- -
- 100%
- +
Введение
Развитие новых технологий постоянно предъявляет все более жесткие требования к современному инженеру-конструктору. Уже давно остались в прошлом те времена, когда все конструкторские расчеты, чертежи и документация выполнялись вручную, а главными инструментами проектировщика были карандаш и кульман. Точность таких чертежей и документации зависела от многих субъективных факторов, таких как тщательность выполнения графического изображения, квалификация проектировщика и пр. Самое плохое, что такие чертежи практически невозможно было редактировать. В результате проектируемый объект мог быть далек от совершенства.
За два последних десятилетия информационные технологии коренным образом изменили принципы конструирования, ускорив при этом процесс разработки изделия, повысив его точность и надежность в десятки раз. Бытует ошибочное мнение, что графические и расчетные системы – это всего лишь цифровая замена проектирования вручную. Хотя в самом начале, конечно, так и было. Первые версии западных программ для работы с инженерной двухмерной графикой были не чем иным, как электронным вариантом карандаша и кульмана. Однако благодаря высоким технологиям сфера конструирования развивалась, и в результате появилась отдельная самостоятельная отрасль – автоматизированное проектирование. Постепенно в графических редакторах стало возможно повторно использовать ранее спроектированные изделия, легко и быстро создавать типовые элементы, самостоятельно оформлять чертежи и прочую документацию. Следом за этим появился механизм параметризации графического изображения.
Переворотом в промышленном проектировании стало применение в конструировании трехмерной графики. Сначала в строительстве, потом в тяжелом машиностроении, а за ними и в других отраслях начали активно искать применение возможностям объемной компьютерной графики. Нельзя сказать, что переход на трехмерную графику был безболезненным. Во-первых, из-за требований стандартов (ГОСТ, СНИП и т. п.), касающихся только плоской графики и, во-вторых, из-за негибкости мышления многих инженеров, упрямо отталкивающих все новое. Однако другого пути не было. Проектная организация, активно использующая современные системы автоматизированного проектирования (САПР) и расчетные комплексы, успевала выполнить и представить несколько полноценных решений определенного проекта, тогда как за то же время другая организация, не применяющая САПР, едва ли успевала подготовить один эскизный проект. Кроме лучшего визуального представления проектируемых изделий, 3D-графика на порядок повышает точность проектирования особенно сложных (составных) объектов, позволяет легко редактировать трехмерную модель. Ассоциативная связь, устанавливаемая в инженерных 3D-системах между моделью изделия, его чертежами, а также документацией на изделие (например, спецификацией), позволяет при внесении изменений в 3D-модель автоматически отобразить все эти изменения в других документах, связанных с моделью. Именно за счет этого и достигается колоссальная экономия времени и затрат труда на проектирование. Дальнейшее развитие САПР дало возможность собрать воедино все данные о проектируемом объекте в системах управления жизненным циклом и инженерными данными, а также гибко управлять этими данными в зависимости от потребностей каждого конкретного предприятия.
Другой ветвью развития компьютерных систем для проектирования являются инженерные расчеты. Этот класс программ начал бурно развиваться с появлением 3D в конструировании и на данный момент очень востребован. Трехмерное представление напряжений от действующих нагрузок, трехмерное распределение (поле) температур, прочностной, кинематический, динамический анализ и многое другое стали доступны инженеру, использующему такие системы. Очень многие расчеты, которые ранее едва ли можно было выполнить или которые требовали суперквалифицированных специалистов, сейчас легко решаются с помощью таких приложений.
На сегодня все существующие программные пакеты, которые предназначены для инженерного моделирования, можно разделить на три категории.
• Системы тяжелого класса. Они содержат мощные гибридные трехмерные редакторы (такие, в которых реализовано как твердотельное, так и поверхностное моделирование), а также встроенные функции для различных инженерных расчетов. Весьма сложны для освоения, требуют специальных знаний и навыков, очень дорогостоящие, однако позволяют создавать и рассчитывать модели практически любых форм. Это системы класса Pro\ENGINEER, CATIA и пр.
• Системы среднего класса. Такие системы сейчас наиболее распространены и популярны. Они позволяют решать большинство задач проектирования на основе, как правило, твердотельного моделирования, уделяя при этом немало внимания и плоскому черчению. Могут иметь небольшие модули, решающие типовые расчетные задачи. Сравнительно недорогие, легкие в освоении, ориентированы на пользователя (то есть на обычного инженера) и не столь требовательны к аппаратным средствам, как системы тяжелого класса. К этим системам можно отнести Autodesk Inventor, SolidWorks, Solid Edge и т. д.
