Проектирование с принципами. Как поможет конструкторам методика нисходящего проектирования

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: «CAD/CAM/CALS-ТЕХНОЛОГИИ»

Design on Principles How the Downward Design Method is Going to Help Engineers
When using the KOMPAS-3D CAD system designers encounter difficulties brought about by the computer memory overload and several design groups working on one and the same project.To solve these problems, the company ASKON has suggested a new approach to the design process: the Downward design method. The new method has been tested at the Central Design Bureau of Heavy Machine- building in Moscow.

 

Дмитрий Гинда, продакт-менеджер АСКОН

В последнее время пользователи CAD-систем все чаще описывают ситуацию: мы построили большую сборку, проработали проект, но производительности вычислительной техники не хватает, чтобы в режиме реального времени обрабатывать имеющуюся информацию, редактировать сборочные единицы, получать с них чертежи либо проделывать другие необходимые для работы операции. Вполне понятно, что эти препятствия в итоге негативно сказываются на сроках выполнения проектов и вредят эффективности работы сотрудника. Но разрешить принципиальные трудности, с которыми специалисты сталкиваются при работе с большими сборками в САПР, можно, лишь пересмотрев саму методику проектирования.

ПРОБЛЕМА ПЕРВАЯ: ПЕРЕГРУЗКА ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ

В ходе проектирования конструктор стремится проработать свое изделие максимально тщательно, провести деталировку вплоть до последних винтиков, болтов и гаек. Это приводит к избыточности хранящейся информации о проекте, необходимой для работы CAD-системы. В сборке содержатся лишь ссылки на детали и узлы, модели компонентов хранятся в виде дисковых файлов, а в каждом файле, в свою очередь, заключена вся история его построения в виде Дерева модели. При открытии головной сборки по ссылкам в оперативную память компьютера загружается весь ее состав, что приводит к истощению ресурсов компьютера. При этом у пользователя возникают следующие сложности: медленное вращение, перемещение, масштабирование модели и проведение любых других операций. Кроме того, происходит серьезное снижение отказоустойчивости системы. Для решения этой проблемы пользователи обычно идут по пути наращивания аппаратных ресурсов, которые имеют объективный предел и очень высокую стоимость. В иных случаях приходится прибегать к различным вариантам загрузки компонентов в память компьютера: полная, пустая, упрощенная, габаритная, определяемая пользователем.

ПРОБЛЕМА ВТОРАЯ: КОЛЛЕКТИВНАЯ РАБОТА НАД ПРОЕКТОМ

Другая сложность возникает при коллективном проектировании. Большие изделия, как правило, проектируют несколько конструкторов или даже групп конструкторов. Работа в общей сборке неизбежно приводит к возникновению конфликтов доступа к документам и увеличивает потери времени, связанные с ожиданием доступа. Возникает необходимость в разграничении доступа к различным частям проекта и защите результатов работы одного конструктора от изменений коллегами. Частично эту проблему можно устранить путем введения неких организационных мероприятий или использования временных запретов на редактирование тех или иных компонентов сборки.

Казалось бы, проблемы всего две, но при работе с большими сборками непозволительно много времени тратится не на само проектирование, а на ожидание отклика системы; при коллективной работе над одним проектом — на внутреннее согласование прав доступа. В итоге эффективность труда конструктора снижается, а денежные ресурсы уходят на аппаратное обеспечение и решение организационных вопросов для ускорения процессов проектирования.

Существует ряд «хитрых» приемов по повышению производительности компьютеров, как связанных с дополнительными финансовыми тратами, так и не связанных с ними:

  • переходить с 32 разрядных систем на 64 разрядные;
  • закрывать лишние приложения, запущенные при работе ОС;
  • избегать использования массивов и стандартных изделий при моделировании;
  • избегать сложной геометрии.

Но большинство таких хитростей сильно ограничивают изначальный функционал CAD-системы. Конечно, можно еще добавить оперативной памяти, поставить высокопроизводительный процессор, заменить видеокарту на более мощную и использовать более быстрые винчестеры… Эти действия дадут небольшой положительный результат, но при этом потребуют существенных финансовых вложений.

В ПОИСКАХ ВЫХОДА

Эти проблемы встречаются при работе в любых CAD- системах. Компания АСКОН от версии к версии оптимизирует работу КОМПАС 3D для повышения скорости, но этого недостаточно. АСКОН задался целью найти выход из данной ситуации. И наши специалисты, благодаря своему богатому опыту (не только опыту разработки самого КОМПАС 3D, но и общения с предприятиями, столкнувшимися с вышеперечисленными сложностями), его нашли. Решение заключается не в повышении производительности компьютеров, а в методике использования CAD-системы. Мы проанализировали классические методы моделирования — «снизу вверх» и «сверху вниз», их особенности и ограничения.

МЕТОД «СНИЗУ ВВЕРХ»

Если в файлах на диске уже существуют все компоненты, из которых должна состоять сборка, их можно вставить в сборку, а затем определить их точное положение, установив между компонентами сопряжения. Основное достоинство этого метода — его простота. Такой порядок моделирования применяется при создании сборок, состав и основные размеры компонентов которых известны заранее. Это вызвано тем, что форма и размеры деталей в сборках всегда взаимосвязаны. Для моделирования отдельных деталей с целью последующей их «сборки» требуется точно представлять их взаимное положение и топологию изделия в целом, вычислять, помнить (или специально записывать) размеры одних деталей для того, чтобы в зависимости от них устанавливать размеры других деталей.

