Тема 3 Особливості САПР SolidWorks та Pro/Engineer

Дизайн споживчих товарів відрізняється гладкими плавними лініями і специфічними конструктивними елементами. Такі форми зазвичай не можна створити чисто аналітичними поверхнями (площини, циліндри та ін), характерними для деталей машин. Замість цього використовуються B-сплайни і такі поверхні, які дають проектувальникам можливість створювати практично будь-які форми. Потім поверхні довільної форми об'єднуються в замкнутий об'єм і перетворюються на твердотільну модель. Більшість таких виробів виготовляється методами лиття (металу або пластмаси). Для цього деталі повинні представляти собою тонкостінні оболонки. У цьому випадку вони можуть бути розділені на дві частини - внутрішню і зовнішню, що важливо для процесу їх подальшого виготовлення. Внутрішні конструктивні елементи (КЕ), такі як монтажні фаски або виступи, зазвичай додають до внутрішніх поверхонь оболонки поряд з ребрами, які забезпечують жорсткість і дозволяють полімеру більш рівномірно заповнювати форму. Звичайно, не всі споживчі товари відповідають цій схемі. Більшу частину корпусів приладів і багато комп'ютерних комплектуючих до цих пір роблять з плоских листів металу. Сюди ж відносяться різноманітні внутрішні компоненти, такі як насоси, клапани або вимикачі, розроблені суто для виконання своїх функцій за мінімальну ціну. Проте все більше споживачів вимагають виробів з гарним зовнішнім виглядом, тому навіть великі прилади можуть мати рукоятки ергономічної форми і внутрішні молдинги. Тому системи автоматизованого проектування споживчих товарів повинні відповідати вимогам дизайнерів. SolidWorks та Pro/Engineer, як найбільш широко застосовувані САПР, мають широкий набір інструментів для створення форм та поверхонь будь-якої складності, проте кожна з них має свої особливості, які слід враховувати при моделюванні деталей та виробів.

  1. Неперервність кривизни

Для розуміння того, що дозволяє CAD-системі створювати елегантні плавні криві, важливо мати деяке уявлення про безперервність кривизни. Кривизна лінії або поверхні є величиною, зворотною до радіусу кривої в кожній її точці. Дуга, коло або циліндр мають постійну кривизну, у той час як кривизна прямої або площини дорівнює нулю. Наприклад, при переході скруглення в дотичну до нього пряму лінію кривизна різко змінюється від постійної величини до нуля. Людське око може сприймати різкі зміни кривизни поверхонь. скруглення,що об'єднуюче плоскі поверхні, виглядає як ребро - навіть якщо фізично ребра в цьому місці не існує. Тому при моделюванні виробів прагнуть до збереження безперервності похідної кривизни ліній і поверхонь, за винятком тих випадків, коли ребра і гострі кромки використовуються для акцентування форми виробу. Якщо похідна кривизни неперервна, то такі об'єкти називають мають безперервність C2 (іноді - G2). Якщо криві і поверхні сполучені по дотичних - кажуть про безперервність типу C1 (або G1), а якщо мають місце безперервні криві або поверхні з гострими ребрами – говорять про безперервність C0 (або G0).

Рис. 3.1. Скруглення ліворуч забезпечує безперервність кривизни C2 між усіма поверхнями. Кривизна скруглення праворуч різко змінюється в місці з'єднання дуги і плоскої поверхні

Більшість CAD-систем дозволяє створювати криві і поверхні тільки з безперервністю типу C0 або C1. Лише кращі системи реалізують можливість створення поверхонь з безперервністю C2 при широкому наборі додаткових умов. При цьому Pro/E Wildfire підтримує безперервність C2 між суміжними поверхнями при більшій кількості умов, ніж SolidWorks.

  1. Побудова просторових кривих ліній

Основою всіх поверхонь довільної форми є криві лінії. CAD-система, яка не має хороших інструментів для побудови кривих, незмінно буде створювати непрезентабельні поверхні. Тому, перш ніж порівнювати можливості поверхневого моделювання в Pro/E та SolidWorks, доцільно розглянути їх здатність будувати просторові криві.

І Pro/E, і SolidWorks можуть будувати 2D-ескізи, використовуючи сплайни та аналітичну геометрію (лінії, дуги, конічні перерізи і т.д.). Обидва пакети також можуть будувати криві, що проходять через контрольні точки, які або задані в просторі, або пов'язані з гранями або вершинами існуючої деталі. Відмінність розглянутих програм полягає в тому, що Pro/E Wildfire дозволяє коригувати криві за допомогою спеціальних "повзунків" і потім задавати дотичність і безперервність C2 для поверхонь, граней твердотільної моделі і кромок. SolidWorks не має можливостей, щоб призначати дотичність та безперервність C2 в кінцевих точках кривої.


Рис. 3.2. Pro/E Wildfire дозволяє редагувати криві за допомогою "повзунків" і потім призначати дотичність і безперервність C2 для поверхонь, граней і кромок.

У SolidWorks для побудови просторових кривих існує інструмент під назвою 3D-sketch. Метод SolidWorks більш універсальний, ніж запропонований в Pro/E спосіб будувати криві по точках, тому що він дає можливість комбінувати аналітичні криві і сплайни в одному КЕ. Користувач SolidWorks може також нанести розміри на цей 3D-ескіз і накласти на нього конструктивні зв'язки такими способами, яких немає в арсеналі користувачів Wildfire. На жаль, SolidWorks не може з'єднувати початок і кінець 3D-сплайнів з безперервною кривизною.

