Вступ

На даний момент існує велика кількість програмних продуктів, які забезпечують тривимірне проектування та моделювання об'єктів. Вони дозволяють створити практично будь-яку за складністю модель і надають для цього велику кількість інструментів. Це скорочує час проектування моделі і дозволяє більше уваги приділити розрахунку її характеристик, що є дуже важливим завданням у машинобудуванні. Тому правильний розподіл часу проектування і моделювання може бути запорукою успіху.

Однак у багатьох великих CAD і CAE системах основний акцент зроблено на моделювання або проектування. Таким чином, створення моделі в CAE системі може зайняти багато часу. Більшість же CAD систем не дозволяє використовувати створену в ній модель в інших системах. Основна проблема полягає в складності формату даних, в якому зберігається та обробляється модель.

Тому виникає потреба в організації взаємодії між CAD і CAE системами шляхом інтеграції до них і отримання всіх необхідних даних. Це стає можливим завдяки тому, що CAD-системи надають широкі можливості стороннім додатків для роботи як з інтерфейсом, так і з даними.

Актуальність теми

У даний момент є кілька великих систем проектування з різною спеціалізацією. Але відсутність взаємозв'язків між ними призводить до того, що практично неможливо проводити передачу моделей з одного пакету в іншій.

Тому актуальним є питання організації інтерфейсу між найбільш популярними системами, і особливо між вузькоспеціалізованими системами. Наявність подібного інтерфейсу дозволить краще організувати процес проектування і моделювання, тому що з'явиться можливість розділити основне завдання на етапи, кожен з яких можна буде виконати в найбільш придатною системі проектування.

Мета і завдання роботи

- вивчення і порівняння сучасних CAD систем, а також методів інтеграції до них за допомогою мов програмування;

- інтеграція в систему SolidWorks;

- інтеграція в систему AutoCAD.

Огляд CAD-систем

Автоматизоване проектування (computer-aided design - CAD) є технологією, яка полягає у використанні комп'ютерних систем для полегшення створення, зміни, аналізу та оптимізації проектів. Таким чином, будь-яка програма, що працює з комп'ютерною графікою, так само як і будь-який додаток, що використовується в інженерних розрахунках, відноситься до систем автоматизованого проектування. Іншими словами, безліч засобів CAD простягається від геометричних програм для роботи з формами до спеціалізованих додатків для аналізу та оптимізації. Між цими крайнощами вміщаються програми для аналізу допусків, розрахунку мас - інерційних властивостей, моделювання методом кінцевих елементів і візуалізації результатів аналізу. Сама основна функція CAD - визначення геометрії конструкції (деталі механізму, архітектурні елементи, електронні схеми, плани будівель і т. п.), оскільки геометрія визначає всі наступні етапи життєвого циклу продукту. Для цієї мети зазвичай використовуються системи розробки робочих креслень і геометричного моделювання. Ось чому ці системи зазвичай і вважаються системами автоматизованого проектування. Більш того, геометрія, визначена у цих системах, може використовуватися як основа для подальших операцій в системах CAE і САМ. Це одне з найбільш значних переваг CAD, що дозволяє заощаджувати час і скорочувати кількість помилок, пов'язаний-них з необхідністю визначати геометрію конструкції з нуля кожного разу, коли вона потрібна в розрахунках. Можна, отже, стверджувати, що системи автоматизованої розробки робочих креслень і системи геометричного моделювання є найбільш важливими компонентами автоматизованого проектування [1].

SolidWorks

SolidWorks - система автоматизованого проектування, інженерного аналізу та підготовки виробництва виробів будь-якої складності та призначення. SolidWorks є ядром інтегрованого комплексу автоматизації підприємства, за допомогою якого здійснюється підтримка життєвого циклу виробу відповідно до концепції CALS-технологій, включаючи двонаправлений обмін даними з іншими Windows-додатками і створення інтерактивної документації [3].

З самого початку роботи корпорація SolidWorks ставила перед собою завдання створити конструкторську систему «середнього» рівня. Слід зауважити, що ця задача була успішно вирішена. Більш того, за визнанням багатьох провідних фахівців у цій області, вже версія SolidWorks 2004 значно перевершувала «середній» рівень, хоча вона, як і всі попередні версії, базується на тому ж геометричному ядрі Parasolid, на якому базується така «важка» конструкторська система, як Unigraphics. А можливості версії SolidWorks 2009, природно, ще ширше [2].

Процес створення деталі в системі SolidWorks. 4 кадри із затримкой 1 секунда. 350 * 250. Зроблено у Adobe ImageReady

Unigraphics

Пакет Unigraphics являє собою універсальну середу автоматизованого проектування та виробництва для промислових підприємств різних галузей економіки. Підхід до розробки вироби в системі Unigraphics відображає ітераційний процес, що дозволяє конструювати та аналізувати повністю електронну модель до тих пір, поки вона не буде відповідати необхідним технічним вимогам. Цьому сприяє потужне ядро гібридного моделювання, завдяки чому конструктор має вибір між технологіями параметричного моделювання з використанням твердих тіл, параметрезованих типових елементів, поверхонь і дротяної геометрії. Можна поєднувати параметричні або варіаційні моделі з не параметризованими даними при будь-якому поданні вироби.

