Россия
Россия
Компьютеры и программное обеспечение первоначально были призваны дополнить в работе современного инженера традиционные приемы, заменив чертежную доску и калькулятор. В настоящее время использование компьютеров со специализированным программным обеспечением почти полностью заменяет традиционные методы. Представлен обзор графических редакторов AutoCAD Autodesk и Autodesk Inventor, рассматриваются возможности выполнения конструкторских работ в трехмерном пространстве методом параметрического моделирования. Проанализированы преимущества и недостатки каждой программы. Приведен пример использования AutoCAD Autodesk и Autodesk Inventor для компьютерной визуализации 3D-объекта. Для оценки работы в обеих программах были привлечены 13 пользователей, которые отметили легкость в освоении AutoCAD Autodesk, что важно для начинающих инженеров, а также студентов и учащихся.
чертеж, проектирование, конструкция, 3D-моделирование, Autodesk AutoCAD, Autodesk Inventor, деталь, параметрическое моделирование
Введение Метод параметрического моделирования основан на возможности изменения характеристик модели объекта с целью их «подгонки» под первоначальный замысел проекта. Слово «параметрический» означает, что геометрические параметры (размеры) конструкции могут быть изменены в любой момент в процессе проектирования. Параметрическое моделирование осуществляется путем выявления и создания ключевых особенностей конструкции с помощью компьютерного программного обеспечения. Переменные проекта, заявленные в эскизах и описанные как параметрические отношения, затем могут быть использованы для быстрого изменения/обновления проекта. С появлением возможности редактирования трехмерных изделий и их конструкции у специалистов многих традиционных профессий возникла необходимость в использовании системы автоматизированного проектирования (САПР) нового поколения [1]. Примерами САПР являются AutoCAD и Inventor от компании Autodesk. AutoCAD – это коммерческая программа, созданная и распространяемая компанией Autodesk. Она используется для автоматизированного проектирования САПР в форматах 2D и 3D. Первоначально программа использовалась в основном техническими специалистами. В настоящее время AutoCAD используется архитекторами, электриками и дизайнерами в других областях, т. к. Autodesk расширила программу многими специализированными накладками, такими как AutoCAD Electrical, AutoCAD Mechanical, Mechanical Desktop, Architectural Desktop, Civil Design и др. Начиная с версии 2005 г. программа стала хорошим инструментом для создания 3D-модели, с помощью которого можно создавать фотореалистичные визуализации. В AutoCAD чаще всего создается 2D-документация, а затем на ее основе создаются 3D-модели и их визуализация [2]. В статье приведена общая процедура параметрического моделирования очень простой твердотельной модели с экструдированными элементами. Особенности программ Autodesk Inventor и Autodesk AutoCAD Autodesk AutoCAD – современный программный комплекс, который содержит комплекс средств, обеспечивающих единое трехмерное прототипирование, в том числе создание произвольных форм, тел и поверхностей. Данный пакет включает в себя ресурсы конструкторской документации. Вместе с тем есть и дополнительные средства, предназначенные для применения в разных сферах деятельности. Autodesk AutoCAD предоставляет множество мощных инструментов моделирования и проектирования, а также возможность различных подходов к решению задач моделирования. Основной принцип объектно-ориентированного моделирования заключается в построении моделей путем добавления простых объектов по одному [3]. Autodesk Inventor – одна из широко распространенных систем в 3D-CAD. Программа создана для исследования документации (чертежи и т. д.) и для разработки цифровых прототипов изделий и деталей. Инструменты Autodesk Inventor позволяют реализовать сборки из листового материала любой сложности и получения их разверток в трехмерном пространстве [4]. У Auto-desk Inventor есть некоторые существенные преимущества: – 2D- и 3D-моделирование; – разработка трубопроводных и электрических систем; – визуализация конструкции; – параметрический расчет деформированно-напряженного состояния деталей; – проектирование различных изделий из пластмассовых оснасток [5]. Autodesk Inventor – это еще один вид коммерческих программ Autodesk. Это параметрическая система, позволяющая проектировать объекты в 3D-пространстве с возможностью создания 