Применение программы NX фирмы Siemens PLM Software в учебном процессе при подготовке студентов машиностроительного направления.

Галина Садчикова, к.т.н., доцент кафедры атомной энергетики, Балаковский инженерно-технологический институт - филиал Национального исследовательского ядерного университета Московского инженерно-физического института

В данной статье рассматриваются результаты внедрения системы автоматизированного проектирования NX фирмы Siemens Plm Software в учебный процесс в высшем учебном заведении. Дано обоснование необходимости применения современных информационных технологий при обучении студентов машиностроительного профиля и выбора программного продукта. Автор дает описание этапов изучения модулей программы в привязке к конкретным курсам, рассматривает особенности программы NX, требующие создания баз стандартных и унифицированных изделий. В статье также приведены примеры разработок, выполненных студентами в различных модулях программы.

Введение

Продукция современных машиностроительных предприятий характеризуется высокой сложностью и точностью. Кроме того, для производства конкурентоспособных изделий необходимо обеспечить малые сроки проектирования и внедрения как новых изделий, так и модификаций уже выпускаемых. Подобную задачу невозможно решить без применения современных программных продуктов как для конструкторской и технологической подготовки производства, так и для инженерного анализа, то есть CAD/CAM/CAE­систем.

Такая ситуация в промышленности, а также необходимость повышения качества обучения студентов для их востребованности на современном рынке труда требует соответствующей подготовки выпускников высших учебных заведений по направлениям и специальностям, связанным с машиностроением.

В Балаковском инженерно­технологическом институте - филиале Национального исследовательского ядерного университета МИФИ (БИТИ НИЯУ МИФИ) с 2007 года ведется обучение студентов по направлению «Конструкторско­технологическая подготовка машиностроительных производств» (КТОП) и специальности «Технология машиностроения» (ТМС) в системе автоматизированного проектирования NX фирмы Siemens PLM Software.

Программа NX наряду с программами СATIA и Pro/E относится к «тяжелым» системам автоматизированного проектирования и характеризуется большими функциональными возможностями, высокой производительностью и стабильностью работы. Программа NX поддерживает разработку и изготовление изделия на всех этапах жизненного цикла - от создания трехмерных моделей деталей, сборок и чертежей до формирования программы для изготовления детали на станке с ЧПУ и проектирования цехов. Кроме того, программа использует графическое ядро Parasolid (собственная разработка), которое является стандартом для многих систем автоматизированного проектирования различного уровня, что обеспечивает возможность обмена данными между этими системами и программой NX.

Фирма Siemens PLM Software предоставляет высшим учебным заведениям полнофункциональные бесплатные университетские лицензии, что очень важно для бюджетного учреждения. Это во многом и определило выбор данной программы для изучения в нашем институте.

Этапы изучения NX

До внедрения NX в учебный процесс преподаватели кафедры машиноведения прошли обучение на базе представительств фирмы Siemens в Москве и Нижнем Новгороде. Обучение проведено по модулям «Моделирование», «Сборка» и «Обработка». По результатам обучения получены сертификаты. Следует отметить, что обучение по модулю «Моделирование» (базовый курс) проведено в Московском представительстве компании для преподавателей вузов, работающих с данной программой, бесплатно, на остальные курсы даны значительные скидки.

Студенты начинают изучать NX на третьем курсе в рамках дисциплины «Интегрированные компьютерные технологии проектирования и производства (CAD/CAM­системы)», которая рассчитана на два семестра. В первом семестре на обзорных лекциях студенты знакомятся с существующими системами автоматизированного проектирования, применяемыми в машиностроении, - от простейших до полнофункциональных. Затем подробно рассматриваются структура, функциональные возможности и особенности работы в программе NX. На практических занятиях изучение программы начинается с базовых понятий, таких как настройка интерфейса, системы координат, работа со слоями, методы закраски, масштабирование, просмотр изображения.

Важным этапом изучения программы является работа в разделе «Эскиз». На этом этапе студенты разрабатывают эскизы моделей с учетом размеров, ограничений и других инструментов раздела. Далее на базе эскизов и средств раздела «Моделирование» разрабатываются трехмерные модели - сначала по готовым примерам, затем по производственным чертежам.

Трехмерное моделирование имеет огромные преимущества. Трехмерные системы позволяют смоделировать изделие с последующим созданием чертежей. Модель можно изучать с любой точки, меняя масштаб изображения. При этом можно найти ошибки в проекте, а также выполнить проверку изделия на собираемость, что необходимо для последующего изготовления. Трехмерные модели являются основой для инженерных расчетов, анализа изделий на функциональность, прочность, долговечность, устойчивость к нагрузкам. По трехмерным моделям рассчитываются масс­инерционные характеристики, объем и другие важные физические параметры деталей и сборок. По трехмерным моделям автоматически формируются программы для станков с ЧПУ.

Единожды разработанную трехмерную модель можно многократно использовать для создания семейства аналогичных объектов. Очень важно, что наглядность при трехмерном моделировании повышает интерес студентов к процессу проектирования.

Следует отметить хорошую методическую поддержку со стороны разработчика. На сайте Siemens в свободном доступе находятся учебники по разделам конструкторской подготовки, технологической подготовки и инженерному анализу. Также можно пользоваться готовыми файлами­заготовками, работа с которыми описана в учебниках , , .

На производственной практике после третьего курса студенты закрепляют полученные знания. Конечно, студенты работают на предприятиях не только с программой NX, но освоение других программ проходит быстрее, так как разработчики систем автоматизированного проектирования стремятся к унификации интерфейса. Многие студенты на производственной и преддипломной практике работают в программе Сatia, и, по их мнению, изучение NX облегчает освоение этой программы.

Во втором семестре четвертого курса студенты изучают модуль «Обработка», в котором составляют программы для токарной, сверлильной и фрезерной обработки деталей.

Без систем автоматизированного проектирования далеко не всегда студенты могут опробовать разработанную программу на выбранном станке, так как станочный парк института ограничен. Модуль «Обработка» позволяет на базе трехмерной модели детали, инструмента, который выбран из базы инструментов или создан пользователем, и определенной стратегии обработки разработать программу для станка с ЧПУ, просмотреть траекторию перемещения инструмента и визуализировать процесс обработки. При этом выявляются ошибки, которые можно устранить уже на стадии проектирования. Программа NX содержит обширную базу моделей станков и постпроцессоров, что позволяет перенести готовую программу на выбранный станок. В случае если разработано приспособление для обработки деталей, то получается полноценная цифровая модель обработки с возможностью визуализации и оптимизации.

В рамках дисциплины «Системы автоматизированного проектирования технологических процессов», изучаемой во втором семестре четвертого курса, в модуле программы NX «Сборка» студенты разрабатывают приспособления для закрепления деталей при обработке на металлорежущих станках, а также в модуле «Обработка» разрабатывают программы для обработки деталей на станках с ЧПУ в сборе с приспособлениями.

Традиционно выделяют два метода работы со сборками: «снизу вверх» и «сверху вниз». При использовании концепции построения сборки «снизу вверх» детали и подсборки создаются как независимые компоненты и позиционируются либо в зависимости от положения ранее добавленных компонентов, либо относительно выбранной системы координат. Концепция работы «сверху вниз» подразумевает создание сборки верхнего уровня и последующее движение вниз по иерархии, с добавлением новых компонентов и подсборок. При разработке приспособлений применялась концепция «снизу вверх» с использованием сопряжений. В этом случае добавление в сборку компонентов происходит независимо друг от друга.

Метод работы с применением сопряжений является наиболее распространенным и зачастую наиболее эффективным при разработке устройств и агрегатов. Особенно данный метод актуален в случаях, когда необходимо произвести кинематический анализ созданной конструкции, рассчитать размерные цепи, а также в случаях, когда используется множество стандартных и заимствованных компонентов.

Модуль «Сборка» обеспечивает создание моделей сборок методом как «сверху вниз», так и «снизу вверх». Функционал модуля позволяет создавать, редактировать и управлять структурой сборки, накладывать сопряжения между компонентами, управлять гибкими деформируемыми компонентами в сборке (например, шланги или несколько одинаковых гидроцилиндров при различных положениях штока). Разработанное в модуле «Сборка» приспособление можно проверить на пересечение, провести кинематический анализ, работу изделия в динамике.

