System CAD. Ale jaki? cz. II

-- czwartek, 01 czerwiec 2006 12:04

Odpowiedź na postawione w poprzednim numerze pytanie nie jest łatwa. Zależy od tego, co projektujemy i jakich narzędzi używamy do projektowania. Jeżeli korzystamy z systemu CAD, to zasadne wydaje się określenie, w jakim systemie tworzymy projekt. I nie chodzi tu wyłącznie o konkretny system, ale o jego rodzaj, bo to niewątpliwie wpływa na metody, jakie mogą być zastosowane przez konstruktora w procesie projektowania. Dzisiaj przyjrzymy się bliżej zagadnieniom stylizacji powierzchni, modelowania funkcjonalnego i projektowania wspomaganego bazą wiedzy

Systemy CAD – stylizacja powierzchni (Styling Design)

Obie, omówione w poprzednim numerze grupy systemów CAD (modelowanie bezpośrednie i modelowanie wspomagane cechami konstrukcyjnymi) dotyczą tego, co można by nazwać definiowaniem inżynierskiej reprezentacji geometrycznej części. Słowo ‘inżynierskiej’ wskazuje na przeznaczenie modelu – precyzyjna definicja geometrii, potem generowanie dokumentacji technicznej, analiza technologiczności, definiowanie technologii obróbki oraz produkcja.

STYLIZACJA powierzchni – przykłady projektowania kształtu

Bardzo często, zanim w modelu ‘inżynierskim’ powstanie precyzyjna definicja kształtu części powstaje model, w którym aspekty estetyczne, a nie dokładnie zdefiniowane wymiary, mają podstawowe znaczenie. Model przestrzenny takiej części nie musi zawierać żadnego parametru inżynierskiego (na przykład położenie w przestrzeni czy wymiary) i dlatego nie ma potrzeby stosowania inżynierskiej aplikacji do definicji jej kształtu. Co więcej kryteria oceny jakości takiego modelu powierzchniowego są różne od tych, które są zazwyczaj stosowane przez inżyniera mechanika. Taki rodzaj modelowania powierzchniowego nosi nazwę Freestyle, co mogłoby być przetłumaczone na modelowanie swobodne. Stylizacja powierzchni, nazywana oficjalnie wzornictwem przemysłowym, czasami definicją kształtu (formy) projektowanego wyrobu lub bardziej swojsko ‘design’, wymaga zastosowania takiego systemu CAD, w którym będzie możliwa nie tylko ocena jakości pojedynczej powierzchni, ale także analiza warunków ciągłości poszczególnych płatów powierzchni. Ta ciągłość, wskazana już wcześniej jako warunek poprawnej topologii modelu powierzchniowego nabiera w modelu estetycznym zupełnie innego znaczenia.

Dla konstruktora-mechanika istotne jest najczęściej to, aby model powierzchniowy był ciągły geometrycznie (mówimy tu o ciągłości typu G0), czyli aby poszczególne płaty powierzchni miały wspólne krawędzie. Model powierzchniowy jakiejś części nie może mieć przecież szczelin! Czasami zwykła ciągłość geometryczna nie wystarcza, bo potrzebna jest styczność krzywych lub powierzchni – mówimy wtedy o ciągłości typu G1.

Dla projektanta-stylisty ciągłość typu G0 i G1 to jednak za mało, bo jest oczywiste, że powierzchnia klapy bagażnika nowego modelu samochodu lub obudowy odkurzacza musi być ciągła. Poprawny model stylistyczny musi uwzględniać aspekty estetyczne powierzchni zewnętrznej wyrobu, a te wymuszają zastosowanie bardziej wyrafinowanych algorytmów definiowania powierzchni, kontroli ich jakości (na przykład poszukiwanie obszarów z mikro-nierównościami) oraz analizy połączeń tych powierzchni (ciągłość typu G2 lub G3). Dwie powierzchnie są ciągłe według kryterium G2, jeżeli w każdym punkcie ich wspólnej krzywej granicznej mają taką samą krzywiznę (promień krzywizny). Jeżeli ciągłość typu G2 nie wystarcza, bo konieczne jest zachowanie podobnych zmian krzywizny (gradientu) w obszarach bliskich wspólnej krawędzi, to mówimy o ciągłości typu G3.

