Современные подходы к 3D-проектированию

ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ
3D-ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ
(parametric modeling)
На основе истории
модели (history-based),
с деревом построения
(tree)
ПРЯМОЕ
(direct modeling)
На основе непосредственного редактирования
геометрии
СИНХРОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
(synchronous technology)

Проектирование с использованием интеллектуальных базовых конструктивных элементов – т.н. фичеров (features, feature-based modeling), способных адаптироваться к окружающей их геометрии
Параметрическое проектирование

Создание геометрии с помощью эскиза
Создание двухмерного эскиза
Прямое выдавливание эскиза в пространство инструментом Extrude (Выдавливание)
Поворот эскиза вокруг своей оси инструментом Revolve (Вращение)
Использование эскиза для создания ребер жесткости инструментом Rib (Ребра)
Параметрическое проектирование. Эскизные фичеры

Твердотельное эскизное моделирование
Экструзия
контура
Вращение
контура
Построение тела по сечениям
Протягивание контура
по кривой

Концепция
Выбор геометрии и быстрое размещение фичера на модели.
Возможность прямо на модели устанавливать размер, местоположение и ссылки создаваемого фичера.
Параметрическое проектирование. Безэскизные фичеры

При создании нового фичера, фичеры, на которые ссылается создаваемый объект, становятся его Родителями. Далее это выражаются в том, что изменение родительского фичера повлечет за собой изменения объектов, ссылающихся на данный фичер (Потомков).
Параметрическое проектирование.
Отношение Родитель/Потомок

Параметрическое проектирование. Дерево модели

История и дерево создания твердотельного объекта

Примеры параметрического описания изделий
Свободная
параметризация
Принудительная параметризация
D1 = D2 = 80, R1 = 25,
R1 + 10 = 35, R2 = 15,
R2 + 10 = 25, D1 - R1 - 15 = 40, D2-R2-15 = 50.
D1 = 40, R1 = 10, R2 =30.
Параметризация: геометрия модели управляется размерами и параметрами. Изменение значения размера или параметра приведет к обновлению геометрии.

Параметрическое описание с помощью зависимостей (уравнений)

Управление расположением отверстий
d14 = 360 / p0
Управление толщиной стенки
d24 = d8 = 2*THICKNESS
Управление расположением
центральных отверстий
d12 = (d2+d24) / 2
Управление внешним
диаметром фланца
d2 = d24*2
Исходная модель
Параметрическое описание с помощью зависимостей (уравнений)

Единое и однозначное представление информации о модели
Наличие единой ассоциативной БД, обеспечивающей единое представление и полную ассоциативность данных для всех приложений
Изменение одной модели автоматически отразится на других моделях, где есть ссылки на изменяемую модель
ассоциативность двунаправленная – изменение чертежа модели приведет к изменению самой 3D-модели и отразится на всех ее прочих вхождениях режимах (сборки, технология производства и т.д.)
Параметрическое проектирование. Ассоциативность

Параметрическое проектирование. Двунаправленная ассоциативность

четкая и однозначная реализация замысла, заложенного конструктором изделия, в конструктивных элементах и их иерархии;
эффективное и предсказуемое обновление (регенерация) параметрической модели при внесении изменений;
высокая степень автоматизации проектирования;
точный контроль размеров.
Параметрическое проектирование. Достоинства

Параметрическое проектирование. Недостатки
понимание поведения модели требует детального изучения дерева ее построения; зачастую полным знанием о модели обладает только ее непосредственный разработчик;
изменение конструкторского замысла в процессе проектирования сопряжено со значительными изменениями дерева модели;
значительное время затрачивается на поиск и локализацию необходимого конструктивного элемента в дереве построения;
изменение геометрии конструктивного элемента влечет за собой необходимость изменений на уровне эскиза;
даже незначительные изменения геометрии сложных сборок могут приводить к непредсказуемым последствиям для геометрии и возникновению ряда трудно поддающихся исследованию и разрешению ошибок (коллизий);
большие затраты времени на цикл обновления модели после внесения изменений;
потеря истории построения при переносе файла модели между различными САПР; причем полностью восстановить ее автоматизированными методами, как правило, невозможно.