Базы стандартных и унифицированных деталей

При работе с программой NX выяснилось, что нет готовых баз данных стандартных крепежных деталей, которые поставляются вместе с программой. Для восполнения этого пробела студентами с использованием опции «Семейство деталей» создана база трехмерных моделей крепежных изделий, которая содержит следующие детали: шайбы, винты, болты, шпильки, гайки и шурупы стандартных типоразмеров. База деталей формируется с использованием встроенного доступа к табличному процессору Excel на базе детали­образца с созданием таблицы типовых размеров, содержащей все семейство деталей. Благодаря опции «Семейство деталей» возможно получение новых моделей деталей на основе унифицированной детали, при изменении только необходимых параметров (в данном случае размеров) унифицированной детали. Алгоритм формирования базы данных стандартных крепежных деталей следующий :

1. Разработка модели детали­прототипа.
2. Определение параметров, которые изменяются при формировании членов семейства деталей.
3. Создание и сохранение таблицы параметров, в которой заданы значения параметров для всех членов семейства. Назначение параметров деталей проводится в таблице Excel путем занесения значения этих параметров в соответствующую строку.

На рис. 1 показан пример формирования базы стандартных крепежных изделий в программе NX.

Опция «Семейство деталей» также использована для создания базы моделей типовых элементов приспособлений для закрепления заготовки при обработке на металлорежущем станке. Создание базы данных типовых элементов приспособлений в программе NX сокращает время проектирования приспособлений, что в производственных условиях ведет к уменьшению себестоимости разработки приспособлений, а следовательно, и себестоимости продукции.

В базу типовых элементов приспособлений вошли следующие детали:

• прихват - приспособление, предназначенное для закрепления детали на столе станка при ее обработке;
• пружина - упругий элемент, предназначенный для накопления и поглощения механической энергии;
• цилиндрический палец - предназначен для определенной ориентации заготовки в приспособлении;
• ромбический палец - для фиксации определенной ориентации заготовки;
• основание - плита с отверстиями, предназначенная для установки самого приспособления с деталью на станок;
• ребро - деталь, необходимая для увеличения жесткости и надежности конструкции.

Результаты внедрения программного продукта

Рассмотрим некоторые результаты работы студентов в программе NX.

Построение трехмерных моделей

Следует отметить, что студенты направления КТОП и специальности ТМС проходят практику на машиностроительных предприятиях, где знакомятся с конструкторской и технологической подготовкой производства. Одной из задач при работе на предприятии является создание трехмерных моделей деталей по чертежам. При этом студенты могут ознакомиться с технологией изготовления детали и увидеть ее «вживую» в виде заготовки и в обработанном виде. Пример такой заготовки и группы деталей, построенной на базе детали­представителя, показан на рис. 2 и 3.

В рамках дипломного проектирования студенты разрабатывают более сложные детали, которые требуют достаточно глубоких знаний программы NX. При этом следует отметить, что применение информационных технологий в образовательном процессе повышает заинтересованность студентов при изучении дисциплин. Однако знаний, полученных при изучении программы в пределах отведенного для этого учебного времени, не всегда хватает, поэтому часть функционала программы студенты стремятся изучить самостоятельно или на дополнительных консультациях у преподавателя.

Кроме того, как было указано выше, большое количество учебной информации можно найти на сайте Siemens PLM Software, который предоставляет свободный доступ к учебникам по всем разделам программы NX с файлами­заготовками и примерами выполнения заданий.

Примеры деталей, технологический процесс изготовления которых разработан студентами в рамках дипломного проектирования, представлены на рис. 4 и 5.

Особенностью модели, представленной на рис. 4, является сопряжение сечений различной формы, на рис. 5 показано фотореалистичное изображение детали.

Создание управляющих программ для станков с ЧПУ

На рис. 6 приведен результат формирования траектории перемещения инструмента при фрезеровании детали, технология изготовления которой была разработана в рамках дипломного проектирования. Следует отметить, что в программе запоминается последовательность обработки и смена инструмента. Очень удобно то, что при изменении параметров трехмерной модели, на базе которой формируется программа для обработки, автоматически пересчитывается траектория перемещения инструмента.

При верификации процесса обработки можно выявить такие проблемы, как зарезы, столкновения, контакт с материалом на ускоренной подаче, чрезмерный припуск на обработку, необработанные поверхности и т.д. При этом разработчик отслеживает перемещение трехмерной модели инструмента относительно детали при обработке (рис. 7). Процесс можно прервать в любой момент, внести исправления и дополнения. На рис. 8 показан процесс верификации фрезерной обработки детали типа «букса» в двухместном приспособлении.

Разработка приспособлений для обработки деталей на станках

Разработка приспособлений является достаточно трудоемким процессом. Однако современные системы автоматизированного проектирования позволяют снизить трудоемкость процесса проектирования за счет применения унифицированных элементов приспособлений и модификации уже разработанных приспособлений. В первое время освоения программы NX разрабатывались простейшие приспособления (рис. 9), которые, тем не менее, помогали студентам понять, как устанавливается и закрепляется деталь в приспособлении, как устанавливать приспособление на станок, как ведется обработка детали в приспособлении и возможна ли обработка при разработанной конструкции приспособления. Чертежи, конечно, не могут дать такого понимания, и не всегда у студента есть возможность увидеть на производстве подобное приспособление. В этом случае налицо преимущество современных информационных технологий, применяемых при конструкторско­технологической подготовке производства. Когда студент собирает приспособление подетально и устанавливает в него деталь, то знает приспособление не хуже, чем опытный инженер или мастер на предприятии. Наглядность всех деталей и собранного изделия облегчает понимание принципа его работы.

По мере приобретения опыта проектирования в программе NX разрабатываемые приспособления усложнялись и наряду с механическими приспособлениями (рис. 10) в настоящее время проектируются приспособления с гидравлическим приводом для фиксации деталей в процессе обработки (рис. 11).

Рис. 10. Приспособление с механической фиксацией детали типа «корпус»

Преддипломная практика и дипломное проектирование

При прохождении преддипломной практики студенты знакомятся с технологией изготовления выбранной детали, изучают маршрутную и операционную технологию, вносят свои предложения по модернизации технологического процесса, предлагают более современные варианты получения заготовки детали и обработку детали с использованием станков с ЧПУ.

В рамках дипломного проектирования студенты разрабатывают трехмерную модель детали, программу для обработки детали на станке с ЧПУ, сборочную модель приспособления для установки детали на станке при обработке, проектируют участок цеха, на котором будет изготовлена деталь.

При проектировании участка цеха дипломники применяют студенческую версию программы Plant Simulation, которая находится в свободном доступе на сайте Siemens. В программе ведется расчет загрузки оборудования, а кроме того, возможна оптимизация загрузки. Отметим, что студенты изучают программу самостоятельно и ее применение в дипломном проектировании не является обязательным. Несмотря на это часть дипломников использует эту программу, что подтверждает заинтересованность студентов в информационных технологиях.

Самостоятельная работа студентов

В учебных планах, по которым проходит обучение студентов, больше половины времени, отведенного для изучения дисциплин, приходится на самостоятельную работу. Это обусловлено тем, что в условиях глобализации рынка труда квалификации специалиста, понимаемой как совокупность знаний, умений и навыков, становится недостаточно для решения задач, которые возникают при работе выпускника на реальном производстве. Будущий специалист должен быть готовым к решению нестандартных профессиональных задач, а следовательно, обладать способностью приобретать и развивать необходимые профессиональные компетенции в течение всей трудовой деятельности. Студент, который стремится к профессиональному росту и получению интересной, высокооплачиваемой работы по окончании института, должен быть готов к самостоятельному приобретению и совершенствованию знаний.

В рамках самостоятельной работы студентов при изучении дисциплины «Интегрированные компьютерные технологии проектирования и производства (CAD/CAM­системы)», на которую в рабочем учебном плане подготовки бакалавров по направлению 5.03.05 «Конструкторско­технологическое обеспечение машиностроительных производств» отводится 130 академических часов из 288, предлагается разработка трехмерных моделей приспособлений и других устройств на основе изделий, которые применяются в лабораториях института в качестве наглядных пособий или действующих макетов.

Студенты разбирают изделия на отдельные детали, измеряют их, определяют, как работают изделия в динамике, и разрабатывают цифровые модели этих изделий.

Пример такого изделия приведен на рис. 12. В качестве объекта моделирования применяется червячный редуктор, который состоит из следующих основных деталей и стандартных изделий: червячная передача, корпус, подшипники, крепежные детали.

Студенты должны выполнить следующие действия:

1. Разобрать редуктор на отдельные детали.
2. Измерить детали.
3. В модуле «Моделирование» программы NX разработать трехмерные параметризованные модели отдельных деталей.
4. В модуле «Сборка» программы NX разработать сборочную модель с соответствующими сопряжениями.
5. С помощью команды Анализ зазоров в сборке определить наличие пересечений.
6. В модуле «Симуляция кинематических механизмов» программы NX провести кинематический анализ движущихся деталей изделия и смоделировать процесс работы червячной передачи.

