Введение

Развитие новых технологий постоянно предъявляет все более жесткие требования к современному инженеру-конструктору. Уже давно остались в прошлом те времена, когда все конструкторские расчеты, чертежи и документация выполнялись вручную, а главными инструментами проектировщика были карандаш и кульман. Точность таких чертежей и документации зависела от многих субъективных факторов, таких как тщательность выполнения графического изображения, квалификация проектировщика и пр. Самое плохое, что такие чертежи практически невозможно было редактировать. В результате проектируемый объект мог быть далек от совершенства.

За два последних десятилетия информационные технологии коренным образом изменили принципы конструирования, ускорив при этом процесс разработки изделия, повысив его точность и надежность в десятки раз. Бытует ошибочное мнение, что графические и расчетные системы – это всего лишь цифровая замена проектирования вручную. Хотя в самом начале, конечно, так и было. Первые версии западных программ для работы с инженерной двухмерной графикой были не чем иным, как электронным вариантом карандаша и кульмана. Однако благодаря высоким технологиям сфера конструирования развивалась, и в результате появилась отдельная самостоятельная отрасль – автоматизированное проектирование. Постепенно в графических редакторах стало возможно повторно использовать ранее спроектированные изделия, легко и быстро создавать типовые элементы, самостоятельно оформлять чертежи и прочую документацию. Следом за этим появился механизм параметризации графического изображения.

Переворотом в промышленном проектировании стало применение в конструировании трехмерной графики. Сначала в строительстве, потом в тяжелом машиностроении, а за ними и в других отраслях начали активно искать применение возможностям объемной компьютерной графики. Нельзя сказать, что переход на трехмерную графику был безболезненным. Во-первых, из-за требований стандартов (ГОСТ, СНИП и т. п.), касающихся только плоской графики и, во-вторых, из-за негибкости мышления многих инженеров, упрямо отталкивающих все новое. Однако другого пути не было. Проектная организация, активно использующая современные системы автоматизированного проектирования (САПР) и расчетные комплексы, успевала выполнить и представить несколько полноценных решений определенного проекта, тогда как за то же время другая организация, не применяющая САПР, едва ли успевала подготовить один эскизный проект. Кроме лучшего визуального представления проектируемых изделий, 3D-графика на порядок повышает точность проектирования особенно сложных (составных) объектов, позволяет легко редактировать трехмерную модель. Ассоциативная связь, устанавливаемая в инженерных 3D-системах между моделью изделия, его чертежами, а также документацией на изделие (например, спецификацией), позволяет при внесении изменений в 3D-модель автоматически отобразить все эти изменения в других документах, связанных с моделью. Именно за счет этого и достигается колоссальная экономия времени и затрат труда на проектирование. Дальнейшее развитие САПР дало возможность собрать воедино все данные о проектируемом объекте в системах управления жизненным циклом и инженерными данными, а также гибко управлять этими данными в зависимости от потребностей каждого конкретного предприятия.

Другой ветвью развития компьютерных систем для проектирования являются инженерные расчеты. Этот класс программ начал бурно развиваться с появлением 3D в конструировании и на данный момент очень востребован. Трехмерное представление напряжений от действующих нагрузок, трехмерное распределение (поле) температур, прочностной, кинематический, динамический анализ и многое другое стали доступны инженеру, использующему такие системы. Очень многие расчеты, которые ранее едва ли можно было выполнить или которые требовали суперквалифицированных специалистов, сейчас легко решаются с помощью таких приложений.

На сегодня все существующие программные пакеты, которые предназначены для инженерного моделирования, можно разделить на три категории.

• Системы тяжелого класса. Они содержат мощные гибридные трехмерные редакторы (такие, в которых реализовано как твердотельное, так и поверхностное моделирование), а также встроенные функции для различных инженерных расчетов. Весьма сложны для освоения, требуют специальных знаний и навыков, очень дорогостоящие, однако позволяют создавать и рассчитывать модели практически любых форм. Это системы класса Pro\ENGINEER, CATIA и пр.

• Системы среднего класса. Такие системы сейчас наиболее распространены и популярны. Они позволяют решать большинство задач проектирования на основе, как правило, твердотельного моделирования, уделяя при этом немало внимания и плоскому черчению. Могут иметь небольшие модули, решающие типовые расчетные задачи. Сравнительно недорогие, легкие в освоении, ориентированы на пользователя (то есть на обычного инженера) и не столь требовательны к аппаратным средствам, как системы тяжелого класса. К этим системам можно отнести Autodesk Inventor, SolidWorks, Solid Edge и т. д.

