Принципи параметричного проектування, типовий алгоритм розрахунку СЕМЗ, функції мети, обмеження.

Параметричне моделювання (параметризація) — моделювання (проектування) з використанням параметрів елементів моделі і співвідношень між цими параметрами. Параметризація дозволяє за короткий час «програти» (за допомогою зміни параметрів або геометричних відношень) різні конструктивні схеми і уникнути принципових помилок.

Параметричне моделювання істотно відрізняється від звичайного двомірного креслення або тривимірного моделювання. Конструктор в разі параметричного проектування створює математичну модель об'єктів з параметрами, при зміні яких відбуваються зміни конфігурації деталі, взаємні переміщення деталей в збірці і тому подібне

Ідея параметричного моделювання з'явилася ще на ранніх етапах розвитку САПР, але довгий час не могла бути здійснена унаслідок недостатньої комп'ютерної продуктивності. Історія параметричного моделювання почалася в 1989 році, коли вийшли перші системи з можливістю параметризації. Першопрохідцями були Pro/engineer (тривимірне твердотіле параметричне моделювання) фірми Parametric Technology Corporation і T-FLEX CAD (двомірне параметричне моделювання) фірми Топ Системи.

Двомірне параметричне креслення і моделювання.

Параметризація двомірних креслень зазвичай доступна в cad-системах середнього і важкого класів. Проте упор в цих системах зроблений на тривимірну технологію проектування і можливості параметризації двомірних креслень практично не використовуються. Параметричні cad-системі, орієнтовані на двомірне креслення (легкий клас) частенько є «урізаними» версіями більш просунутих САПР. Приклади двомірних САПР з можливістю параметризації:

• T-FLEX CAD 2D — «урізаний» варіант T-FLEX CAD 3d російської компанії «Топ Системи». Дозволяє створювати креслення, що повністю параметризуються. Є функція автоматичної параметризації.

• Solid Edge 2D — «урізаний» варіант Solid Edge компанії Siemens PLM Software. Програма повністю безкоштовна, у тому числі для комерційного вживання.

• AutoCAD (c оговорками) — починаючи з версії 2010, в AUTOCAD з'явилася можливість створювати параметричні креслення. З версії 2006 в AUTOCAD присутня можливість створювати двомірні динамічні блоки. Динамічні блоки фактично є реалізацією табличної параметризації. У вертикальних рішеннях на базі AUTOCAD можливості параметризації зазвичай значно ширше.

• AutoCAD Mechanical — спеціалізоване рішення для двомірного машинобудівного проектування і креслення на базі AUTOCAD. У AUTOCAD Mechanical використовується власний механізм параметризації, не пов'язаний з динамічними блоками базової системи.

• КОМПАС-График — система двомірного машинобудівного і будівельного проектування і креслення, розроблена компанією АСКОН.

Тривимірне твердотіле параметричне моделювання

Тривимірне параметричне моделювання є набагато ефективнішим (але і складнішим) інструментом, ніж двомірне параметричне моделювання. У сучасних системах середнього і важкого класу наявність параметричної моделі закладена в ідеологію самих САПР. Існування параметричного опису об'єкту є базою для всього процесу проектування.

Приклади САПР, що використовують тривимірне твердотіле параметричне моделювання:

• CATIA — САПР важкого класу французської фірми Dassault Systemes

• NX (Unigraphics) — САПР важкого класу Siemens PLM Software

• Creo Parametric ранее Pro/Engineer — САПР важкого класу Parametric Technology Corporation (PTC)

• Inventor — САПР середнього класу Autodesk

• Solid Edge — САПР середнього класу Siemens PLM Software

• SolidWorks — САПР середнього класу SolidWorks Corporation(підрозділ Dassault Systemes)

• 3design CAD — САПР для ювелірного і графічного дизайну французского разробника Vision Numeric

• T-FLEX CAD — російська САПР середнього класу, що використовує геометричну параметризацію, компанії Топ Системи

• КОМПАС-3D — відома російська САПР середнього класу компанії АСКОН, створена на основі власного ядра геометричного моделювання.

Типи параметризації

Таблична параметризація

Таблична параметризація полягає в створенні таблиці параметрів типових деталей. Створення нового екземпляра деталі виробляється шляхом вибору з таблиці типорозмірів. Можливості табличної параметризації вельми обмежені, оскільки завдання довільних нових значень параметрів і геометричних стосунків зазвичай неможливе.

Проте таблична параметризація знаходить широке вживання у всіх параметричних САПР, оскільки дозволяє істотно спростити і прискорити створення бібліотек стандартних і типових деталей, а також їх вживання в процесі конструкторського проектування.

Ієрархічна параметризація

Ієрархічна параметризація (параметризація на основі історії побудов) полягає в тому, що в ході побудови моделі вся послідовність побудови відображується в окремому вікні у вигляді «дерева побудови». У нім перераховані всі допоміжні елементи, що існують в моделі, ескізи і виконані операції в порядку їх створення.