Упрощенная сборочная модель редуктора представлена на рис. 13.

На рис. 14 показана червячная пара с кинематическими связями, разработанная в модуле «Симуляция кинематических механизмов» программы NX.

Следует отметить, что студенты с большим интересом относятся к самостоятельной работе, связанной с созданием трехмерных и кинематических моделей реальных изделий.

Выпускники кафедры машиноведения Балаковского инженерно­технологического института востребованы на предприятиях как города Балаково, так и городов Поволжского региона (Саратов, Самара, Сызрань, Вольск, Нижний Новгород), причем не только на предприятиях машиностроительного профиля. Наши выпускники также работают по специальности в Москве, Санкт­Петербурге, в других крупных городах России. При трудоустройстве часто решающую роль играет степень знания и владения информационными технологиями, в частности системами автоматизированного проектирования.

Выводы

1. Необходимость внедрения современных информационных технологий в процесс подготовки будущих инженеров обоснована нарастающей потребностью современного производства в высококвалифицированных кадрах с качественной информационной подготовкой и умением работать в системах автоматизированного проектирования.
2. Востребованность и конкурентоспособность выпускников высшего учебного заведения машиностроительных направлений и специальностей во многом определяется знанием современных прикладных программ для автоматизированного проектирования на этапах конструкторской и технологической подготовки производства.
3. Повышенный интерес современных молодых людей ко всему, что связано с компьютерами, при применении современных информационных технологий в учебном процессе повышает заинтересованность студентов в изучении соответствующих дисциплин - в результате улучшается усвоение учебного материала и успеваемость студентов. Резко увеличивается объем информации, которую может усвоить студент в рамках лекционных занятий, практических и лабораторных работ.
4. При внедрении информационных технологий в учебный процесс есть определенные сложности, так как необходимо обоснованно выбрать соответствующую программу, связаться с разработчиком или продавцом программного продукта, оформить ряд документов, а также организовать предварительное обучение преподавателей. Не всегда в вузах это является системным процессом, зачастую внедрение программ основано на энтузиазме отдельных преподавателей и коллективов кафедр.
5. Информационные технологии позволяют студенту получить большее количество знаний, развить интеллектуальные, творческие способности и умение самостоятельно приобретать новые знания, работать с различными источниками информации, что помогает по окончании высшего учебного заведения быстрее и качественнее внедриться в производственный процесс.
6. Разработчикам систем автоматизированного проектирования необходимо учитывать, что студенты в будущем будут работать на предприятиях и, возможно, на руководящих должностях. На решение вопроса выбора системы автоматизированного проектирования, конечно, повлияет то, в какой программе работали эти люди, учась в институте. Поэтому важно обеспечить льготный режим для вузов как при получении лицензии на программный продукт, так и при дальнейшей технической и информационной поддержке работы в приобретенной программе.

Литература:

1. Ведмидь П.А., Сулинов А.В. Программирование обработки в NX CAM. М.: ДМК Пресс; 2014.
2. Ведмидь П.А. Основы NX CAM. М.: ДМК Пресс; 2012.
3. Артамонов И.А., Гончаров П.С., Денисихин С.В., Сотник Д.Е., Халитов Т.Ф. NX Advanced Simulation. Практическое пособие. М.: ДМК Пресс; 2014.
4. Данилов Ю.В. Практическое использование NX. М.: ДМК Пресс; 2011.
5. Садчикова Г.М. Использование САПР NX в учебном процессе // Молодой ученый. 2015. 21.2.

От редакции сайт: Эта публикация стала возможной благодаря решающей поддержке московского офиса компании Siemens PLM Software и любезному разрешению авторитетного автора - главного редактора и со-основателя журнала DEVELOP3D, в котором опубликован оригинал статьи .

Несмотря на 30-летнюю историю развития, в системе NX от компании Siemens появляется все больше инноваций. Ал Дин (Al Dean) рассматривает нововведения в версии NX11, рассказывает об оптимизации топологии, новой платформе визуализации и обсуждает будущее ядра Parasolid.

С чего начать разговор о такой системе, как NX от компании Siemens? Ее история начинается в 1970-е годы с компании Unigraphics и объединения с I-DEAS. Все последние годы идет оптимизация решения, направленная на повышение удобства пользования системой.

В NX 11 появился новый вариант уже существующего модуля визуализации Ray Traced Studio. Теперь модуль построен на
современном визуализаторе Iray компании LightWork Design Iray, создающем высококачественные изображения в соответствии с законами оптики

В версии NX 11 компания Siemens PLM Software умело добавила инновации и улучшения в весьма совершенную систему.

Новое в базовом функционале

За последние годы принципы взаимодействия пользователя с системой NX подверглись значительной переработке. В результате получился свежий, понятный и удобный интерфейс.

Хотя в рассматриваемой версии подобных изменений нет, ряд обновлений архитектуры системы заметит практически каждый пользователь. Поэтому сначала мы поговорим именно о них.

Самое существенное изменение, о котором пользователи NX скорее всего уже слышали - это замена ранее применявшегося модуля создания фотореалистичных изображений (также называемого визуализатором) на новый модуль iRay от компании LightWorks.

Инструменты визуализации и раньше отличались высоким качеством, но теперь они вышли на принципиально новый уровень. В новой версии появились самые современные средства создания фотореалистичных изображений на основе законов оптики.

Модуль iRay (или вариант iRay+) использует центральный процессор компьютера для просчета хода лучей. Чтобы получать изображения выдающегося качества, рекомендуется установить чипсет NVIDIA.

В комплекте с модулем iRay+ идет набор готовых к использованию материалов в открытом формате MDL, разработанном компанией LightWorks. Внешний вид материалов при этом задается по слоям.

Например, окраска кузова автомобиля состоит из металлической подложки, слоя обычной краски, слоя краски с отливом и верхнего слоя прозрачного лака. Такой подход позволяется создавать реалистичные материалы, а не их неточные и некачественные модели.

В стандартную поставку входит и набор фоновых изображений с расширенным динамическим диапазоном (HDR), ускоряющих и облегчающих процесс настройки освещения. В системе есть как богатая библиотека готовых HDR-изображений, так и инструменты для работы с освещением, в частности -HDRLightStudio.

Интересно, что в версии NX 11 компания Siemens предлагает и облачный сетевой визуализатор. Это бесплатное решение компании Siemens, которое, однако, требует наличия сервера NVIDIA iRay от компании NVIDIA.

Вы сможете выполнять распределенную визуализацию на нескольких сетевых компьютерах сразу. Ходят разговоры о появлении облачного сервиса визуализации, но обсуждать этот вопрос пока рано.

Последнее замечание по интерфейсу: все вышеупомянутые инструменты визуализации встроены в имеющийся модуль Ray Trace Studio и, следовательно, доступны всем пользователям (за исключением сетевого распределенного визуализатора). На разрешение создаваемых изображений не накладывается никаких ограничений. Для презентаций можно хоть круглосуточно просчитывать изображения формата 4K.

Точки и фасеты

Одно из основных новшеств в этой версии - существенно расширенная поддержка работы с облаками точек и фасетами.

В NX и раньше имелись инструменты для работы с фасетами и преобразования сеток в поверхности (традиционный подход «обратного инжиниринга»).

В новом модуле NX Topology Optimisation реализован ожидаемый порядок действий. Пользователь задает пространство поиска проектных решений. При этом указывается, какие конструктивные элементы следует сохранить, какие участки геометрии подлежат оптимизации (на следующем рисунке они отмечены прозрачным розовым цветом), а какие нельзя трогать вообще (помечены желтым на том же рисунке). Затем вводятся граничные условия: нагрузки, ограничения, свойства материалов и пр.

Компания Siemens приобрела лицензию на средства оптимизации топологии у компании Frudtrum и встроила их непосредственно в NX

Наконец, задаются параметры процесса оптимизации, например, целевая масса изделия (поэтому требуется указать свойства материала, а не просто требуемое снижение массы в процентах).

Предусмотрено указание симметричных элементов (на предыдущем рисунке такой элемент есть), а также скорости и шага процесса оптимизации. В результате мы получаем именно то, что должен делать современный модуль оптимизации топологии: деталь наилучшей формы, идеально решающую поставленную конструктором задачу.

Интересно, что уже появляется второе поколение подобных инструментов.

