ArchiCAD - основа комплексного проектирования

Введение в ArchiCAD

Концепции САПР ArchiCAD

" Виртуальное здание" - основа концепции

Пакет ArchiCAD базируется на концепции " виртуального здания", впервые разработанной компанией Graphisoft еще в 1984 году. В соответствии с концепцией " виртуального здания" архитектору предоставляется полный набор ориентированных на архитектурно-строительное проектирование специализированных инструментов, при помощи которых создается " виртуальное здание" - объемная модель, соответствующая реальному зданию, но существующая только в памяти компьютера. Из этой виртуальной модели извлекается разнообразная информация:

чертежи (поэтажные планы, разрезы и фасады, узлы и детали и т. п.);
результаты расчета количественных показателей (ведомости, спецификации, экспликации и т. п.);
презентационные материалы (фотореалистические изображения, анимационные фильмы, сцены виртуальной реальности);
файлы различных форматов для обмена данными со смежниками, заказчиками, консультантами и другими участниками процесса проектирования, пользующимися другими программами (AutoCAD, Microstation, 3D Studio и др.).

Виртуальное здание" позволяет работать не с отдельными никак не связанными между собой чертежами, а с моделью реального здания, где все элементы тесно взаимодействуют друг с другом, благодаря чему все изменения, вносимые в проект, автоматически отображаются и в документации.

Такой подход позволяет уже на ранних этапах проектирования обнаружить и устранить большинство проблем, которые обязательно проявились бы на более поздних этапах проектирования или, что еще хуже, на строительной площадке. Кроме того, концепция " Виртуального здания" гарантирует, что все чертежи точно соответствуют друг другу, поскольку представляют собой разные способы отображения одной и той же модели, а не отдельные не связанные друг с другом изображения.

Важнейшей особенностью пакета является то, что, работая с ним, пользователь имеет дело не с набором чертежных элементов, а с привычными строительными конструкциями: стенами, окнами, перекрытиями, крышами и т. д. Все создаваемые конструкции являются параметрическими (т. е. описываются набором характерных для них параметров) и, следовательно, в любой момент могут быть отредактированы изменением их параметров (рис. 1.1). При этом каждый конструктивный элемент несет в себе всю информацию для представления его на чертежах и в объемной модели, а также для учета его свойств в сметах. Так, например, стена в ArchiCAD - не просто две параллельные линии со штриховкой между ними, а полностью параметрический объект, обладающий характерными только для него качествами (например, для стен это способность бесшовно сопрягаться с другими стенами, возможность вставки окон и дверей) и содержащий в себе все необходимые данные (геометрические размеры, типы линий и штриховки для изображения на планах и разрезах, материалы наружной, внутренней и торцевой поверхностей, сведения о площадях поверхностей и об объеме стены для вычисления расхода строительных материалов и т. д.).

Вместе с ArchiCAD поставляется обширная библиотека разнообразных объектов, применяемых в процессе проектирования. В стандартную библиотеку входит более 1000 разнообразных элементов - окна и двери, строительные конструкции, мебель и светильники, элементы оформления чертежей и визуализации. Еще несколько тысяч элементов можно приобрести отдельно. Множество объектов можно загрузить из сети Интернет (в том числе и бесплатно). Однако главной особенностью библиотек ArchiCAD является не многообразие библиотечных элементов, а используемая при работе с ними технология.

В основе объектной технологии ArchiCAD лежит Язык геометрических определений (GDL), позволяющий создавать " умные" параметрические объекты произвольной формы, свойства которых могут определяться как задаваемыми пользователем параметрами, так и различными внешними условиями (масштабом чертежа, этажом размещения объекта, положением объекта в пространстве и др.). Например, при изменении масштаба чертежа может автоматически изменяться степень детализации объектов (рис. 1.1), а 2D-символ одной и той же лестницы может по-разному выглядеть на разных этажах.

