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