Вместе с новыми инструментами объединенного моделирования вы получаете замечательную рабочую среду для конструкторско-технологической подготовки производства деталей и узлов, изготавливаемых аддитивными методами и отличающихся исключительно малой массой.

Однако эти же инструменты обладают огромным потенциалом и в подготовке традиционного производства, хотя создание модели детали, получаемой литьем или механической обработкой, на основе сетки - немного более сложный процесс.

Построение разверток

В последних версиях NX появился ряд инструментов, ориентированных на конкретные отрасли, и в первую очередь - на авиационно-космическую промышленность.

В версии NX 10 особое внимание уделялось проектированию лонжеронов и нервюр крыла. Данная тенденция продолжена и в NX 11. В частности, появились средства проектирования соединений лонжеронов с нервюрами и построения фланцевых вырезов в нервюрах.

Кроме того, в этой версии введены инструменты построения разверток поверхностей двойной кривизны, причем они не зависят от технологии изготовления и применяемого материала (ткань, пластик, металл).

Уже несколько лет NX позволяла строить развертки одной или нескольких сложных поверхностей, получая тем самым модель заготовки. Но это был сложный процесс, выполняемый в САЕ-модуле, поэтому разработчики в Siemens решили создать аналогичный инструмент в среде конструирования.

Новые инструменты построения разверток работают по-другому - без привлечения CAE-подхода и метода конечных элементов. В них применен не зависящий от свойств материала алгоритм расчета минимальных деформаций. Он дает практически такие же результаты, но работает в несколько раз быстрее. На подготовку расчета уходят секунды, а не часы.

Достаточно выбрать одну или несколько разворачиваемых поверхностей, указать точку в пространстве, через которую будет проходить развертка, выбрать основное направление разворачивания -и все готово!

Предусмотрены и инструменты анализа, в частности - построения диаграм кривизны поверхности, показывающих потенциальные точки защемления и места надрывов.

Интересно и то, что новый подход позволил реализовать ряд дополнительных возможностей. В частности, на развертке можно построить эскиз (выреза, ребра жесткости или дополнительного слоя композитного материала), и новые элементы автоматически перенесутся на исходную «свернутую» модель.

Появились новые средства проецирования 3D-эскиза на поверхность (для создания выреза), причем геометрия выреза будет соответствовать форме поверхности (а не проекции на плоскость). Это очень удобно, например, при построении иллюминаторов и других отверстий в фюзеляже.

В NX 11 команды, созданные для проектирования нервюр, теперь доступны при моделировании листовых тел. К ним относятся «Вырез с фланцем» (строится на развертке) и «Облегченный вырез» (фланец с повышающей жесткость отбортовкой, отогнутой на заданный угол). Кроме того, можно построить плоскость, по базовым поверхностям, что применяется при построении наружной и внутренней геометрии пресс-форм.

Нужно упомянуть и об определенных изменениях в комплектации различных вариантов системы. Теперь все средства работы с листовыми телами для авиационно-космической промышленности перенесены в модуль расширенного проектирования листовых тел. Все они собраны в одном месте, и их не придется покупать по отдельности.

В NX 11 появились новые быстрые средства построения разверток сложных поверхностей, не использующие CAE-подход

Поверхности переменного смещения

Мы редко освещаем какую-то одну новую функцию в системе автоматизированного проектирования. Но, по моему мнению, данная функция заслуживает отдельного упоминания. Она показывает, насколько совершенными стали современные интеллектуальные системы, и сколь большое влияние пользователи оказывают на направление их дальнейшего развития.

Итак, поговорим о функции «Поверхности переменного смещения».

Предположим, что у нас имеется набор поверхностей - скажем, описывающих наружную сторону двери автомобиля. Теперь представьте внутреннюю часть двери, привариваемую к наружной.

Эта внутренняя часть сильно отличается по конструкции. На ней имеются усиливающие элементы, необходимые для снижения массы, а также множество других элементов, обеспечивающих доступ внутрь двери, установку различного оборудования и панелей облицовки.

Проектирование внутренней части двери - сложная задача. Как правило, при ее решении используются смещения относительно единственной наружной поверхности. Появившаяся в NX 11 новая операция «Переменное смещение» позволяет в виде единого элемента создавать базовую геометрию и задавать смещения в указанных областях.

Рассмотрим следующий рисунок.

Новая операция «Поверхность переменного смещение» создает сложные и легкие конструкции на основе единого набора поверхностей

На нем показано, как на базе одной поверхности создается новая поверхность, не только отстоящая от нее на равное расстояние, но и содержащая все необходимые усиливающие элементы.

Вы полностью управляете процессом, задавая величины смещений и выбирая способ построения перехода для каждого смещения, причем вся операция выполняется на основе одного эскиза и одного конструктивного элемента.

Конструкторско-технологическая информация и 3D-элементы на чертежах

Последнее нововведение в NX 11, которое мы рассмотрим, относится не к моделированию или созданию чертежей по отдельности, а к комбинации этих двух процессов.

Проставляемая на чертежах конструкторско-технологическая информация (PMI) или 3D-элементы оформления активно обсуждаются уже несколько лет.

В ряде отраслей эти элементы не получили широкого распространения, а в ряде других были успешно внедрены.

Одна из трудностей состоит в том, что во многих случаях элементы PMI проставляются непосредственно на модели, а затем переносятся в 3D-чертеж. Обратная последовательность действий применяется крайне редко. Это разумно, если проектирование выполняется с нуля. Но если имеются накопленные за годы и десятилетия материалы, то процесс переноса крайне важных размерных и геометрических допусков со старого чертежа на 3D-модель оказывается длительным и очень трудоемким.

Для решения данной проблемы в NX 11 можно создать модель изделия, ассоциированную с чертежами и основными размерными и геометрическими допусками. Затем сложные алгоритмы переносят информацию с чертежа обратно на 3D-модель.

Возможности новых средств проектирования авиационно-космических конструкций расширились, а их распределение по модулям системы упростилось

Заключение

Мне всегда сложно писать об NX.

В мире 3D-проектирования система стала легендарной. Она уже более десяти лет существует в своем нынешнем виде, а ее корни уходят в 1970-е годы, во времена I-DEAS и Unigraphics.

Столь богатое прошлое проявляется и в широте возможностей системы, и в ее пользовательской базе. В NX спроектирован ряд самых сложных в мире изделий. Она способна решать задачи, к которым другие средства проектирования даже не подступаются.

Кликните для увеличения

Несмотря на уже достигнутое высокое совершенство, в каждой версии добавляются все новые инновации. В этой версии стоит отметить появление методики объединенного моделирования, встроенной в ядро Parasolid, которое принадлежит компании Siemens и развивается силами ее специалистов.

Хотя совместная работа с сетками, поверхностными и твердотельными моделями не является абсолютно новой концепцией, а в некоторых системах это было реализовано годы (если не десятилетия) назад, появление подобного функционала в такой популярной среде, как NX, ясно показывает, чего можно достичь даже на ранних этапах разработки.

Другие новшества - это средства оптимизации топологии, которые вызывают все больший интерес. Это связано с ростом применения технологий 3D-печати из металла, хотя оптимизация топологии применима и во многих других областях.

Начало работы

NX - это интерактивная система, предназначенная для автоматизированного проектирования, изготовления и расчетов изделий. NX является системой трехмерного моделирования, в которой инженер может создавать изделия любой степени сложности. Для обозначения систем такого класса используется аббревиатура CAD/CAM/CAE.

Подсистема CAD (Computer-Aided Design) - проектирование с помощью компьютера. Предназначена для разработки проектно-конструкторской документации (моделирование деталей и сборок, чертежи, анализ, оптимизация конструкции и т.д.).

Подсистема CAM (Computer-aided manufacturing) - изготовление с помощью компьютера. Она предназначена для автоматизированной подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ на основе математической модели детали, созданной в CAD-подсистеме.

Подсистема CAE (Computer-aided engineering) - инженерный анализ. Эта подсистема позволяет при помощи расчетных методов (метод конечных элементов, метод конечных разностей, метод конечных объемов) оценить, как поведет себя цифровая модель изделия в реальных условиях эксплуатации. Она обеспечивает симуляцию процессов и проверку работоспособности изделия без больших затрат времени и средств.

NX относится к так называемым системам высокого уровня автоматизированного проектирования и обладает широким набором инструментальных средств. NX широко распространена во всем мире и используется для разработки продукции ведущими мировыми производителями в наукоемких отраслях промышленности. Основная задача системы в конечном итоге состоит в сокращении стоимости создания изделия, улучшении его качества и сокращении сроков выхода на рынок.