Рис. 1.1. Изменение степени детализации объекта при изменении масштаба чертежа

Описываемые при помощи языка GDL объекты содержат в себе 2D-символ для плана этажа, 3D-модель для построения объемных изображений и все необходимые данные для формирования спецификаций. Путем простого изменения параметров на основе одного объекта может быть получено бесконечное разнообразие его вариантов, отличающихся друг от друга формой, размерами, материалами и другими свойствами

Благодаря своим уникальным возможностям в последнее время GDL превращается из внутреннего формата ArchiCAD в фактический стандарт параметрического описания SD-объектов в области архитектурно-строительного проектирования.

Дополнительные программы

В дополнение к стандартным возможностям ArchiCAD существует множество программ, позволяющих еще больше расширить функциональные возможности пакета с целью повышения удобства и эффективности решения различных специфических задач. Вот лишь некоторые из таких программ.

Art*Lantis Render - программа фотореалистической визуализации, анимации и создания сцен виртуальной реальности с применением метода трассировки лучей.

AV Works - встраиваемый в ArchiCAD дополнительный механизм визуализации, позволяющий создавать фотореалистические изображения и сцены виртуальной реальности, а также имитации рисунков, выполненных вручную. Базируется на методах визуализации, используемых в Art*lantis Render.

ArhiTerra - программа моделирования геоподосновы.

Archi Forma - расширение ArchiCAD для создания трехмерных GDL-объектов различной сложности.

Archi Ruler - мощный инструмент 2В-черчения в среде ArchiCAU.

Archi Facade - расширение ArchiCAD для работы с фотографиями, позволяющее преобразовывать перспективные изображения объектов в их фронтальные проекции, а также создавать библиотечные элементы из растровых изображений.

ArchiTiLes - расширение для работы с различными штучными материалами (плиткой, мощением и т. п.) с возможностью моделирования разных способов раскладки и подсчета количественных характеристик.

Archi Glazing - полностью встроенное в ArchiCAD средство создания окон и дверей произвольной конфигурации, а также различных светопрозрачных конструкций (витражей, световых фонарей и т. п.).

HVAC - инструмент для прокладки инженерных сетей (отопления, вентиляции и т. п.) в среде ArchiCAD.

Plan2Model - специализированный конвертор, преобразующий 2D-чepтeжи планов в SD-модели ArchiCAD.

Zoom GDL - полнофункциональный SD-моделер для создания произвольных трехмерных тел, сохраняющий их в виде параметрических объектов ArchiCAD.

Piranesi - средство визуализации, " очеловечивающее" компьютерную графику путем имитации рисунков, выполненных от руки.

Этапы работы над проектом

Технология виртуального строительства, на которой базируется пакет ArchiCAD, предусматривает несколько этапов работы над проектом.

Построение трехмерной модели проектируемого объекта. На этом этапе работа ведется в основном на планах этажей и в 3D-окне. При необходимости создаются также дополнительные виды (разрезы, фасады).
Извлечение из виртуальной ЗD-модели всей необходимой информации (в виде проектной документации и презентационных материалов). На этом этапе строятся дополнительные виды (разрезы, фасады, узлы, 3D-проекции и т. п.), наносятся размеры, отметки, надписи, условные обозначения и другие элементы оформления чертежей, составляются сметы и спецификации, выполняется визуализация и создаются презентационные материалы.
Подготовка комплекта проектной документации к передаче заказчикам или смежникам (в электронном виде или в виде печатных копий). На этом этапе производится компоновка макетов печатных листов и формирование комплектов электронных документов.

Инструменты ArchiCAD

Инструменты ArchiCAD можно подразделить на несколько групп в соответствии с их назначением.

Инструменты выбора и редактирования элементов проекта (инструменты Указатель и Бегущая рамка).
Инструменты 3D-моделирования (инструменты создания стен, колонн, балок, крыш, перекрытий, 3D-сеток).
Инструменты 2D-черчения (инструменты создания прямых линий, дуг и окружностей, эллипсов, сплайн-кривых, штриховок, текстов и выносных надписей).
Средства извлечения информации и образмеривания (инструменты создания зон и нанесения линейных, радиальных и угловых размеров, отметок уровня и высоты).
Средства создания видов (инструменты Разрез/Фасад, Камера, Деталь).
Инструменты размещения библиотечных элементов.

