Файл: metod-nx5.doc

Краткий терминологический словарь

АСТПП – автоматизированная система технологической подготовки производства

КИП – компьютерное интегрированное производство

РСК - рабочая система координат

САПР – Система Автоматизированного Проектирования

СВП – система ведения проектов

СГМ - система геометрического моделирования

CAD – Computer Added Design (САПР)

CAM – Computer Added Manufacturing (АСТПП)

CIM – Computer Integrated Manufacturing

PDM – Product Dated Management (СВП)

EDP – Electronic Dated Process обработка данных с помощью ЭВМ

EPD – Electronic Product Definition электронное определение продукта

§1. Введение

1.1. Краткая характеристика состояния исследований в данной области.

На современном этапе научно-технического развития возможности систем автоматизированного проектирования охватывают практически все задачи связанные с созданием авиационной техники. Авиационные конструкторские бюро имеют в своем распоряжении целый ряд систем обеспечивающих автоматизацию на всех этапах жизненного цикла изделия от зарождения идеи по созданию авиационной техники до ввода в серийную эксплуатацию и последующую утилизацию.

1.2. Обоснование постановки научно-технической задачи

Использование современных систем геометрического моделирования позволяет повысить эффективность труда проектировщиков, снизить количество ошибок, сократить сроки, уменьшить стоимость проектных работ и, в конечном счете, повысить качество проектирования.

Однако при этом существует и негативная тенденция, при которой системы автоматизации проектно-конструкторских работ приобретают для пользователя черты «черного ящика», а отсутствие опыта проектирования и глубины понимания сути физических явлений не позволяет правильно оценить и контролировать полученные результаты. С другой стороны программные комплексы не лишены ошибок и обладают вполне определенными границами применимости, предоставляя приближенные модели физических явлений.

Это требует взвешенного подхода к применению средств автоматизации и серьезной всесторонней подготовки инженеров.

1.3. Краткое содержание работы

Цель работы состоит в снижении сроков, и стоимости, а также повышении качества проектных работ на этапе разработки моделей и агрегатов самолета, за счет освоения новых подходов при разработке конструкции в среде геометрического моделирования.

В данной работе изложены основные принципы проектирования деталей в среде геометрического моделирования Unigraphics NX5 на примере построения секции фюзеляжа.

1.4. Системы геометрического моделирования в комплексе систем автоматизации проектно-конструкторских работ

На современном этапе научно-технического развития возможности систем автоматизированного проектирования охватывают практически все задачи связанные с созданием авиационной техники. Авиационные конструкторские бюро имеют в своем распоряжении целый ряд систем (рисунок 1) обеспечивающих автоматизацию на всех этапах жизненного цикла изделия от зарождения идеи по созданию авиационной техники до ввода в серийную эксплуатацию и последующую утилизацию.

---

Рисунок 1

Распределение трудоемкости проектных работ по этапам жизненного цикла изделия (рисунок 2) показывает, что основная нагрузка приходится на системы автоматизации проектно-конструкторских работ и в частности на системы геометрического моделирования. Которые в настоящее время представлены двумя классами программных комплексов системами специального назначения и системами общего назначения.

Системы специального назначения основываются на формализованных знаниях о предметной области, полученных в результате многолетней работы конструкторских бюро, и позволяют решать специализированные задачи в конкретной прикладной области. Такие системы имеют диалоговый интерфейс и предоставляют средства для интеграции с системами общего назначения в единую информационную среду, предоставляющую уникальные возможности при проведении проектно-конструкторских работ.

Системы общего назначения основываются на использовании совокупности правил, и ориентированы не на конкретную предметную область, а на решение класса родственных задач в рамках одного физического явления.

Рисунок 2

Существующие системы геометрического моделирования позволяют вести любые по сложности работы в области проектирования самолетов, однако требуют от конструктора высокой квалификации, как в области проектирования самолетов, так и в области поверхностного и твердотельного моделирования.

Условно системы автоматизированного проектирования можно классифицировать по функциональным возможностям и стоимости на легкие, средние и тяжелые.

Легкие обладает минимальной стоимостью, минимальными требованиями к аппаратной частью. Основное предназначение оформление технической документации.

Системы среднего уровня предназначены для разработки деталей и сборок.

Тяжелые обладают всей функциональностью, доступной на данном этапе развития.

