что такое параметрическая 3d модель

Параметрическое моделирование в САПР SolveSpace: Введение

Многие из нас в школе или университете посещали уроки черчения, но не многим из нас это нравилось. Часами возиться с линейкой, циркулем и плохо заточенным карандашом, пытаясь ровно и без помарок выводить размерные линии, бесконечные штриховки и странные формы, мало кому могло показаться интересным. Тем более, что к тому времени уже существовали компьютерные программы, способные автоматизировать это скучное, бессмысленное и беспощадное занятие. А настоящий прорыв в области проектирования деталей и подготовки конструкторской документации произошел в 1989 вместе с дебютом параметрического моделирования в Системе Автоматизированного Проектирования (САПР) Pro/Engineer.

Это — вводная статья к циклу статей «Параметрическое моделирование». Из этого цикла вы узнаете о внутреннем устройстве настоящего решателя геометрических ограничений, проблемах и их решениях на примере open-source САПР «SolveSpace». Кому не чужд мир трехмерного моделирования, добро пожаловать под кат!

Модель ударно-спускового механизма РПГ-7, созданная в САПР SolveSpace

В основе параметрического моделирования лежит простая идея: выразить сложные геометрические формы изделий с помощью простых примитивов (entities), форма которых задается с помощью параметров (parameters) и отношений между ними. Параметрами могут быть координаты точек, величины углов, длин, радиусов окружностей или эллипсов. Отношения между параметрами называют ограничениями (constraints). Для инженера-конструктора такие ограничения выглядят как размеры или как геометрические отношения инцидентности (совпадения), параллельности, перпендикулярности или касательности простейших геометрических форм: точек, линий, окружностей, эллипсов и т. д. Совокупность примитивов, служащих основой для построения геометрического представления детали, называют эскизом (sketch). При таком подходе процесс построения эскиза сводится к формированию грубого наброска контура объектов и наложению таких ограничений, которые однозначно определяют значения параметров всех примитивов. Преимуществом такого подхода является то, что инженеру не требуется точно определять координаты всех объектов, достаточно указать лишь геометрические взаимоотношения между объектами, а всю работу по вычислению результирующих координат объектов выполнит решатель геометрических ограничений (geometric constraint solver) — основа параметрического подхода к моделированию. Именно наличие такого решателя отличает параметрические САПР от остальных.

SolveSpace

Подробности реализации системы параметрического моделирования будем рассматривать на основе open-source проекта SolveSpace, созданного Джонатаном Вэстью (Jonathan Westhues) и поддерживаемого в настоящее время сообществом open-source — разработчиков, в числе которых состоит и автор данной статьи, то есть я.

Среди всех проектов с открытым исходным кодом, SolveSpace обладает самой адекватной реализацией решателя геометрических ограничений. Решатель SolveSpace имеет си-подобный интерфейс и доступен для лицензирования и использования в коммерческих проектах. Основным преимуществом решателя, созданного Джонатаном, является символьный подход к записи исходных уравнений, что позволяет очень быстро и просто создавать новые ограничения, а также предоставляет возможность вычислять выражения в полях ввода значений. Еще одним преимуществом решателя SolveSpace является возможность единообразно решать как двумерные, так и трехмерные ограничения.

В качестве контр-примера можно привести встроенный решатель FreeCAD, который построен на других принципах, что вызывает ряд проблем. Одной из проблем является сложность добавления новых ограничений ввиду того, что приходится вручную записывать все частные производные уравнений. Но основным минусом решателя FreeCAD является его ограниченность областью проектирования двумерных эскизов, что негативным образом сказалось на функциональности FreeCAD — в нем до сих пор нет нормальной возможности делать трехмерные сборки деталей.

Эскиз (Sketch)

Несмотря на то, что SolveSpace является параметрической системой трехмерного моделирования, объемные тела создаются на основе набора двумерных контуров. Контуры в SolveSpace могут состоять из отрезков прямых, окружностей и их дуг, а также кубических сплайнов. Иерархически вложенные контуры становятся «дырками», а контуры, вложенные в “дырки” — снова становятся частью тел.

Пример эскиза

В SolveSpace возможно создание тел выдавливания (extrusion) и тел вращения (lathe), а все остальные тела можно получить объединением этих двух типов с использованием так называемых Булевых (Boolean) операций, которые являются основой Constructive Solid Geometry(CSG).

