Sieci komputerowe
1.5. Systemy CAD
Jak stwierdziliśmy na początku tego rozdziału projektowanie wspomagane komputerowo (CAD) jest to taki proces projektowania, w którym komputer wykorzystywany jest na kaŜdym etapie projektowa-nia - co oznacza, Ŝe komputer z zainstalowanym systemem CAD wspo-maga projektanta we wszystkich pracach związanych z projektowaniem.
W zakres CAD wchodzi przede wszystkim moŜliwość zapisu i następnie łatwej modyfikacji dokumentacji projektowej. WiąŜe się to z wykorzys-taniem komputerowych programów do „rysowania” tzw. edytorów ry-sunków, które zastępują tradycyjną deskę kreślarską. Pierwsze edytory rysunków symulowały deskę kreślarską i słuŜyły do „rysowania” na płaszczyźnie – „kartce papieru”. Edytory takie nazywamy edytorami 2D (D – Dimension – wymiar). Z czasem pojawiła się moŜliwość przejścia od modelowania dwuwymiarowego 2D do modelowania przestrzennego 3D. Edytory rysunków 3D umoŜliwiają budowanie modeli w przestrzeni trójwymiarowej. „Rysunek” powstały za pomocą edytora rysunku to plik składający się z elementów rysunkowych zapisanych w rysunkowej bazie danych.
Rynek komputerowy oferuje całą gamę systemów CAD. MoŜliwości tych systemów są róŜne w zaleŜności od ceny i specyfiki dziedziny zastosowań. Na rysunku l.14 przedstawiono strukturę programów two-rzących system CAD.
Rysunek 1.14. Struktura systemu CAD
Strona 48484848
„Sercem" systemu CAD jest baza danych, gdzie magazynowane są wszystkie niezbędne do procesu projektowania informacje i gdzie zapisywany jest sam projekt. Do komunikacji projektanta z bazą danych słuŜy podsystem komunikacji, dzięki któremu projektant kreuje swój projekt w formie modeli, rysunków czy teŜ opisów, oraz ocenia wyniki obliczeń komputerowych. Do wykonywania obliczeń inŜynierskich słuŜą róŜne programy aplikacyjne (np. programy do symulacji, optymalizacji czy obliczeń wytrzymałościowych). Metody obliczeń inŜynierskich będą omawiane na wyŜszych latach studiów. Na pierwszym roku studiów student powinien zapoznać się ze sposobami komunikacji z komputerem i „rysowania” za pomocą komputera.
Celem laboratorium z technik komputerowych jest praktyczne zapozna-nie studentów z podstawowymi zasadami tworzenia dokumentacji tech-nicznej (rysunki 2D) i modelowania przestrzennego (modele 3D) za po-mocą profesjonalnych systemów CAD (AutoCAD, AutoCAD Mechani-cal oraz Autodesk Inventor). W rozdziale drugim przedstawimy te zasa-dy szczegółowo. W tym punkcie sformułujemy pewne podstawy teore-tyczne ułatwiające wykonanie zajęć laboratoryjnych.
Na wstępie przyjrzyjmy się wymaganiom jakie stawiamy przed doku-mentacją projektową. Zapis projektu:
• powinien być jednoznaczny, wystarczający do jednoznacz-nego odczytu i niesprzeczny,
• powinien być jak najprostszy (jak najmniejszy czas i koszt zapisu),
• powinien być trwały,powinien zapewniać bezpieczeństwo zawartych w nim informacji a jednocześnie powinien umoŜliwić dostęp do tych informacji dla wielu projektantów,
• powinien być łatwy do nauki.
Koszt zapisu projektu powinien być jak najniŜszy.
Przyjrzyjmy się teraz jakie informacje powinny znaleźć się w zapisie projektu. Jest to przede wszystkim postać geometryczna projektowanego obiektu (np. maszyny) z układem wymiarów. Powinny się takŜe znaleźć informacje o materiałach zastosowanych na poszczególne elementy wchodzące w skład projektowanego obiektu. Powinny być takŜe informacje o technologii wykonania, montaŜu, eksploatacji a nawet utylizacji i recyklingu. W skład dokumentacji projektowej wchodzą
Strona 49494949 takŜe takie wielkości jak masa, zuŜycie energii, moc, moment, wskaźniki emisji zanieczyszczeń, współczynniki bezpieczeństwa.
