Parametarsko modeliranje: opis, metode, pregled programa

Parametarsko modeliranje (parametarski model, PM) koristi alate za dizajn zasnovane na strukturnim elementima. Omogućava programeru da definira čitave klase oblika, a ne samo određene detalje. Prije pojave ove tehnologije, uređivanje obrazaca bilo je težak zadatak. Na primer, da bi promenio trodimenzionalno telo, dizajner je morao da promeni dužinu, širinu i visinu. Koristeći PM tehnologiju, dizajner će morati promijeniti samo jedan parametar, druga dva se automatski konfigurišu.

Istorija računarskog dizajna

Ključna prekretnica u istoriji kompjuterski potpomognutog dizajna (CAD) bila je pojava 1987. godine Pro/ENGINEER verzije, sada PTC Creo, koja je uvela CAD industriju u parametarsko modeliranje. Od tada se ova paradigma koristi u gotovo svim većim dizajnerskim programima, uključujući SOLIDWORKS, Autodesk Inventor, Creo Parametric, CATIA, NX i Onshape.

PM-dizajn provode inženjeri koji u dijelovima grade trodimenzionalnu geometriju. Dvodimenzionalne skice transformisane su u trodimenzionalne objekte, dok su ograničenja i tolerancije dizajna pravilno implementirane u skladu sa planom dizajna. Budući da svaki korak slijedi iz prethodnih, potrebna je detaljna preliminarna skica.

Uprkos snazi i popularnosti RM modeliranja, još jedna paradigma direktnog CAD modeliranja takođe ima svoje pristalice. Neki SAVREMENI SISTEMI CAD koristi direktno, a ne parametarsko modeliranje zasnovano na istoriji, a postoje i sistemi koji pružaju kombinaciju dva alata.

Dizajn paradigme i terminologija

Parametarski dizajn počinje skicom, a za dobijanje konačnog rezultata koriste se različite matematičke funkcije. Paradigma dizajna koju je prvi razvio Pro / ENGINEER naziva se "zasnovana na istoriji" jer je linearna priroda modela korak po korak razlikuje od direktnog parametarskog modeliranja, koje se naziva "bez istorije".

Softver pamti funkcije po redu, a model ih izvodi korak po korak. Korisnici često pogrešno vjeruju da je samo softver zasnovan na historiji parametarski. U stvari, uključuje sve modele sa podacima, uključujući dimenzije, uzorke, debljina zida, , prečnici, dubine rupa i drugi. Sa parametarskim pristupom, inženjeri mogu brzo i jednostavno kreirati različite konfiguracije struktura.

Trenutno su razvijene i parametarsko i kvalifikacijsko modeliranje. Kvalifiketrija je naučna disciplina koja se bavi metodama kvantifikacije kvaliteta modela. Ovo je teorija razvijena u bivšem SSSR-u. Azgaldov, koji se danas koristi u razvoju ruskih standarda, uključujući metalurgiju i mašinsku obradu.

Većina softver CAD vam omogućava implementaciju visokokvalitetnih projekata. Prije izbora, programer mora analizirati indikatore:

1. Veličina strukture.
2. Broj programera povezanih sa projektom.
3. Mobilnost modela.
4. Tip datoteke koji je postavio klijent.

Proces parametarskog modeliranja

Modeli su izgrađeni od skupa matematičkih formula i da bi imali legitimitet, moraju se zasnivati na stvarnim informacijama o proizvodu. Savršenstvo metoda verifikacije i potpunost informacija o proizvodu određuju održivost rješenja.

Postoje dva popularna PM modela:

1. Konstruktivna čvrsta geometrija (CSG) – definiše model u smislu kombinovanja osnovnih i generisanih fizičkih oblika. Koristi logičke operacije za izgradnju modela. To je kombinacija trodimenzionalnih elementarnih oblika, na primjer, cilindra, konusa, prizme, pravougaonika ili sfere, koji se kontroliraju jednostavnim logičkim operacijama.
2. Granična reprezentacija (BR – - čvrsti model se formira definisanjem površina koje formiraju prostorne granice. Zatim se objekat stvara povezivanjem tačaka u prostoru. Mnogi programi koriste metodu konačnih elemenata (FEM) jer olakšava kontrolu unutrašnje mreže jačine zvuka.

Izraz parametarsko 3D modeliranje znači da MCAD program koristi fizičke podatke. U ovoj metodi dimenzije određuju geometriju, a ne obrnuto, kao u slučaju 2D i tradicionalnih trodimenzionalnih čvrstih modela. Stoga svako uređivanje vrijednosti dovodi do promjene veličine. Pored toga, odnosi ili ograničenja koja se koriste za kreiranje elemenata proizvoda su fiksirani i kontrolisani od strane programa.