Окрім «дерева побудови» моделі, система запам'ятовує не лише порядок її формування, але і ієрархію її елементів (стосунки між елементами). Приклад: складання - підскладання - деталі.

Параметризація на основі історії побудов присутня у всіх САПР тих, що використовують тривимірне твердотіле параметричне моделювання. Зазвичай такий тип параметричного моделювання поєднується з варіаційною і геометричною параметризацією.

Варіаційна (розмірна) параметризація

Варіаційна або розмірна параметризація заснована на побудові ескізів (з накладенням на об'єкти ескіза різних параметричних зв'язків) і накладенні користувачем обмежень у вигляді системи рівнянь, що визначають залежності між параметрами.

Процес створення параметричної моделі з використанням варіаційної параметризації виглядає таким чином:

• На першому етапі створюється ескіз (профіль) для тривимірної операції. На ескіз накладаються необхідні параметричні зв'язки.

• Потім ескіз «оброзмірюєтся». Уточнюються окремі розміри профілю. На цьому етапі окремі розміри можна позначити як змінні (наприклад, привласнити ім'я «Length») і задати залежності інших розмірів від цих змінних у вигляді формул (наприклад, «Length/2»)

• Потім виробляється тривимірна операція (наприклад, виштовхування), значення атрибутів операції теж служить параметром (наприклад, величина виштовхування).

• У разі потреби створення збірки, взаємне положення компонентів збірки задається шляхом вказівки сполучень між ними (збіг, паралельність або перпендикулярність граней і ребер, розташування об'єктів на відстані або під кутом один до одного і т. п.). Варіаційна параметризація дозволяє легко змінювати форму ескіза або величину параметрів операцій, що дозволяє зручно модифікувати тривимірну модель.

Геометрична параметризація

Геометричною параметризацією називається параметричне моделювання, при якому геометрія кожного параметричного об'єкту перераховується залежно від положення батьківських об'єктів, його параметрів і змінних.

Параметрична модель, в разі геометричної параметризації, складається з елементів побудови і елементів зображення. Елементи побудови (конструкторські лінії) задають параметричні зв'язки. До елементів зображення відносяться лінії зображення (якими обводяться конструкторські лінії), а також елементи оформлення (розміри, написи, штрихування і т. п.).

Одні елементи побудови можуть залежати від інших елементів побудови. Елементи побудови можуть містити і параметри (наприклад, радіус кола або кут нахилу прямої). При зміні одного з елементів моделі всі залежні від нього елементи перебудовуються відповідно до своїх параметрів і способів їх завдання.

Процес створення параметричної моделі методом геометричної параметризації виглядає таким чином:

• лініями відзначають ключові точки.

• Потім проставляє розміри між конструкторськими лініями. На цьому етапі можна задати залежність розмірів один від одного.

• Потім обводить конструкторські лінії лініями зображення — виходить профіль, з яким можна здійснювати різні тривимірні операції.

Подальші етапи в цілому аналогічні процесу моделювання з використанням методу варіаційної параметризації.

Геометрична параметризація дає можливість гнучкішого редагування моделі. У разі потреби внесення незапланованого На першому етапі конструктор задає геометрію профілю конструкторськими зміни в геометрію моделі не обов'язково видаляти вихідні лінії побудови (це може привести до втрати асоціативних взаємозв'язків між елементами моделі), можна провести нову лінію побудови і перенести на неї лінію зображення.

Визначити мету в конструюванні просто, але процес пошуку оптимального рішення трудомісткий. Можливість через параметри задавати опис моделі, її складових, дозволяє надалі отримувати альтернативні варіанти і вибирати більш оптимальний варіант автоматично.

Одним з головних принципів створення засобів автоматизації конструювання є параметричний підхід.

Параметричне конструювання є основою для паралельного ведення проектно-конструкторських робіт і дозволяє уточнити кінцеву мету конструювання ще на ранніх стадіях реалізації проекту, що визначає ефективність поєднання процесів конструювання, інженерного аналізу і виробництва на єдиному тимчасовому інтервалі і їх взаємній інтеграції.

Параметризація має на увазі використання різних видів взаємодій між компонентамі моделей і додатками, які використовують дану модель. Використання технології параметричного конструювання дозволяє при необхідності легкий змінювати форму моделі, внаслідок чого користувач має можливість швидко отримувати альтернативні конструкції або переглянути концепцію виробу в цілому. За відсутності засобів забезпечення параметричного конструювання модель однозначно визначена лише своєю геометрією, тому внесення щонайменших змін вимагає значних трудових витрат.

