом.

8. Виклик електронної довідки по поточній операції.

9. Вимір кута між двома обраними відрізками, крапками, кривими або площинами з показом результату.

10. Вимір відстані між двома обраними крапками, відрізками, кривими або площинами з показом результату. Можливе підсумовування відстаней і показ загального підсумку.

11. Створення й активізація ескізу на обраній робочій площині або плоскій грані.

12. Виклик діалогового вікна «Властивості» для настроювання властивостей обраного елемента.

13. Перевизначення обраного ескізу — прив’язка його до іншої площини або грані.

14. Розміщення в браузері копії ескізу, поглиненого конструктивним елементом, для побудови нового конструктивного елемента. Опція доступна тільки для поглиненого ескізу.

15. Відображення ескізних розмірів обраного конструктивного елемента з можливістю їх редагування або видалення.

16. Придушення конструктивного елемента в графічній області. При цьому відповідний елемент браузера перекреслюється. Для відновлення слід вибрати опцію відновлення елемента з контекстного меню.

17. Включення/відключення видимості елементів у графічній області. Символи браузера. Для позначення поточного стану компонента в браузері

використовуються спеціальні символи. Інші символи в браузері повідомляють користувача про помилки залежностей, що виникли при накладенні. Можна переглядати інформацію про залежності, редагувати компоненти й усувати помилки. Наприклад, символ кінця виробу в браузері означає, що у виробі були створені всі конструктивні елементи. Положення цього символу показує поточний стан конструктивних елементів виробу. Затінені цифри, що перебувають за символом кінця вироби, означають, що ці елементи тимчасово вилучені з моделі.

Головне меню Inventor

На рис. 4.3 показаний рядок головного меню, що є другий рядком головного вікна, що й представляє собою систему, що забезпечує доступ до всіх засобів Inventor 10. Є основним керуючим центром системи.

Рис. 4.3. Рядок головного меню Додаткові команди виконання операцій можуть бути запущені на виконання за допомогою меню, що випадають, з’являються після клацання на кожному з пунктів головного меню. Якщо користувач клацне мишею на певних пунктах меню, що випадає (, що мають у назві піктограму трикутника), то на екрані з’являться спливаючі меню. Якщо в пункті меню після його назви коштує три крапки, то це означає, що дана команда є діалогової, і при її виборі на екран виводиться діалогове вікно.

Панелі інструментів Inventor

В Inventor є велика кількість панелей інструментів, виведені на екран одним зі способів, властивих додаткам Windows, — за допомогою клацання правою кнопкою миші на одній з розкритих раніше панелей і виборі зі списку, що розкривається, або на команді Вид/Панелі інструментів. З панелями інструментів можна виконувати наступні дії:

· зміна розташування — клацнути мишею на лінії захоплення зверху або з лівої сторони панелі й перемістити її на необхідне місце, не відпускаючи клавішу миші;

· зробити невидимими. Не може бути схована командна панель інструментів, що містить команди Вибір, Ескіз і Обновити;

· відкріплення — перетаскування мишею від бічних сторін головного вікна. У цьому випадку панель інструментів придбає вид діалогового вікна, заголовок якого містить назва панелі інструментів;

· переміщення й закріплення у верхньої, нижньої, або кожної з бічних сторін головного вікна;

· зміна розмірів діалогового вікна панелі інструментів за допомогою миші. Користувач може настроїти набір панелей і палітр для кожного робочого середовища. Настроювання середовища можна здійснити такими способами:

ь задати стандартну панель інструментів;

ь задати стандартну інструментальну палітру;

ь вибрати додаткові панелі інструментів з меню «вид»;

ь задати додаткові панелі інструментів, що завантажуються в палітру;

ь додати або вилучити панелі інструментів;

ь установити великі значки;

ь відображати інструментальну палітру без тексту.

Панель інструментів «Стандартна»

При першім завантаженні системи на екрані присутній панель «Стандартна» утримуюча піктограми команд: для роботи з усіма типами файлів Inventor, швидкого виправлення помилок, настроювання середовища, керування видами в графічній області (зуммування, панорамування й повороту виду), зміни режиму відображення.

Панель інструментів «2М ескіз»

Панель «2 М ескіз» виводиться на екран по команді Вид/Панелі інструментів/2М ескіз. піктограми, що втримуються на даній панелі інструментів, команд забезпечують доступ до різних конструкторських інструментів, відповідних до поточного контексту процесу проектування, у цьому випадку — інструменти для створення ескізів.

Панель інструментів «Точні координати»

На панелі інструментів «Точні координати» утримуються піктограми команд завдання точних значень або точних координат примітивів в 2 М та 3 М ескізах. Червона стрілка показує напрямок по осі X, зелена стрілка — Y, синя стрілка — Z. Трійка координат спочатку позиціонується на 0,0,0, і згодом це положення зберігається в пам’яті.

Панель інструментів «Конструктивні елементи»

Панель інструментів «Конструктивні елементи». На ній розташовані піктограми команд створення й редагування тривимірних елементів активної твердотільної моделі.

