23 października 2017

Określenia konstruktor i projektant są często stosowane zamiennie, co moim zdaniem nie zawsze jest poprawne. Jeśli projektant jest takim konstruktorem-artystą, to jako twórca ma on większą swobodę w definiowaniu kształtu nowego dzieła (projektu) niż konstruktor-rzemieślnik. Dzieło artysty powinno przecież być tajemnicze, niedopowiedziane, intrygujące czy zachęcające odbiorcę do własnej interpretacji. W przypadku konstruktora (nie projektanta-artysty) rezultat pracy nie może być dwuznaczny, czyli model przestrzenny konstruowanego wyrobu musi być precyzyjnie zdefiniowany, a jego rysunek zwymiarowany, zgodnie ze sztuką inżynierską. I nie chodzi tu o to, żeby konstruktor tworzył brzydkie wyroby, a projektant nierealne dzieła, bo każdy z nich ma nieco inne zadanie.

Andrzej Wełyczko

Problem, z którym zamierzam się zmierzyć, dotyczy głównie tych (konstruktorów-rzemieślników), którzy próbują zdefiniować uniwersalne szablony konstrukcyjne (design templates), aby móc stosować je dla dowolnych elementów początkowych lub modyfikować model przestrzenny, nie przez zmianę wartości parametrów modelu przestrzennego, ale dzięki zamianie (polecenie Replace) elementów geometrycznych zdefiniowanych w początkowej fazie projektowania. Niestety, rezultat zastosowania szablonu konstrukcyjnego lub zamiany elementów początkowych nie zawsze generuje oczekiwany (i akceptowany!) przez konstruktora rezultat. Inaczej mówiąc, po z(a)mianie elementów wejściowych, sprawdzonej w pewnych warunkach procedury konstrukcyjnej, system CAD nie zawsze poprawnie „reaguje” na nowe otoczenie geometryczne.
Dlaczego tak się dzieje i jak definiować model przestrzenny, aby zawsze, czyli dla dowolnych elementów początkowych procedury konstrukcyjnej, otrzymać rezultat zgodny z intencją konstruktora? Odpowiedź na to pytanie, zilustrowana kilkoma przykładami, jest tematem tego artykułu. Niestety, poza systemem CATIA nie znam innych systemów CAD, ale jestem pewien, że pewne metody można z powodzeniem zastosować niezależnie od CADa, w którym się pracuje.

Rys01_b
Rys. 1

Problemy, omówione wstępnie powyżej, mogą wynikać z niejednoznaczności lub dwuznaczności definicji niektórych elementów geometrycznych. Niejednoznaczność jest zwykle spowodowana wskazaniem elementów typu BREP (Boundary REPresentation), które nie zawsze są stabilne (Rys. 1). Dlaczego? Punkt skrajny linii lub krzywej, wierzchołek lub krawędź powierzchni albo powierzchnia funkcjonalna bryły, nie jest obiektem stabilnym, bo w wyniku zmian konstrukcyjnych taki element może po prostu „zniknąć” lub zmienić orientację w przestrzeni. I nie chodzi tu o taką sytuację, w której konstruktor definiuje punkt skrajny krzywej za pomocą polecenia Point lub krzywą krawędzi powierzchni za pomocą polecenia Boundary, bo takie obiekty są stabilne wtedy, gdy ich „rodzice” (obiekty nadrzędne) są stabilne. Jeśli model przestrzenny ma być stabilny, to należy unikać wskazywania tego elementów typu BREP (patrz: PiKI Nr 9 (60) 2012, „Elementy typu B-Rep w modelowaniu bryłowym”). W skrócie można powiedzieć, że zamiast bezpośredniego wskazywania wierzchołka (Vertex) powierzchni lub punktu skrajnego krzywej lepiej zastosować polecenia Point On Curve (dla stabilnej krzywej!), Extremum (w zadanym kierunku określonym za pomocą stabilnego obiektu typu Line lub Plane) lub Intersection (punkt przecięcia dwóch krzywych lub krzywej z powierzchnią).
Zamiast bezpośredniego wskazywania krawędzi powierzchni (Edge) lepiej zastosować polecenia Boundary Curve, Intersection lub Projection.
Niejednoznaczność jest także związana z definicją płaszczyzny (także tej zdefiniowanej za pomocą polecenia Plane), na której zdefiniowany został kontur (Sketch) typu Sliding („pływający”), bo położenie i orientacja tego typu konturu (w odróżnieniu od Positioned Sketch) są określone przez tę płaszczyznę, rzut środka globalnego układu współrzędnych oraz orientację rzutów globalnych osi Y lub Z (zależne od wybranej płaszczyzny). Taki kontur nie jest powiązany z żadnym innym elementem modelu przestrzennego i dlatego, jeśli zmieni się którykolwiek z wyżej wymienionych elementów, to położenie i/lub orientacja konturu także mogą się zmienić. Taka zmiana położenia lub orientacji konturu z oczywistych powodów zmienia finalny kształt projektowanego wyrobu, a więc jest niejednoznaczna.
Dwuznaczność wynika ze specyfiki niektórych elementów definiowanych w parametrycznym systemie CAD. Na przykład: każda linia lub krzywa ma swój początek i koniec (podobnie jak wektor ma nie tylko kierunek, ale dwa możliwe zwroty), powierzchnia ma swoją orientację (wskazanie jednej z dwóch przestrzeni: nad i pod powierzchnią), dla zadanej krzywej na wskazanej powierzchni można zdefiniować dwie krzywe równoległe (po lewej i prawej stronie krzywej zadanej), w przypadku odcinania „zbędnej” części powierzchni trzeba zdefiniować, którą z dwóch części system ma pozostawić, itd.

Przykład 1 – Polecenie Split
Jeśli polecenie Split jest realizowane automatycznie (wstawienie szablonu konstrukcyjnego lub zamiana elementów początkowych i Update modelu) lub elementy geometryczne są wskazywane w drzewie strukturalnym modelu (nie w obszarze graficznym), to algorytm tego polecenia działa według następujących reguł:
• Przypadek Surface-Surface (odcinanie powierzchni za pomocą innej powierzchni): system pozostawia po odcięciu tę część powierzchni odcinanej, którą wskazuje orientacja powierzchni tnącej (Rys. 2).

Rys02_b
Rys. 2

• Przypadek Surface-Curve (odcinanie powierzchni za pomocą krzywej): system pozostawia po odcięciu tę część powierzchni odcinanej, którą określa reguła prawej dłoni (Rys. 3).

Rys03_b
Rys. 3