Прямое проектирование
Достоинства:
высокая гибкость процесса проектирования;
быстрое внесение изменений в геометрию;
относительная простота освоения.
Недостатки:
трудности с построением сложной геометрии;
трудность обеспечения контроля размеров;
значительность изменения модели в результате операции редактирования, зачастую приводящую к искажению конструкторского замысла;
невозможность ограничить внесение изменений, нарушающих структурную целостность модели.

Синхронная технология
Siemens PLM Software, 2008 г.

Синхронная технология

Синхронная технология

Управляющие 3D-размеры
построение 2D-эскиза происходит непосредственно в среде 3D-моделирования
3D-геометрия «поглощает» эскиз, а заданные в нем размеры мигрируют в 3D-модель и становятся управляющими 3D-размерами
эскиз после использования больше не управляет построенным на его основе конструктивным элементом

Управляющие 3D-размеры
Управляющие 3D-размеры подразделяются на фиксированные (не могут изменяться в результате внешнего управления) и свободные.
Сочетание применения размеров этих двух видов позволяет гибко управлять геометрией и вместе с тем поддерживать конструкторский замысел.
Не имеют значения история построения модели и место создаваемого/изменяемого конструктивного элемента в ней.

Управляющие 3D-размеры

3D-связи
На конструкцию модели, в том числе и на импортированную геометрию, можно накладывать 3D-связи, полностью аналогичные 2D (симметрия, копланарность и т. д.).
Группа связей помещается в специальную коллекцию «Связи» синхронной модели.

Технология автоматического нахождения и поддержания связей в 3D-модели – «Текущие правила»
Система сама выполняет поиск связей и отслеживает их при изменении 3D-геометрии модели. Это позволяет автоматически поддерживать конструкторский замысел, повышает гибкость редактирования и избавляет пользователя от необходимости самому накладывать очевидные геометрические ограничения.
По умолчанию поддерживаются поиск и отслеживание таких связей, как горизонтальность/вертикальность, копланарность, касательность, концентричность, симметрия.
При необходимости набор связей может быть расширен (добавлены параллельность, перпендикулярность, равенство радиусов и прочее).

Технология автоматического нахождения и поддержания связей в 3D-модели – «Текущие правила»

Технология автоматического нахождения и поддержания связей в 3D-модели – «Текущие правила»
Пример распознавания «чужой» геометрии и автоматического наложения 3D-связей

Хранение конструктивных элементов в коллекции
Конструктивные элементы, представляющие собой набор граней, хранятся не в дереве модели, а в коллекции → возможно локально перестраивать модель (изменять порядок, перетаскивать грани, изменять значения 3D-размеров) только там, где это необходимо, без полного пересчета модели.

Процедурные конструктивные элементы (отверстия, тонкостенные оболочки, массивы, фаски/скругления и пр.)
Для построения сложных конструктивных элементов, требующих определенного уровня параметризации, в рамках синхронной технологии присутствует механизм процедурных элементов.
Построение процедурных элементов ведется с помощью диалогового процесса задания параметров, а не прямого моделирования.
Полученные элементы не связываются друг с другом отношениями «родитель–потомок», поэтому их редактирование не ведет к перестройке всей модели, и она может обновляться локально.

Процедурные конструктивные элементы (отверстия, тонкостенные оболочки, массивы, фаски/скругления и пр.)

Синхронная технология. Достоинства
Реализация более естественного подхода к проектированию, чем традиционное параметрическое проектирование.
Возможность вносить в конструкцию ограничения и накладывать геометрические и размерные связи по мере построения модели, оставляя не нужные на данном этапе связи и размеры неопределенными.
Нет необходимости обладать законченным конструкторским замыслом на начальном этапе проектирования – этот замысел может реализовываться постепенно, подвергаться изменениям и гибко трансформироваться непосредственно во время проектирования.
Возможность сочетания с параметрическим подходом в рамках одной модели и конвертации параметрических элементов в синхронные, в т.ч. «на лету».