Translacja dokumentacji 2D do modelu 3D na przykładzie systemu SolidWorks 2006

Dynamiczny rozwój oprogramowania wspomagającego prace inżynierów (CAD) rozpoczął się w latach 80, równolegle z rozwojem i popularyzacją komputerów PC. Nowe technologie i ulepszenia wprowadzane do oprogramowania CAD są związane głównie z funkcjami wymiany danych, pracy grupowej i integracji z systemami do wspomagania zarządzania przedsiębiorstwami. Jedną z pierwszych aplikacji tej klasy był AutoCAD

Program ten można było uruchamiać na standardowych komputerach PC, pracujących pod kontrolą DOS (później również Windows). Choć AutoCAD wymagał do efektywnej pracy silnych konfiguracji, to w przeciwieństwie do konkurencyjnego, istniejącego wówczas oprogramowania CAD, nie potrzebował serwerów, mainframerów oraz bardzo drogich stacji roboczych, pracujących pod kontrolą Unixa. Model tworzenia aplikacji CAD dla tanich komputerów PC podchwycili również inni producenci i w ciągu kilku lat na rynku pojawiło się wiele względnie prostych aplikacji, które miały istotny wpływ na upowszechnienie komputerowych systemów wspomagania projektowania. Obecnie aplikacje CAD są standardowym narzędziem w pracy praktycznie każdego konstruktora i inżyniera.

W latach 90 producenci oprogramowania CAD/CAM kładli główny nacisk na ulepszanie mechanizmów generowania grafiki i zwiększanie liczby funkcji, umożliwiających automatyzację procesu projektowania coraz bardziej skomplikowanych i różnorodnych elementów. Również niektórzy dostawcy dużych systemów CAD/CAM zauważyli potencjał rynku masowego i wprowadzali mniej wymagające, uproszczone wersje własnych aplikacji, które mogły pracować na komputerach PC.

Wzrost możliwości i liczby funkcji udostępnianych przez programy CAD doprowadził do tego, że stopień ich skomplikowania można obecnie porównać z systemami operacyjnymi. Podczas instalacji programy te tworzą na dyskach setki katalogów i zapisują tysiące plików. Operowanie na tak dużej liczbie danych powoduje istotny wzrost zapotrzebowania na wydajność sprzętu. Jeszcze do niedawna był to poważny problem, ale obecnie zapotrzebowanie na moc rośnie wolniej niż średnia wydajność komputerów [5].

Wielu użytkowników systemów 2D chętnie rozpoczęłoby pracę w systemach 3D, lecz obawiają się, że związane z tym koszty, a także potrzeba przystosowania się do nowego sposobu pracy, skomplikują i utrudnią im poprawne wykonywanie postawionych przed nimi zadań. Choć wiele grup inżynierów przeszło już wiele lat temu na projektowanie trójwymiarowe, sporo zespołów nadal stosuje technologię dwuwymiarową. W przypadku konieczności współdzielenia plików pojawia się problem, gdyż dane zostają często utracone podczas konwersji. Nowe techniki translacji geometrii ułatwiają dokonywanie modyfikacji w starszych plikach dwuwymiarowych. Obecnie można zaimportować dane AutoCAD’a do SolidWorksa bez konwersji, dzięki czemu można wyodrębnić kilka krawędzi i zmienić je bez marnowania czasu na konwertowanie całych plików.

Kooperacja między przedsiębiorstwami

Ostatnimi laty na rynku pojawiło się wiele mniej oraz bardziej zaawansowanych programów CAD. Małe, średnie oraz duże firmy wykorzystują to oprogramowanie do tworzenia dokumentacji technicznej 2D oraz 3D, na podstawie której istnieje możliwość tworzenia również instrukcji np.: montażowych w postaci tzw. rysunków rozstrzelonych. Ciągłe rozszerzanie możliwości systemów do wspomagania projektowania, wytwarzania i obliczeń inżynierskich – CAD/CAM/CAE – spowodowało pojawianie się dużej liczby nowych określeń związanych z systemami inżynierskimi. Wprowadzane przez producentów nazwy mają czasami podobne znaczenie, które trudno krótko i jednoznacznie wyjaśnić. Często są tworzone przede wszystkim w celach marketingowych (patrz ramka).

