Параметрическое проектирование

Процесс параметрического моделирования (проектирования) (часто используют термин параметризация) — моделирование (проектирование) с использованием параметров элементов модели и соотношений между этими параметрами. Параметризация позволяет за короткое время «проиграть» (с помощью изменения параметров или геометрических отношений) различные конструктивные схемы и избежать принципиальных ошибок.

Параметрическое моделирование существенно отличается от обычного двухмерного черчения или трехмерного моделирования. Конструктор, в случае параметрического проектирования, создает математическую модель объектов с параметрами, при изменении которых происходят изменения конфигурации детали, взаимные перемещения деталей в сборке и т.п.

Идея параметрического моделирования появилась еще на ранних этапах развития САПР, но долгое время не могла быть осуществлена по причине недостаточной компьютерной производительносити. История параметрического моделирования началась в 1989 году, когда вышли первые системы с возможностью параметризации. Первопроходцами были Pro/ENGINEER (трехмерное твердотельное параметрическое моделирование) от Parametric Technology Corporation и T-FLEX CAD (двухмерное параметрическое моделирование) от Топ Системы^{[1] [2]}

Двухмерное параметрическое черчение и моделирование

Параметризация двухмерных чертежей обычно доступна в параметризации двухмерных чертежей практически не используются. Параметрические САПР

Примеры двухмерных САПР с возможностью параметризации:

• T-FLEX CAD 2D - "Урезанный" вариант T-FLEX CAD 3D от российской компании "Топ Системы". Позволяет создавать полностью параметризированные чертежи. Имеется функция автоматической параметризации.
• Solid Edge 2D - "Урезанный" вариант Solid Edge от компании Siemens PLM Software. Программа полностью бесплатна, в том числе для коммерческого применения.
• AutoCAD появилась возможность создавать двухмерные динамические блоки. Динамические блоки фактически представляют собой реализацию табличной параметризации. В вертикальных решениях на базе AutoCAD возможности параметризации обычно значительно шире.
  • AutoCAD Mechanical - специализированное решение для двухмерного машиностроительного проектирования и черчения на базе AutoCAD Mechanical используется собственный механизм параметризации, не связанный с динамическими блоками базовой системы.

Трехмерное твердотельное параметрическое моделирование

Трехмерное параметрическое моделирование является гораздо более эффективным (но и более сложным) инструментом, нежели двухмерное параметрическое моделирование. В современных системах среднего и тяжелого класса наличие параметрической модели заложено в идеологию самих САПР. Существование параметрического описания объекта является базой для всего процесса проектирования.

Примеры САПР, использующих трехмерное твердотельное параметрическое моделирование:

• САПР тяжелого класса французской фирмы Dassault Systemes
• NX (Unigraphics) - САПР тяжелого класса от Siemens PLM Software
• Pro/Engineer - САПР тяжелого класса от Parametric Technology Corporation (PTC)
• САПР среднего класса от САПР среднего класса от Siemens PLM Software
• САПР среднего класса от SolidWorks Corporation (подразделение Dassault Systemes)
• 3design CAD - САПР для ювелирного и графического дизайна от французкого разработчика Vision Numeric
• T-FLEX CAD - российская САПР среднего класса, использующая геометрическую параметризацию от компании Топ Системы
• Компас - известная российская САПР среднего класса от компании АСКОН

Типы параметризации

Табличная параметризация

Табличная параметризация заключается в создании таблицы параметров типовых деталей. Создание нового экземпляра детали производится путем выбора из таблицы типоразмеров. Возможности табличной параметризации весьма ограничены, поскольку задание произвольных новых значений параметров и геометрических отношений обычно невозможно.

Однако, табличная параметризация находит широкое применение во всех параметрических САПР, поскольку позволяет существенно упростить и ускорить создание библиотек стандартных и типовых деталей, а также их применение в процессе конструкторского проектирования.