МЕТОД «СВЕРХУ ВНИЗ»

Если компоненты еще не существуют, их можно создавать прямо в сборке. При этом первый компонент моделируется в обычном порядке, а при моделировании следующих компонентов используются существующие. Например, эскиз основания новой детали создается на грани существующей детали и повторяет ее контур, а траекторией этого эскиза при выполнении кинематической операции становится ребро другой детали. В этом случае ассоциативные связи между компонентами возникают прямо в процессе построения, а впоследствии при редактировании одних компонентов другие перестраиваются автоматически. Такой порядок работы предпочтителен по сравнению с моделированием «снизу вверх», так как он позволяет определять параметры и форму взаимосвязанных компонентов прямо в ходе моделирования и создавать параметрические модели изделий. Но при редактировании отдельных компонентов необходимо учитывать их взаимосвязи с другими частями сборки.

МЕТОДИКА НИСХОДЯЩЕГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЕЕ ОСОБЕННОСТИ

В процессе создания новое изделие проходит несколько стадий разработки: техническое задание, эскизный проект, компоновка изделия, детальная проработка узлов, создание финальной сборки, внесение изменений в конструкцию на этапе доводки и, наконец, выпуск комплекта конструкторских документов. Все эти этапы вместе и составляют процесс проектирования.

Очевидно, что максимальный эффект от использования САПР может быть достигнут в том случае, если система позволяет выполнить основные стадии проектирования — от эскизной части проекта до выпуска документации — в едином контексте. Эскизная геометрия проекта должна быть основой для создания всех компонентов изделия. Ее корректировка призвана обеспечивать возможность менять рабочую геометрию изделия и его состав. В этом смысле метод «снизу-вверх» вообще не является проектированием в истинном смысле этого слова, так как фактически предполагает сборку изделия из заранее подготовленных составных частей.

Метод «сверху вниз», который можно рассматривать именно как проектирование, сопровождается проблемами, о которых говорилось выше. Кроме того, в нем не определены способы создания эскизной геометрии и правила ее взаимодействия с трехмерными моделями узлов и деталей.

Избежать этих трудностей или хотя бы существенно их сократить можно, только пересмотрев методику работы. Более радикальное решение заключается в новом подходе к процессу проектирования, который разработан специалистами компании АСКОН и получил название Методики нисходящего проектирования (МНП).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МНП:

  • отделение эскизной геометрии проекта от сборок и размещение ее в отдельных файлах — это позволит исключить хранение в сборках огромного количества ссылок и избежать риска возникновения в них ошибок;
  • разделение исходных данных проектирования, сборок и деталировок на разные уровни проектирования — это даст возможность коллективной работы над проектом;
  • связь между разными уровнями проектирования осуществляется через специальные промежуточные структуры — контейнеры проектирования — с входными и выходными данными;
  • сокращение объема данных, с которыми работает каждый конструктор, до уровня конкретной решаемой задачи. Это также достигается за счет использования контейнеров проектирования;
  • уменьшение избыточности информации в сборках крупных узлов и в финальной сборке изделия. Для этого сборки предлагается собирать из упрощенных вариантов деталей.

КАКОВ РЕЗУЛЬТАТ? ВЫВОДЫ ОТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МНП

Сравнение ряда проектов, выполненных с помощью классических методик моделирования, с изделиями, спроектированными по методике нисходящего проектирования, показывает, что МНП, на первый взгляд, примерно втрое проигрывает традиционным «конкурентам» по общему количеству созданных файлов. Однако она значительно превосходит их по куда более существенному критерию: при работе с контрольными сборками МПН требует вдвое меньше оперативной памяти. Таким образом, можно отметить, что МНП рассчитана, в первую очередь, на специалистов конструкторских бюро, занимающихся проектированием новых сложных изделий различного назначения в машиностроении и использующих коллективную работу над проектом.

Результаты, полученные в ходе применения МНП, приводят нас к следующим выводам:

  • МНП обеспечивает не просто моделирование, а именно проектирование изделия, основанное на эскизной геометрии проекта;
  • хорошо сочетается с традиционными этапами проектирования новых изделий;
  • позволяет значительно (в два раза) снизить требования к объему оперативной памяти компьютера, занимаемой финальной сборкой изделия и сборками крупных узлов, то есть при тех же аппаратных ресурсах можно создавать более сложные сборки;
  • обеспечивает возможность коллективной работы над проектом, в том числе и удаленной, без возникновения конфликтов доступа к файлам между участниками проекта;
  • не требует использования каких-либо дополнительных программных модулей или приобретения конструкторами специальных навыков;
  • обеспечивает возможности редактирования проекта по геометрии и составу;
  • представляет собой комплексное решение, охватывающее все основные этапы проектирования;
  • позволяет без ограничений использовать весь функционал КОМПАС 3D.

ПИЛОТНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МНП

На сегодняшний день получен первый опыт обучения данной методике на предприятии ФГУП «ЦКБ тяжелого машиностроения» (г. Москва).

Отзывы первых слушателей курса по методике нисходящего проектирования, применивших ее на практике, оказались положительными. Специалисты ЦКБ ТМ отметили, что использование МНП действительно позволяет производить все действия, необходимые при проектировании нового изделия:

  • постановку задач исполнителям
  • деление общей сборки изделия на подсборки
  • детальную проработку всех компонентов
  • использование приложений, таких как КОМПАС-Shaft 3D
  • внесение изменений в проект
  • выпуск конструкторской документации
  • изменение структуры изделия
  • передачу 3D-моделей смежникам
  • контроль над процессом проектирования на любой его стадии

Подробное описание сути методики нисходящего проектирования будет представлено в следующих статьях специалистов АСКОН. Чтобы узнать подробную информацию о МНП или заказать обучение, обращайтесь в ближайший офис компании АСКОН или к ее партнерам.

Отображение этапов построения модели станка с применением МНП.

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

Будьте в курсе наших последних новостей. Оформите бесплатно персональную новостную рассылку.