Рабочие окна

Все окна ArchiCAD можно условно разделить на рабочие (в которых происходит создание и редактирование элементов проекта) и вспомогательные (служащие для отображения разнообразной информации).

Окно плана этажа является основным окном, в котором ведется работа над проектом. Работая в окне плана этажа и создавая архитектурные чертежи, благодаря реализованной в ArchiCAD технологии виртуального строительства одновременно создается объемная модель здания, из которой в любой момент можете получить все необходимые чертежи (планы, разрезы, фасады, сечения, аксонометрические и перспективные изображения).

Окно плана этажа всегда открывается первым при открытии ранее созданного файла и при создании нового проекта. Закрытие окна равносильно закрытию файла проекта.

В окне плана этажа отображаются только элементы проекта, принадлежащие текущему этажу. В ходе работы над проектом, может быть добавлено любое количество этажей.

Окно разреза/фасада связано с остальными рабочими окнами проекта. Все элементы, отображаемые в этом окне, являются полностью редактируемыми. Редактирование элементов проекта в окне разреза или фасада интерактивно отражается в остальных рабочих окнах.

Изображение может быть отсоединено от проекта для редактирования его как обыкновенного 2D-чертежа (обычно это бывает необходимо для преобразования разреза-модели в рабочий чертеж). При необходимости содержимое отсоединенного чертежа может быть обновлено и приведено в соответствие с изменившимся содержанием плана этажа.

3D-окно используется как для наглядного объемного представления проекта на любой его стадии, так и в качестве рабочего окна, в котором может осуществляться создание и редактирование элементов проекта.

Объемная модель проектируемого объекта может быть представлена в перспективной или параллельной проекции.

Визуализация проекта в ЗD-окне может осуществляться четырьмя основными способами: объемно-блочным, в виде каркасной модели, с удалением невидимых линий, а также с раскраской и тенями. При этом к трехмерной модели могут быть применены ЗD-штриховка поверхностей, векторное построение теней, учет прозрачности материалов при удалении невидимых линий.

В 3D-окне могут быть получены трехмерные разрезы проектируемого здания.

Вид, установленный в 3D-окне, используется при окончательной визуализации для получения фотореалистического изображения.

Все элементы, представленные в 3D-окне, полностью доступны для редактирования, при этом все изменения, вносимые в 3D-окно, немедленно отражаются на планах этажей и разрезах (фасадах).

С помощью инструмента Разрез/Фасад панели инструментов ArchiCAD может быть создано неограниченное количество разрезов и фасадов

Окно изображения детали - окно, отображающее фрагмент, отмеченный на плане или разрезе/фасаде при помощи инструмента Деталь.

Это окно служит для проработки различных узлов и деталей как отдельных чертежей. Отображаемые в этом окне элементы также являются редактируемыми.

Вспомогательные окна

Окно сметы проекта - окно, отображающее результаты расчетов в соответствии со сметным заданием. Это окно может содержать как простой текст, так и текст, особым образом отформатированный с помощью специального шаблона для автоматического формирования стандартных таблиц. В первом случае окно сметы проекта будет представлять собой текстовое окно, во втором - графическое 2D-окно.

Окно фотоизображения - окно, содержащее результат построения фотоизображения. Оно представляет собой не редактируемое средствами ArchiCAD растровое изображение, которое может быть сохранено в виде файла или скопировано полностью или частично в буфер обмена для последующей вставки в ArchiCAD или какое-либо другое приложение.

Окно отчета - текстовое окно, в которое выводится отчет ArchiCAD о текущем состоянии системы или о результате выполнения операции.

Окно примечаний - текстовое окно, в которое пользователь может вносить по ходу работы над проектом различные заметки.

