Введение

На данный момент существует большое количество программных продуктов, которые обеспечивают трехмерное проектирование и моделирование объектов. Они позволяют создать практически любую по сложности модель и предоставляют для этого большое количество инструментов. Это сокращает время проектирования модели и позволяет больше внимания уделить расчету ее характеристик, что является очень важной задачей в машиностроении. Поэтому правильное распределение времени проектирования и моделирования может быть залогом успеха.

Однако во многих крупных CAD и CAE системах основной упор сделан на моделирование или проектирование. Таким образом, создание модели в CAE системе может занять много времени. Большинство же CAD систем не позволяет использовать созданную в ней модель в других системах. Основная проблема заключается в сложности формата данных, в котором хранится и обрабатывается модель.

Поэтому возникает потребность в организации взаимодействия между CAD и CAE системами путем интеграции в них и получения всех необходимых данных. Это становится возможным благодаря тому, что CAD-системы предоставляют широкие возможности сторонним приложениям для работы как с интерфейсом, так и с данными.

Актуальность темы

В данный момент имеется несколько крупных систем проектирования с различной специализацией. Но отсутствие взаимосвязей между ними приводит к тому, что практически невозможно производить передачу моделей из одного пакета в другой.

Поэтому актуальным является вопрос организации интерфейса между наиболее популярными системами, и особенно между узкоспециализированными системами. Наличие подобного интерфейса позволит лучше организовать процесс проектирования и моделирования, т.к. появится возможность разделить основную задачу на этапы, каждый из которых можно будет выполнить в наиболее подходящей системе проектирования.

Цель и задачи работы

- изучение и сравнение современных CAD систем, а также методов интеграции в них с помощью языков программирования;

- интеграция в систему SolidWorks;

- интеграция в систему AutoCAD.

Обзор CAD-систем

Автоматизированное проектирование (computer-aided design — CAD) представляет собой технологию, состоящую в использовании компьютерных систем для облегчения создания, изменения, анализа и оптимизации проектов. Таким образом, любая программа, работающая с компьютерной графикой, так же как и любое приложение, используемое в инженерных расчетах, относится к системам автоматизированного проектирования. Другими словами, множество средств CAD простирается от геометрических программ для работы с формами до специализированных приложений для анализа и оптимизации. Между этими крайностями умещаются программы для анализа допусков, расчета масс — инерционных свойств, моделирования методом конечных элементов и визуализации результатов анализа. Самая основная функция CAD — определение геометрии конструкции (детали механизма, архитектурные элементы, электронные схемы, планы зданий и т. п.), поскольку геометрия определяет все последующие этапы жизненного цикла продукта. Для этой цели обычно используются системы разработки рабочих чертежей и геометрического моделирования. Вот почему эти системы обычно и считаются системами автоматизированного проектирования. Более того, геометрия, определенная в этих системах, может использоваться в качестве основы для дальнейших операций в системах CAE и САМ. Это одно из наиболее значительных преимуществ CAD, позволяющее экономить время и сокращать количество ошибок, связан-ных с необходимостью определять геометрию конструкции с нуля каждый раз, когда она требуется в расчетах. Можно, следовательно, утверждать, что системы автоматизированной разработки рабочих чертежей и системы геометрического моделирования являются наиболее важными компонентами автоматизированного проектирования [1].

SolidWorks

SolidWorks - система автоматизированного проектирования, инженерного анализа и подготовки производства изделий любой сложности и назначения. SolidWorks является ядром интегрированного комплекса автоматизации предприятия, с помощью которого осуществляется поддержка жизненного цикла изделия в соответствии с концепцией CALS-технологий, включая двунаправленный обмен данными с другими Windows-приложениями и создание интерактивной документации [3].

С самого начала работы корпорация SolidWorks ставила перед собой задачу создать конструкторскую систему «среднего» уровня. Следует заметить, что эта задача была успешно решена. Более того, по признанию многих ведущих специалистов в этой области, уже версия SolidWorks 2004 значительно превосходила «средний» уровень, хотя она, как и все предыдущие версии, базируется на том же геометрическом ядре Parasolid, на котором базируется такая «тяжелая» конструкторская система, как Unigraphics. А возможности версии SolidWorks 2009, естественно, еще шире [2].

Процесс создания детали в системе SolidWorks. 4 кадра с задержкой 1 секунда. 350 * 250. Сделано в Adobe ImageReady

Unigraphics

Пакет Unigraphics представляет собой универсальную среду автоматизированного проектирования и производства для промышленных предприятий различных отраслей экономики. Подход к разработке изделия в системе Unigraphics отражает итерационный процесс, позволяющий конструировать и анализировать полностью электронную модель до тех пор, пока она не будет отвечать необходимым техническим требованиям. Этому способствует мощное ядро гибридного моделирования, благодаря чему конструктор имеет выбор между технологиями параметрического моделирования с использованием твердых тел, параметризованных типовых элементов, поверхностей и проволочной геометрии. Можно совмещать параметрические или вариационные модели с не параметризованными данными при любом представлении изделия.

Пакет Unigraphics занимает рынок CAD/CAM/CAE систем. Он позволяет производить:

- Автоматизированное проектирование (CAD);

- Механообработку (CAM);

- Инженерный анализ (CAE);

- Конструирование и обработка изделий из листового металла (Sheet Metal).

AutoCAD

AutoCAD – это 2х- и 3х-мерная система автоматизированного проектирования и черчения компании Autodesk. Семейство продуктов AutoCAD является одним из наиболее распространённых САПР в мире.

