Jak na parametrizaci geometrie

Jádrem vyspělých CAD systémů je standardně parametrický modelář. Pro modelování součástí může být využito načrtnutých a umísťovaných konstrukčních prvků, generátorů součástí nebo databáze normálií. Zobrazení součástí na výkrese v pravoúhlém promítání lze odvodit přímo z prostorového modelu systémem generování pohledů a řezů.

Součástí moderních aplikací pro navrhování se stávají v poslední době také další nástroje a postupy, které akcelerují práci s modelem. Může se jednat o triviální generátor těsnění stejně dobře jako například o vyspělý nástroj pro tvorbu konstrukčního uzlu převodů s výrazným podílem CAE technik. Všechny tyto postupy jsou úzce svázány s rozvojem PLM technologií a se stále výraznějším pohledem na přípravu výroby jako na zpracování digitálního prototypu včetně digitalizace všech podpůrných činností. Tytopostupy jsou v produktech společnosti Autodesk standardně integrovány do celku tzv. funkčního navrhování.

Prostorový model součásti poskytuje řadu informací nejen o geometrických charakteristikách, ale také o vzájemných polohách a vazbách součástí v sestavách. Konstruktér nebo návrhář získává aplikací prostorových modelů možnost neomezené práce s virtuálním objektem. Nemusí být již omezen pouhým použitím 2D pohledů vytvořených na základě ortogonálního promítání. V současné době neexistuje progresivnější a produktivnější metoda tvorby geometrických dat nového výrobku. Pro podnik či firmu, která má vlastní vývoj nových produktů, je tento směr tím nejefektivnějším s možností jednoduché tvorby variant.

Rozdělení jednotlivých typů modelovacích technik

Model je zdrojem geometrie nového návrhu, která může být dále využita pro další zpracování, kontroly a výrobu. Existuje samozřejmě celá řada argumentů pro i proti nasazení modelování do praxe. Jedná se ovšem především o výraznou pozici klasických konstrukčních metod a mnohdy problémy technického a organizačního charakteru. Přes to je modelování bezesporu budoucností navrhování ve všech nejen strojírenských oborech. Potlačení rutinních prací a přímá podpora prostorové představivosti poskytuje zcela netradiční postupy a možnosti při návrhu nových výrobků. Letecký a automobilový průmysl je toho přímým důkazem.

Stupeň parametrizace součásti

Za parametrický model považujeme takový, který je matematicky popsán pomocí parametrů. Na modelu jsou definovány charakteristiky jeho geometrických částí a vzájemné vztahy s jinými součástmi pokud je v sestavě. U takto vytvořeného modelu nejsou rozměry a další charakteristiky určeny konkrétnímihodnotami, ale pomocí proměnných, výrazů a rovnic, které vzájemně spolu souvisí.

Po dosazení několika základních konkrétních hodnot dojde k výpočtu skutečných rozměrů součásti. Konstruktér, návrhář začíná tvorbu nového výrobku od prostorového modelu součásti. Model je vytvořen obdobnými technikami jako u klasického modelování, často pomocí náčrtů a prvků bez ohledu na prvotní přesné rozměry všech geometrických prvků.

Stupeň parametrizace součásti lze definovat jako úroveň snížení podílu neřízené geometrie. Čím je vyšší stupeň parametrizace součásti, tím je nižší podíl množství geometrických prvků, které nelze nijak modifikovat pomocí rozměrových parametrů, případně geometrických vazeb.

Podstata parametrického popisu modelů pomocí kót a vazeb

Přístupy v aplikacích jsou rozdílné a hodně závislé na jejich dlouholetém vývoji. Mezi CAD aplikacemi jsou v současné době zřejmě nejvíce využívány ty, které umožňují spojit na jedné straně využití neparametrické geometrie, která může být buď přímo navržena v aplikaci, nebo importována ze sekundárních aplikací, případně odvozena z reálného výrobku pomocí 3D scanneru. Na druhé straně lze tuto geometrii rozšířit o přesně definované a parametry řízené konstrukční prvky.

Typický výrobek u kterého nelze dodržet princip plné parametrizace

Toto spojení je typické například v oblasti navrhování tvarově složitých nástrojů pro výrobu součástí z plechu. Tažením může vznikat prostorově složitá geometrie, která je typická například pro automobilový průmysl a technické zpracování designerských problémů.

Typický nástroj vytvořený pomocí plné a částečné parametrizace geometrie

Zvolené postupy se dále promítají do konstrukčních návrhů a do řešení technologických problémů. Pokud je například zvolena primární geometrie jako neparametrická, lze ji jen obtížně, častěji vůbec přesně kótovat na rozumné rozměry. Musí být tedy technologicky připravena pro výrobu na CNC stroji a verifikována například pomocí souřadnicového měřicího stroje. Naopak, pokud je plně parametrická, lze z ní většinou odvodit přesnou a „kótovatelnou“ geometrii pro výrobní dokumentaci. Výroba pak může probíhat i na konvenčních obráběcích strojích a může být ověřena tradičními postupy měření.

Ukázky geometrie s určitou úrovní parametrizace

Pokud jsou vytvářeny součásti přímo pomocí parametrického modeláře je plná parametrizace ve většině případů použita prakticky u všech mechanických problémů. Jedná se o součásti spadající do oblasti klasických strojírenských produktů jako jsou hřídele, příruby, konzoly, vedení strojů apod. Tyto výrobky jsou vyráběny na konvenčních, případně číslicově řízených obráběcích strojích. Jakákoliv definice geometrie součásti je vždy svázána s rozměrovým parametrem, případně s geometrickou vazbou.

Typická ukázka plně parametrizované geometrie

S rozvojem výroby plastů a zpracování plechů se dostává do popředí realizace výrobku také nejen řešení jeho funkčnosti a technických parametrů, ale také realizace funkčního designu. Ten výrazně ovlivňuje primární prodejnost výrobku a je vždy konkurenční výhodou. V oblasti řešení designérských problémů se často využívá pro tvarování povrchů součástí ploch. Definice ploch a jejich parametrizace je natolik složitá, že se často ponechávají při konstrukci pouze hraniční parametry, případně základní tečnosti a G2 přechody, ostatní geometrie zůstává neparametrická. Ve spojení s využitím importované geometrie, případně modifikovaného mraku bodů ze 3D scanneru je prakticky parametrizace nulová. Objekty se ponechávají neparametrické a parametry se hlídají pouze hraniční rozměry a navazující geometrii sousedních součástí.

Částečná parametrizace využitá především u ploch

V Autodesk Inventoru přistupuje k problému tradiční parametrizace také možnost modifikace objektů pomocíadaptivních vazeb. Tato ojedinělá vlastnost Inventoru umožňuje zcela triviální tvorbu provázané geometrie součástí v sestavě. Existuje poměrně široké spektrum uplatnění této funkčnosti, především v oblasti snadno modifikovatelných, případně variantních sestav. Postupy adaptivního modelování současně redukují počet vazeb a ovlivňují geometrii součásti v sestavě.

Adaptivní geometrie může nahradit často složitě počítané vztahy