Пакет Unigraphics займає ринок CAD / CAM / CAE систем. Він дозволяє проводити:

- автоматизоване проектування (CAD);

- механообробка (CAM);

- інженерний аналіз (CAE);

- конструювання і обробка виробів з листового металу (Sheet Metal).

AutoCAD

AutoCAD - це і 2х-3х-мірна система автоматизованого проектування і креслення компанії Autodesk. Сімейство продуктів AutoCAD є одним з найбільш поширених САПР в світі.

Компанія Autodesk займається розробкою системи автоматизованого проектування AutoCAD c 1982 року, тобто більше 26 років.

AutoCAD надає всі необхідні кошти для оформлення креслень: широкий набір графічних примітивів, засоби для автоматичного нанесення розмірів, штрихування, заливки, інструменти для копіювання, повороту, масштабування об'єктів, що створюються, функції для перегляду креслень і подальшого їх виведення на друк, можливість створення власних бібліотек креслень і часто вживаних елементів.

AutoCad використовує ядро Acis - об'єктно-орієнтований пакет геометричного моделювання, розроблений фірмою Spatial Technology для використання в якості геометричної основи в додатках для тривимірного моделювання. Acis надає засіб з відкритою архітектурою для каркасного, поверхневого і твердотільного моделювання з загальної, уніфікованої структурою даних. [5]

Методи інтеграції

Основу сучасних CAD систем становлять спеціалізовані ядра геометричного моделювання. Ядро - це набір математичних функцій, що призначений для точного математичного подання тривимірної форми виробу і управління цією моделлю. Отримані з його допомогою геометричні дані використовуються системами автоматизованого проектування (CAD), технологічної підготовки виробництва (CAM) та інженерного аналізу (САЄ) для розробки конструктивних елементів, зборок і виробів. Проектувальник отримує доступ до функцій ядра з відповідної САПР через графічний користувальницький інтерфейс. Таким чином, ядро має дуже велике значення. Тому його іноді називають "двигуном" системи проектування. Саме воно визначає її функціональні можливості і продуктивність.

Взаємодія ядра системи проектування і інтегрувальне програми відбувається за допомогою спеціального API. Як правило, API надає всі необхідні інструменти для отримання поточних даних з CAD системи, а також для їх зміни.

Можливі дві варіанти передачі управління від CAD системи до інтегрованим додатком:

- прямий виклик функції програми за допомогою графічного інтерфейсу системи;

- автоматичний виклик функції додатка при настанні певної події.

Інтеграція в SolidWorks

Постановка завдання

Необхідно реалізувати передачу моделі, створеної в системі SolidWorks, в CAE-систему MDesign 11.0 (модуль SHAFT).

Модуль SHAFT призначений для розрахунку характеристик валу, що задається набором порожніх або суцільних ступенів різної форми. Модуль SHAFT показаний на малюнку 1.

Рис.1 Головна форма модуля MDesign SHAFT

Процес створення моделі вала показано на малюнку 2.

Рис.2 Розробка моделі валу в SolidWorks

Використання функціоналу SolidWorks для проектування моделі з подальшою передачею її в систему MDesign для виконання розрахунків підвищить продуктивність роботи, а також розширить можливості модуля SHAFT по створенню моделі та розрахунку її характеристик.

Алгоритм аналізу моделі

Для організації передачі моделі з системи SolidWorks в систему MDesign, необхідний попередній аналіз моделі. Завданнями аналізу є:

- Перевірка помилок в моделі валу (тобто вал має таку форму, яку не можна поставити в модулі MDesign SHAFT);

- За наявності помилок - повідомлення із зазначенням положення некоректного ділянки валу;

- Збереження моделі валу у форматі, який може бути завантажений модулем MDesign SHAFT.

Результатом роботи аналізатора є модель вала, яка повинна точно збігатися з моделлю, яка відображається в SolidWorks.

Інтерфейс програми

Керування програмою відбувається за допомогою панелі інструментів (рис. 3), на якій є такі кнопки:

1. Аналіз і Збереження поточної моделі;

2. Аналіз поточної моделі;

3. Запуск CAE-системи MDESIGN Shaft;

4. Діалог опцій (рис. 4);

5. Допомога.

Рис.3 Панель інструментів

Рис.4 Діалог опцій

Висновки

У процесі виконання даної роботи були вивчені сучасні CAD системи, вивчені можливості інтеграції в них, а також виконаний процес інтеграції в CAD-систему SolidWorks. Отримана програма призначена для експорту даних з системи SolidWorks в модуль MDesign SHAFT. На даний момент програма знаходиться в стадії тестування. Планується розширення функціонала за рахунок збільшення кількості аналізованих операцій та об'єктів SolidWorks. Крім того, планується виконання інтеграцій в системи AutoCAD та Unigraphics.

У ході роботи були вивчені різні методи інтеграцій в CAD-системи, а також різні алгоритми взаємодії з геометричними ядрами цих систем. Отримані навички були використані при написанні програми інтеграції, яка допоможе заощадити час і зусилля користувачам систем SolidWorks і MDesign SHAFT.

Література

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