2D- и 3D-документации. Иерархические модели создаются в виде последовательных деревьев истории операций, выполняемых пользователем. Изобретатель также может создавать сборки на основе 3D-моделей и выполнять их презентацию. В дополнение ко всему Autodesk Inventor позволяет конструировать твердотельные объекты, детали и сборочные единицы, на основе которых производятся все необходимые чертежи и другие инженерные документы. Как результат, объемные модели – первоначальная работа в Inventor, т. к. моделирование большой модели позволяет создавать чертеж детали (сборочного узла). В отличие от Autodesk AutoCAD, в данной программе такие команды, как вычитание или вытягивание, производятся вместе с объединением всего объекта, и любая деталь персонально должна быть занесена в программу как индивидуальный файл, что сыграет большую роль при сборке узла. Также следует отметить, что вся история создания и моделирования детали или сборочной единицы в Autodesk Inventor хранится в отдельном окне браузера, что содействует мониторингу допущенных ошибок и их исправлению [6]. В программе процесс параметрического моделирования деталей состоит из следующих этапов: 1. Создание грубого двумерного эскиза основной формы базового элемента конструкции. 2. Применение/изменение ограничений и размеров к двумерному эскизу. 3. Вытягивание параметрического двумерного эскиза для создания базового твердого эле-мента конструкции. 4. Добавление дополнительных параметрических объектов на основе отношения объектов и завершение проектирования. 5. Анализ эффективности выполнения компьютерной модели и корректировка конструкции по мере необходимости. 6. Создание необходимых чертежных видов для документирования проекта [7]. Autodesk Inventor Professional 2020 – это бесплатное CAM-решение для автоматизированного производства, которое интегрировано со средой проектирования Autodesk Inventor. Про-грамма включает в себя стратегии создания траекторий движения инструмента для фрезерования, бурения и дноуглубления. После генерации траекторий инструмента результаты моделирования можно проверить с помощью проигрывателя [8]. Пример использования компьютерной визуализации в Autodesk Inventor и Autodesk AutoCAD Чертеж в двумерном пространстве становится профилем, который используется в качестве основы для операции создания 3D-объекта. Основными приемами создания 3D-объектов в Inventor, среди прочих, являются: выдавливание, поворот, вытягивание и перемещение. Для моделирования очень сложных объектов необходимы вспомогательные конструктивные элементы, такие как поверхность, ось или точка системы координат. Плоскости в основном используются в качестве пространства для эскизов. На основе 3D-модели можно выполнить 2D-документацию – на рис. 1 показана визуализация 3D-модели, выполненной на ее основе. Рис. 1. Пример выполнения детали «Опора» в программе Autodesk Inventor Это пример, реализованный для демонстрации вышеизложенных методов моделирования в компьютерной инженерной графике. На рис. 2 представлена деталь «Опора», выполненная в среде AutoCAD. Рис. 2. Пример выполнения детали «Опора» в программе Autodesk AutoCAD В ходе работы были использованы следующие инструменты/команды: прямоугольник, смещение, зеркало, массив, окружность, выдавливание, вычитание, перемещение, цилиндр и лофт. Алгоритм выполнения работы: – создание объектов из примитивов; – создание трехмерных объектов из плоских примитивов с использованием рядовых инструментов; – преобразование 2D-модели в 3D-объект. Принцип работы прост, т. к. достаточно задать параметр «Высота» плоскому примитиву. Команда «Выдавить» выполнена корректно, и в результате получился твердотельный объект, который изображен на рис. 2. Метод исследования В целях дополнительного анализа был проведен опрос среди учащихся, которые имели практический опыт в использовании программных продуктов Autodesk Inventor и Autodesk AutoCAD (рис. 3). 1. Какая программа из перечисленных, по Вашему мнению, удобна в работе с 3D-моделями? 2. Какой из объектов выполнен более реалистично? 