Пример тела выдавливания (extrusion)

Пример тела вращения (revolution, lathe)

Ограничения (Constraints)

Ограничения в параметрических САПР отличаются от размерных линий обыкновенных систем автоматизированного проектирования. Их основное отличие состоит в том, что изменение размерного значения меняет и сам эскиз, то есть ограничения предоставляют интерфейс двустороннего взаимодействия. Ограничения могут «измерять» размеры эскиза, то есть выполнять роль размеров “для справок” (reference). С другой стороны, ограничения могут изменять сам эскиз при изменении значения параметра ограничения. Это очень удобно, так как во множестве случаев инженеру-конструктору требуется создать документацию не единичного изделия, а целого семейства изделий, обладающих сходной формой, но различными значениями ряда размеров. К примеру, это могут быть обыкновенные гайки:

Эскизы гаек различного размера

Автоматическая перестройка чертежа при изменении некоторых параметров детали

В этом и состоит мощь параметрического моделирования: изменяя всего один или несколько параметров мы добиваемся полной перестройки всей модели, включая трехмерное представление и наборы видов на каждом из чертежей. Не нужно вносить тысячи правок, если необходимо изменить всего один размер — достаточно задать его новое значение и решатель геометрических ограничений рассчитает новые координаты объектов, а в случае ввода некорректных значений выдаст сообщение об ошибке.

Источник

Параметрическое моделирование в 3Ds Max: что нужно знать?

Профессиональный 3D-дизайнер в своей работе должен владеть несколькими технологиями моделирования объектов и уметь мастерски сочетать их. В дизайне интерьеров обычно применяют полигональное, сплайновое, NURBS-моделирование или 3D-скульптинг. А вот параметрическое моделирование чаще можно встретить в инженерном деле. Тем не менее, это не повод обойти его стороной. В статье мы объясним, что такое трехмерное параметрическое моделирование на персональных компьютерах, где применяется и как именно реализуется в Autodesk 3Ds Max.

Что такое параметрическое моделирование

Параметрическое моделирование в 3D-графике – это метод проектирования объектов с использованием их параметрических данных. Принцип – изменение геометрии объекта с помощью регулировки его параметров (формы, размера, плотности, радиуса и т.д). Заданные параметры сохраняются в базе данных, и вы сможете воспользоваться ими в любой момент.

В итоге вы создаете математическую модель, из которой, благодаря настройке параметров, можно получить в будущем уникальные комбинации. Отметим, что большинство объектов в 3Ds Max параметрические, то есть представляют собой совокупность установок и настроек. Вносить корректировки настроек можно на командной панели в свитке Parameters.

Параметрическое 3D-моделирование – гибкий и в то же время точный инструмент, который несложно освоить, если знать азы 3Ds Max. А познакомиться с интерфейсом, функциями и основными настройками этой программы можно на наших курсах под контролем опытных преподавателей.

Параметризация – это один из первых способов моделирования, который чаще всего применяют в промышленности, машиностроении, строительстве и т.д. С его помощью удобно конструировать детали и механизмы промышленных изделий. В дизайне интерьера параметризация необходима для проектирования декора, потолков, мебели нестандартных форм.

Параметр можно изменить в любой момент – тогда модель обновится в режиме реального времени. Поскольку все детали сборки связаны между собой, то при изменении конфигурации они будут взаимно перемещаться. Еще до создания конечного объекта вы поэкспериментируете с комбинациями настроек, увидите ошибки, допущенные при проектировании, вовремя исправите их.

Программы для параметрического моделирования – это не только 3Ds Max. Часто параметризацию выполняют в разных САПР – CATIA, Solidworks или Компас-3D.

Типы параметризации

В 3D-моделировании существует несколько режимов параметризаций:

Геометрическая параметризация – многофункциональный инструмент с тонкими настройками. С его помощью вы сможете вносить изменения в 3D-модель на любой стадии редактирования.