Необходимо отметить, что разработчики систем автоматизированного проектирования стремятся насытить свой продукт функциональными возможностями и, таким образом, занять смежные ниши, сформировав наиболее универсальный продукт.

Таким образом, для организации эффективной работы необходимо применять комплексные решения, состоящие из систем управления предприятием, систем ведения проектов, систем автоматизации проектно-конструкторских работ, систем технологической подготовки производства и т.д. которые в совокупности предоставляют возможности полного электронное определение продукта EPD и потоковую обработку данных EDP.

На современных предприятиях, как правило, присутствуют системы геометрического моделирования нескольких уровней, при этом характерна пирамидальная структура, т.е. наибольший парк систем легкого и среднего уровней и относительно небольшой парк тяжелых систем. Это связано с тем, что основной объем работы приходится на деталировку и оформление документации.

---

1.5. Основные определения и среда работы в СГМ

Системы геометрического моделирования прошли большой путь развития и на современном этапе позволяют конструктору-проектировщику интуитивно понятной среде и при решении большинства инженерных задач не требуют глубоких знаний в смежных областях науки.

Система координат

Построение любой модели происходит в виртуальном пространстве основой, которого является центральная система координат. Для удобства пользователя вводится искусственное понятие, такое как локальная система координат. Она позволяет упростить ориентацию в пространстве и облегчает работу с малыми величинами на большом удалении от основной системы координат. Системы геометрического моделирования позволяют использовать практически любые известные системы координат: декартовые, сферические, цилиндрические и др.

Виды математических моделей

На сегодняшний день существует несколько альтернативных подходов к созданию моделей в виртуальном пространстве систем геометрического моделирования.

Каркасная или проволочная модель. Объект представляется в виде точек или линий в пространстве (рисунок 3). Наиболее простая в применении модель предоставляет минимум информации о проектируемом изделии. Необходимо отличать использование каркасной модели как математического аппарата от способа представления поверхностных и твердотельных моделей в виде каркаса. Такой способ представления находит применение при некоторых видах анализа геометрии.

П

(1.1)

оверхностная модель. Объект представляется в виде точек, линий, поверхностей. Математически [1] эта модель описывается в виде системы уравнений следующего вида:

Работа с данным математическим представлением открывает наибольшие возможности по созданию и контролю геометрии, однако требует от проектировщика большого опыта работы и специальной подготовки. Данные модели находят применение при формировании омываемой поверхности самолета.

Т

(1.2)

вердотельная (Solid) модель. Обеспечивает наиболее реалистичное представление объекта, опираясь на математическое описание моделей в виде системы неравенств:

Однако в виду сложности реализации данного подхода, возможности, предоставляемые твердотельным моделирование менее богаты по сравнению с поверхностным моделированием, в связи, с чем при создании сложной геометрии и необходимости контролировать качество полученной геометрии находит применение варианта одновременного использования поверхностных и твердотельных моделей.

С помощью твердотельных моделей есть возможность определения весовых и инерционных характеристик. Появляется возможность проводить объемно компоновочные работы и анализ конструкции на прочность с использованием методов конечных элементов, дискретно-связевых моделей и т.д.

---

Примитивы

Используя математический аппарат современных систем геометрического моделирования можно построить требуемую геометрию, но прямая работа с математическим описанием объектов достаточно сложна и требует знания в ряде дисциплин в числе которых: математический анализ, начертательная геометрия, программирование, и, конечно, он должен обладать инженерными навыками проектирования. Обучение таких специалистов стоит очень дорого, и, с целью упрощения работы, системы адаптируются таким образом, чтобы построение геометрии производилось в интуитивно-понятной для инженера-проектировщика форме.

Для этого в системах вводится такое понятие как примитив. Примитив – это элементарный геометрический объект, которым позволяет непосредственно оперировать система. Более сложная геометрия создается в результате операций трансформации первоначальных примитивов. К примитивам можно отнести: локальную систему координат, точки, прямые, лучи, разных видов кривые (в том числе NURBS), плоскости, простейшие трехмерные тела. Когда мы хотим создать какой-либо примитив, мы должны указать для системы основные параметры, характерные для данного примитива и его расположения в пространстве.