W tym podręczniku skupimy się wyłącznie na zapisie postaci geome-trycznej projektowanego obiektu.
Postać geometryczną moŜemy zapisać:
• w sposób tradycyjny – na papierze (kalce technicznej),
• za pomocą komputera – „rysunek” jest zapisany binarnie w pamięci komputera.
Do tradycyjnego „papierowego” zapisu projektu korzystamy z pewnych zasad opisanych w normach dotyczących tworzenia rysunków technicz-nych. Rysunek jest przedstawiony najczęściej w postaci rzutów prosto-kątnych. Z zasad tworzenia rysunków technicznych korzystamy takŜe przy zapisie komputerowym – mają one uniwersalny charakter. Zasady tworzenia rysunków technicznych są przedstawione w przedmiocie
„zapis konstrukcji”.
Zapis cyfrowy (komputerowy) moŜe być zrealizowany jako:
• zapis rastrowy - „rysunek” to plik będący zapisem informa-cji znajdujących się na poszczególnych rastrach „rysunku”,
• zapis wektorowy stosowany w systemach CAD - „rysunek”
to plik lub kilka plików, w których zapisane są wszystkie elementy rysunkowe tworzące „rysunek” – „rysunek” zapisa-ny jest w postaci „rysunkowej bazy dazapisa-nych”.W dalszej części będziemy się zajmować wyłącznie zapisem wektorowym stosowanym w edytorach rysunków wektorowych czyli w systemach CAD.
„Rysunek” w systemie CAD składa się z elementów rysunkowych zapisanych w rysunkowej bazie danych. Elementy rysunkowe to predefiniowane elementy takie jak odcinek, okrąg, łuk, tekst, wielokąt, wymiar, z których uŜytkownik tworzy bardziej złoŜone rysunki. UŜyt-kownik moŜe takŜe tworzyć własne bardziej złoŜone elementy rysunkowe.
Elementy rysunkowe są geometrycznie zlokalizowane w tzw. Globalnym Układzie Współrzędnych (GUW) co zilustrowano na rysunku 1.15a.
W systemach 3D pamiętane są 3 współrzędne (x,y,z) punktów definiujących dany element rysunkowy (np. dla odcinka jest to punkt
Strona 50505050
określający początek i koniec odcinka – tak jak na rysunku 1.15a).
W systemach 2D pamiętane są 2 współrzędne (x,y). Współrzędne globalne zapisywane są w rysunkowej bazie danych z podwójną precy-zją zapisu a więc z bardzo wysoką dokładnością. Współrzędne te są zwykle zapisywane w tzw. jednostkach rysunkowych, którym moŜna przyporządkować dowolną jednostkę miar np. metr, cal, milimetr. Zwy-kle jest to milimetr.
UŜytkownik moŜe w procesie projektowania definiować własny Lokalny Układ Współrzędnych (LUW). Początek lokalnego układu współrzęd-nych moŜe znajdować się w dowolnym miejscu a jego osie mogą być dowolnie obrócone względem GUW (rysunek 1.15b). MoŜna definiować wiele LUW.