Инженер-конструктор мыслит трехмерными образами деталей, узлов, готовых изделий. Для того чтобы перенести эти мысли на бумагу, было придумано проекционное (плоское) черчение, где при помощи специальных геометрических методов создавались плоские чертежи будущих изделий. Чертежи являются, в конечном счете, условными изображениями трехмерных деталей и изделий. Затем изготовители по этим чертежам воссоздают снова трехмерную деталь. Имеется еще метод для представления трехмерных изделий - макетирование, т.е. создается вручную макет изделия, а затем его переводят в чертежи.

С развитием информационных технологий и персональных компьютеров получили распространение системы трехмерного моделирования, к которым относится NX. Эти системы позволяют сразу создавать трехмерные объекты, а уже по ним - плоские чертежи. Таким образом, процесс разработки плоского чертежа в настоящее время практически полностью автоматизирован. В некоторых случаях стадия разработки чертежа вообще опускается, а при помощи CAM-программ производится генерация машинных кодов для станков с ЧПУ, на которых изготавливается конечное изделие. При таком способе проектирования инженер сразу видит будущее изделие, имеет возможность оценить его и т.д. Объединив детали в сборку, инженер может провести ее анализ на предмет пересечений деталей, определения зазоров и работоспособности всего механизма в целом еще до его изготовления.

Проектирование в NX осуществляется следующим образом: сначала создаются трехмерные модели всех деталей изделия, затем они объединяются в сборки, и таким образом получается трехмерная модель любого изделия - от самолета или космического корабля до игрушки. После этого производится расчет основных деталей и узлов методом конечных элементов, уточняются размеры деталей, материал, из которого они должны быть изготовлены, возможна оптимизация различных параметров будущего изделия. Затем выполняется кинематический и динамический анализ всего механизма и его узлов с целью проверки работоспособности машины. После этого из трехмерных моделей создаются рабочие чертежи всех деталей и узлов механизма.

Современные CAD/CAM/CAE-системы проектирования, к которым относится и NX, переводят процесс проектирования, конструирования и изготовления изделий на новый качественный уровень. Сегодня разработка нового изделия происходит в следующей последовательности: сначала разрабатывается трехмерная модель изделия, затем производится ее всесторонний анализ, вносятся необходимые изменения, при необходимости проводится оптимизация конструкции, выпускается проектно-конструкторская документация и разрабатываются технологические процессы изготовления деталей.

NX имеет модульную структуру, которая разделена на приложения и общие функции. Каждое приложение NX может быть вызвано из управляющего модуля, который носит название «Базовый модуль». Все данные, которые созданы в NX, могут использоваться в любом его приложении.

В NX используется концепция ассоциативности, которая позволяет связать между собой отдельные части информации об изделии для автоматизации процесса разработки и изготовления продукции. Например, в NX все объекты чертежа являются ассоциативными, т.е. при изменении геометрии модели все виды на чертеже, созданные на основе этой модели, обновляются автоматически. Модели, созданные в NX, являются полностью параметрическими, например, имеется возможность управлять всеми размерами созданной детали. Кроме этого с геометрическими объектами можно связать и любую другую информацию, которая описывает данное изделие. Эта информация заносится в атрибуты модели.

ОПИСАНИЕ ОСНОВНЫХ МОДУЛЕЙ

Все инструменты NX сгруппированы в приложениях (модулях), в которых можно выполнять различные действия, такие как создание геометрии детали или сборки, чертежа, расчет модели и т.д.

Базовый модуль NX. Этот модуль открывается при первом запуске системы. Этот модуль является основным в системе. В нем не производится никаких геометрических построений или операций над моделями. Его главной функцией является обеспечение связи между всеми модулями NX, а также просмотр существующих моделей. Внешний вид окна модуля представлен на рис. 1.1. Здесь можно производить следующие действия: создать новый файл, открыть существующий файл или запустить одно из приложений NX.

Базовый модуль позволяет просматривать и анализировать существующие детали (а также выполнять динамические сечения, проводить измерения и т.д.).

Моделирование . Этот модуль предназначен для создания трехмерной модели детали. Он обладает широким набором инструментальных средств, при помощи которых можно построить геометрию любой сложности. Модуль

содержит такие основные функции, как создание базовых и ассоциативных кривых, построение эскизов и твердотельных примитивов. В модуле имеются базовые операции над твердыми телами, такие как построение тел вращения, вытягивания заметаемых тел, булевы операции, работа с листовым металлом, моделирование поверхностей и ряд других. Окно модуля представлено на рис. 1.2. Сборки . Этот модуль предназначен для конструирования сборочных единиц (узлов), моделирования отдельных деталей в контексте сборки (рис. 1.3).

Черчение . В этом модуле осуществляется построение различных видов чертежей деталей и сборок, сгенерированных из моделей, созданных в приложениях Моделирование и Сборки. Чертежи, созданные в модуле Черчение, полностью ассоциативны модели, на основе которой они построены. Пример чертежа показан на рис. 1.4.

Технические условия . Технические условия - это набор инструментальных средств создания надписей, которые можно использовать для описания изделий в трехмерных средах. Это позволяет задавать технологическую информацию на модели, которая затем может быть обработана различным инструментарием, например провести анализ допусков и размерных цепочек, использовать информацию при разработке программ для ЧПУ и т.д. Также при создании чертежей данная информация может наследоваться с модели на чертежные виды. Всѐ это даѐт возможность документировать модель на ранних стадиях разработки и вовлекать в процесс разработки других участников - технологов и расчѐтчиков, не дожидаясь пока модель будет полностью готова и будет оформлен чертеж.

Студия дизайнера. Это приложение предназначено для конструкторов-дизайнеров и включает в себя следующие базовые операции: концептуальное проектирование и визуализация будущего изделия, широкий набор функций для работы с поверхностями. Кроме того, в этом приложении доступны все функции модуля Моделирование.

Маршрутизация NX. Приложение Маршрутизация NX предназначено для проектирования деталей с сечением (электрические сечения, такие как провод, кабель, экран, или механические сечения, такие как труба, изоляция). Компоненты соединений (электрические компоненты, такие как соединители, устройства, или механические компоненты, такие как насосы, резервуары, клапаны). В стандартном приложении Маршрутизация NX доступны приложения Электрическая маршрутизация NX и Механическая маршрутизация NX.

Листовой металл NX . Приложение Листовой металл NX обеспечивает среду для разработки деталей из листового металла с последующей возможностью получения полной или частичной развертки детали.

Расширенная симуляция . Этот модуль предназначен для проверочных расчетов деталей и сборок на динамику и прочность, устойчивость, модального анализа, нелинейных расчетов, расчетов усталости/выносливости конструкции и тепловых нагрузок. В качестве решателя здесь используется NX Nastran, MSC Nastran,

Abaqus, ANSYS, LS-Dyna.

Симуляция движения. В этом приложении можно провести кинематический и динамический анализ механизма.

Рисунок 1. 1

Рисунок 1.2

Рисунок 1.3

Рисунок 1.4

Модули Расширенная симуляция и Симуляция движения связаны между собой. Динамические нагрузки, возникающие в узлах механизма, можно передавать для расчета отдельных деталей на прочность и устойчивость. В качестве решателя здесь используется RecurDyn или Adams.

Обработка. Это приложение состоит из нескольких модулей. Модуль токарной обработки предназначен для черновой и чистовой обработки цилиндрических деталей, нарезания резьбы.

Плоское фрезерование применяется к деталям с вертикальными стенками и плоскими островами. Набор средств получения траекторий для 3-осевой фрезерной обработки. Электроэрозионная обработка деталей проволокой в режиме 2-х и 4-х осей. Наблюдение за инструментом во время его движения, проверка правильности удаления материала заготовки. Преобразование исходной программы обработки в программу станка и использование процессора. Симуляция работы станка.

В NX есть еще ряд специализированных приложений, на которых мы останавливаться не будем. Следует отметить, что для использования того или иного приложения NX требуется лицензия.