І Pro/E, і SolidWorks можуть перетворювати ескізи, складаються з декількох компонентів, в єдину композитну криву. Ця можливість важлива при побудові складних поверхонь, оскільки кромки, які їх визначають, повинні бути гладкими і не можуть складатися з набору елементів.

  1. Редагування поверхонь

Навіть якщо конструктор будує поверхневу модель, в кінцевому рахунку він повинен буде перетворити її в твердотільну. Для цього доводиться обрізати, подовжувати і стикувати поверхні. І SolidWorks, і Pro/E пропонують для цього широкі можливості редагування. Деякі з них краще реалізовані в Pro/E, деякі - в SolidWorks. Найбільш часто в Pro/E для обрізки використовується команда Merge. Проектувальник виділяє дві поверхні, вибирає боку кожної з них і вказує - зберегти їх або відкинути. Після цього Pro/E обрізає поверхні і з'єднує їх разом. Аналогічний підхід демонструє і SolidWorks (функція Mutual Trim). У даному випадку SolidWorks працює трохи краще, ніж Pro/E, оскільки пропонує на вибір лінійну (linear trim) і природну (natural trim) обрізку кривих. При лінійному обрізанні система знаходить найкоротшу пряму - від кінця поверхні ,яка обрізає до кромки поверхні, яку потрібно обрізати. На відміну від Pro/E, SolidWorks може обрізати більше двох поверхонь за одну операцію. Функція Mutual Trim в SolidWorks надає можливості лінійної і нормальної обрізки. Обидві програми мають функції продовження поверхонь, але у Pro/ENGINEER є можливості, які відсутні у SolidWorks. Наприклад, Pro/E може не тільки просто продовжити поверхню природним чином, але і продовжити край поверхні в заданому напрямку. У SolidWorks є функція під назвою Лінійчата поверхня (Ruled Surface). Ця поверхня може бути додана до крайки існуючої поверхні, щоб створити форму, подібну до тієї, яка створюється в Pro/E за допомогою Directed Extension. Але в SolidWorks користувач може побудувати на межі об'єкта додаткову поверхню, а не тільки продовжити до існуючої грані. Обидві програми можуть копіювати, еквідистантно копіювати (offset) і переміщати поверхні. У SolidWorks функції копіювання і зміщення об'єднані в одну команду. Для простого копіювання користувач просто задає величину офсету рівну нулю. Pro/E трохи дратує тим, що за одну дію зміщує тільки одну поверхню. Для того щоб отримати офсет для групи поверхонь, користувач повинен спочатку скопіювати їх і тільки потім задати офсет. Як тільки конструктор побудував повністю закриту поверхню (часто звану "герметичну"), і Pro/E, і SolidWorks можуть перетворити її в тверде тіло. Обидві програми виконують цю функцію однаково добре.

  1. Загальний підхід до проектування в Pro/E і SolidWorks

Питання створення тривимірних моделей не вичерпується тільки формальним набором засобів - важливо, наскільки добре кожна з систем може вирішувати завдання проектування в цілому.

Хоча пакет Pro/ENGINEER Wildfire складний і дорогий, з його допомогою можна побудувати моделі для 98% споживчих виробів. При цьому Pro/E може вирішити ці завдання без необхідності імпортувати поверхні з набагато більш складних систем поверхневого моделювання, таких як Alias або власної системи PTC під назвою CDRS.

Поліпшення користувальницького інтерфейсу Pro/E Wildfire в порівнянні з попередніми версіями Pro/ENGINEER зробило менш значущим один з найважливіших аргументів на користь SolidWorks. Втім, інтерфейс SolidWorks досі краще, ніж у Pro/E.

Найбільш важливо наступне: чи може CAD-система ефективно забезпечувати проектування виробу відповідно до потреб клієнта. При оцінці за цим критерієм SolidWorks виявляється не так хороший для розробки форм як Pro/ENGINEER.

Так, побудова елементів по перетинах і спрямовуючим кривим (Loft-with-Guide-Curve) часто призводить до небажаних результатів, включаючи неприпустимі петлі і хвилястість поверхні. Використання при побудові поверхні двох або більше граничних кривих часто дає в результаті поверхню, що зовсім не відповідає вимогам проектувальника.

Рис. 3.3. Функція Filled Surface системи SolidWorks іноді може давати химерні і непередбачувані результати

Проектувальники часто використовують поверхні для того, щоб зрізати матеріал з твердотільної моделі. При цих операціях SolidWorks іноді дає помилку, особливо якщо одна або кілька граней обрізаних поверхонь лежать на гранях твердотільної моделі.


Рис. 3.4. Ілюстрація проблеми точності поверхонь і твердотільних граней в SolidWorks: обрізання поверхнею породжує численні грані, які призводять до неможливості побудови заокруглень або тонкостінної оболонки


При протягуванні (Sweep), що використовує Split Lines і просторові криві, профіль часто не слідує за відповідними направляючими кривими. При цьому утворюються маленькі поверхні, непомітні до тих пір, поки конструктор чи не спробує побудувати скруглення на кромці або тонкостінну оболонку. Pro / E Wildfire не має подібних проблем.