Основы параметрического проектирования
Основы параметрического проектирования
В соответствии с общей идеологией системы Автокад главное ее предназначение - вовсе не рисование чертежей на компьютере (это приводит к падению производительности труда конструктора в 2..3 раза [2]), а создание на ее основе специализированной САПР определенного класса изделий. Такие САПР резко, в 15..20 раз повышают производительность.
Как же надо правильно использовать Автокад? Анализ работы конструкторско-технологических служб ряда промышленных предприятий позволил установить, что одна из наиболее трудоемких проектных процедур в ходе КТПП - разработка конструкторской документации на ряд близких по конструкции деталей и/или сборочных единиц (ДСЕ), отличающихся в основном своими размерными параметрами или вариантами исполнения. Данная процедура является трудоемким и нетворческим процессом с низкой производительностью и высокой вероятностью внесения ошибок. Особенно часто требуется выпускать конструкторскую документацию на средства технологического оснащения (СТО) машиностроительного производства: тиски, кондукторы, пресс-формы и т.д., причем подготовка этой документации должна вестись опережающими темпами для обеспечения времени на изготовление СТО к моменту запуска изделия в производство.
Следует четко определить, какие изделия можно считать подлежащими параметризации. При рассмотрении 2D-проекций детали видно, что они могут быть разбиты на элементарные графические примитивы: отрезки и дуги (рисунок 7.1, а). Каждый примитив однозначно определяется координатами своих базовых точек: начальной и конечной точек отрезка, начальной, конечной точек и центра дуги. Тогда проекцию можно представить в виде графа, вершины которого соответствуют базовым точкам, а ребра - параметрическим связям между ними (рисунок 7.1, б).
Рисунок 7.1 - Проекция детали (а) и ее представление в виде графа (б).
Каждая связь i-j,
проходящая от i-й до j-й базовой точки есть вектор параметров
Введем следующее определение:
Два объекта называются конструктивно подобными, если их соответствующие проекции представляются одними и теми же графами.
Использование графов дает возможность, задавшись произвольными координатами
Таким образом, имея граф, описывающий семейство однотипных объектов, конструктору достаточно задать размерные связи между его базовыми точками, а специализированная САПР выполнит обход графа, расчет координат и отображение полученной проекции. Для этого представим граф в виде функции отображения (топологической функции) вида
x,y
- координаты начальной точки,
Многие изделия представляются в виде вариантных чертежей, когда изделие состоит из постоянной части с варьируемыми размерами и вариантной части с уникальной геометрией. Например, для станочных тисок проектируются уникальные губки под каждую конкретную деталь, фиксируемую этими тисками, но корпус, ходовой винт, струбцина и прочие ДСЕ тисок остаются конструктивно неизменными. В данном случае определение конструктивно подобного изделия не выполняется. Поэтому необходимо ввести понятие варианта конструкции, для чего следует разбить граф проекции на константную часть C и переменную часть V. Тогда достаточно потребовать соответствия графов только константных частей для их автоматизированного параметрического проектирования, а вариантные части, являющиеся уникальными, проектируются с применением универсальных САПР с последующим объединением частей C и V.
Очень часто конструктору приходится выпускать документацию на ряд изделий, которые отличаются только своими размерами (линейными или угловыми), а форма их остается неизменной. Яркий пример таких изделий - технологическая оснастка: кондукторы, мерительный инструмент, пресс-формы и др. (рисунок 7.2).
Рисунок 7.2 - Конструктивно однородные изделия.
Сущность параметрического проектирования
состоит в создании математической модели класса конструктивно однородных изделий, а затем в генерации изображений этих изделий по набору задаваемых размерных параметров.
При параметрическом проектировании конструктор запускает программу, рассчитанную на определенный класс изделий, и вводит требуемые размеры. Программа отрисовывает на экране чертеж детали. Конструктор оценивает его и при необходимости вводит размеры снова до достижения требуемого результата. Одновременно может рассчитываться масса детали, что позволяет контролировать ее "на ходу", прямо в процессе проектирования.
Проекция изделия как векторное изображение состоит из множества базовых геометрических элементов
- отрезков и дуг. Положение этих элементов на плоскости определяется координатами их базовых точек
(рисунок 7.3). Для отрезка базовыми точками являются его начало и конец, а для дуги - начало, конец и центр (дугу можно задать и через другие параметры: радиус, угол, направление и т.д. Автокад поддерживает 18 способов задания дуги).