Для запуска NX в Windows необходимо выбрать пуск > программы > UGS NX6.0 > NX6.0. После этого откроется окно, которое называется «Нет части». Здесь можно выполнить только три действия: создать новый файл детали (рис. 1.5), открыть существующий файл или выбрать ранее открытые детали. Если на рабочем столе имеется ярлык, то необходимо сделать на нем двойной щелчок левой кнопки мыши. Также NX можно запустить, сделав двойной щелчок кнопки мыши на файле с расширением.prt

Рисунок 1.5

СОЗДАНИЕ, ОТКРЫТИЕ И СОХРАНЕНИЕ ФАЙЛА ДЕТАЛИ

Выбор шаблонов

Рисунок 1.6 Для того чтобы создать новый файл детали, необходимо выполнить команду

Файл > Новый из строки меню или нажать кнопку. Для создания нового файла детали также можно

воспользоваться комбинацией Ctrl+N. После выполнения этой команды откроется диалоговое окно (рис. 1.6). Новый файл детали можно создать двумя способами: выбрать один из существующих шаблонов или выбрать пустой для того, чтобы новый файл был создан без использования стандартного шаблона.

В этом диалоговом окне имеются закладки, в которых объединены шаблоны

в зависимости от их назначения.

В закладке «Модель» имеются шаблоны для создания детали, сборки, студии дизайнера, детали из листового металла, детали из авиационного листового металла, логических трубопроводов, механических трубопроводов, электрической маршрутизации. В зависимости от выбора шаблона NX запустит соответствующее приложение.

В закладке «Чертеж» находятся шаблоны для создания чертежа детали или

В закладках «Симуляция» и «Обработка» собраны соответствующие шаблоны для выполнения численного анализа и обработки.

Здесь же можно выбрать единицы измерения (миллиметры или дюймы). Следует заметить, что в зависимости от выбора единиц измерения NX показывает доступные шаблоны. При выборе «Все» система покажет все шаблоны.

Кроме шаблонов, которые поставляются вместе с NX, имеется возможность создания собственных шаблонов, соответствующих стандартам вашего предприятия. Каждый шаблон будет обращаться к файлу, в котором хранятся цвет, тип и толщина линий и т.д.

Затем в поле «Имя» необходимо задать имя создаваемой детали (имя может состоять из латинских букв и цифр), а в поле «Папка» указать путь для сохранения детали и нажать ОК.

Пример 1.1. Создание нового файла Запустите NX.

Выполните команду Файл > Новый. Выберите вкладку «Модель». Выберите шаблон «Модель». Задайте имя детали Detal.

Выберите папку для сохранения и нажмите ОК.

Обратите внимание на то, что NX открыл приложение «Моделирование», так как мы выбрали шаблон «Модель».

Для того чтобы открыть существующий файл детали или сборки, необходимо выполнить команду Файл > Открыть или нажать кнопку. Для открытия файла также можно воспользоваться комбинацией Ctrl+O. После выполнения команды откроется диалоговое окно «Открыть» (рис. 1.7). Это стандартное окно Windows, поэтому подробно на его описании мы останавливаться не будем.

Рисунок 1.7 Пример 1.2. Открытие существующего файла Запустите NX.

Выполните команду файл > открыть.

Перейдите в папку Part\Shtamp и выберите файл 00_00_03_podushka.prt.

Откройте из этой папки файл 00_00_00_SB.prt.

Откройте из этой папки файл 00_00_17_xvostovikk.prt.

Выберите пункт меню окно, здесь вы увидите список открытых файлов. Вы можете выбрать любой из них, и он откроется в графическом окне NX. Отобразите файл

00_00_00_SB.prt.

Рисунок 1.8 Выберите команду окно > новое окно. После этого откроется окно (рис. 1.8), в

котором необходимо выбрать один из стандартных видов. Повторите эту процедуру три раза, выбирая каждый раз новый вид. Выполните команду окно > расположить горизонтально. Результат ваших действий показан на рис. 1.8(справа).

Для того чтобы сохранить свою работу, необходимо вы команду файл > Сохранить или нажать комбинацию клавиш Ctrl+S. Кроме этого можно воспользоваться командой файл > Сохранить как или нажать комбинацию клавиш Ctrl+Shift+A для того, чтобы выбрать папку и имя файла.

Для выхода из NX используется команда файл > выход. При этом появится предупреждение (рис. 1.10). Здесь имеются следующие варианты:

Нет - выход - выход из NX без сохранения изменений;

Отмена - отменить выход из NX и вернуться в текущую сессию.

Рисунок 1.10

В NX имеется возможность закрыть файлы во время сессии несколькими способами. Для того чтобы воспользоваться этими опциями, необходимо выполнить команду Файл > Закрыть. Здесь имеются следующие команды:

выбранные детали - закрыть выбранные из списка детали (рис. 1.11);

Рисунок 1.11 все детали - закрыть все открытые в сессии детали;

выход из NX. NX хранит историю ранее открытых файлов, для того чтобы их открыть, можно воспользоваться командой Файл > Ранее открытые детали и выбрать необходимую деталь из списка.

ОПИСАНИЕ ОСНОВНЫХ ОБЪЕКТОВ И ТЕРМИНОВ

Для эффективной работы в NX сначала необходимо познакомиться с основными терминами и определениями, которые используются в этой системе.

Рисунок 1.12

Как уже отмечалось, NX является полностью трехмерной системой проектирования. Работа ведется в трехмерном декартовом пространстве. В NX принята правая декартовая система координат, за начало координат принята точка пересечения осей координат (Х=0, Y=0, Z=0), изображение которой можно увидеть в левом нижнем углу графического экрана (рис. 1.12).

Триада вида, отображается в нижнем левом углу всех видов, представляет ориентацию абсолютной системы координат модели относительно вида или ориентации модели в пространстве. Для триады вида и для системы координат цвета векторов одинаковые: ось X - красная, ось Y - зеленая и ось Z - синяя.

Абсолютная система координат - это система координат, которая используется при создании новой модели. Эта система координат задает пространство модели и фиксирована в заданном положении.

рабочая система координат (рСк) - это любое количество других систем координат, чтобы создать геометрию. Однако только одна система координат в данный момент может использоваться для построения. Эту систему координат называют рабочей системой координат (рис. 1.13). Абсолютная система координат (является рабочей по умолчанию, если иное условие не задано в шаблоне) может также быть рабочей системой координат.

Для определения ориентации системы координат используется правило правой руки.

Единицами измерения длины принимаются миллиметры или дюймы.

Единицы измерения углов - градусы или доли градуса.

Положительные углы отсчитываются от оси Х или Y против часовой стрелки, отрицательные значения углов отсчитываются по часовой стрелке (рис. 1.14). Теперь рассмотрим виды объектов, которые можно создавать в NX. непараметрические модели характеризуются тем, что создаются в режиме History free (без истории). В данном способе создания модели используется весь функционал модуля моделирования, но с тем условием, что все выполняемые операции построения не сохраняются в хронологическом дереве модели. параметрические модели - это такие модели, геометрические параметры которых задаются в процессе построения модели, эти параметры можно изменять при редактировании. При построении таких моделей можно использовать только один простой примитив (в NX6 точка вставки примитива ассоциативная), а затем модифицировать его при помощи различных элементов построения (отверстие, бобышка, карман и т.д.). Здесь при построении задающего контура используют эскизы, которые полностью параметризованы и определены геометрически. Эта модель имеет существенные преимущества перед непараметризованной моделью, т.к. позволяет инженеру управлять геометрическими размерами детали, получать на основе одной детали-шаблона семейство деталей и т.д.

Гибридные модели - сочетают между собой свойства параметрических и непараметрических моделей.

тело - класс объектов, который состоит из твердых тел, имеющих объем, и листовых тел, имеющих площадь.

твердое тело - тело, состоящее из граней и ребер, которые вместе полностью замыкают объем.

листовое тело - тело нулевой толщины, состоящее из граней и ребер, которые вместе не замыкают объема.

Грань - часть внешней поверхности тела, окруженная ребрами. ребро - кривая, которая образуется при пересечении граней тела.

Элемент - общий термин, которым называются все команды построения примитивов (конус, цилиндр), типовых элементов на теле (отверстия, пазы, карманы и т.д.), дополнительных операций построений (скругление, фаска, тонкостенное тело и т.д.) и булевы операции на твердом теле.

кривые. Кривые строятся в трехмерном пространстве. Кривые в NX бывают двух типов - непараметрические и параметрические. К непараметрическим кривым относятся базовые кривые, такие как линия, дуга, окружность, сплайн. К параметрическим кривым относятся прямая, дуга, окружность, эллипс, спираль, сплайн-студии.

Рисунок 1.14 Эскизы. Эскизом называется именованный набор плоских кривых, лежащих в

заданной плоскости. В эскизе можно наложить геометрические и размерные ограничения, которые используются для задания формы кривых. Эскиз может затем многократно применяться для операций построения твердого тела, где в качестве исходных данных для построения используются кривые. Эскиз является параметрическим объектом NX.