Projektant-stylista oczekuje od systemu CAD nie tylko swobody w definiowaniu powierzchni, ale także, a może przede wszystkim zaawansowanych możliwości modyfikacji, tak pojedynczych płatów powierzchni jak również topologicznie powiązanych grup powierzchni. Zakres modyfikacji modelu powierzchniowego niezbędny dla projektanta- stylisty obejmuje klasyczne transformacje geometryczne (skalowanie, symetria, obrót czy przesunięcie) oraz globalną deformację modelu, na przykład skalowanie tylko w zadanym kierunku, rozciąganie lub „doginanie”. Słowo globalne oznacza tu możliwość zdefiniowania takiej deformacji, która zmienia kształt kilku lub kilkunastu powierzchni z zachowaniem, zdefiniowanych wcześniej warunków ciągłości pomiędzy tymi powierzchniami.

Systemy CAD – modelowanie funkcjonalne (Functional Modeling)

W większości dzisiejszych systemów MCAD, wspomagających projektowanie w zakresie mechanicznym, proces tworzenia modelu przestrzennego pojedynczej części rozpoczyna się od definiowania płaskich, dwuwymiarowych konturów lub krzywych. Kontury te powstają z odcinków linii prostych, łuków okręgu oraz krzywych wyższego rzędu, które są ze sobą powiązane wymiarami, relacjami 32 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] czerwiec 2006 ze sobą powiązane wymiarami, relacjami parametrycznymi lub warunkami geometrycznymi (prostopadłość, równoległość itp.). Zmiana wartości parametrów, wymiarów lub modyfikacja warunków geometrycznych powoduje odpowiednie zmiany konturu. W kolejnym kroku kontury są wskazywane jako elementy wejściowe definicji bryły lub powierzchni. Ostatni etap tworzenia modelu przestrzennego części to definiowanie szczegółów konstrukcyjnych. Taka kolejność postępowania jest zapamiętana przez system CAD w postaci struktury modelu, nazywanej czasami drzewem historii modelu. Dlatego takie systemy nazywamy historycznymi (History-Based CAD). „Historyczna” struktura modelu przestrzennego zawiera nie tylko wszystkie elementy geometryczne i parametry użytkownika, ale też wzajemne powiązania pomiędzy nimi. Zmiany konstrukcyjne, polegające na zmianie wartości parametrów, modyfikacji poszczególnych elementów geometrycznych lub dodaniu/usunięciu pewnych elementów ze struktury modelu, są de facto rekonstrukcją modelu zgodnie z historią jego tworzenia. Ale, to co na pierwszy rzut oka wydaje się (i naprawdę jest) wielką zaletą może być powodem wielu problemów, bo kolejność definiowania elementów ma zasadnicze znaczenie dla końcowego kształtu projektowanej części. Inna kolejność postępowania może oznaczać zupełnie inny kształt lub, w skrajnym przypadku, jest niemożliwa do zastosowania. Konstruktor musi myśleć nie tylko o istocie projektowanej części, ale także przestrzegać pewnych specyficznych dla każdego systemu CAD reguł, gwarantujących „poprawną”, z punktu widzenia systemu CAD, definicję modelu bryłowego. Wniosek jest oczywisty: dopiero doświadczony konstruktor plus dobry system CAD gwarantują sukces, czyli poprawny opis geometryczny projektowanej części.

Autor: ANDRZEJ WEŁYCZKO

Linki sponsorowane

	Produkcja od A do Z w samym sercu polskiego przemysłu Zapraszamy Państwa na VI edycję Targów Produkcji i Technologii PROTECH, które ponownie zagoszczą we Wrocławiu.
	Almanach Produkcji w Polsce Kompleksowy katalog w wersji on-online oraz drukowanej majacy na celu dostarczenie użytecznych informacji o dostawcach dla przemysłu jak i oferowanych przez nich produktach.