Рисунок 7.3 - Базовые точки геометрических примитивов.
Таким образом, программа-параметризатор рабоает по следующему алгоритму:
1. Ввод исходных данных;
2. Отрисовка текущего варианта
3. Запрос пользователю: повторить?
4. Если да, то переход на п. 1
5. Конец
Несомненно, здесь нужен большой цикл типа WHILE, который мы уже рассматривали в такой роли.
Попробуем написать простейший параметризатор для детали, изображенной на рисунке 7.4.
Рисунок 7.4 - Заданная геометрия детали.
Сначала нужно определиться с координатами базовых точек. Поскольку проекция симметрична, достаточно найти координаты только двух точек А и В. Нижняя половина проекции отрисуется автоматически при помощи команды Автокада ЗЕРКАЛО.
Не нужно делать лишнюю работу вместо компьютера. компьютер должен работать, а человек - думать.
Определим размерные параметры детали. Очевидно, их два: длина цилиндра и его диаметр.
Для сложных деталей возможны различные наборы размеров. подходящий набор выбирается из технологических соображений.
Для расчета необходимо задаться точкой привязки - опорной точкой, определяющей положение проекции на листе чертежа. Условимся считать опорной точкой левый конец осевой линии. Также, заглянув в ЕСКД, условимся, что осевая линия выходит за контур на 5мм.
Итак, на входе нашей функции:
- координата Х
точки привязки;
- координата Y
точки привязки;
- длина цилиндра L;
- диаметр цилиндра D.
Нужно найти:
- координату X
точки A (обозначим AX);
- координату Y
точки A (обозначим AY);
- координату X
точки B (обозначим BX);
- координату Y
точки B (обозначим BY).
Очевидно, что:
Будем считать, что наша функция отображения (назовем ее show) вызывается из некоторой головной функции и ей передаются параметры x, y, l, d
(координаты точки привязки, длина и диаметр цилиндра соответственно). Результаты расчета нужно записывать в локальные переменные функции show. Соображения экономии памяти, а также хорошего стиля программирования приводят к тому, что нам хватит всего двух локальных переменных: в переменную tmp мы будем заносить текущие результаты расчетов, а в переменную lst - список рассчитанных координат. Этот список будет состоять из двух элементов (точки A и B), каждый из которых, в свою очередь, тоже будет списком их двух координат: X
и Y:
Пишем программу (легко сказать...):
|
( DEFUN show ( x y d l / tmp lst ) ; x, y, s, l - параметры ; tmp, lst - локальные переменные ; координата x точки A записывается в переменную tmp ( SETQ tmp ( + x 5 ) ) ; в переменную lst записывается список координат ; точки A ( SETQ lst ( LIST tmp ( + y ( / d 2 ) ) ) ) ; координата x точки B записывается в переменную tmp ( SETQ tmp ( + x 5 l ) ) ; в переменную tmp записывается список координат ; точки B ( SETQ tmp ( LIST tmp ( + y ( / d 2 ) ) ) ) ; в список lst добавляется точка B ( SETQ lst ( LIST lst tmp ) ) ); конец функции |
Листинг 7.1 - Функция расчета координат базовых точек.
Отрисовку будем выполнять в той же функции show.