Osnovna jedinica projekta

Element je osnovna jedinica parametarskog SSD modela. Baš kao što sklop uključuje različite dijelove, fajl se sastoji od zasebnih dijelova. Svaka funkcija ima definirajuća Intelektualna svojstva. Prilikom dizajniranja objekta specificiraju se geometrijska ograničenja i primijenjene dimenzije. Programer sprema ova svojstva u bazu podataka i koristi ih za stvaranje novih proizvoda.

Primjeri ovih gradivnih blokova, nazvanih elementi, su rupe, rebra, žljebovi, skose i drugi geometrijski detalji. Nove karakteristike zavise od postojećih na način da se promjene dizajna automatski fiksiraju. Dakle, funkcionalno modeliranje odražava namjeru dizajnera. Ako se deo ili povezani deo promeni, softver ponovo generiše ovu funkciju u skladu sa graničnim svojstvima koja su mu dodeljena. Naprimjer, Ivica definirana kao tangenta na luk će se pomjeriti kako bi održala ograničenje tangencije ako se veličina luka promijeni.

Generacija modela računara

U užem smislu, pojam CAD je generacija računara i modifikacija geometrijskog modela. U širem smislu, uključuje sve automatizirane radnje u procesu dizajna: geometrijsko modeliranje, proračun, prikupljanje i pružanje informacija od razvoja koncepta do proizvodnje.

U početku su aplikacije korištene za izradu proizvodnih dokumenata. Sa povećanjem računarske snage sistema sa složenim stručnim aplikacijama i integrisanim rešenjima, FEM se sve češće koristi za dizajn i kreiranje proizvoda. Dostupan je dizajn tehničkih rješenja, zahvaljujući kojima se objekti od samog početka smatraju trodimenzionalnim tijelima. Ako je potrebno, tehnički crteži se automatski kreiraju iz virtuelnih modela delova.

Posebna prednost 3D-CAD-a je mogućnost dizajniranja slike proizvoda iz bilo kojeg smjera. 3d štampač vam omogućava da pređete sa virtuelnog na stvarni objekat. Uz detektabilna svojstva materijala, stvoreni su poboljšani modeli za navedena fizička svojstva, na primer, čvrstoću, elastičnost. CAD se koristi u gotovo svim granama inženjerstva: arhitekturi, građevinarstvu, mašinstvu, elektrotehnici i uskim područjima kao što je stomatološka tehnologija.

Vodeći industrijski softverski proizvodi

Danas na tržištu postoji mnogo programa za parametarsko modeliranje. Prema stepenu upotrebe dijele se na:

1. Korištenje niskog obima.
2. Široka primjena.
3. Industrijsko modeliranje.

Posljednja od ove tri kategorije, odnosno industrijski softver, stekla je najveću popularnost.

Vodeći industrijski softverski proizvodi:

1. SolidWorks-predstavljen 1995. godine kao jeftin takmičar na tržištu. Softver za parametarsko modeliranje SolidWorks kupio je 1997. godine Dassault Systemes. Koristi se u mašinstvu i u industriji plastike.
2. CATIA-stvorio Dassault Systemes u Francuskoj krajem 1970-ih. Ovaj sofisticirani softver se široko koristi u avijaciji, automobilskoj i brodogradnji.
3. Siemens NX parametric modeliranje aplikacija, ranije poznat kao Unigraphics, je kupio McDonnell Douglas u 1977. To je kompletno rešenje za projektovanje i proizvodnju proizvoda sa širokim spektrom potrošnje.
4. Grasshopper je dodatak Rhinoceros fokusiran na parametarski dizajn koji radi kao urednik generativnih algoritama. Prednosti ovog programa su u tome što, za razliku od mnogih, ne zahtijeva iskustvo skriptiranja, omogućava vam da kreirate šeme od generisanja komponenti, primajući značajnu optimizaciju vremena.
5. Parametarsko modeliranje Compass 3d koristi računar za dizajn objekata ili sistema koji rade u stvarnom svijetu.
6. Autodesk, je starija verzija AutoCAD-a i omogućava vam implementaciju 3D projekata. Područje primjene-industrijska mehanika.
7. KeyCreator je neparametarski, "direktni" 2D/3D CAD zasnovan na istoriji za modeliranje čvrstog tijela. Prvobitno poznat kao CADKEY, prvi put je objavljen 1984. godine i radi dalje operativni sistemi DOS, UNIX i Microsoft Windows. Prvi CAD program sa 3D mogućnostima za personalni računari. Pored čvrstog modeliranja, KeyCreator vrši modeliranje žičanih okvira površina i crtanje.