Иерархическая параметризация

Иерархическая параметризация (параметризация на основе истории построений) заключается в том, что в ходе построения модели вся последовательность построения отображается в отдельном окне в виде "дерева построения". В нем перечислены все существующие в модели вспомогательные элементы, эскизы и выполненные операции в порядке их создания.

Помимо "дерева построения" модели, система запоминает не только порядок ее формирования, но и иерархию ее элементов (отношения между элементами). (Например: сборки -> подсборки -> детали).

Параметризация на основе истории построений присутствует во всех САПР использующих трехмерное твердотельное параметрическое моделирование. Обычно такой тип параметрического моделирования сочетается с вариационной и/или геометрической параметризацией.

Вариационная (размерная) параметризация

Вариационная или размерная параметризация основана на построении эскизов (с наложением на объекты эскиза различных параметрических связей) и наложении пользователем ограничений в виде системы уравнений, определяющих зависимости между параметрами.

Процесс создания параметрической модели с использованием вариационной параметризации выглядит следующим образом:

• На первом этапе создается эскиз (профиль) для трехмерной операции. На эскиз накладываются необходимые параметрические связи.

• Затем эскиз "образмеривается". Уточняются отдельные размеры профиля. На этом этапе отдельные размеры можно обозначить как переменные (например, присвоить имя "Length") и задать зависимости других размеров от этих переменных в виде формул (например, "Length/2")

• Затем производится трехменрая операция (например, выталкивание), значение атрибутов операции тоже служит параметром (например, величина выталкивания).

• В случае необходимости создания сборки, взаимное положение компонентов сборки задается путем указания сопряжений между ними (совпадение, параллельность или перпендикулярность граней и ребер, расположение объектов на расстоянии или под углом друг к другу и т.п.).

Вариационная параметризация позволяет легко изменять форму эскиза или величину параметров операций, что позволяет удобно модифицировать трехмерную модель.

Геометрическая параметризация

Геометрическая параметризацией называется парметрическое моделирование, при котором геометрия каждого параметрического объекта пересчитывается в зависимости от положения родительских объектов, его параметров и переменных.

Параметрическая модель, в случае геометрической параметризации, состоит из элементов построения и элементов изображения. Элементы построения (конструкторские линии) задают параметрические связи. К элементам изображения относятся линии изображения (которыми обводятся конструкторские линии), а также элементы оформления (размеры, надписи, штриховки и т.п.).

Одни элементы построения могут зависеть от других элементов построения. Элементы построения могут содержать и параметры (например, радиус окружности или угол наклона прямой). При изменении одного из элементов модели все зависящие от него элементы перестраиваются в соответствии со своими параметрами и способами их задания.

Процесс создания параметрической модели методом геометрической параметризации выглядит следующим образом:

• На первом этапе конструктор задает геометрию профиля конструкторскими линиями, отмечает ключевые точки.
• Затем проставляет размеры между конструкторскими линиями. На этом этапе можно задать зависимость размеров друг от друга.
• Затем обводит конструкторские линии линиями изображения - получается профиль, с которым можно осуществлять различные трехмерные операции.

Последующие этапы в целом аналогичны процессу моделирования с использованием метода вариационной параметризации.

Геометрическая параметризация дает возможность более гибкого редактирования модели. В случае необходимости внесения незапланированного изменения в геометрию модели не обязательно удалять исходные линии построения (это может привести к потере ассоциативных взаимосвязей между элементами модели), можно провести новую линию построения и перенести на нее линию изображения.

См. также

• Геометрический решатель САПР
• САПР
• Трехмерная графика
• Трехмерное моделирование

Ссылки

• Подборка статей, посвященных параметризации
• Параметризация в КОМПАС 3D
• Параметризация в T-Flex CAD
• Параметризация в SolidWorks
• Проблемы параметризации

Примечания

1. ↑ История CAD от Marian Bozdoc (перевод на русский)
2. ↑ История CAD от Marian Bozdoc (на англ языке)