Компания Autodesk занимается разработкой системы автоматизированного проектирования AutoCAD c 1982 года, т.е более 26 лет.

AutoCAD предоставляет все необходимые средства для оформления чертежей: широкий набор графических примитивов, средства для автоматического нанесения размеров, штриховки, заливки, инструменты для копирования, поворота, масштабирования создаваемых объектов, функции для компоновки чертежей и последующего их вывода на печать, возможность создания собственных библиотек чертежей и часто применяемых элементов.

AutoCad использует ядро Acis – объектно-ориентированный пакет геометрического моделирования, разработанный фирмой Spatial Technology для использования в качестве геометрической основы в приложениях для трехмерного моделирования. Acis предоставляет средство с открытой архитектурой для каркасного, поверхностного и твердотельного моделирования с общей, унифицированной структурой данных. [5]

Методы интеграции

Основу современных CAD систем составляют специализированные ядра геометрического моделирования. Ядро - это набор математических функций, который предназначен для точного математического представления трехмерной формы изделия и управления этой моделью. Полученные с его помощью геометрические данные используются системами автоматизированного проектирования (CAD), технологической подготовки производства (CAM) и инженерного анализа (САЕ) для разработки конструктивных элементов, сборок и изделий. Проектировщик получает доступ к функциям ядра из соответствующей САПР через графический пользовательский интерфейс. Таким образом, ядро имеет очень большое значение. Поэтому его иногда называют "двигателем" системы проектирования. Именно оно определяет ее функциональные возможности и производительность.

Взаимодействие ядра системы проектирования и интегрируемого приложения происходит с помощью специального API. Как правило, API предоставляет все необходимые инструменты для получения текущих данных из CAD системы, а также для их изменения.

Возможны два варианта передачи управления от CAD системы к интегрируемому приложению:

- прямой вызов функции приложения посредством графического интерфейса системы;

- автоматический вызов функции приложения при наступлении определенного события.

Интеграция в SolidWorks

Постановка задачи

Необходимо реализовать передачу модели, созданной в системе SolidWorks, в CAE-систему MDesign 11.0 (модуль SHAFT).

Модуль SHAFT предназначен для расчета характеристик вала, который задается набором полых или сплошных ступеней разной формы. Модуль SHAFT показан на рисунке 1.

Рис.1 Главная форма модуля MDesign SHAFT

Процесс создания модели вала показан на рисунке 2.

Рис.2 Cоздание модели вала в SolidWorks

Использование функционала SolidWorks для проектирования модели с последующей передачей ее в систему MDesign для выполнения расчетов повысит производительность работы, а также расширит возможности модуля SHAFT по созданию модели и расчету ее характеристик.

Алгоритм анализа модели

Для организации передачи модели из системы SolidWorks в систему MDesign, необходим предварительный анализ модели. Задачами анализа являются:

- проверка ошибок в модели вала (т.е. вал имеет такую форму, которую нельзя задать в модуле MDesign SHAFT);

- при наличии ошибок – сообщение с указанием положения некорректного участка вала;

- сохранение модели вала в формате, который может быть загружен модулем MDesign SHAFT.

Результатом работы анализатора является модель вала, которая должна точно совпадать с моделью, отображаемой в SolidWorks.

Интерфейс программы

Управление программой происходит посредством панели инструментов (рис. 3), на которой имеются следующие кнопки:

1. Анализ и Сохранение текущей модели.

2. Анализ текущей модели.

3. Запуск CAE-системы MDESIGN Shaft.

4. Диалог опций (рис. 4).

5. Помощь.

Рис.3 Панель инструментов

Рис.4 Диалог опций

Выводы

В процессе выполнения данной работы были изучены современные CAD системы, изучены возможности интеграции в них, а также выполнен процесс интеграции в CAD-систему SolidWorks. Полученная программа предназначена для экспорта данных из системы SolidWorks в модуль MDesign SHAFT. На данный момент программа находится в стадии тестирования. Планируется расширение функционала за счет увеличения количества анализируемых операций и объектов SolidWorks. Кроме того, планируется выполнение интеграций в системы AutoCAD и Unigraphics.

В ходе работы были изучены различные методы интеграций в CAD-системы, а также различные алгоритмы взаимодействия с геометрическими ядрами этих систем. Полученные навыки были использованы при написании программы интеграции, которая поможет сэкономить время и усилия пользователям систем SolidWorks и MDesign SHAFT.

Литература

1. Ли К. Основы САПР (CAD/CMA/CAE). – СПб.: Питер, 2004. – 560 с.

2. Прерис А.М. SolidWorks. Учебный Курс.- СПб.: Питер, 2006. – 528 с.

3. Сайт «SolidWorks Russia» [электронный ресурс]: http://www.solidworks.ru/products/solidworks/

4. Сайт «Википедия» - [электронный ресурс]: http://ru.wikipedia.org/

5. Краснов М. Unigraphics для профессионалов – М.: Лори, 2004. – 319 с

6. Сайт «Sapr RU» - [электронный ресурс]: http://www.sapr.ru/article.aspx?id=6645&iid=272

7. Сайт «Cad DP UA» - [электронный ресурс]: http://www.cad.dp.ua/obzors/karnel.php

8. Сайт «MaiRu» - [электронный ресурс]: http://www.mai.ru/~apg/Volume7/Number15/bur715.pdf

9. Сайт «IntKiev» - [электронный ресурс]: http://www.int.kiev.ua/technol/ug_rus4.htm

10. Сайт «CADALYST» - [электронный ресурс]: http://www.cadalyst.com