Современные информационные технологии/1. Современные методы преподавания

К.э.н. Хаметов Т.И.

К.п.н. Кузнецова О.Н.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Использование геометрического моделирования

в системах проектирования

Системы геометрического моделирования были созданы, чтобы преодолеть проблемы, связанные с использованием физических моделей в процессе проектирования. В настоящее время промышленное производство, архитектура и градостроительство, геологические изыскания, включая планирование и оценку эффективности немыслимо без использования компьютерных технологий. Это: конструирование изделий, разработка рабочих чертежей, технологическое проектирование, трехмерное моделирование, компьютерное черчение. Главным техническим критерием при выборе системы, является способность решать задачи, стоящие перед проектировщиками. Внедрение компьютерного черчения практически не требовало изменения традиционного подхода к проектированию, что было воспринято как важнейшее преимущество плоских систем. Многократно упростились построения геометрических элементов, копирование фрагментов, редактирование графической и текстовой информации, штриховка, нанесение размеров.

В вопросах геометрического моделирования можно выделить два варианта. Первый вариант характеризуется использованием геометрических примитивов, таких как отрезки, дуги, кривые. Второй вариант характеризуются использованием замкнутых плоских контуров. Большинством CAD-систем используются одновременно эти два варианта геометрического моделирования. Использование плоского моделирования не обеспечивает потребности производства там, где применяются неаналитические кривые, так называемые сплайны. Долгое время замена изделия плоскими изображениями являлась единственным способом решения задач геометрического моделирования, да и в настоящее время плоское моделирование широко используется в производстве. При всех своих неоценимых достоинствах, плоское представление, а самое главное, система чертежных размеров, однозначны лишь до определенного уровня сложности конфигурации изделия.

Объёмная модель однозначно определяет геометрию всей спроектированной поверхности детали. Идеология систем объемного моделирования базируется на объемной мастер-модели. Но, это совсем не говорит о том, что конструктор должен потратить больше усилий для создания такой модели. Очевидно, что работа в пространстве требует несколько иных навыков, нежели традиционное черчение.

В основе систем объемного моделирования лежат методы построения поверхностей на основе плоских и неплоских профилей. Как и в случае плоских CAD систем объемное моделирование развивалось по двум параллельным путям. В поверхностном моделировании основными инструментами являются поверхности, а базовыми операциями моделирования на их основе – продление, обрезка и соединение. Объёмное геометрическое моделирование основывается на создании поверхностей, образующих тело, так называемое поверхностное моделирование, либо на создании геометрических тел – твердотельное моделирование. Наиболее распространённым способом образования поверхности является движение образующего плоского профиля вдоль направляющих линий или его вращение относительно оси.

Геометрические модели на основе поверхностного представления обеспечивают качественную визуализацию, более простой переход к построению расчетных сеток для численного моделирования. Системы поверхностного моделирования используются для создания моделей со сложными поверхностями. В поверхностном моделировании сначала создаются и модифицируются требуемым образом поверхности, описывающие отдельные элементы моделируемого объекта. Поверхностное моделирование позволяет сосредоточить усилия на сложных формах объекта и широко применяется для проектирования кузовов автомобилей и планеров самолетов.

Системы твердотельного моделирования предназначены для работы с объектами, состоящими из замкнутого объема, или монолита. В системах твердотельного моделирования, в отличие от систем каркасного и поверхностного моделирования, не допускается создание набора поверхностей или линий, если они не образуют замкнутого объема. При твердотельном способе моделирования основными инструментами являются тела, созданные на основе эскизов.

Математическое описание объекта, созданного в системе твердотельного моделирования, содержит сведения, по которым система может определить, где находится линия либо точка: внутри объема, снаружи него или на его границе. В отличие от поверхностных моделей, твердотельная модель обладает некоторой математической плотностью и массой. Однако системы твердотельного моделирования требуют большего количества входных данных по сравнению с количеством данных, дающих математическое описание. Твердотельная геометрическая модель наиболее полно отражает информацию о моделируемом объекте. Одним из главных преимуществ этого способа является так называемая параметризация, которая означает, что в любой момент вы можете изменить размеры и характеристики твердого тела.

Два подхода к моделированию имеют много общего и отличаются технологией создания модели. Каждый их этих методов имеет свои «плюсы» и «минусы». Поверхностное моделирование используется в инструментальном производстве, а твердотельное, в основном, в машиностроении. На его основе можно получить плоские модели: виды, разрезы, сечения. В отличие от чертежа, модель является однозначным представлением геометрии и количественного состава объекта. Современные методы проектирования поверхностей позволяют строить объекты, основываясь на минимуме исходных данных.