Poređenje naprednih tehnologija

SolidWorks dominira razvojem poslovnih proizvoda, dok je KeyCreator CAD izbor za specijalizovane procese projektovanja i proizvodnje. Ovo su dva dobro izbrušena alata sa jasnim prednostima. Da biste utvrdili da li je KeyCreator odgovarajuća metoda parametarskog modeliranja, uporedite koji softver najbolji ispunjava korisničke zadatke.

Modeliranje KeyCreator-a bez istorije omogućava dizajnerima ne samo da brzo kreiraju projekte od nule, već i da otvaraju i uređuju sve CAD datoteke bez obzira na izvor. KeyCreator ima prednosti u odnosu na SolidWorks u vidu mogućnosti da se nosi sa nepredvidivim promjenama dizajna, a kompletan set prevodilaca daje korisnicima alat za obavljanje poslova u bilo kojoj zemlji na svijetu.

Funkcije KeyCreator-a omogućavaju projektima da se slobodno razvijaju, jer skice i trodimenzionalni modeli nisu vezani istorijom operacija ili ograničenjima. Ovaj pristup omogućava početnim nestrukturiranim konceptima da se postepeno pretvaraju u složene sklopove. Fleksibilne izvozne mogućnosti keycreatora znače da trodimenzionalna geometrija lako prelazi u sljedeću fazu dizajna proizvodnje.

PM pristup koji koristi SolidWorks idealan je za upravljanje ažuriranjima modela na osnovu karakteristika performansi proizvoda, uska ograničenja vam omogućavaju da izračunate poboljšanja za dizajne koji su statični u ovoj fazi. Takođe pruža široku kompatibilnost sa alatima za upravljanje podacima koji koriste metapodatke dizajna tokom procesa proizvodnje.

Softver za više platformi za trodimenzionalne objekte

FreeCAD je otvoreni dizajner parametarskih trodimenzionalnih objekata na više platformi u kaskadi. Softver se uglavnom koristi u mašinstvu za razvoj stvarnih proizvoda. 3D proizvodi dolaze sa MCAD, CAx, PLM i CAD zajedno sa punim paketom opcija prilagođavanja i ekstenzija.

Korisnici biraju FreeCAD, zbog jednostavnosti korištenja zasnovanog na QT. Ovaj softver podržava i integriše različite formate datoteka, lako možete kreirati trodimenzionalnu figuru iz 2D-a, izdvojiti detalje dizajna ili prilagoditi dimenzije sa dovoljnim brojem komponenti. FreeCAD takođe dolazi sa modelom renderiranja 3D scene kompatibilnim sa Open Inventor, alatne trake, prekidači, sveobuhvatni Python API i rasporedi.

Funkcije Programa:

1. Opsežna online dokumentacija.
2. Dostupnost za macOS, Linux i Windows.
3. Dolazi sa korisničkim interfejsom koji se lako može prilagoditi.
4. Pruža integrisanu podršku za Python.
5. Svojim korisnicima pruža sve napredne i proširive alate koji su im potrebni: radne stanice rute, geografski podaci, eksperimentalni CFD-ovi, alati za analizu konačnih elemenata (FEA), modul za modeliranje robota i BIM.
6. Podržava napomene kao što su dimenzije i tekst.
7. Ima mnogo modernih funkcija, besplatnih za sve.

Fusion 360 Alat Za Dizajn

Fusion 360 za Windows je 3D CAD alat koji je razvio Autodesk. Trodimenzionalno modeliranje u sistemu Fusion 360 namijenjeno je dizajnerima i moćan je alat za razvoj detalja, pruža opcije za testiranje funkcionalnosti objekata i modeliranje pokreta. Autodesk Fusion 360 je baziran na Cloud tehnologiji. Kreirani podaci se uvek čuvaju u oblaku, što olakšava rad u timu.

Autodesk Fusion 360 pokriva sljedeće ključne faktore u razvoju proizvoda: funkcionalno modeliranje, renderiranje i predprodukciju. Sve ove funkcije su kombinovane u jednoj aplikaciji. Oblici rade s funkcijom T-spline. Stvaranjem inteligentnih odnosa između komponenti možete simulirati funkcionalnost sklopova.

Povezanost pojedinih komponenti jedna s drugom određena je spojevima. Podešavanjem svojstava kao što su krutost ili rotacija, komponente se mogu postaviti sa željenim pomakom jedna u odnosu na drugu. Da bi proizvod bio atraktivan, Fusion 360 ima niz materijala koji pokrivaju željenu površinu.