3. Оцените программу AutoCAD в трехмерном пространстве по шкале от 1 до 10 4. Оцените программу Inventor в трехмерном пространстве по шкале от 1 до 10 5. Выберите верные утверждения: – Inventor: Взаимодействие с пользователем посредством панелей инструментов, контекстно-зависимых меню быстрого доступа и диалоговых окон; – AutoCAD: Модели на основе геометрических элементов; – Inventor: Параметрические модели с такими элементами, как отверстия, фаски, сопряжения и т. д.; – AutoCAD: Различаются сборки, детали и 2D-чертежи; – AutoCAd: Параметрические модели с такими элементами, как отверстия, фаски, сопряжения и т. д. Рис. 3. Вопросы анкеты Анкета состоит из пяти вопросов. Форма для анкетирования выбрана с помощью Google Docs. В анкетировании участвовало 13 человек. На вопрос «Какая программа из перечисленных, по Вашему мнению, удобна в работе с 3D-моделями?» 61,5 % опрошенных выбрали AutoCAD Inventor, соответственно, 8 человек из учащихся, знакомых с программами, думают, что данная программа удобна для использования в трехмерном пространстве. Задачей следующего вопроса являлось выявление мнения о реалистичности предоставленных работ в двух программах, и здесь 23,1 % участников выбрали работу, выполненную в среде AutoCAD, а остальные 76,9 % думают, что объект, иллюстрированный с помощью Autodesk Inventor, выглядит более реалистично (рис. 4). Рис. 4. Результаты анкетирования, вопросы 1, 2 Больше половины опрошенных оценили в 10 баллов программу Inventor (рис. 5). Рис. 5. Результаты анкетирования, вопросы 3, 4 Тем не менее, 10 баллов получил и AutoCAD (проголосовали 5 человек). Следующий вопрос выявлял знание фактов об AutoCAD и Inventor. Большинство из участников правильно выбрали утверждения (утверждения 1–4). Число выбравших неправильный ответ («AutoCAD: Параметрические модели с такими элементами, как отверстия, фаски, сопряжения и т. д.») – 2 (рис. 6). Рис. 6. Результаты анкетирования, вопрос 5 Из результатов опроса следует, что Autodesk Inventor пользуется устойчивым спросом. Тем не менее, есть несколько весомых преимуществ программы AutoCAD над Inventor, такие как доступность и легкость в использовании. Заключение В ходе исследования выяснилось, что изображение, полученное в Autodesk Inventor, дает более полное представление о геометрической форме детали, позволяет полностью достраивать недостающие виды и наносить размеры. Пример детали «Опора», выполненный в среде Inventor, отличается понятной конструкцией изделия. Inventor отличается от Autodesk AutoCAD легкостью в освоении и возможностью выполнения сборки нескольких деталей. Также Inventor позволяет работать с 3D-объектами сразу, что занимает меньше времени, чем построение чертежа в 2D, а затем преобразование в трехмерный объект, как делается в программном обеспечении AutoCAD. Исходя из вышесказанного, САПР является хорошим инструментом, эффективным в работе современных инженеров, а также облегчающим ведение процесса преподавания технических дисциплин. В работе представлены результаты опроса, в котором учитывались знания участников о программах и их субъективные оценки. По результатам опроса программа Autodesk Inventor – наиболее популярная для использования и изучения система автоматизированного проектирования. Тем не менее, Autodesk AutoCAD можно рекомендовать начинающим инженерам, студентам и учащимся, которые только начинают путь проектирования в САПР.
1. Рукавишников В. А., Тазеев И. Р., Уткин М. О. Цифровое образование // КОГРАФ-2018: сб. материалов 28-й Всерос. науч.-практ. конф. по граф. информац. технологиям и системам (Нижний Новгород, 16-19 апреля 2018 г.). Н. Новгород: Изд-во НГТУ им. Р. Е. Алексеева, 2018. С. 313-316.
2. Веремей О. М., Кадошников В. И., Кадошникова И. Д., Свистунова Е. А. Краткий курс лекций по начертательной геометрии с элементами компьютерного проектирования в системе компас-график: учеб. пособие. Магнитогорск: Изд-во МГТУ, 2006. 125 с.
3. Проектирование в Autodesk Inventor. URL: http//Inventor. autocad-lessons.ru/ (дата обращения: 12.06.2015).
4. Плаксин А. А., Лобанов А. В. Mental ray/iray. Мастерство визуализации в Autodesk. 3DS Max. М.: ДМК Пресс, 2012. 258 c.
5. Jaskulski A. AutoCAD 2013/LT2013/WS + training parametric design and parametric 2D and 3D. McGraw-Hill, 2013. URL: https://dmkpress.com/files/PDF/978-5-94074-845-8.pdf (дата обращения: 12.05.2013).
6. Montusiewicz J. Modeling 2D AutoCAD. Lublin: Lublin University of Technology, 2011. 3 p.
7. Leg B. Inventor, Design Basics. Helion, Gliwice, 2011. 256 p.
8. Скачкова Л. А. Cравнительный анализ работы студентов в разных САПР // Уровневая подготовка специалистов: электронное обучение и открытые образовательные ресурсы: сб. тр. I Всерос. науч.-метод. конф. (Томск, 20-21 марта 2014 г.). Томск: Изд-во ТПУ, 2014. C. 79-81. URL: http://www.lib.tpu.ru/fulltext/c/2014/C09/C09.pdf (дата обращения: 28.02.2014).