W przedsiębiorstwach zajmujących się produkcją zaawansowanych technologicznie detali czy podzespołów, wspomaganie procesów projektowania wymaga zastosowania znacznie bardziej zaawansowanych systemów CAD. Należą do nich zintegrowane system CAD/ CAM/CAE umożliwiające wspomaganie nie tylko procesu projektowania lecz również pozostałych grup działań, takich jak wytwarzanie, zarządzanie projektem czy przeprowadzenie niezbędnych analiz różne oprogramowanie. Częstym przypadkiem jest także konieczność importowania gotowych rysunków 2D do systemów 3D w celu wykonania modelu przestrzennego konstrukcji. Pojawia się zatem pytanie, jak można wykorzystać gotowe rysunki dokumentacji technicznej przy tworzeniu trójwymiarowych modeli w zaawansowanych systemach CAD [2].

Translacja dokumentacji z 3D do 2D

Translacja geometrii pomiędzy systemami CAD przeprowadzona została na przykładzie projektu prostego detalu. Obecnie translacja z dokumentacji 3D do dokumentacji 2D jest bardzo prosta. Można zaryzykować stwierdzenie, że wszystkie obecnie stosowane systemy 3D posiadają moduł „draft” lub „rysunek”. Większość systemów 3D posiada formę zapisu rysunków w postaci plików *.dxf, wytrzymałościowych, co w takim przypadku realizowane jest w ramach jednego systemu [1]. Inna sytuacja występuje podczas konieczności kooperacji pomiędzy przedsiębiorstwami wykorzystującymi co z kolei umożliwia odczytanie dokumentacji w większości systemów 2D, jak np. AutoCAD.

Zasada tworzenia dokumentacji tzw. płaskiej jest prosta i tylko jedna. Po wykonaniu modelu 3D, otwieramy z menu polecenie rysunek i do otwartej formatki wstawiamy odpowiednią ilość rzutów opracowanego modelu. Następnie dokładamy wymiary oraz niezbędne informacje, jakie powinny się znaleźć na rysunku wykonawczym… i gotowe.

Translacja dokumentacji z 2D do 3D w programie SolidWorks

O ile generowanie dokumentacji płaskiej jest proste, tak generowanie dokumentacji 3D z dokumentacji 2D jest bardziej kłopotliwe. Pierwszym etapem jest zapisanie rysunku w formacie *.dxf (data exchange format), chociaż istnieje możliwość otwarcia rysunku z formatu np.: *.dwg. Format *.dxf jest formatem bardziej uniwersalnym. Specyfikacja tego formatu została opracowana przez firmę Autodesk [3].

W początkowej fazie w oknie programu SolidWorks otwieramy rysunek 2D (rys. 1). W oknie głównym pojawia się okienko wyboru metody z jakiej chcemy skorzystać przy otwieraniu naszej dokumentacji. 

RYS. 1  

Kolejnym etapem translacji jest zaznaczenie opcji, która mówi, że nasz detal będzie otwierany jako nowa część 3D (rys. 2). 

RYS. 2  

Po wyborze formatu, w oknie translatora plików pojawi nam się nasz rysunek detalu wykonany jako dokumentacja płaska (rys. 3). Tutaj mamy możliwość odznaczenia odpowiednich warstw np.: wymiarów, osi, które nie będą nam potrzebne w czasie tworzenia modelu brylowego. 

RYS. 3  

Dalej przechodzimy do otwarcia naszego rysunky na płaszczyźnie normalnej jako szkic (rys. 4). 

RYS. 4  

Po zakończeniu poprzednich czynności okno programu SolidWorks wygląda jak na rysunku 5. Na płaszczyźnie normalnej został umieszony rysunek z niewidocznymi wymiarami i osiami symetrii. Zostaje nam jeszcze usunięcie zbędnych elementów rysunku takich jak ramka, tabelka oraz wszystkie inne elementy nie należące do właściwego szkicu (rys. 6). 

RYS. 5 

RYS. 6

Kolejnym krokiem będzie określenie płaszczyzny przedniej naszego modelu. Klikamy na ikonę symbolizującą płaszczyznę przednią, wówczas zaznaczony szkic podświetli się na inny kolor niż pozostałe (rys.7). Dalej musimy precyzyjnie określić przynależność pozostałych szkiców do kolejnych płaszczyzn: tylnej i bocznej. Złe określenie tych płaszczyzn uniemożliwi nam złożenie szkicu w model drutowy 3D. 

RYS. 7  

Po określeniu poszczególnych szkiców oraz przypisaniu ich do płaszczyzn, rozpoczynamy składanie ich we wspomniany model drutowy. W tym celu zaznaczamy poszczególne linie na szkicach i przysuwamy je do siebie tak, aby po przesunięciu poszczególnych linii, otrzymany model był jak najbardziej zbliżony do naszego detalu.