Окно предварительного просмотра проекта - окно, в которое можно вставить какое-либо растровое изображение, характеризующее данный проект (например, фотоизображение проектируемого объекта). Содержимое этого окна отображается при открытии проекта, что облегчает поиск нужного документа и его идентификацию.

Панели управления

Навигатор

Навигатор - специальная плавающая панель, наглядно отображающая структуру проекта и все имеющиеся в проекте виды (планы, разрезы, фасады, детали, ЗВ-виды, фотоизображения и т. п.) и документы (сметы, спецификации). Навигатор упрощает доступ к элементам проекта. Навигатор выполняет функции планшета изображений и позволяет запоминать различные виды и быстро перемещаться между ними. Планшет навигатора отображает уменьшенное изображение выбранного в навигаторе вида, а также управляет изображением активного 2D- или ЗD-окна

Навигатор имеет три режима работы:

- режим навигатора, отображающий карту проекта (входящие в него планы, разрезы/фасады, детали, ЗD-изображения, сметы проекта) или один из определенных в проекте набор видов (о наборах видов рассказывается ниже);

- режим редактора видов, предназначенный для создания и редактирования наборов видов;

- режим Publisher (Издатель), предназначенный для создания публикаций

Координатное табло

Координатное табло отображает информацию о текущих координатах курсора (абсолютных или относительных), управляет параметрами координатной сетки (включением и выключением, смещением и поворотом), режимами позиционирования курсора, гравитацией (автоматической привязкой создаваемых элементов к перекрытиям, крышам и другим плоскостям), позволяет вводить числовые значения перемещений курсора при создании и редактировании элементов.

Панель управления

Панель управления позволяет управлять перемещением курсора во время создания или редактирования элементов проекта: ограничивать его перемещение заданным углом или расстоянием, управлять привязками курсора к существующим элементам. Кроме того, при помощи панели управления пользователь может временно разгруппировывать собранные элементы, автоматически создавать объекты на основе уже существующих, подтверждать или отменять выполнение текущего действия.

Рабочая среда ArchiCAD

Уровни привязки

Элементы проекта могут размещаться на разных уровнях. Уровень отсчитывается от нулевой отметки проекта. Но некоторых случаях бывает удобнее пользоваться в качестве точки отсчета не нулевой отметкой проекта, а какими-либо другими отметками (например, при работе с генеральными планами абсолютные отметки отсчитываются от уровня моря). Для таких случаев в ArchiCAD предусмотрена возможность определения двух дополнительных уровней привязки, отличных от нулевой отметки проекта.

Этажи

Понятие этаж в ArchiCAD, используется для разделения элементов проекта по их вертикальному уровню. Каждый этаж отображается в своем окне плана этажа, благодаря чему возможна работа с каждым этажом в отдельности. Однако, поскольку все этажи являются составными частями одной и той же трехмерной модели здания, в окнах трехмерных проекций и в окнах разрезов/фасадов показывается полная модель, включающая в себя все этажи (если для данного окна не введены какие-либо ограничения на показ этажей). В процессе работы пользователь может свободно переходить с этажа на этаж, переносить различные элементы с использованием диалогового окна параметров этажей или через буфер обмена. Параметры этажей (высота этажа и возвышение этажа относительно нулевой отметки проекта) устанавливаются в диалоговом окне Story Settings (Установка этажей).

Под списком этажей находится область, содержащая средства управления отображением фонового этажа. Фоновый этаж - это этаж, элементы которого могут показываться на плане в качестве фона вместе-с элементами текущего этажа. Фоновый этаж служит в основном для визуального контроля взаимного расположения элементов, принадлежащих разным этажам. К элементам фонового этажа можно привязываться при создании и редактировании элементов текущего этажа, они могут быть выведены на печать, но при этом они недоступны для редактирования.

Реквизиты проекта

К реквизитам проекта относятся:

слои,

комбинации слоев,

перья,

типы линий,

образцы штриховки;

многослойные конструкции,

покрытия,

категории зон,

города.