Панель інструментів «Виріб»

На панелі інструментів «Виріб» утримуються піктограми інструментів створення, розміщення й керування складаннями і їх компонентами, а також опції завдання обмежень. Нижче розглянуті команди й опції, застосовувані тільки для роботи зі складанням або специфічні особливості, що мають, застосування.

Панель інструментів Схеми й презентації

Користувач може створювати схеми збирання-розбирання, презентаційні ролики й інші стилізовані зображення виробу для включення в документацію по проекту. Схеми зберігаються в окремому файлі схем (розширення IPN), що містить будь-яке, необхідне для кожного конкретного виробу, кількість схем. Будь-яка статична схема може бути представлена на виді креслення. При модифікації виробу схеми обновляються автоматично.

Панель інструментів керування кресленням. Види креслення

Панель інструментів створення й керування видами креслення містить команди створення й розміщення видів креслення моделі. Креслення може містити основні й ізометричні види, отримані проектуванням предмета на основні площини проекцій; і додаткові види, одержувані на інших площинах, не паралельних основним площинам проекцій.

Середовище побудови ескізів

Новий ескіз створюється на плоскій грані деталі, робочої площини деталі або робочої площини виробу. Побудова й редагування будь-якої ескізної геометрії, включаючи такі дії над ними, як нанесення розмірів і накладення залежностей, виконуються в середовищі побудови ескізів, яка є спеціальним середовищем, у якім проводяться створення й редагування ескізу. Середовище побудови ескізів складається з:

· самого ескізу;

· інструментів для керування ескізною сіткою;

· функцій малювання відрізків, сплайнів, окружностей, еліпсів, дуг, прямокутників, багатокутників і крапок;

· інструментів для нанесення розмірів і накладення залежностей.

Активізується середовище побудови ескізів натисканням кнопки «Ескіз» на панелі інструментів «Стандартна»; при цьому також активізується площина для його побудови. Початкові установки можуть бути змінені шляхом вибору файлу шаблону, або на вкладці «Ескіз» діалогового вікна, викликуваного через меню «Сервіс / Настроювання». Для побудови ескізу слід вибрати плоску грань, робочу площину або ескізну криву для визначення площини побудов. Якщо вибрати примітив наявного ескізу, то цей ескіз активізується, що дозволяє відредагувати, додавши/змінивши/вилучивши в ньому геометрію. Якщо вибрати грань, то створюється новий ескіз для редагування.

Після створення конструктивного елемента в браузері відображається папка конструктивного елемента, із вкладеним у цю папку вихідним ескізом, причому кожний ескіз має власну піктограму. При виборі піктограми ескізу в браузері в графічній області підсвічується сам ескіз. Піктограма нового ескізу з’являється в браузері щораз після натискання кнопки Ескіз, що завершує побудова ескізу, навіть якщо жоден геометричний елемент не був створений. Особливості піктограм ескізів, розташованих у браузері:

· ескіз, поглинений конструктивним елементом (на його основі створений твердотільний елемент), розташовується в браузері вкладеним у відповідний конструктивний елемент;

· ескіз, побудований на деталі в складанні, розміщається в браузері під значком деталі;

· ескіз у складанні значок, розміщається під папкою «Початок» у браузері всього виробу.

Ескіз зв’язується із гранню або площиною, навіть якщо нові елементи геометрії не створювалися. Крім того, якщо ескіз був створений на грані деталі, то він обмежується ребрами цієї грані.

Робоча площина не має границь і являє собою площина ескізу, пов’язану з геометрією, що використовувався для її створення. Надалі до порожнього ескізу можна вертатися й створювати в ньому нову геометрію, наносити розміри й накладати залежності.

Рис. 4.4 Панель інструментів «2М ескіз»

5. Практична реалізація параметричної 3d моделі на прикладі приводу лабораторного преса

5.1 Функціональне призначення та технологічні особливості розробки

Параметрична модель привода лабораторного преса створена згідно конструкторської документації, наданої конструкторами Криворізької вищої металургійної Школи. Модель будувалась із використанням переважно варіаційної параметризації, на основі ескізів, оскільки це найзручніше у даному випадку.

Ескіз — це двовимірний обрис конструктивного елемента, складеного з елементарних примітивів (відрізків, дуг, ламаних ліній і сплайнів), формуючих контур або геометричний об'єкт (траєкторія зрушення, вісь обертання, лінія розрізу й т. п.), необхідний для формування конструктивного елемента. Усі зміни ескізів ведуть до автоматичної зміни відповідних конструктивних елементів.

Твердотільна модель деталі формується в Inventor на основі інформації, закладеної в 2 М або 3 М ескізах, що мають просту форму й підтримуючих постійний зв’язок з ними. Моделювання проводиться за допомогою динамічного майстра ескізів з інтерактивним визначенням інтелектуальних профілів, що будуються з використанням ліній, дуг і сплайнов. Ескізи зберігають свої властивості незалежно від того, де використовуються їхні фрагменти, що дозволяє користувачам перетаскувати елементи ескізів у реальному часі відповідно до раніше встановлених правил їх включення в складання.