Преимущества параметрического моделирования

Разберем, почему в ходе знакомства с 3Ds Max стоит освоить параметрическое моделирование:

Несмотря на все плюсы, параметрическое моделирование в программе «3Д Макс» мы рекомендуем использовать для разработки технически несложных изделий с малым числом параметров. Если параметров наберется больше 40-50, обновление модели займет слишком много времени. Еще один минус – из-за продолжительности и трудоемкости процесс станет экономически невыгодным.

Процесс параметрического моделирования

Теперь разберем алгоритмы конструирования параметрических моделей на примере нескольких модификаторов. Наиболее распространено параметрическое моделирование в 3Ds Max с применением модификаторов Vol. Select и Morpher.

Источник

Что такое параметрическое моделирование

Параметрическое моделирование позволяет создать проект, в котором будут учтены все параметры модели. Причем они будут взаимосвязаны, и изменение одного из них повлечет за собой изменение остальных (например, детали в сборке будут взаимно перемещаться). Благодаря этому можно исключить риск появления принципиальных ошибок посредством проверки разных конструктивных схем.

Еще на заре появления САПР возникла идея применения такого типа моделирования, однако ее нельзя было реализовать из-за небольшой мощности компьютеров того времени. Ситуация поменялась только в 1989 году, в котором появились первые программы для параметризации.

Чтобы учесть все параметры будущей модели, понадобятся соответствующие чертежи и данные

Параметрическое моделирование может быть либо двумерным, либо трёхмерным. Первое представляет из себя параметризацию чертежей и применяется довольно редко. Трёхмерное 3D моделирование на заказ имеет большую эффективность. В использующихся сейчас САПР оно является основной возможностью.

Типы параметризации

Различают 4 типа параметризации, некоторые из них подходят для создания 3D визуализации интерьеров.

Достоинством этого типа является возможность гибкого редактирования уже созданной модели. Если нужно что-то изменить, достаточно просто создать новую конструкторскую линию, избежав потери взаимосвязей между элементами, и привязать к ней проведенную ранее линию изображения. Предметную визуализацию заказать или просто получить расчет стоимости можно прямо в день обращения.

Источник

Параметрическая модель в КОМПАС-3D. Начало.

Всем привет. Я тут новенький, и еще не освоился. Так что могу нарушить некие неписанные правила, прошу не принимать близко к сердцу, я не со зла. Ладно, погнали.

Я часто работаю в САПР «Компас-3D» и «Altium Designer», я люблю красивые 3D-модельки и еще я достаточно ленив, чтобы рисовать каждую. По этой причине я обычно рисую одну параметрическую модель для объекта, имеющего разные варианты исполнения и потом ее перестраиваю через задание переменных. Например, микросхемы изготавливают в стандартных корпусах, отличающиеся в основном числом выводов, и параметризация тут экономит кучу времени. А еще, однажды я написал для друзей небольшой обзор того, как это делаю я, а теперь решил выложить сюда, может еще кого заинтересует. Это не урок, скорее описание личного опыта.

САПР «Компас-3D» имеет механизм задания параметров через переменные, и при этом неплохо ладит с математикой, что позволяет вносить изменения нажатием пары клавиш. Однако, практика показала, что многие пользователи игнорируют сочетание параметризации с другими возможностями среды, что в итоге вызывает сложности при параметризации чего-то сложнее длины болта. Так попробуем же усложнить модель?

А попробуем мы создать модель корпуса для микросхем типа QFP. У этого семейства корпусов может быть разное количество выводов, разный шаг между ними, и конечно же разные габаритные размеры. Очень удобная для демонстрации модель, можно показать метод, но не лезть в дебри.

Сначала можно построить сам пластиковый корпус, в котором смонтирован кремниевый кристалл. Так как модель планируется применять при работе в Altium Designer, то для удобства восприятия в меню «ориентация» выберем «Изометрия YZX», в таком положении плоскость, образованная осями X и Y оказывается в горизонтальном положении, Z направлена вверх. Плоскость XY является плоскостью платы для Altium Designer.