Все реквизиты, определенные в проекте, хранятся в файле проекта и доступны для использования всеми инструментами ArchiCAD. Возможна также передача реквизитов из одного проекта в другой при помощи менеджера реквизитов.

Слои и комбинации слоев

Для логического разделения элементов проекта в ArchiCAD, как и во многих других системах автоматизированного проектирования, используется понятие слой. Для пояснения принципа работы со слоями принято сравнивать их с наложенными друг на друга листами кальки, на каждом из которых изображен набор однотипных элементов, например на одном листе - наружные стены здания, на другом - внутренние перегородки, на третьем - схема электропроводки и т. д. Каждый элемент проекта при создании помещается на тот или иной слой (а впоследствии может быть отнесен к какому-либо другому слою).

Видимостью каждого слоя можно управлять по отдельности, получая при этом разные наборы отображаемых элементов. Однако управление видимостью всех слоев по отдельности может оказаться весьма трудоемким, особенно при большом количестве слоев. Для упрощения переключения применяются комбинации слоев, то есть зафиксированные состояния слоев проекта.

Перья

Для наглядности чертежа всем элементам при создании присваиваются определенный цвет и толщина линий, или, по принятой в ArchiCAD терминологии, перья. Присвоение элементам проекта разных перьев позволяет легче ориентироваться в проекте, а кроме того, осуществлять вывод на печать линий различной толщины..

Параметры перьев устанавливаются в диалоговом окне Pens & Colors (Перья и цвет).

Многослойные конструкции

В ArchiCAD стены, крыши и перекрытия могут иметь многослойную структуру, каждый слой которой может иметь свои собственные реквизиты (образец штриховки, цвет штриховки и границ между слоями) и толщину. Многослойная конструкция может включать в себя до восьми слоев.

В диалоговых окнах параметров этих инструментов многослойные конструкции отображаются как типы штриховок. При выборе многослойной конструкции в качестве штриховки сечения стены, крыши или перекрытия толщина конструктивного элемента перестает быть редактируемой и становится равной толщине многослойной конструкции.

Покрытия

Для создания реалистичных изображений в ArchiCAD всем конструктивным элементам и объектам присваиваются покрытия, имитирующие визуальные свойства реальных материалов.

В комплекте поставки ArchiCAD имеется библиотека наиболее типичных покрытий. Кроме того, ArchiCAD обладает всеми необходимыми средствами для редактирования существующих и создания новых покрытий.

Категории зон

Категории зон служат для логического объединения помещений сходного назначения при подсчете технико-экономических показателей (например, жилой, нежилой и общей площади). Кроме того, назначение категориям зон разных цветов позволяет наглядно представить зонирование объекта: квартиры, офиса, здания.

Города

Создаваемые в ArchiCAD проекты могут привязываться к географическим координатам путем выбора одного из городов. Это позволяет использовать характеристики географического местоположения объекта, например, при проверке инсоляции. Пользователь может не только выбирать города из существующего списка, но и создавать свои собственные с произвольными координатами.

Менеджер реквизитов

Менеджер реквизитов служит для копирования реквизитов (слои и их комбинации, перья, типы линий, образцы штриховки, многослойные конструкции, покрытия и города) из одного файла в другой. Кроме того, он позволяет дублировать и удалять реквизиты проекта.

Группирование элементов

Элементы проекта могут быть сгруппированы, благодаря чему все входящие элементы можно выбирать и редактировать как единое целое (с помощью изменения параметров или стандартных методов редактирования в ArchiCAD)

Порядок показа элементов

По умолчанию порядок вывода элементов на экран зависит от типа элемента

Все типы элементов разделены на классы. В соответствии с классами в ArchiCAD принят следующий порядок вывода элементов (сверху вниз):

тексты, выносные надписи, размеры, паспорта зон;

чертежные элементы (линии, окружности, сплайн-кривые, узловые точки);

объекты, источники света, лестницы;

конструктивные элементы (стены, колонны, перекрытия и т.п.);

штриховки и зоны;

рисунки.