Ссылочные элементы. К этому типу объектов относятся координатные плоскости, оси и ссылочные системы координат, которые используются для вспомогательных построений и для привязки и позиционирования объектов NX.

Элементы проектирования. Эти объекты используются для создания твердотельной геометрии. К ним относятся операции вытягивания, вращения, заметания, простые примитивы (блок, цилиндр, конус, шар), отверстие, карман, проточка и т.д.

Операции с элементами. Это средство моделирования NX, которое позволяет добавлять различные детали к существующей геометрии. При помощи этих операций можно добавлять фаски, скругления, осуществлять наклон граней, обрезку и разделение тела и др.

Сборка - совокупность деталей и подсборок, из которых состоит цифровая модель изделия.

компонент - это часть, входящая в сборку, с заданными расположением и ориентацией. Компонентом может быть подсборка, состоящая из других компонентов более низкого уровня.

чертеж - полностью ассоциативный с моделью объект. Чертежи в NX строятся на основе трехмерных моделей деталей или сборок.

Система автоматизированного проектирования NX 7.5 от компании Siemens PLM Software

Эл Дин (Al Dean) изучил новейший релиз лидирующего ПО для разработки изделий от компании Siemens PLM Software и убедился, что продукт NX 7.5 тщательно проработан и доведен до совершенства во всех областях проектирования, производства, моделирования и за их пределами.

Интересна судьба NX от компании Siemens PLM Software после слияния фирм Unigraphics и I­deas несколько лет назад. Система взяла на себя роль ведущей 3D­системы моделирования изделия, унаследовав наработки компании Unigraphics, одного из основных в мире производителей механической обработки, а с внедрением NX Nastran представила действительно «пуленепробиваемые» инструменты моделирования и анализа.

В последнее время система NX подверглась серьезным модификациям в своей основообразующей архитектуре и способах взаимодействия с пользователем. Конечный результат - абсолютно современная система, применимая в различных отраслях промышленности и позволяющая использовать разнообразные платформы - она является одной из немногих систем трехмерного моделирования, совместимых с операционными системами Mac OS X и Linux. В этом месяце вышла новая версия системы NX - 7.5, следующая за версией 7.0, выпущенной в октябре 2009 года. Итак, давайте рассмотрим ее особенности.

Облегченное представление и производительность

Прежде чем мы изучим новые возможности моделирования и разработки изделия, стоит бегло взглянуть на то, что «под капотом». Компания Siemens разрабатывает и развивает формат JT, получивший широкое применение в автомобильной промышленности в качестве формата обмена данными. Он также используется в системе NX для отображения моделей в упрощенном формате, позволяя без труда загружать большие сборки на стандартном автоматизированном рабочем месте.

В предыдущих версиях в каждой модели создавался специальный ссылочный набор, содержащий облегченное представление, который сохранялся в саму модель в формате JT. В новой версии система в явном виде не создает такой ссылочный набор, но при этом для каждого ссылочного набора, содержащего твердотельную геометрию, создается облегченное представление. По умолчанию загрузка модели происходит в облегченном виде при любом текущем ссылочном наборе, содержащем геометрию.

Как и в случаях со всеми подобными технологиями, всегда возникает необходимость загрузить точное описание геометрии, но с каждой версией потребность в этом снижается. При использовании системы NX 7.5 пользователи могут загружать, рассматривать, создавать сечения, измерять и выполнять параметрические обновления - и всё это без необходимости загружать точное представление модели. И если это не окажет существенного влияния на тех, кто работает с небольшими сборками, то тем, кто имеет дело с десятками тысяч деталей, это значительно облегчит работу.

Эффективность эскизов

Пользовательский интерфейс прорисовки эскизов был упрощен для облегчения перехода от начальной идеи к геометрическим элементам и модели. Например, теперь пользователь не должен выходить из эскиза прежде, чем построит геометрическую фигуру, - он просто рисует эскизы, активирует режим 3D - и готово! Процесс работы с эскизами стал проще, чем в предыдущих версиях, размеры определяются автоматически. Это дает пользователю возможность работать непосредственно с ключевыми данными и при необходимости формализовать геометрию. Интересно отметить, что эти размеры не являются ограничениями. Для преобразования их в управляющие размеры нужно добавить данные вручную. Это означает, что точные геометрические характеристики можно записать на «бумагу» намного быстрее.

Система NX теперь может работать с областями в пределах эскизов, благодаря чему исключается потребность в создании полностью определенных контуров, что намного ускоряет работу. Еще один фактор увеличения скорости - это новая функция библиотеки повторного использования данных (NX Reuse Library), которая предоставляет пользователям возможность сохранять профили и эскизные геометрические характеристики, а затем быстро получать их из библиотеки и применять там, где это необходимо.

Синхронная технология

Для тех, кто еще не знаком с синхронной технологией, сообщаю, что два года назад о ней заявила компания Siemens, что дало импульс к распространению инструментов проектирования без использования истории построения. В то время как моделирование с применением конструктивных элементов оставалось основной частью процесса, добавление возможности работы с ними без использования истории построения модели стало началом нового движения.

Несмотря на то что большие усилия были предприняты для вндерения синхронной технологии в Solid Edge от Siemens PLM Software, система NX также получила большой набор инструментов. Многие эксперты промышленности не заметили обновления системы NX, так как эти новшества уже нашли свое применение в Solid Edge. Система NX в течение некоторого времени поддерживала свободную модификацию геометрии, и изменения были едва различимы. В дальнейшем синхронная технология в NX предоставила больше свободы в использовании новых инструментов моделирования с возможностью применения метода как с историей построения модели, так и без нее. Она была интегрирована в существующий технологический процесс моделирования и в процесс взаимодействия с пользователем.

В нескольких первых версиях синхронная технология применялась для создания и модификации призматической геометрии, позволяя использовать комбинацию динамически примененных геометрических фильтров и прямых инструментов редактирования. Для системы NX 7.5 функции были расширены до создания и модификации моделей произвольных форм.

Синхронная технология и моделирование поверхностей

В течение многих лет система NX позволяла с высокой степенью точности работать непосредственно с поверхностной геометрией. Вместо использования только традиционной сетки кривых при создании геометрии поверхностей система позволяет управлять их формой, нажимая и перетягивая векторы, линии и т.д. Это тот тип работы с поверхностями, который традиционно разделяет системы твердотельного/объемного моделирования и настоящие системы работы с поверхностями.

Для данной версии системы NX эти инструменты были модифицированы под использование синхронной технологии и позволяют пользователям применять их, сохраняя историю построения модели и каждое изменение в качестве отдельных характеристик, или работать в свободном формате. Эти инструменты встроены в две ключевые операции.

Инструмент xForm (Трансформация) в течение некоторого времени уже существует в системе NX (а до этого - в системе Unigraphics) и использует каркасную «клетку» вокруг поверхности для придания ей (с помощью алгоритма drag­and­drop) необходимой формы. Инструмент iForm - новый вариант, который использует контрольные точки и изолинии непосредственно самой поверхности. Оба метода подходят для решения различных задач и являются взаимозаменяемыми. Что действительно впечатляет, так это то, как эти инструменты теперь можно использовать в комбинации с широким диапазоном интеллектуальных инструментов моделирования, таких как симметрия или управляемые синхронной технологией инструменты Face Finder (Поиск грани) и Replace Face (Заменить грань), чтобы производить модификации, интеллектуально связанные с окружающей геометрией. Благодаря работе методом «свободы от ограничений использования истории построения модели», согласно которому работают все инструменты на основе синхронной технологии, любые последующие геометрические элементы (такие как скругления, слои и т.д.) остаются активными и предварительный просмотр во время редактирования демонстрирует эффект, распространяемый на целую деталь, а не одно изменение на определенной поверхности.

Инструмент Replace Face (Замена грани) - совершенный инструмент синхронной технологии

Я редко заостряю внимание на отдельной функции системы моделирования, но сейчас хочу сделать исключение. В процессе прямого редактирования впечатляют интеллектуальные инструменты алгоритма drag­and­drop с cинхронной технологией, а, возможно, самый полезный инструмент для проектировщика - это команда Replace Face (Замена грани). Данный инструмент позволяет пользователям применять уже существующую геометрию и быстро адаптировать ее под новые требования и области применения. Сделайте захват геометрической конструкции, сопоставьте поверхности, перенесите на новую позицию - и всё готово.

Новая версия включает опцию With Offset (Со смещением). Она расширяет потенциал самого инструмента и позволяет работать со сложными геометрическими конструкциями и использовать инструмент Replace Face (Замена грани) в комбинации с фильтрами инструмента Face Finder (Поиск грани), чтобы адаптировать их для новой комплексной формы. Целесообразно комбинировать всё это с новой, более легкой в эксплуатации Библиотекой повторного использования данных.