Так как сам корпус немного приподнят над плоскостью платы и стоит на выводах, мы построим вспомогательную плоскость, параллельную плоскости XY, на расстоянии 0,1 мм. в положительном направлении по оси Z, и уже от нее будем строить тело корпуса. Так как корпус квадратный, и стороны его одинаковы, можем задать длину стороны одной переменной: body_width. В построенной вспомогательной плоскости создаем эскиз, в нем чертим прямоугольник, и удобнее сделать это так, чтобы начало координат оказалось внутри него. Далее в меню «Размеры» выбираем размер от прямой до точки. Проставляем расстояние от каждой стороны прямоугольника до точки начала координат, при этом в поле «Выражение» во всех четырех случаях прописываем (body_width/2), так мы получаем для всех вариантов ориентацию относительно центральной точки и более удобную привязку модели.

Фактически, это прямоугольная в сечении пластина, имеющая два отгиба в противоположные стороны (разогнем немного букву «S», и вот, почти оно). При грубом приближении, нам необходимы следующие параметры вывода:

pin_number – количество выводов корпуса.

Рисунок 2 – назначение переменных.

Рисунок 3 – расположение вспомогательных параллельных плоскостей.

Эскиз сечения вывода (рисунок 4а):

Как упоминалось выше, вывод в своем сечении представляет прямоугольник шириной pin_width и высотой pin_thickness. Исходя из этого можно вычислить расстояние от начала координат до сторон прямоугольника, определяющих ширину вывода, являющегося крайним на своей стороне:

И расстояние от начала координат, до сторон, определяющих нижний и верхний края указанного сечения:

Эскиз формовки вывода (рисунок 4б):

В изначальном варианте эскиз представляет три отрезка – участок, прилегающий непосредственно к плате, вертикальная составляющая и отвод непосредственно к корпусу. После простановки размеров выполняем скругление углов между отрезками и проставляем для них радиальный размер для избежания изменений при перестроении, так же проставляем выравнивание точек примыкания дуг скругления по вертикали/горизонтали с соответствующими объектами. Радиус скругления примем равным 0,2 мм., как наиболее часто встречающийся, и так как данный параметр будет нести в нашей модели больше эстетическую составляющую, усложнять его вычислениями не будем.

Далее используя операцию кинематического выдавливания эскиза (рисунок 4а) по траектории (рисунок 4б), результат изображен на рисунке 4в.

Рисунок 4 – эскизы для построения вывода микросхемы.

Один экземпляр вывода мы получили, заготовка корпуса у нас есть. И похоже на сегодня все, ибо обнаружил, что больше нельзя насовать блоков в пост.

Скоро тут будет ссылка на продолжение, в котором мы размножим выводы и немного облагородим модельку до состояния с превьюшки. Продолжение я выложу, даже если эту часть никто не прочтет, так как оно есть написанное, а бросать незавершенное дело нельзя.

P.S.: GrabCAD воскрес, там уже лежит эта статья целиком.

Можете закидать критикой, или маякнуть в комментах, пригодилось данное чтиво или нет. Мне будет приятно и то и другое.

Источник

Параметрическая модель в SOLIDWORKS 2020

Преимущества параметрического моделирования

В настоящее время все меньше споров возникает по поводу, что лучше на практике проектирования – прямое моделирование или параметрическое. Развитие CAD-систем привело к тому, что оба этих способа могут вполне эффективно использоваться в работе конструкторов.

Видеокурс по этой теме

Профессиональный видеокурс V2.0 по SOLIDWORKS 2021

Сложная сборка с параметрическими деталями, стандартным крепежом, импортированными узлами, продвинутыми сопряжениями и визуализацией в виде чертежей и анимации.

Главное и ключевое качество, которым наделяет 3D-модель детали параметризация – это возможность использовать ее бесконечное количество раз, каждый раз адаптируя размеры и параметры массивов под собственные нужды. Пара-тройка кликов и на выходе готовая 3D-модель сходной конфигурации, которую уже можно использовать в проектируемой сборке. Как пользоваться этим инструментом в SOLIDWORKS, сейчас и рассмотрим.

Базовый инструмент параметризации

В SOLIDWORKS 2020 основным инструментом параметризации является блок “Уравнения” в дереве конструирования Feature Manager. Нажимаем правой кнопкой мыши и выбираем пункт “Управление уравнениями”, далее переходим в раздел “Вид размеров”, выбрав на соответствующую пиктограмму в левом верхнем углу.

Параметризация основана на работе с двумя основными блоками: “Глобальные переменные” и “Размеры”. В разделе “Глобальные переменные” указываем перечень размеров, которые будем вводить при построении очередной новой модели. В разделе “Размеры” устанавливаются зависимости между эскизными размерами и переменными.

Если выделить характеристики проектируемых деталей, для которых уместна параметризация, то это, как правило, нестандартные изделия, которые несколько раз встречаются в сборке, имеют сходную конфигурацию, но различные размеры. В этом случае, сделав параметрической одну модель, вы можете не проектировать новую, создавая эскизы и пр. Достаточно изменить несколько значений в разделе “Глобальные переменные” и модель перестроится под требуемые размеры.

Пример реализации метода параметризации деталей

В угоду наглядной демонстрации возможностей инструмента мы отступим от требования по нестандартности изделия и возьмем в качестве примера стандартную деталь, шкив, на которой покажем, как создавать параметрические зависимости.

Шкивы используются в клиноременных передачах для передачи крутящего момента между не соосными валами исполнительных механизмов. Например, электродвигатель и редуктор, расположенный на уровень выше, или генератор и коленвал в ДВС, разнесенные на определенное расстояние. Согласно ГОСТ 1284.1-89 сечения ремней различны, а значит различны конфигурации канавок под ремни, о чем и говорит ГОСТ 20889-88.

Итак, задача – спроектировать шкив со ступицей (тип 1), предоставив возможность редактирования параметров канавки, габаритных и присоединительных размеров и количества канавок. Приступаем!

Создаем деталь, выбираем плоскость в которой будем строить эскиз вращения и выполняем построение эскиза. Строим осевую линию инструментом “Осевая линия”. Далее чертим наружный контур детали, произвольно, без привязки к каким-либо реальным размерам. Инструментом “Осевая линия” рисуем расчетный диаметр шкива, по-прежнему произвольно.

Инструментом Автоматическое нанесение размеров делаем эскиз определенным. Для отображения значений в мм, выполняем следующие действия: Инструменты – Параметры – Вкладка Свойства документа – Пункт в перечне Единицы измерения – ММГС. Для удобства, при нанесении размера, присваиваем ему имя в первой строчке всплывающего окна (75,6 – это диаметр посадочного отверстия). Вводить значение необязательно.

После простановки всех необходимых размеров с указанием справочного наименования, все линии эскиза подсветятся черным цветом. Для габаритной длины сразу же введем переменную L. Для этого в поле значения размера вводим комбинацию из знака = и названия переменной. В нашем случае – это =L. Нажав клавишу Enter или зеленую галочку, программа запросит разрешения создать глобальную переменную L. Нажимаем Да. После этого размер станет параметрическим, на что укажет символ суммы возле значения, а в дереве конструирования Feature Manager появится раздел Уравнения.

Инструментом Повернутая бобышка/основание получаем твердое тело, предварительно выбрав ось вращения, вокруг которой будет провернут эскиз.

Нажимаем правой кнопкой мыши на раздел Уравнения в дереве конструирования Feature Manager и выбираем пункт Управление уравнениями. В разделе Глобальные переменные уже указана габаритная длина L с произвольным значением. В столбце заметки напишем комментарий к переменной L, чтобы по прошествии некоторого времени ориентироваться, какой параметр за что отвечает.

Введем дополнительные переменные в поле Добавить глобальную переменную и укажем их значения и комментарии к ним. Значения можно указывать реальные или ориентироваться на те, что имеются (раздел Размеры, расположенный ниже).

Установим взаимосвязь между существующими размерами и переменными в разделе Размеры. Для этого в столбце Значения/уравнения заменим числа переменными. Порядок присвоения переменной размеру – прежний: = и название переменной. Диаметральные размеры делим пополам.

После нажатия кнопки ОК, модель перестроится.

Выполним в модели шпоночный паз. В соответствии с ГОСТ 23360-78 размеры шпоночного паза зависят от диаметра посадочного отверстия. Включим и эти размерные характеристики в переменные.

Шпоночный паз будем получать инструментом Вытянуты йвырез. Для этого выберем инструмент Эскиз, а плоскостью послужит один из торцов шкива. Для удобства черчения плоскость необходимо повернуть по нормали к экрану, нажав на пиктограмму Перпендикулярно в разделе Ориентация.

Рисуем произвольный прямоугольник и связываем инструментом Осевая линия центр нижнего отрезка с нулевой точкой.

Далее во вкладке Эскиз выбираем стрелочку под кнопкой Отобразить/скрыть взаимосвязи и в выпадающем меню нажимаем на Добавить взаимосвязь. Нажимаем на осевую линию и слева, в разделе Добавить взаимосвязи, выбираем Вертикальный. Нажимаем на зеленую галочку. Осевая линия стала вертикально.

Пользуясь инструментом Добавить взаимосвязи, привязываем точки нижней линии к кромке посадочного отверстия. В разделе Добавить взаимосвязи следует выбирать Совпадение.

Для окончательно определения эскиза используем два размера – ширину и высоту прямоугольника, завязав их на две переменные: h_sp_paza (высота шпоночного паза) и b_sp_paza (ширина шпоночного паза).

Во вкладке Элементы выбираем Вытянутый вырез. Слева, в разделе Направление 1 необходимо выбрать Насквозь. Нажимаем зеленую галочку и паз выполнен.

Вырезаем одну канавку. Канавку будем вырезать инструментом Повернутый вырез. Для этого необходимо создать эскиз в плоскости вращения. Выбираем плоскость, ставим ее по нормали к экрану и рисуем замкнутый эскиз. Делаем элементы эскиза симметричными, связывая центры горизонтальных отрезков осевой линией и налаживая на нее взаимосвязь Вертикальный.

После делаем коллинеарными вершину канавки с образующей рабочей части шкива, выбирая в разделе Добавить взаимосвязи пиктограмму Коллинеарный.

Рисуем осевую линию, которая будет указывать на расчетный диаметр шкива. Образмериваем эскиз, попутно вводя переменные f (расстояние между осью канавки и торцом шкива), Wp (расчетную ширину канавки), alpha (угол раскрытия канавки) и h (глубина канавки ниже расчетной ширины). Расстояние от образующей до расчетного диаметра – это переменная b, которая уже имеется в разделе Глобальные переменные.

Инструментом Повернутый вырез вырезаем канавку вращением эскиза вокруг оси.

Создаем линейный массив канавок. На вкладке Элементы ищем пиктограмму Справочная геометрия, в выпадающем меню выбираем Ось. Создаем ось после выбора цилиндрической поверхности.

На вкладке Элементы находим Линейный массив и создаем массив из канавок. Рабочим элементом для массива служит операция Вырез-повернуть, по итогам которой мы получили канавку. Далее направление выбирается автоматически по построенной оси, шаг и количество образмериваются переменными e и N соответственно.
Окончательно настраиваем взаимосвязи введенных параметров. Уравнения – Управление переменными – раздел Глобальные переменные. Дополняем глобальные переменные комментариями. В разделе Размеры корректируем первый размер Ширина рабочей части, вводя уравнение ширины рабочей части шкива из ГОСТа. Внизу ставим галочку Автоматический порядок решения, при котором в начальных эскизах могут использоваться переменные, созданные позже.
Параметрическая модель готова. Меняя глобальные переменные и нажимая кнопку Перестроить или ОК получаем готовую модель по заданным размерам. Например, необходимо получить шкив под тип ремня А с расчетным диаметром 160 мм и тремя канавками. Открываем ГОСТ 20889-88, находим таблицу 2 и вводим параметры, попутно меняя диаметр бобышки отверстия, размеры шпонки и габаритную длину.

Резюме

Владение навыками параметрического моделирования деталей и узлов механического оборудования представляется в ряде производственных условий вполне востребованным и полезным навыком, который, даже при первоначальной затратности, в дальнейшем позволяет конструктору рационально использовать рабочее время, имея базу готовых конструктивных модулей.

Стоит отметить, что описанный выше подход параметризации чертежей деталей является эффективным при модификациях, в которых изменяются только размеры и не меняется топология изображения. То есть, однажды созданная параметрическая модель детали может быть быстро перестроена путем изменения значений геометрических параметров. Весьма эффективным применением параметризации является создание библиотек стандартных элементов.

В завершение отметим, что в данной статье проиллюстрирован один из типичных примеров, который позволяет на конкретной модели рассмотреть базовые преимущества параметрического моделирования деталей механического оборудования.

Источник