Редактирование элементов

Используемые при проектировании в ArchiCAD параметрические элементы позволяют в любой момент изменить их первоначальные параметры. Существует несколько основных способов редактирования элементов проекта:

изменение параметров элементов через их диалоговые окна;

применение к ним методов редактирования, характерных только для данного типа элемента;

применение общих для всех типов элементов средств редактирования ArchiCAD (перемещение, поворот, зеркальное отражение, тиражирование, растяжение).

Перемещение

Любой элемент проекта может быть перемещен в любом направлении и на любое расстояние. Для этого необходимо сделать следующее:

1. Выбрать один или несколько элементов.

2. Выбрать команду (Переместить) в меню Edit (Редактор) или в контекстном меню.

3. Задать вектор перемещения, указав щелчками мыши его начальную и конечную точки (после первого щелчка мыши за курсором будет тянуться «резиновая линия», соединяющая место щелчка с текущим положением курсора и показывающая текущий вектор перемещения).

Поворот

Любой элемент проекта может быть повернут в любом направлении и на любой угол. Для этого необходимо сделать следующее:

1. Выбрать один или несколько элементов.

2. Выбрать команду Rotate (Повернуть) в меню Edit (Редактор) или в контекстном меню.

3. Задать дугу поворота, указав щелчками мыши три определяющие ее точки:

центр дуги поворота,

начальную точку дуги поворота,

конечную точку дуги поворота.

Зеркальное отражение

Зеркальное отражение любого элемента может быть получено с помощью команды Mirror (Зеркальное отражение). Делается это так:

1. Выберите один или несколько элементов.

2. Выберите команду Mirror (Зеркальное отражение) в меню Edit (Редактор) или в контекстном меню.

3. Задайте ось, относительно которой производится зеркальное отражение, щелчками мыши указав начальную и конечную точку осевой линии.

Тиражирование

Команда Multiply (Тиражировать) меню Edit (Редактор) или контекстного меню позволяет создать до 99 копий выбранных элементов (при матричном тиражировании - до 99 копий в каждом направлении). При выполнении этой команды открывается диалоговое окно Multiply (Тиражирование) в котором производится выбор одного из вариантов тиражирования, установка количества копий и величины вертикального смещения, выбор способа размещения создаваемых копий.

Изменение пропорций

Пропорции элементов могут быть изменены путем их масштабирования при помощи команды Resize (Изменить пропорции) меню Edit (Редактор). Масштабный коэффициент задается в диалоговом окне Resize (Изменение пропорций) вводом числовых значений в соответствующие поля или, если отмечена опция (Определить графически), непосредственно на экране с помощью мыши.

Изменение размеров

Растяжение и сжатие выбранных элементов производится с помощью команды Stretch (Изменить размеры) меню Edit (Редактор). Она позволяет растягивать или сжимать элементы, перемещая одну из вершин, в то время как положение противоположной вершины остается неизменным.

Эта операция применима также и к дугообразным элементам. Если выбрана луга, окружность или дугообразная стена, то, «ухватившись» за ее ребро, можно изменить радиус окружности, а «ухватившись» за конечную точку дуги - угол охвата.

Базирование

Прямые линии и стены могут быть удлинены или подрезаны до пересечения с другими элементами с помощью операции базирования. Для выполнения этой операции нужно сделать следующее:

1. Выбрать один или несколько базируемых элементов.

2. Щелкнуть мышью на кнопке Adjust (Базировать) в табло команд или выполнить команду Edit (Редактор) => Adjust (Базировать).

3. Указать щелчком мыши элемент, по которому будет производиться базирование, или построить базовую линию с помощью мыши

Разделение

Любые конструктивные и чертежные элементы могут быть разделены на части с помощью команды Split (Разделить). Делается это так:

1. Выберите один или несколько элементов для разделения.

2. Щелкните мышью на кнопке Split (Разделить) в табло команд или выполните команду Edit (Редактор) => Split (Разделить).