• Узкоспециализированные модули. Это, как правило, небольшие программы, автоматизирующие решение нетипичной узкопрофильной задачи конкретной отрасли промышленности или человеческой деятельности. Эти приложения могут как быть самостоятельными, так и базироваться на каких-либо программных пакетах тяжелого или среднего классов (так называемые подключаемые модули или библиотеки).

Радует тот факт, что в области инженерного проектирования среди систем среднего класса есть представители не только западных IT-компаний. Хорошим примером тому служит российская система трехмерного твердотельного моделирования КОМПАС-3D, которой и посвящена эта книга. Всего за последние несколько лет КОМПАС-3D из плоского чертежного редактора вырос во многофункциональную систему 3D-CAD с собственным математическим ядром. Большим плюсом этой программы является поддержка как западных, так и отечественных стандартов выполнения чертежей и подготовки документации. Кроме того, собственные ноу-хау в сфере трехмерного моделирования, удобный чертежно-графический редактор, большое количество вспомогательных приложений могут сделать ваше проектирование не только быстрым и точным, но и приятным.

Для кого предназначена книга

Книга предназначена для студентов технических вузов, а также инженеров-конструкторов, использующих на своих предприятиях КОМПАС-3D. Она состоит из шести глав, в которых последовательно рассмотрены различные аспекты работы с новейшей версией программы – практически все, что вам может понадобиться в работе. Отличительной особенностью данного издания является его насыщенность практическими примерами достаточной сложности, чтобы научиться профессионально работать в КОМПАС-3D. Они достаточно обширны (освещают большинство функций, которые наиболее часто используются на практике), взяты из реальной жизни, поэтому не являются абстрактными.

Структура книги

В первой главе приведено общее описание системы КОМПАС-3D V10, ее интерфейса и настроек. Подробно рассмотрены вопросы, касающиеся настройки программы, ее внешнего вида, панелей инструментов, меню и т. д. с учетом требований конкретного пользователя. Знания, полученные после прочтения этой главы, позволят настроить систему для себя. Кроме того, при возникновении тех или иных проблем с интерфейсом вы можете не тратить много времени на поиск нужной кнопки или команды меню, а обратиться к данной главе.

Вторая глава полностью посвящена плоскому черчению. В ней описано создание и редактирование графических объектов (примитивов), использование привязок и вспомогательных объектов при построении, представлен обзор практически всех команд графического редактора последней версии КОМПАС. Отдельный раздел этой главы посвящен работе с видами и слоями в КОМПАС-График. В качестве практического примера рассмотрено пошаговое построение и оформление сборочного чертежа одноступенчатого цилиндрического косозубого редуктора.

В третьей, самой объемной главе рассказывается об общих принципах трехмерного твердотельного моделирования, а также об особенностях их реализации в системе КОМПАС-3D. Отдельно описан процесс создания единичных деталей и трехмерных сборок. Небольшой раздел посвящен параметрическому моделированию. Практическая часть этой главы состоит из двух разделов. В первом приведен пример разработки трехмерной модели (сборки) того редуктора, чертеж которого был создан во второй главе. Второй раздел содержит оригинальные примеры построения различных моделей, которые, на первый взгляд, невозможно выполнить средствами твердотельного моделирования (пружины, червяк и червячное колесо, текст на цилиндре и пр.).

В четвертой главе рассмотрено на примерах создание спецификаций в редакторе спецификаций системы КОМПАС. Сначала разрабатывается спецификация для двухмерного чертежа редуктора, спроектированного во второй главе, потом спецификация для трехмерной модели этого же редуктора и, наконец, для ассоциативного чертежа, созданного с трехмерной модели редуктора.

Пятая глава рассказывает о прикладных библиотеках к системе КОМПАС и их назначении. В главе представлен небольшой обзор (естественно, с примерами) некоторых наиболее важных стандартных библиотек КОМПАС, а также бесплатных библиотек, разработанных пользователями и выложенными на сайте технической поддержки компании «АСКОН» (http//www.ascon.ru).

Шестая глава, завершающая книгу, расскажет о различных способах расширения возможностей системы. В главе вы найдете пример разработки (написания) собственной прикладной библиотеки к системе КОМПАС-3D, которая позволяет автоматически создать трехмерные модели зубчатых колес.

Все примеры, рассмотренные в книге, вы можете найти на компакт-диске, прилагаемом к книге. Обратите внимание, что для нормального открытия примеров нужна лицензионная версия программы КОМПАС-3D V10. В версии КОМПАС-3D V10 LT нельзя открыть сборки. В таком случае для просмотра этих файлов можно воспользоваться программой КОМПАС-3D Viewer V10, которую вы найдете на прилагаемом компакт-диске.

Надеюсь, что с помощью этой книги вы на 100 % освоите КОМПАС, изучите множество различных приемов, которые облегчают моделирование и черчение, а также позволяют в полной мере использовать потенциал этой замечательной программы.