Статьи о bCAD

Предлагаем Вашему вниманию статью, опубликованную в 9 номере журнала «САПР и Графика» за 1998 г. и посвященную использованию bCAD инженерном проектировании.

bCAD в руках инженера.

В серии предыдущих статей о bCAD мы рассказали об общих возможностях системы и некоторых примерах использования. В этой статье речь пойдет о, пожалуй, наиболее традиционной области применения САПР — инженерном проектировании. На примере реальных проектов мы расскажем об опыте использования bCAD конструкторами в нескольких организациях Новосибирска. Именно благодаря тесному сотрудничеству с профессиональными пользователями нам удалось добиться серьезного увеличения эффективности работы проектировщика, в краткие сроки найти и устранить узкие места, добавить в систему действительно необходимые новые инструменты.

Бытует мнение, что выполнение сложных конструкторских работ возможно лишь с использованием дорогостоящих систем так называемого «тяжелого» класса, в то время как «средние» пакеты должны использоваться в качестве дополнительных рабочих мест для выполнения простых работ типа подготовки традиционных чертежей. На практике же очень часто мощная система зачастую используется нерационально — ее возможности намного превышают потребности конкретного проектировщика, он использует лишь ее базовые функции. Кроме того, из-за высокой сложности «тяжелых» САПР их освоение затягивается, ограниченный бюджет (весьма типичный для сегодняшнего положения промышленности) не позволяет оплатить обучение конструкторов, и в результате многотысячные рабочие станции используются для исполнения тех же чертежей! Часто конструктор оказывается в положении простолюдина за королевским столом — он просто не может понять, которую «вилку» нужно использовать для многочисленных «блюд», ведь современные САПР содержат до нескольких тысяч(!) команд даже в базовой поставке, что не облегчает их освоение и использование. Не стоит также забывать, что мощные САПР дают наибольший эффект при их сквозном использовании на каждом этапе проектирования и производства, иначе самое слабое неавтоматизированное звено сведет на нет достижения в остальных областях. Это обстоятельство делает автоматизацию проектных работ весьма дорогостоящей и, зачастую, практически малоэффективной. С другой стороны САПР среднего уровня, интенсивно развивающиеся в последние годы благодаря общему прогрессу компьютерных технологий, в индивидуальной работе зачастую не уступают по возможностям мощным системам недавнего прошлого. Таким образом, представляется разумным не пытаться повсеместно внедрять АРМ конструктора на базе рабочих станций UNIX и сложных пакетов САПР, а использовать, там, где этого достаточно, универсальные САПР среднего уровня на базе ПК под управлением Windows. Одним из наиболее типовых примеров является работа небольшой конструкторской группы, где каждый самостоятельно занимается проработкой «своего» узла. Такие конструкторские коллективы характерны, например, для небольших проектных организаций, филиалов крупных КБ и НИИ, либо разработчиков опытных прототипов.

Среди наших клиентов наиболее показательной из таких организаций является Новосибирский филиал ОКБ им. Сухого. Об одном из проектов, выполненных конструкторами филиала с использованием пакета bCAD, расскажем подробнее. Проектное задание одной из контрактных работ формулировалось как «Легкий спортивный самолет». Несколько непривычно для конструкторов, в основном занимающихся проектированием узлов истребителей бомбардировщиков, но заказ есть заказ. Но нет худа без добра — вряд ли бы нам удалось опубликовать материал, содержащий информацию о конструкции боевых машин, хотя и такие работы также выполняются. В краткой журнальной статье не удастся описать проект в целом, остановимся на двух его этапах — проектировании геометрии крыла и компоновке элементов винтомоторной группы. Итак, по порядку.

Создание геометрии крыла традиционно начинается с построения его профиля. Координаты профилей хранятся в таблицах, таким образом, не составляет труда построить сначала его образующую в виде ломаной, и затем, используя сплайн-технологию, получить гладкий профиль с заданной точностью и, выбрав установочный угол атаки, повернуть полученный профиль в его базовое положение. Результат виден в нижнем окне на рис 1. Следующим этапом является разделение единого несущего профиля на основные составляющие — собственно крыло и элементы механизации. По плану крыло имеет развитую механизацию — в центроплане используется мощный закрылок, в то время как на консоли обычный элерон. Приготовим сразу два комплекта разрезных профилей — в верхнем окне они окрашены в синий и красный цвета соответственно. При этом разнесем эти профили по координате Z в те положения, где находятся корневое сечение центроплана и консоли.

На следующем этапе превратим плоские контуры в объемную модель поверхности крыла, для этого используем инструмент простого вытягивания (левое окно на рис 2.). Подробность построения поверхности определяется точностью исходных контуров. Так как исходные профили были разнесены в поперечном направлении, результирующие поверхности сразу находятся там, где им полагается быть по проекту. Чуть более сложным элементом является построение законцовки крыла — потребуется создать несколько дополнительных сечений (два окна в правой части экрана на рис 2.). Результатом работы (занявшей всего чуть более часа работы) является точная объемная модель геометрии крыла. Дальнейшая работа будет заключаться в проработке внутренних элементов конструкции — вписывание в профиль силового набора, расположение механизмов и узлов. При этом проект может быть разделен, например, на раздельное проектирование центроплана и консолей. Более того, возможно создание вариантов геометрии крыла, например создание крутки, то есть крыла с переменным углом атаки вдоль его размаха, или моделирование изгиба крыла.