3. Укажите или постройте секущую линию (как и при базировании элементов, это могут быть линии, дуги и окружности, базовые линии стен, ребра многоугольных элементов), после чего щелчком мыши укажите, с какой стороны от секущей линии надо сохранить выделение элементов

Смещение по вертикали

Любой элемент проекта может быть смещен по вертикали на любое расстояние при помощи команды Elevate (Сместить по вертикали) меню Edit (Редактор) или контекстного меню. При выполнении этой команды открывается диалоговое окно Elevate (Сместить), в котором задается величина вертикального смещения.

Типы САПР

Среди CAD-систем различают системы нижнего, среднего и верхнего уровней. Это разделение возникло на рубеже 80-90-х годов прошлого века. Системами нижнего уровня (или легкими системами) стали называть сравнительно дешевые САПР, ориентированные на 2D-графику, т.е. на автоматизацию преимуществсенно чертежных работ. Техническим обеспечением легких САПР были персональные ЭВМ, в то время значительно уступавшие по своим возможностям рабочим станциям.

Системы верхнего уровня, называемые также " тяжелыми" САПР (или hi-end), разрабатывались для реализации на рабочих станциях или мейнфреймах. Эти системы были более универсальными, но и дорогими, ориентированными на геометрическое твердотельное и поверхностное моделирование. Оформление чертежной документации в них обычно осуществляется с помощью предварительной разработки трехмерных геометрических моделей. В дальнейшем системы, в которых 3D-моделирование ограничивалось лишь твердотельными моделями, т.е. занимавшие промежуточное положение между " легкими" и " тяжелыми" САПР, стали называть системами среднего уровня.

В настоящее время развитие САПР привело к тому, что во многих системах среднего уровня появились средства поверхностного моделирования, а возможности персональных ЭВМ стали приемлемыми для систем вехнего уровня. В результате изменились принципы, по которым различают тяжелые и средние системы. Тяжелыми теперь называют системы CAE/CAD/CAM/PDM, т.е. системы с возможностями конструкторского и технологического проектирования, инженерного анализа, управления проектными данными и с расширенным составом специализированных программных модулей в подсистемах CAD и CAM.

Системы одного уровня по своим функциональным возможностям приблизительно равноценны, новые достижения, появившиеся в одном из программно-методических комплексов САПР, в скором времени реализуются в новых версиях других комплексов.

В САПР крупных предприятий обычно используют программы разных уровней. Связано это с тем, что более 80% всех процедур конструирования можно выполнить на CAD-системах нижнего и среднего уровней, кроме того, " тяжелые" системы дороги. Поэтому предприятие приобретает лишь ограниченное число экземпляров (лицензий) программы верхнего уровня, а большинство клиентских рабочих мест обеспечивается экземплярами программ нижнего или среднего уровней. При этом возникает проблема обмена информацией между разнотипными CAD-системами. Она решается путем использования языков и форматов, принятых в CALS-технологиях, хотя для неискаженной передачи геометрических данных с помощью промежуточных унифицированных языков приходится преодолевать определенные трудности.

Основные функции CAD-систем

Функции CAD-систем подразделяют на функции двухмерного (2D) и трехмерного (3D) проектирования. К функциям 2D относят черчение, оформление конструкторской документации; к функциям 3D — получение трехмерных геометрических моделей, метрические расчеты, реалистичную визуализацию, взаимное преобразование 2D и 3D моделей. Трехмерные модели представляют в виде описания поверхностей, ограничивающих объект, или указанием элементов пространства, занимаемых объектом. Модели поверхностей сложной формы получают с помощью разновидностей кинематического метода, к которым относят вытягивание заданного плоского контура по нормали к его плоскости, протягивание контура вдоль произвольной пространственной кривой, вращение контура вокруг заданной оси, натягивание поверхности между несколькими заданными сечениями. В случае построения скульптурных поверхностей, проходящих через заданные точки пространства, применяют модели в форме Безье, а при требованиях высокой гладкости поверхности — модели в форме B-сплайнов. Синтез моделей сложных объектов выполняют применением операций позиционирования и теоретико-множественных операций пересечения, объединения, вычитания к библиотечным элементам и вновь созданным моделям.