Параметризація - це концепція, яка охоплює всі методи для вирішення завдань конструювання. Важливою особливістю сучасної концепції параметричного конструювання є можливість створення геометричних моделей з використанням зв'язків і правил, які можуть перевизначатися і доповнюватися на будь-якому етапі її створення. Зв'язку визначається у вигляді розмірних, геометричних, алгебри співвідношень. Правила визначаються як умови виконання базової операції.

Параметризація з повним набором зв’язків(Жорстка параметризація).

Параметричне конструювання з повним набором зв'язків - це такий режим параметричного конструювання, при якому конструктор повністю задає всі необхідні зв'язки, тим самим однозначно визначаючи форму геометричної моделі виробу. В цьому випадку зміна значення якого-небудь параметра або перевизначення зв'язків спричиняє за собою автоматичну зміну геометрії моделі і не вимагає від конструктора яких-небудь дій з модифікації геометричної моделі. Для режиму жорсткій параметризації характерна наявність випадків, коли при зміні параметрів геометричній моделі рішення взагалі не може бути знайдене, оскільки частина параметрів і встановлені зв'язки вступають в протиріччя один з одним. Тобто така технологія дозволяє управляти зміною форми конструкції в деяких межах, які визначаються інтервалом взаємної несуперечності всієї сукупності параметрів і накладених зв'язків. Існує багато способів завдання параметрів і зв'язків для однієї і тієї ж конструкції. Отже, при використанні цієї технології дуже важливим є порядок визначення і характер накладених зв'язків, які управлятимуть зміною форми конструкції, оскільки для будь-якого способу накладення зв'язків інтервали несуперечності будуть різними.

Параметризація з неповним набором зв’язків (Мягка параметризація).

М'яка параметризація - це режим параметричного конструювання, при використанні якого конструктор може працювати, не замислюючись про порядок, в якому визначені і враховані зв'язку, а також про їх достатність для повного опису геометрії конструкції. Такий підхід дозволяє користувачеві вирішувати проблеми, слідуючи по інтуїтивному, найбільш природній дорозі. З точки зору практичної реалізації м'яка параметризація - це метод для знаходження необхідних розмірів і уточнення орієнтації елементів, що визначають форми конструкції. У основі методу лежить принцип вирішення нелінійних рівнянь, що описують систему зв'язків, керівників формою. Використовуючи механізм вирішення зв'язуючих рівнянь, конструктор може оптимізувати такі параметри, як маса, об'єм конструкції, площа поверхні, центр тяжіння. Ці всі процедури дозволяють або оптимізувати втрати матеріалу, або щоб деталь, що розробляється, була легка у виготовленні, забезпечити підтримку необхідних експлуатаційних показників. Параметризація корисна не лише для моделювання, вона автоматизує ітераційну відладку конструкції. Працюючи в середовищі паралельного конструювання, користувач вказує змінні параметри, задає зв'язуючі умови, визначає цільову функцію і запускає процес оптимізації.

Асоціативна параметризація.

Асоціативна геометрія - це узагальнювальна назва технології параметричного конструювання, що забезпечує єдиний і двосторонній інформаційний взаємозв'язок між геометричною моделлю, розрахунковими моделями, програмами для виготовлення виробів на верстатах ЧПУ, конструкторською БД. Технологія АГ - це технологія асоціативного конструювання, яка базується на безпосередньому взаємозв'язку між об'єктами. Параметризація об'єктивніша і незалежна від дій користувачів; створюється на таких як паралельність, ортогональность і перпендикулярність. Переваги використання асоціативної геометрії - швидкість, недолік - користувач повинен повністю задати параметри і орієнтацію елементу, перш ніж приступити до створення наступного елементу

Об’єктно-орієнтоване конструювання.

Цей підхід реалізований на основі певного набору правив і атрибутів, що задаються при виконанні базової операції на додаток до вже заданих зв'язків і асоціативної геометрії. Цей підхід базується на основі двох складових - базових операціях і макро функціях. Фактично, на основі певного набору правив і атрибутів, які задаються при виконанні базової операції. Під базовими операціями розуміються конструктивні елементи, звичні для конструктора, такі як фаски, скруглення, канавки. Макро функції ж задають властивості базових операцій.

При ООМ пред'являються обов'язкові вимоги до базових операцій:

1. Використовувана базова операція має бути повністю визначена; після виконання базової операції її топологія повинна зберігатися і розпізнаватися як базова операція, а також надавати можливості зміни тих, що визначають її геометричних параметрів;

2. Визначення базової операції повинне включати правила, що визначають поведінку геометричної форми, а також засоби контролю за дотриманням цих правил після виконання базової операції.

3. Для підвищення ефективності процесів паралельної розробки додатка для інженерного аналізу і виготовлення повинні мати доступ до опису об'єкту, не вимагаючи при цьому від користувача інформації про об'єкт, яка була раніше використана або застосована цій базовій операції.