Один из таких моментов — компоновка расположения винтомоторной группы. По проекту предполагается, что будущий самолет будет оснащен двумя легкими двигателями с трехлопастными винтами. Проектированием силовой установки занимается другая организация, габаритная объемная модель двигателя с узлами крепления получена в электронном виде в формате DXF и прочитана в bCAD в виде объемного блока. Это позволит использовать модель двигателя в дальнейшем при создании вариантов возможных компоновок. Модель двигательной установки помещается в место ее предполагаемого размещения, затем по месту определяются габариты выреза, который необходимо сделать в центроплане (Обозначен красной штриховкой в левом верхнем окне на рис 3). При выполнении компоновочных работ можно иметь неограниченное количество видов, перемещая узлы в различных плоскостях. Визуальный контроль осуществляется в затонированном виде в реальном масштабе времени, поворачивая конструкцию, изменяя угол зрения и масштаб изображения. Элементы конструкции, загромождающие изображение (в данном случае — лонжероны) могут быть на время скрыты, но при этом сохраняются в базе данных проекта. Разместив силовую установку, получаем точную геометрическую информацию, необходимую для проектирования подмоторной рамы, капота двигателя и топливного бака.

По замыслу топливный бак занимает все свободное пространство центроплана между лонжеронами, при этом имеет достаточно сложную геометрическую форму. Проектирование бака традиционными методами весьма трудоемко. Однако с использованием САПР bCAD эта операция занимает очень небольшой промежуток времени. Первым делом вернемся к поперечному сечению центроплана, построенному ранее. Исходя из предполагаемой толщины обшивки и величины технологического зазора, построим контур параллельный профилю крыла — это выполняется автоматически с помощью инструмента ПРИПУСК, отсекаем лишние элементы полученного контура, выполняем радиальное сопряжение там, где это необходимо. Полученный контур с помощью команды вытягивания превращаем в объемное тело. Напомним, что благодаря тому, что исходные профили были разнесены в поперечном направлении, модель бака сразу находятся там, где ей полагается быть по проекту. Осталось вырезать полость для размещения механизма управления закрылком и бак готов. Отдельно следует отметить, что, имея объемную модель бака можно автоматически точно определить его объем (т. е. запас топлива) и площадь поверхности, и тем самым расход и листового материала и вес конструкции, то же самое можно сказать обо всех объемных элементах проекта.

Приведем еще один пример использования возможностей объемного моделирования bCAD. Типовым элементом проектируемой конструкции крыла является нервюра — поперечный элемент силового набора несущих и управляющих поверхностей. Рассмотрим создание геометрической модели на примере нервюр элерона. В нашем проекте уже есть его поперечное сечение. Используя инструмент создания плоских объемов, создадим заготовку будущей детали. Затем, вычтем цилиндрические отверстия облегчения и технологические пазы — деталь готова (рис 5.). Как обычно, мы уже знаем ее объем и, соответственно вес. Мы построили всего лишь корневую нервюру, но, используя команду МНОЖЕСТВО легко получить их все, расположенные в нужных местах (правое нижнее окно на рис. 5)

Чтобы не оставить что называется «на голодном пайке» инженеров, не связанных с проектированием летательных аппаратов приведем несколько примеров из других областей. На рис. 6 приведен проект, наверное, не самый типичный для учебников — корпусная деталь боеприпаса, по очевидным причинам на иллюстрации некоторые элементы чертежа изменены, автор также останется за кадром. Интересным с точки зрения САПР является то, что практически вся работа, от эскизного проекта до рабочих чертежей выполняется очень небольшим коллективом. В его задачу входит как выработка конструктивной схемы, так и детальная проработка элементов и создание рабочей и технологической документации. Возможность одновременной работы в плоскости с чертежом и в пространстве с объемной моделью позволяет в короткие сроки выполнить все работы, в том числе и определить весовые и баллистические свойства изделия. При необходимости, возможно проведение и прочностных расчетов, с использованием входящего в профессиональную версию bCAD пакета Riemann (о нем писалось отдельно «САПР и Графике»).

Пример на рис. 7 иллюстрирует выполнение наиболее ходовой работы — выполнение обычного чертежа. Мы не случайно использовали пример, набившей оскомину каждому инженеру, наверное, еще со студенческой скамьи, а именно «деталь типа вал». Этот чертеж создан еще не профессиональным конструктором, а студентом младшего курса НГТУ в процессе выполнения курсовой работы. Особенность примера в том, что на него затрачено буквально полтора часа работы, включая получение твердой копии (заметим идеального качества и без помарок), что позволяет судить о простоте системы в освоении и использовании.

И, наконец, на последней иллюстрации (рис 8) приведен пример использования bCAD в проектировании сложных схем трубопроводов (работа выполнена инженерами Новосибирского жиркомбината). Кроме визуальной оценки сложной пространственной конструкции, bCAD позволяет точно определить наличие пересечений и выявить их расположение, что весьма важно при прокладке различных сетей трубопроводов, особенно при наличии уже существующей обвязки.

Конечно, приведенные примеры не охватывают всего многообразия задач в машиностроительном конструировании, но, как нам представляется, достаточно хорошо проявляют гибкие возможности изначально не специализированной системы. Вспомним, в предыдущие десятилетия инженеры-конструкторы, используя кульман (заметим одинаковый и в ракетно-космическом КБ и на станкостроительном заводе) успешно создавали эффективные и во многом выдающиеся изделия. Дело видимо в психологическом моменте — сегодня зачастую пытаются «подменить» работу конструктора, ожидая, что мощная САПР «создаст» конструкцию за него. На самом же деле следует лишь облегчить труд проектировщика — избавить его от рутинных операций черчения и трудоемких построений с помощью циркуля и линейки. САПР должна заменой кульману и карандашу, но не профессиональной подготовке и опыту конструктора.

Владимир Малюх