К важным характеристикам CAD-систем относятся параметризация и ассоциативность. Параметризация подразумевает использование геометрических моделей в параметрической форме, т.е. при представлении части или всех параметров объекта не константами, а переменными. Параметрическая модель, находящаяся в базе данных, легко адаптируется к разным конкретным реализациям и потому может использоваться во многих конкретных проектах. При этом появляется возможность включения параметрической модели элемента в модель системы с автоматическим определением размеров, диктуемых пространственными ограничениями. Эти ограничения в виде математических зависимостей между частью параметров системы отражают ассоциативность моделей.

Параметризация и ассоциативность играют важную роль при проектировании конструкций узлов и блоков, состоящих из большого числа элементов. Действительно, изменение размеров одних элементов оказывает влияние на размеры и расположение других.

Основные функции CAE-систем

Функции CAE-систем довольно разнообразны, так как связаны с проектными процедурами анализа, моделирования, оптимизации проектных решений. В состав CAE-систем прежде всего включают программы для выполнения следующих процедур:

· моделирование полей физических величин, в том числе анализ прочности, который чаще всего выполняется в соответствии с МКЭ;

· расчет состояний моделируемых объектов и переходных процессов в них средствами макроуровня;

· имитационное моделирование сложных производственных систем на основе моделей массового обслуживания и сетей Петри.

Основными частями программ анализа с помощью МКЭ являются библиотеки конечных элементов, препроцессор, решатель и постпроцессор.

Библиотеки конечных элементов (КЭ) содержат модели КЭ — их матрицы жесткости. Очевидно, что модели КЭ будут различными для разных задач (анализ упругих или пластических деформаций, моделирование полей температур, электрических потенциалов и т.п.), разных форм КЭ (например, в двумерном случае — треугольные или четырехугольные элементы), разных наборов координатных функций.

Исходные данные для препроцессора — геометрическая модель объекта, чаще всего получаемая из подсистемы конструирования. Основная функция препроцессора — представление исследуемой среды (детали) в сеточном виде, т.е. в виде множества конечных элементов.

Решатель — программа, которая ассемблирует (собирает) модели отдельных КЭ в общую систему алгебраических уравнений и решает эту систему одним из методов разреженных матриц.

Постпроцессор служит для визуализации результатов решения в удобной для пользователя форме. Пользователь может видеть исходную (до нагружения) и деформированную формы детали, поля напряжений, температур, потенциалов и т.п. в виде цветных изображений, в которых палитра цветов или интенсивность свечения характеризуют значения фазовой переменной.

Жизненный цикл изделий

Жизненный цикл изделий (ЖЦИ) включает ряд этапов, начиная от зарождения идеи нового продукта до его утилизации по окончании срока использования. Основные этапы жизненного цикла промышленной продукции представлены на рис. 1. К ним относятся этапы проектирования, технологической подготовки производства (ТПП), собственно производства, реализации продукции, эксплуатации и, наконец, утилизации (в число этапов жизненного цикла могут также входить маркетинг, закупки материалов и комплектующих, предоставление услуг, упаковка и хранение, монтаж и ввод в эксплуатацию).

Рассмотрим содержание основных этапов ЖЦИ для изделий машиностроения.

На этапе проектирования выполяются проектные процедуры — формирование принципиального решения, разработка геометрических моделей и чертежей, расчеты, моделирование процессов, оптимизация и т.п.

На этапе подготовки производства разрабатываются маршрутная и операционная технологии изготовления; технология сборки и монтажа изделий; технология контроля и испытаний.

На этапе производства осуществляются: календарное и оперативное планирование; приобретение материалов и комплектующих с их входным контролем; испытания и итоговый контроль.

на постпроизводственных этапах выполняются консервация, упаковка, транспортировка; монтаж у потребителя; эксплуатация, обслуживание, ремонт; утилизация.

12 3 4 Следующая ⇒