Операции задания конструкторской обстановки

В подавляющем большинстве случае для построения требуемой геометрии существует множество альтернативных вариантов. Выбор наиболее рационального варианта [4] в каждом случае зависит от конструктора-проектировщика. Для простейших объектов можно выделить следующие операции задания:

Точки

- Вводом координат;

- Идентифицированием – явным указанием манипулятором;

- Пересечением двух линий, линии и плоскости;

- Преобразованием над существующими точками (перенос, зеркальное отображение, вращение)…

Линии

- Соединением двух точек;

- Пересечением двух поверхностей;

- Вращением точки относительно оси;

- Преобразованием над существующими линиями (проецирование на поверхность);

- Функциональное задание…

Поверхности

- Набором точек;

- Наборам линий по границам и поперечным сечениям;

- Движением линии по заданному закону;

- Функциональное задание;

- Преобразованием над существующими поверхностями;

- Путем сглаживания существующих поверхностей;

- Путем расширения поверхности за свои границы;

- Путем обрезания существующей поверхности…

Твердые тела

- Набором поверхностей;

- Задание примитивами – куб, конус, сфера, клин, тор, цилиндр;

- Движением поверхности по заданному закону;

- Преобразованием над существующими твердыми телами…

Привязки

С целью упрощения работы в системах геометрического моделирования был разработан ряд мер, направленных на упрощение позиционирования объектов в пространстве. В общем, виде их называют привязками. Они позволяют позиционировать объект относительно характерных точек существующей геометрии, таких как: начало системы координат, начало или конец линии, середина линии, центр окружности и т.д.

---

Эскиз

Основным режимом создания твердотельных моделей в современных системах геометрического моделирования являются операции движения поверхности по траектории в пространстве. Поверхность задается в виде плоского замкнутого эскиза. Качество полученных моделей и возможность их последующего использования во многом зависит от правильного подхода к работе с эскизами. Работа в режиме эскиза во многом похожа на традиционные подходы к созданию двухмерных чертежей, но условия их последующего использования накладывает дополнительных ограничения. Которые в первую очередь связаны с необходимостью контроля полученной геометрии на предмет наличия разрывов в контуре, качества полученной геометрии и наличия степеней свободы в эскизе.

Взаимосвязи и ограничения

Наличие степеней свободы [2] в эскизе подразумевает неопределенность поведения геометрии при необходимости изменения отдельных элементов или параметров. Поэтому в качестве одного из основных требований выступает необходимость отсутствия степеней свободы. Которые устраняются за счет введения взаимосвязей и ограничений в эскизе.

Параметризация и история создания модели

В процессе создания модели системой ведется протоколирование работы, и появляется возможность вернуться на более ранний этап проектирования и повторить последующую цепочку команд с новыми параметрами или изменить состав и последовательность операций. Кроме непосредственного доступа к истории создания предоставляется доступ к отдельным параметрам операций за счет явного присвоения им имени. Присвоенное имя может быть использовано для явного редактирования, или применения в качестве вирируемых параметров в модулях оптимизации и в виде функциональных зависимостей.

Концептуальное проектирование

Концептуальное проектирование подразумевает возможность работы конструктора в условиях высокой степени неопределенности. В данном случае подразумевается возможность создания эскиза будущего изделия без простановки размеров и взаимосвязей. В дальнейшем в процессе повышения степени детализации и понимания условий работы проектируемого изделия производится коррекция геометрии, простановка и изменение размеров и взаимосвязей.

§2. Основы инженерного моделирования в СГМ

В данном разделе изложены основные принципы проектирования деталей в среде геометрического моделирования Unigraphics NX5 на примере построения секции фюзеляжа.

2.1. Начало работы

2.1.1. Запуск программы Unigraphics NX

• нажать кнопку Start (Пуск) на панели задач Windows;

• в появившемся меню (рисунок 6) выбрать Programs (Программы) → UGS NX5.0 → NX5.0.

Рисунок 6

2.1.2. Создание нового файла [§3 п. 3.1.1.]

• выбрать опцию меню New (Новый) (рисунок 7);

• в появившемся диалоговом окне Новый Файл (рисунок 8) ввести в текстовом окне имя нового файла, название папки , где будет храниться файл, для создания размерности в миллиметрах указать Единицы (Миллиметры) нажать OK. Примечание: имя файла и название папки должно быть на английском языке.

---