Библиотека повторного использования и крепеж

Повторное использование данных - это ключевое направление новой версии. Начиная с более эффективной 2D­библиотеки профилей и метода позиционирования система не только стимулирует пользователей к повторному применению данных, но и облегчает создание таких активов. Система уже имеет стандартные профили и сечения, что облегчает создание собственного набора профилей, обычно используемых как для размещения геометрических элементов, так и для построения общих элементов.

Для создания объекта в Библиотеке повторного использования пользователь просто производит захват геометрических фигур (2D или 3D), копирует их в буфер обмена (клавиши CTRL+C), вставляет в новое диалоговое окно, добавляет необходимые детали (такие как изображение предварительного просмотра, указатели координат для позиционирования) - и всё готово.

Наряду с этим была изменена семантика работы пользователей с крепежом. Вместо того чтобы создавать отверстие в сборке и затем добавлять к нему крепеж, пользователь создает крепеж в нужном месте и этот пакет (болты, гайки, шайбы и т.д.) делает соответствующее отверстие под себя. К примеру, это может быть ряд сквозных отверстий или отверстий с резьбой.

Технология HD3D

Технология High Definition 3D была представлена в прошлом году вместе с релизом системы NX 7.0. Она объединила опыт компании Siemens в визуализации легких и упрощенных данных (формата JT) и в управлении данными (с помощью системы Teamcenter) и создала среду, в которой пользователи могут графически исследовать разрабатываемый продукт и анализировать все виды данных. Это могут быть сведения о статусе выполнения проекта, материалы о поставщиках или информация о расположении различных под­узлов с точки зрения графика реализации проекта.

Эти визуальные отчеты позволили пользователям графически отображать данные. Наряду с визуальными отчетами, данная система применялась для отчетов приложения Check Mate для выявления того, отвечают ли детали и подузлы всем видам стандартных геометрических и топологических проверок (таких как требования к качеству геометрии) или внутренним требованиям, а также дополнительным специальным или пользовательским проверкам, например «эта деталь прошла испытания методом имитационного моделирования с помощью средств CAE?».

В NX 7.5 компания Siemens расширила применение технологии HD3D в двух ключевых областях. Во­первых, она объединена с системой Teamcenter, благодаря чему пользователь может применять весь объем управляемых метаданных в качестве основания для запросов и узнавать, где, когда и каким образом произведены изменения в процессе разработки изделия. Например, данные (такие как требования по массе или объему) теперь можно загрузить из раздела Teamcenter Requirements и система будет осуществлять проверки автоматически по каждой версии модели. Во­вторых, инструменты на основе технологии HD3D теперь намного более адаптивны в среде системы NX. Раньше визуальные отчеты могли использоваться только с соответствующим диалоговым окном, а теперь они реализуются с помощью навигатора сборки.

Моделирование и анализ

Рассмотреть все обновления в системе NX 7.5, касающиеся моделирования, в одной статье просто невозможно, но не могу не обратить внимание читателей на набор инструментов, решающий огромный спектр задач моделирования и промышленной специализации.

Отметим несколько основных новшеств. Первое - усиленная поддержка системы Multi­body Dynamics (Динамика мультител). Теперь пользователи могут включить адаптивную динамику тела в моделирование сборки, позволяя и твердым и пластичным телам быть скомбинированными в одной­единственной модели движения в инструменте NX Motion. Кроме того, для тех, кто работает над моделированием системных уровней, может быть создана динамическая связь между инструментами NX Motion и MATLAB/Simulink, предоставляющая возможность передачи данных между ними для более точного моделирования.

Второе важное улучшение - Durability (Ресурс прочности). Анализ усталости (конструкций, материала) становится всё более распространенным во многих инструментах моделирования, но процесс интеграции циклической нагрузки в модельный прогон является трудоемкой задачей. Приложение Durability Wizard (Мастер анализа усталостной прочности) проводит пользователей через процессы установки и получения отчетов и позволяет удостовериться в правильном формате информации там, где это необходимо.

Благодаря тому что в основе системы NX лежат облегченные методы визуального изображения формата JT, она обеспечивает пользователям быструю и эффективную работу с огромным количеством данных

И последняя область, которую хотелось бы отметить, - это введение улучшенных инструментов для комбинирования цифрового моделирования с результатами физических испытаний. При использовании этих новых инструментов цифровая среда может применяться для планирования процессов испытаний (контрольные точки, параметры настройки датчиков и т.д.), а результаты физических испытаний в формате обратной связи могут быть помещены в среду моделирования и скомпонованы с цифровой моделью. Это дает пользователю возможность коррелировать результаты цифровых и физических испытаний, производя более значимые эксперименты, а тем, кто желает сократить количество физических испытаний, обеспечивает более высокую достоверность и возможность тонкой настройки процесса моделирования.

Наконец, стоит отметить тот факт, что обновления, касающиеся среды моделирования, также чрезвычайно важны для самого процесса моделирования и синхронная технология может принести сконцентрированному на моделировании пользователю большую пользу. Вместо того чтобы полагаться на традиционные методы моделирования для абстракции моделей, искажения и изменения параметров, пользователи могут внести необходимые правки без детального знания истории построения модели детали и сборочного узла. Это делает весь процесс более эффективным.

Выводы

Каждый раз, работая в NX, я не перестаю удивляться и понимаю, что в то время, как многие разработчики утверждают, что их системы поддерживают весь промышленный техпроцесс, NX фактически реализует эту концепцию, причем внутри одной системы.

Компания Siemens продолжает расширять функциональные возможности NX, ведет постоянную работу по улучшению взаимодействия с пользователем - с точки зрения как рационализации функциональных возможностей, так и добавления новых инструментов для простого решения сложных задач. Отличный пример - развитие синхронной технологии, помогающей в создании и модификации сложных поверхностей. Независимость от истории построения модели с помощью инструментов прямого редактирования облегчает работу над сложными задачами.

В заключение отмечу, что улучшения в технологии HD3D упрощают работу с большим объемом данных. Эта технология не только совершенствует процесс проектирования, но и позволяет каждому вовлеченному в разработку изделия специалисту быть по­настоящему заинтересованным в своей работе. В общем это еще одна выдающаяся версия данной системы.

Siemens NX - это программа (комплекс утилит и модулей), которая состоит из себя CAD, CAM и CAE системы. Этот софт является универсальным инструментом, который используют профессиональные инженеры и проектировщики.

Siemens NX - это «комплексная система» для проектирования трёхмерных моделей. Программа подходит для создания сложных 3D – моделей в инженерных проектах.

В этой программе вы создаёте проекты в автоматическом режиме. В графической среде софта есть инструменты для создания чертежей и 3D - моделей разной структуры.

Воспользуйтесь этой системой и создайте свой проект с помощью инструментов инженерного анализа. Siemens NX обеспечивает обработку большой базы данных.

Возможности

По сути, этот инструмент считается (САПРом) для профессионалов. В программе вы проектируете точные модели деталей, используя простую рабочую оболочку с множеством инструментов, которые позволяют создавать проекты в геометрических расчётах.

В софте есть быстрый обмен информацией с системой CAM. В ней вы можете подготовить «будущие модели» деталей разной сложности. Главная особенность программы – это взаимосвязь всех компонентов системы и их работа, использую одну базу данных, которая хранит все проекты.

Программа выполняет мониторинг этой базы данных, используя модуль CAE. Этот модуль позволяет работать с разными типами анализа. В интерфейсе этой системе вы создаёте статические и структурные объекты, а также линейные проекты.

Дополнительные инструменты

Siemens NX содержит дополнительный инструмент - модуль I-Deas, который позволяет обрабатывать и разрабатывать трехмерные детали, используя набор функций, а также создавать чертежи 3D – моделей в автоматическом режиме.

Новые сборки модулей позволяют высчитывать акустическое воздействие, прочность и удароустойчивость объекта. В программе вы «проверяете» свойства объектов, используя режим симуляции.

Ключевые особенности

• этот софт является САПР нового поколения, который создаёт проект разной сложности;
• интегрированные инструменты подготавливают к производству (CAM) и инженерному анализу (CAE);
• программа позволяет высчитывать пропорции проекта;
• в софте есть настройки для точного проектирования стандартов в промышленном формате;
• программа доступна для пользования только на коммерческой лицензии;
• графическая среда софта не сложная в освоении и подходит для новичков.

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства