Булевы операции над элементарными телами
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КУРСА
Задачей курса является знакомство с графическим электронным моделированием для автоматизации проектирования технических объектов с целью существенного увеличения производительности труда проектной организации.
Полный цикл проектирования изделия называют НИОКР. Это комплекс мероприятий, состоящий из научных исследований и производства опытных и мелкосерийных образцов продукции, который предшествует запуску нового продукта в промышленное производство. В структуре НИОКР предметом приложения методов геометрического моделирования являются опытно-конструкторские работы.
ОКР выполняются после завершения НИР при условии получения на этом этапе положительных результатов с точки зрения удовлетворения целей будущим изделием.
Основные этапы ОКР изложены в ГОСТ 15.001-88.”Система разработки и постановки продукции на производство”.
1 этап. Разработка технического задания, которое включает в себя наименование, назначение, технические требования, показатели качества и экономичности, а также специальные требования заказчика к разрабатываемой конструкции.
2 этап. Разработка технического предложения, которое содержит подтверждение технико-экономической целесообразности разработки конструкции, учитывая возможности заводов-изготовителей, а также достижения науки и техники.
3 этап. Разработка эскизного проекта, представляющего документацию в виде совокупности конструкторских решений, дающих представление об устройстве конструкции, принципе её действия, габаритах и основных параметрах. При этом производятся предварительные расчёты по работоспособности конструкции, которые оформляются в виде пояснительной записки.
4 этап. Разработка технического проекта, содержащего окончательно выбранное и проработанное проектное решение. Окончательные выводы принимаются в ходе выполнения проверочных расчётов, в результате которых происходит уточнение или корректировка основных параметров изделия, полученных на предыдущем этапе.
5 этап. Разработка рабочей документации, содержащей чертежи деталей и сборочных единиц, по которым можно изготовить и испытать опытные образцы, а также проконтролировать их точность и качество в процессе изготовления.
6 этап. Проведение предварительных испытаний, с целью проверки соответствия опытного образца требованиям ТЗ и определения возможности его предъявления на окончательные испытания перед запуском в серийное производство.
Для повышения эффективности труда инженеров на этапе ОКР необходимо широкое использование различных средств автоматизации для решения многообразных проектных и исследовательских задач.
В настоящее время в машинной графике используются три вида геометрического моделирования. Это каркасное моделирование, поверхностное моделирование и твёрдотельное моделирование.
На данном этапе развития графических систем твёрдотельное моделирование является стандартом в 3D CAD/CAM/CAE-системах проектирования.
Задачи, решаемые на современных машиностроительных предприятиях, требуют, чтобы проектировщик создал задуманный образ будущего изделия не в виде чертежа, а в виде виртуальной твёрдотельной пространственной модели, которая может описать не только полную геометрию изделия, а ещё механические и физические свойства материала.
Для реализации подобного круга задач появились 3D системы среднего класса. Это Solid Works, AutoDesk Inventor, SolidEdge, а также отечественные Компас 3D и T-FLEX CAD.
Чертёж в этих системах играет вспомогательную роль, а способы его создания основаны на методах отображения пространственной модели.
Структура создания твёрдотельного геометрического объекта представлена на следующей схеме.
 |
Обратная связь
Алгоритм твёрдотельного моделирования позволяет создавать сложные геометрические модели через механизм последовательного применения булевых операций к набору элементарных объёмных тел, составляющих сложную модель. Промежуточные состояния при образовании сложного объекта автоматически фиксируются в иерархической модели данных. Следовательно, эта модель отображает на экране монитора весь процесс формоизменения сложного геометрического объекта. В графических системах данная иерархическая модель называется CSG – деревом (Constructive Solid Geometry tree) или дословно конструктор твёрдых тел.
В структуре CSG-дерева процесс последовательного моделирования сложного геометрического объекта представлен в виде следующих булевых операций над элементарными телами:
а) вычитание б) объединение в) пересечение.
Булевы операции над элементарными телами