• Узкоспециализированные модули. Это, как правило, небольшие программы, автоматизирующие решение нетипичной узкопрофильной задачи конкретной отрасли промышленности или человеческой деятельности. Эти приложения могут как быть самостоятельными, так и базироваться на каких-либо программных пакетах тяжелого или среднего классов (так называемые подключаемые модули или библиотеки).
Радует тот факт, что в области инженерного проектирования среди систем среднего класса есть представители не только западных IT-компаний. Хорошим примером тому служит российская система трехмерного твердотельного моделирования КОМПАС-3D, которой и посвящена эта книга. Всего за последние несколько лет КОМПАС-3D из плоского чертежного редактора вырос во многофункциональную систему 3D-CAD с собственным математическим ядром. Большим плюсом этой программы является поддержка как западных, так и отечественных стандартов выполнения чертежей и подготовки документации. Кроме того, собственные ноу-хау в сфере трехмерного моделирования, удобный чертежно-графический редактор, большое количество вспомогательных приложений могут сделать ваше проектирование не только быстрым и точным, но и приятным.
Для кого предназначена книгаКнига предназначена для студентов технических вузов, а также инженеров-конструкторов, использующих на своих предприятиях КОМПАС-3D. Она состоит из шести глав, в которых последовательно рассмотрены различные аспекты работы с новейшей версией программы – практически все, что вам может понадобиться в работе. Отличительной особенностью данного издания является его насыщенность практическими примерами достаточной сложности, чтобы научиться профессионально работать в КОМПАС-3D. Они достаточно обширны (освещают большинство функций, которые наиболее часто используются на практике), взяты из реальной жизни, поэтому не являются абстрактными.
Структура книгиВ первой главе приведено общее описание системы КОМПАС-3D V10, ее интерфейса и настроек. Подробно рассмотрены вопросы, касающиеся настройки программы, ее внешнего вида, панелей инструментов, меню и т. д. с учетом требований конкретного пользователя. Знания, полученные после прочтения этой главы, позволят настроить систему для себя. Кроме того, при возникновении тех или иных проблем с интерфейсом вы можете не тратить много времени на поиск нужной кнопки или команды меню, а обратиться к данной главе.
Вторая глава полностью посвящена плоскому черчению. В ней описано создание и редактирование графических объектов (примитивов), использование привязок и вспомогательных объектов при построении, представлен обзор практически всех команд графического редактора последней версии КОМПАС. Отдельный раздел этой главы посвящен работе с видами и слоями в КОМПАС-График. В качестве практического примера рассмотрено пошаговое построение и оформление сборочного чертежа одноступенчатого цилиндрического косозубого редуктора.
В третьей, самой объемной главе рассказывается об общих принципах трехмерного твердотельного моделирования, а также об особенностях их реализации в системе КОМПАС-3D. Отдельно описан процесс создания единичных деталей и трехмерных сборок. Небольшой раздел посвящен параметрическому моделированию. Практическая часть этой главы состоит из двух разделов. В первом приведен пример разработки трехмерной модели (сборки) того редуктора, чертеж которого был создан во второй главе. Второй раздел содержит оригинальные примеры построения различных моделей, которые, на первый взгляд, невозможно выполнить средствами твердотельного моделирования (пружины, червяк и червячное колесо, текст на цилиндре и пр.).
В четвертой главе рассмотрено на примерах создание спецификаций в редакторе спецификаций системы КОМПАС. Сначала разрабатывается спецификация для двухмерного чертежа редуктора, спроектированного во второй главе, потом спецификация для трехмерной модели этого же редуктора и, наконец, для ассоциативного чертежа, созданного с трехмерной модели редуктора.
Пятая глава рассказывает о прикладных библиотеках к системе КОМПАС и их назначении. В главе представлен небольшой обзор (естественно, с примерами) некоторых наиболее важных стандартных библиотек КОМПАС, а также бесплатных библиотек, разработанных пользователями и выложенными на сайте технической поддержки компании «АСКОН» (http//www.ascon.ru).
Шестая глава, завершающая книгу, расскажет о различных способах расширения возможностей системы. В главе вы найдете пример разработки (написания) собственной прикладной библиотеки к системе КОМПАС-3D, которая позволяет автоматически создать трехмерные модели зубчатых колес.