RYS. 8    

RYS. 9    

RYS. 10  

Wykonujemy tyle przesunięć, aby nasze szkice były styczne w jednym z narożników, przypominając złożony model z trzech rzutni z poszczególnymi szkicami. Kolejnym etapem jest zaznaczenie płaszczyzny, którą będziemy wyciągać (za pomocą komendy wyciągnij/ extrude).

Po zaznaczeniu szkicu, klikamy na ikonę wyciągnij – do określonego punktu lub na żądaną odległość. Nasz zaznaczony szkic wyciągnie się w żądanym kierunku, tworząc model bryłowy naszego detalu (rysunek 11). Po zakończeniu operacji wyciągania otrzymujemy model bryłowy, do którego ścian przylegają pozostałe szkice (rysunek 12). 

 RYS. 11    

RYS. 12  

W kolejnych etapach wycinamy otwór. W tym celu zaznaczmy szkic już na modelu, a nie w drzewie operacji, a następnie klikamy ikonę „wytnij” (rysunek 13 i 14) określając przy tym parametry geometryczne otworu. 

RYS. 13    

RYS. 14  

Po zakończeniu wszystkich prac, związanych z tworzeniem geometrii naszego detalu, pozostaje nam tylko usunięcie dwóch szkiców: z płaszczyzn tylnej i bocznej. Jest to końcowy etap tworzenia modelu bryłowego z rysunku płaskiego 2D, wykonanego w ogólnie dostępnym programie AutoCAD.

RYS. 15

Najważniejszą sprawą w tworzeniu dokumentacji płaskiej jest to, aby wszystkie rzuty były wykonane we właściwy sposób (zgodny z normą). W przeciwnym wypadku konstruktor, tworząc modele bryłowe z rysunków płaskich, będzie musiał poświęcić dużo czasu na analizę poszczególnych rzutów.

Podsumowanie

W artykule opisano problem translacji geometrii detalu pomiędzy systemami CAD na przykładzie programu AutoCAD oraz zintegrowanego systemu CAD/CAM/ CAE – SolidWorks. Na podstawie przedstawionego przykładu można stwierdzić, że translacja geometrii z dokumentacji 2D do dokumentacji 3D jest możliwa bez większych kłopotów. Oczywiście, im bardziej złożony model ma powstać, tym więcej czasu musi poświęcić konstruktor na przetworzenie tej dokumentacji. Istnieją również przypadki, kiedy szybciej wykona się nowy model, niż stworzy go z dokumentacji 2D. Jest to oczywiście sprawa potrzeb oraz możliwości. Dokumentacja techniczna konstrukcji tworzona w ogólnie dostępnych programach 2D może stanowić podstawę do budowy przestrzennych modeli, bez konieczność żmudnego ich tworzenia. W takich przypadkach wykorzystanie do budowy modelu 3D istniejącej dokumentacji technicznej w znaczny sposób przyspiesza proces projektowania i eliminuje konieczność wykonywania dwa razy tej samej pracy, związanej z danym projektem.

Ponadto projekt konstrukcji wykonany w formie przestrzennego modelu bryłowego może być wykorzystany dodatkowo do następujących czynności:

• analizy wytrzymałościowej,
• analizy optymalizacyjnej,
• drukowania 3D,
• generowania kodów dla obrabiarek CNC.

Wspominanie wyżej punkty przekładają się na aspekty ekonomiczne, mające wpływ na całokształt prac wykonanych w czasie okresu projektowania. Wykorzystanie modeli 3D daje możliwość prototypowania wirtualnego, co przekłada się na eliminaję błędów wykonawczych konstrukcji, co z kolei wpływa na jeden z najważniejszych aspektów, czyli… na koszty zwiane z realizacją zleceń.

Mgr inż. Paweł Lonkwic

Politechnika Lubelska

Wydział Mechaniczny

Katedra Podstaw Inżynierii Produkcji

^{Piśmiennictwo:}

^{[1] Bobkowski G., Biały.: AutoCAD 2004 i Auto- CAD Mechanical 2004 w zagadnieniach technicznych, WNT, Warszawa 2004}

^{[2] Józwik J., Dębski H., Jachowicz T., Bartnicki J.: Postęp w technikach wytwarzania i konstrukcji maszyn, LTN, Lublin 2005}

^{[3] www.autodesk.com}

^{[4] www.cad.pl}

^{[5] www.computerworld.pl/artykuly}

^{[6] www.designnews.pl}

Autor: TEKST I RYSUNKI: PAWEŁ LONKWIC