|
. . . ; Удаляем все объекты ( COMMAND "СОТРИ" "РАМКА" '( -10000 -10000 ) '(10000 10000) "" ) ; Рисуем осевую линию красным цветом (код 1) ; и штрих-пунктирно (тип линии CENTER) ( COMMAND "ЦВЕТ" 1 "ТИПЛИН" "У" "CENTER" "") ( COMMAND "ПЛИНИЯ" ( LIST x y ) ( LIST ( + x l 10 ) y ) "" ) ; Рисуем контур детали белым цветом (код 1) ; и сплошной линией (тип линии CONTINUOS) ( COMMAND "ЦВЕТ" 7 "ТИПЛИН" "У" "CONTINUOUS" "") ( COMMAND "ПЛИНИЯ" ( LIST ( + x 5 ) y ) ; левая точка пересечения осевой ; с контуром ( CAR lst ) ; точка A ( CADR lst ) ; точка B ( LIST ( + x l 5 ) y ) ; правая точка пересечения осевой с контуром "" ) ; прерывание команды "ПЛИНИЯ" ( COMMAND "ЗЕРКАЛО" ( CAR lst ) ; выбрали объект, указав точку А "" ; прервали выбор объектов ( LIST x y ) ; первая точка осевой линии - ;точка пересечения контура с осевой слева ( LIST ( + x 5 ) y ) ; вторая точка осевой линии "Н" ) ; старые объекты не удалять ; Проставляем длину ( COMMAND "ЦВЕТ" 1 ) ( COMMAND "РАЗМЕР1" "ГОР" ; размер горизонтальный ( CAR lst ) ; начало первой выносной линии - точка А ( CADR lst ) ; начало второй выносной линии - точка В ( POLAR ( CAR lst ) ( / PI 2 ) 30 ) ; размерная линия ; отстоит от контура на 30мм "" ) ; размерный текст ставится автоматически ; Проставляем диаметр ( COMMAND "РАЗМЕР1" "ВЕР" ( CADR lst ) ( LIST ( CAR ( CADR lst ) ) ( - ( CADR ( CADR lst ) ) d ) ) ( POLAR ( CADR lst ) 0 30 ) ; "@" - знак диаметра в шрифте eskd.shx. ; После него выводим диаметр, преобразованный ; в текстовую строку ( STRCAT "@" ( RTOS d 2 2 ) ) ) ( COMMAND "ПОКАЖИ" "ВСЕ" ) ); конец функции |
Листинг 7.2 - Функция расчета координат базовых точек и отрисовки.
Размерные параметры конкретного изделия вводятся конструктором с клавиатуры. Следует помнить, что человеку свойственно ошибаться, а также развлекаться, вводя слово "Вася" в ответ на запрос "Введите диаметр". Поэтому в функции ввода исходных данных следует предусмотреть хотя бы минимальную защиту от ввода некорректных значений. Для этого используется функция INITGET.
Итак, функция ввода данных на входе не имеет параметров, а вот возвращать она должна несколько чисел. Единственный способ возвратить несколько значений - объединить их в список. Теперь мы можем написать функцию ввода данных для нашего примера (назовем ее getdim).
|
( DEFUN getdim ( / l d ) ; ввод длины и диаметра ; возвращаемый список: ( диаметр длина ) ( INITGET 7 ) ; запрет пустого ввода и ввода чисел <=0 ( SETQ l ( GETREAL "\nВведите длину валика: " ) ) ( INITGET 7 ) ( SETQ d ( GETREAL "\nВведите диаметр валика: " ) ) ( LIST d l ) ; возвращаемое значение ) ; конец функции getdim |
Головная функция должна выполнять подготовительные операции (например, установку системных переменных Автокада для отрисовки размеров в соответствии с требованиями ЕСКД) и циклический вызов двух остальных функций: getdim
и show. Для удобства перед именем головной функции можно добавить символы "C:". Тогда в Автокаде появится новая команда с именем вашей головной функции и можно будет не набирать скобки при ее вызове. В примере головная функция называется C:main, поэтому для ее вызова в командной строке Автокада достаточно набрать main.
Самостоятельно разберитесь с одним из возможных вариантов организации цикла, приведенном в примере.
|
( DEFUN C:main ( / l x y flag ) ; Устанавливаем размерные переменные по ЕСКД ; Текст над размерной линией, а не в разрыве ( SETVAR "DIMTAD" 1 ) ; Текст вне размерных линий параллелен линиям ( SETVAR "DIMTOH" 0 ) ; Текст между размерными линиями горизонтален ( SETVAR "DIMTIH" 0 ) ; Проведение линии между выносными, если текст сбоку ( SETVAR "DIMTOFL" 1 ) ; Продолжение выносных линий за размерными, мм ( SETVAR "DIMEXE" 1 ) ; Отключение генерации допусков ( SETVAR "DIMTOL" 0 ) ; Размер стрелок ( SETVAR "DIMASZ" 3 ) ; Продолжение выносных линий за размерную ( SETVAR "DIMEXE" 3 ) ( SETQ flag T ) ( WHILE flag ( SETQ l ( getdim ) x 10 y 10 ) ( show x y ( CAR l ) ( CADR l ) ) ( SETQ ans ( GETSTRING "\nПовторить?<Д/Н>: " ) ) ( SETQ flag ( OR ( = ans "Д" ) ( = ans "д" ) ) ) ); конец WHILE ( PRIN1 ) ) |