Все примеры, рассмотренные в книге, вы можете найти на компакт-диске, прилагаемом к книге. Обратите внимание, что для нормального открытия примеров нужна лицензионная версия программы КОМПАС-3D V10. В версии КОМПАС-3D V10 LT нельзя открыть сборки. В таком случае для просмотра этих файлов можно воспользоваться программой КОМПАС-3D Viewer V10, которую вы найдете на прилагаемом компакт-диске.
Надеюсь, что с помощью этой книги вы на 100 % освоите КОМПАС, изучите множество различных приемов, которые облегчают моделирование и черчение, а также позволяют в полной мере использовать потенциал этой замечательной программы.
Об авторе
Максим Кидрук – в прошлом инженер-программист компании «АСКОН-Комплексные Решения» Киевского представительства компании «АСКОН». По образованию – инженер-теплоэнергетик (окончил с отличием механико-энергетический факультет Национального университета водного хозяйства и природопользования, г. Ровно, Украина).
Автор многочисленных статей о КОМПАС-3D, трехмерной графике, моделировании и программировании в журналах «CAD/CAM/CAE Observer», «САПР и графика», «Материалообработка и инструмент», газете «IT News». Сертифицированный специалист по КОМПАС-3D. Кроме досконального владения инструментарием КОМПАС, хорошо знает систему «изнутри» и является разработчиком большого количества прикладных библиотек к программе (хорошо известны его проекты Редуктор-2D, Редуктор-3D, Библиотека муфт и пр.). В настоящее время Максим Кидрук является аспирантом сразу двух университетов: Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт» и Королевского технологического института (Стокгольм, Швеция).
От издательства
Ваши замечания, предложения и вопросы отправляйте по адресу электронной почты dgurski@minsk.piter.com (издательство «Питер», компьютерная редакция).
Мы будем рады узнать ваше мнение!
На сайте издательства http://www.piter.com вы найдете подробную информацию о наших книгах.
Глава 1
Пользовательский интерфейс и настройки системы
• КОМПАС-3D V10: первое знакомство
• Главное меню КОМПАС-3D V10
• Компактная и другие панели инструментов
• Настройка системы
• Особенности последних версий КОМПАС-3D
• Резюме
Прежде чем приступить к непосредственному рассмотрению черчения и моделирования в системе КОМПАС-3D, необходимо уделить некоторое внимание интерфейсу и возможностям изменения настроек данного приложения. Этот вопрос имеет далеко не второстепенное значение, ведь доскональное владение приемами и средствами работы зачастую позволяет не задумываясь найти более легкий и изящный путь для решения той или иной задачи. Хорошо настроенный интерфейс разрешает конкретному пользователю более гибко управлять программным пакетом. Напротив, нестандартный и непривычный набор элементов управления вызывает множество неудобств, замедляющих и затрудняющих проектирование, и в конечном итоге является причиной усталости и раздражения пользователя после длительного сеанса работы с приложением. Конечно, если вы недостаточно изучите все нюансы интерфейса и будете осваивать их по мере необходимости, вы всегда сможете воспользоваться справкой по КОМПАС-3D, документацией, сопровождающей программу, а также этой книгой. Однако согласитесь, намного удобнее, один раз основательно изучив интерфейс и настроив систему для себя, спокойно работать с приложением, чем каждый раз листать страницы книги, рыться в электронной документации или пытаться что-либо понять в сухих и зачастую непонятных тезисах справки.
Эта глава может показаться скучной и неинтересной. Здесь не будет практических примеров или полезных советов, раскрывающих неочевидные аспекты работы с программой, то есть всего того, что может сделать чтение технической книги не менее увлекательным, чем художественной. Однако, если вы только начинаете работать с КОМПАС-3D, я настоятельно рекомендую внимательно ознакомиться с содержанием данной главы, так как в будущем это может значительно сэкономить вам время при черчении и оформлении документации в системе КОМПАС-3D.
КОМПАС-3D V10: первое знакомство
Любой современный графический редактор обладает достаточно сложным интерфейсом. Как правило, конструкторские системы, представленные сегодня на рынке САПР, развиваются уже не один год. Они успели за это время накопить множество различных функций, вспомогательных команд, мастеров, подключаемых модулей и пр. Поэтому, наряду с функционалом CAD-системы, имеет огромное значение удобство ее интерфейса (во многом именно это определяет популярность самой системы на рынке). Основательное изучение особенностей интерфейса способствует более скорому приобретению опыта и хороших навыков в работе с системой, что в конечном счете ведет к повышению скорости и качества проектирования. Весомым аргументом в пользу изучения интерфейса является также и то, что при столь богатом функционале пользователь может просто не догадываться об отдельных возможностях системы. Поверьте, большинство проблем, возникающих во время работы, связано не с недостатками графического редактора, а с упрямым нежеланием разбираться в предоставляемых программой возможностях.