Korisnički interfejs Autodesk Fusion 360 je jasno organizovan. Traka menija omogućava pristup gotovom dizajnu i mogućnost brzog čuvanja aktuelnih projekata. Pored toga, radnje se mogu poništiti ili ponoviti jednim klikom. U odeljku "Kreiraj" konstruišu se jednostavni ili složeni objekti. Historiji dizajna se pristupa putem vremenske linije, tako da promjene mogu budi napravljen i sačuvan.

Početna tačka simulacije

Objekat skice zahteva dvodimenzionalni model, koji se zatim transformiše na jedan od glavnih načina: ekstruziju, rotaciju i rasklapanje.

Polazna tačka za PM model je skica, koja u početku ima tačan oblik dijela ili elementa koji se kreira i predstavlja inteligentan prikaz dijela. Važno je analizirati i planirati svaki dio prije dizajniranja za određivanje najefikasnijeg redoslijeda stvaranja.

Nezadovoljavajuće strategije parametarskog softverskog modeliranja dovode do pojave detalja, čije će kreiranje trajati duže zbog složenog uređivanja. Takvi elementi treba da budu dizajnirani koji obezbeđuju maksimalnu fleksibilnost i varijaciju proizvoda, za to, sagledavajući gotov SSD model kao skup promenljivih elemenata.

Redoslijed kreiranja skica

Prije početka stvaranja skice, model treba proučiti kako bi se odredio najbolji profil osnovnog kućišta. Najbolji je onaj koji u potpunosti opisuje ukupni oblik i minimizira broj preostalih funkcija, potrebno za završite projekat. Svaki novi dio sadrži tri beskonačne referentne ravni, koje u prostoru predstavljaju prednju, gornju i desnu ravan koja prolazi kroz ishodište-nultu tačku u prostoru.

Opći PM postupak je odabir najboljeg profila za prvu karakteristiku modela. Zatim odaberite najprikladniju ravan na kojoj ćete kreirati prvu skicu, tako da konačna verzija ima ispravnu orijentaciju kada se grafički gleda.

Geometrija bi trebala biti kreirana snimanjem ograničenja tokom kreiranja skice, a zatim izmjerena kako bi se odredila konačna geometrija. Potpuno definisana varijanta je crna, nepotpuna je plava, a preopterećena crvena.

2D skica se zatim transformiše u 3d čvrstu supstancu, ekstruzijom ili rotacijom. Može se pretvoriti u čvrste dijelove pomoću procesa skeniranja, koji ima funkcije povlačenja crteža okomito na ravan i rotiranja elemenata oko ose. Ova metoda ga pomjera duž putanje koja se sastoji od ravne ili zakrivljene geometrije. Za crtanje se koristi nekoliko skica, sa prelazima sa jedne figure na drugu. Svaka sesija je povezana sa dobijanjem nove veličine. Datoteka za crtanje sa standardnim dimenzijama izometrijskih pogleda kreira se iz gotovog modela čvrstog tijela.

Prednosti CAD-a

Parametarsko CAD Modeliranje koristi različite alate u različitim oblastima, na primjer, geometrijsko modeliranje, koje uključuje diferencijalnu geometriju, teoriju skupova, matričnu algebru, teorijsku i primijenjenu informatiku. Ovi alati se mogu kombinovati i razlikovati u zavisnosti od CAD sistema i industrije primene. Orijentirani su na vektor koji pruža suprotnost orijentaciji mreže.

CAD se koristi za kreiranje modela digitalnog dizajna sa različitim karakteristikama koje pružaju informacije za proizvodnju potrebnog proizvoda, kroz tehničko crtanje, CNC prenos i ostalo.

Prednost internog predstavljanja modela:

1. Racionalizacija procesa izgradnje.
2. Sposobnost jednostavne i brze promjene modela u savremenim fazama procesa dizajna.
3. Sprečava gubitak informacija i greške.
4. Mogućnost upotrebe u drugim aplikacijama
5. Optimizuje dizajn dok proizvod ne bude spreman za proizvodnju.
6. Trodimenzionalni modeli čvrstog stanja nude širok spektar načina za pregled modela.
7. Vizualizacija proizvoda, jer možete početi sa jednostavnim objektima sa minimalnim detaljima.
8. Integracija sa kasnijim aplikacijama i smanjenje vremena razvojnog ciklusa.
9. Postojeći podaci o dizajnu mogu se ponovo koristiti za kreiranje novih dizajna.
10. Brza promena dizajna, povećana efikasnost.
11. Digital production.

Jedna od prednosti programa za parametarsko modeliranje je ta što vam omogućavaju prenos digitalne proizvodnje direktno u projekat, jer je integrisana pomoću numerički kontrolisanih mašina ili 3D štampača.