Итак, пользовательский интерфейс (User Interface, UI) – это набор стандартных и специальных элементов управления Windows (кнопки, переключатели, поля ввода, списки, статический текст, изображения и пр.), с помощью которых осуществляется интерактивное взаимодействие экземпляра приложения (Application) непосредственно с пользователем. Забегая вперед, скажу, что среди многих, как российских, так и зарубежных конструкторских систем, предназначенных для трехмерного твердотельного моделирования, по удобству пользования и легкости в освоении КОМПАС считается одной из лучших.
КОМПАС-3D – это приложение многодокументного интерфейса (Multiple Document Interface, MDI). Что это означает? Приложения MDI позволяют открывать несколько файлов (документов) одновременно, а также использовать для отображения данных одного документа несколько представлений (отдельных окон). Таким образом, при выполнении сложных проектов можно одновременно работать с несколькими документами в одном сеансе.
Важной особенностью таких приложений является поддержка файлов различных типов. Это означает, что в рамках одного и того же программного пакета вы можете работать с разными документами, представленными файлами разных форматов (например, файлам чертежей соответствуют документы КОМПАС-3D – КОМПАС-Чертеж и КОМПАС-Фрагмент, а файлам 3D-моделей – КОМПАС-Деталь и КОМПАС-Сборка). Фактически, большинство наиболее популярных современных приложений создано на базе интерфейса MDI, обеспечивающего пользователю наибольшую гибкость в представлении данных и удобство в работе с документами.
Программный пакет КОМПАС-3D можно условно разделить на три большие составляющие:
• КОМПАС-3D – модуль для работы с трехмерными моделями;
• КОМПАС-График – чертежно-графический редактор;
• редактор спецификаций и текстовых документов.
Каждой составляющей соответствуют свои типы файлов, а каждому типу файлов – отдельный значок и собственное расширение.
Сразу после первого запуска программы появляется окно Вид приложения, позволяющее настроить вид приложения, наиболее привычный и удобный для пользователя.
Настройкам в этом окне будет уделено более пристальное внимание чуть позже, при рассмотрении системных настроек программы.
При первом запуске КОМПАС выводит на экран Стартовую страницу (рис. 1.1). На данной странице отображено несколько ссылок, используя которые вы можете выполнить одно из следующих действий:
• Новые возможности этой версии – после щелчка на этой ссылке откроется раздел справки, в котором будут перечислены все новинки, реализованные в текущей версии программы;
• Учебное пособие «Азбука КОМПАС» – получить доступ к интерактивному учебному пособию, позволяющему самостоятельно освоить отдельные приемы работы с программой. Подробнее о ней будет рассказано в конце главы;
• Форум пользователей КОМПАС – перейти на интернет-страницу форума пользователей системы КОМПАС, где вы сможете задать интересующий вас вопрос или просто пообщаться на различные темы;
• Сайт Службы технической поддержки – перейти на сайт службы технической поддержки, где вы сможете обратиться за помощью к специалисту;
• Написать письмо в Службу тех. поддержки;
• Сайт компании АСКОН – посетить официальный сайт компании «АСКОН».
Рис. 1.1. Стартовая страница КОМПАС-3D V10
Как вы уже заметили, при первом запуске программы главное меню в верхней части окна содержит минимальное количество пунктов, а под меню находится всего лишь одна панель инструментов. С чего начинать освоение этой среды проектирования? Первым делом нужно выбрать тип создаваемого файла (тип документа). Типы документов могут быть разными, и их выбор производится в зависимости от того, что нужно пользователю: создать модель, чертеж, оформить спецификацию и т. п. Указать тип файла можно в окне Новый документ (рис. 1.2), для вызова которого следует выполнить команду меню Файл → Создать или нажать комбинацию клавиш Ctrl+N.
Рис. 1.2. Окно выбора типа создаваемого документа
В 10-й версии программы разработчики еще более упростили жизнь пользователю, добавив ссылки на все типы документов прямо на стартовую страницу (см. рис. 1.1).
Пользователю доступно несколько типов файлов.
• Деталь
– это документ КОМПАС-3D, содержащий трехмерное изображение (3D-модель) определенного объекта или изделия, сформированного путем последовательности формообразующих операций (добавления, удаления материала детали, булевы операции) и представляющего собой единое целое.
Это не означает, что в реальном мире деталь, выполненная в КОМПАС, должна обязательно быть нераздельной. Просто при моделировании всегда есть некоторое упрощение (умышленное пренебрежение несущественными особенностями), и изделие, которое в действительности состоит из нескольких компонентов (например, соединенных сваркой), в модели может быть представлено как одна деталь. Деталью может быть модель лопатки турбины, модель вала и пр. Документам этого типа соответствуют файлы моделей с расширением M3D.
Примечание
Начиная с версии КОМПАС-3D V8 Plus, в программе добавилась возможность создавать несколько твердых тел в одной детали – так называемое многотельное моделирование. Это означает, что сама модель теперь может состоять из нескольких разрозненных частей, хотя деталь все равно интерпретируется системой как единое целое. В более ранних версиях КОМПАС-3D деталь обязательно должна была быть нераздельной – представленной одним твердым телом в модели. Следующие из этого особенности моделирования, а также преимущества многотельного моделирования описаны в гл. 3.
• Сборка
– это также трехмерный документ, который содержит 3D-модель, но уже значительно более сложного объекта, состоящего из двух и более деталей. В состав сборки могут входить детали КОМПАС-3D, стандартные (библиотечные) компоненты, трехмерные модели или поверхности, импортированные из других систем моделирования, а также другие сборки (подсборки) системы КОМПАС. Компоненты сборки размещены определенным образом в пространстве. Такое их взаимное размещение, определяющее способы соединения, крепления или контакта отдельных составных частей, и формирует модель сложного объекта (механизма, агрегата или здания). Сборкой может быть, например, зубчатая передача: два зубчатых колеса, соединенных шпонками с валами и собранных в зацепление. Файлы сборок имеют расширение A3D.
Примечание
В КОМПАС-3D V10 геометрическое ядро программы было усовершенствовано. Основное нововведение состоит в том, что теперь в моделях сборок можно пользоваться всеми теми же формообразующими операциями, что и в деталях. Это означает, что сборка помимо тел, внесенных в нее из других компонентов (деталей, подсборок), может содержать собственные тела, созданные и размещенные прямо в пространстве сборки.
• Чертеж
– главный графический документ системы КОМПАС-3D. Кроме собственно графического изображения какого-либо объекта (содержащего стандартные проекционные виды, виды-разрезы, выносные виды), в документ КОМПАС-Чертеж входит основная надпись, рамка и другие элементы оформления, предусмотренные стандартами. Эти элементы оформления можно настраивать в зависимости от конкретных требований. На чертеже также можно произвольно размещать текст, таблицы, растровые изображения и пр. Данные этого типа документа сохраняются в файлах с расширением CDW.
• Фрагмент
– еще один графический документ системы КОМПАС, носящий вспомогательный характер. Фрагмент, как и чертеж, может содержать двухмерное изображение изделия, но во фрагменте нет основной надписи, рамки или каких-либо других элементов оформления. Фактически, фрагмент – это чистый лист, на котором проектировщик рисует какие угодно эскизы, схемы, типовые элементы, которые он затем может неоднократно использовать при создании и оформлении чертежей. Важным отличием фрагмента от чертежа является то, что во фрагменте невозможно разместить несколько видов – все рисуется в текущем виде, в масштабе один к одному (подробнее о видах и слоях рассказано в гл. 2). Фрагменты сохраняются в файлах с расширением FRW.
• Спецификация
– документ КОМПАС-3D, который позволяет создавать электронные варианты различных технических документов: спецификаций, ведомостей, таблиц изменений, перечней и пр. Спецификация может быть ассоциативно связана с соответствующим ей документом (чертежом или сборкой). При этом все изменения, вносимые в чертеж или модель, будут автоматически отображаться и в спецификации. Оформление спецификаций (основная надпись, рамка) настраивается в зависимости от требований конкретной категории пользователей согласно ГОСТ. Файлам спецификаций соответствует расширение SPW.
• Текстовый документ
– документ, содержащий обычный текст. Применяется для создания и хранения технических требований, оформления пояснительных записок и т. п. Файл текстового документа, созданный в системе КОМПАС, имеет расширение KDW.