Do prezentacji rysunku na ekranie monitora, na którym pracuje uŜytkownik-projektant system CAD korzysta z Ekranowego Układu Współrzędnych (EUW). Jest to układ płaski (dwuwymiarowy), a współ-rzędne poszczególnych punktów (x,y) mogą przyjmować jedynie wartoś-ci dyskretne co zilustrowano na rysunku 1.15c. Ilość punktów w kierun-kach x,y wynika jedynie z rozdzielczości monitora, który jest urządze-niem rastrowym. Warto podkreślić, Ŝe uŜywając rastrowych urządzeń wyświetlających, dokonujemy jedynie wizualizacji rysunku z dokładnoś-cią taką, na jaką pozwala dane urządzenie wyświetlające
Rysunek 1.15. Układy współrzędnych w systemach CAD:
a) Globalny Układ Współrzędnych – GUW, b) Lokalny Układ Współrzędnych – LUW, c) Ekranowy Układ Współrzędnych – EUW
Jak podkreślaliśmy współczesne systemy CAD to systemy 3D. Elementy rysunkowe w systemach 3D mogą być w postaci (rysunek 1.16):
Strona 51515151
• zbioru krawędzi (np. odcinków, łuków) – mówimy wtedy o reprezentacji krawędziowej,
• zbioru powierzchni (np. trójkąt, wielokąt, powierzchnia wal-cowa, sfera) – mówimy wtedy o reprezentacji powierzchnio-wej,
• zbioru brył (np. prostopadłościan, walec, kula) – mówimy wtedy o reprezentacji bryłowej,
Rysunek 1.16. Krawędziowa, powierzchniowa i bryłowa reprezentacja modeli przestrzennych
Współczesne systemy CAD dąŜą poprzez coraz lepszą organizacje interfejsu do moŜliwie „przyjaznego” sposobu korzystania przez uŜyt-kownika – projektanta.
Podstawowym warunkiem jest moŜliwość prowadzenia dialogu projek-tant – komputer. Do prowadzenia takiego dialogu system CAD oferuje cały zestaw poleceń. Są to:
• polecenia słuŜące do „rysowania” (wprowadzania do rysun-kowej bazy danych elementów rysunkowych)
• polecenia słuŜące do edycji istniejącego rysunku (wprowa-dzania zmian w rysunkowej bazie danych)
• polecenia słuŜące do prezentacji rysunku na ekranie moni-tora,
• polecenia organizacyjne.
KaŜde z poleceń ma swoją nazwę. W systemach CAD poszczególne polecenia są grupowane tematycznie i zorganizowane w postaci menu.
Warto przypomnieć, Ŝe pierwsze programy do „rysowania” były bez moŜliwości dialogu (przetwarzanie wsadowe) bądź stosowano jedynie dialog alfanumeryczny za pomocą znaków, takich jak litery i cyfry. Na
Strona 52525252
rysunku 1.17 przedstawiono kopię ekranu z menu alfanumerycznym.
Zwróćmy uwagę, Ŝe wybranie np. opcji Rysuj w menu powoduje wywołanie (rozwinięcie kolejnego podmenu). Mówimy, Ŝe jest to menu rozwijalne.
Rysunek 1.17. Menu alfanumeryczne
Na rysunku 1.18 przedstawiono kopię ekranu z menu współczesnego systemu CAD. Zwróćmy uwagę, na menu rozwijalne, w którym często zamiast nazw poleceń znajdują się jedynie piktogramy (ikony – czyli małe schematyczne rysunki), jednoznacznie określające akcję, która zo-stanie uruchomiona w wyniku wywołania polecenia kryjącego się pod piktogramem.
Podkreślmy, Ŝe wywołanie polecenia w systemie CAD na ogół wymaga dialogu uŜytkownika z komputerem (często jest to dialog za pomocą specjalnego okna dialogowego). Na przykład przy rysowaniu odcinka dialog będzie dotyczył wskazania punktu początkowego i punktu końco-wego. W przypadku wielu poleceń ich rezultatem jest zmiana w rysun-kowej bazie danych a takŜe zmiana na ekranie monitora.
Strona 53535353 Rysunek 1.18. Menu współczesnego sytemu CAD
Jak juŜ wspomnieliśmy wszystkie polecenia w systemie CAD moŜna podzielić na polecenia „rysowania”, polecenia edycji, polecenia prezen-tacji oraz polecenia organizacyjne.
Polecenia „rysowania” (np.: LINIA, WYMIAR, TEKST) sprowadzają się do wywołania polecenia (zwykle z menu systemu), a po wywołaniu na ogół uŜytkownik prowadzi dialog z systemem (często za pomocą specjalnego okna dialogowego), w celu ustalenia wartości parametrów niezbędnych do wykonania polecenia (np.: wskaŜ początek odcinka).
Bezpośrednim i najwaŜniejszym efektem polecenia jest akcja w rysunko-wej bazie danych polegająca na zapisaniu elementu rysunkowego (np. linii w GUW). Akcji w bazie danych towarzyszy akcja na ekranie polegająca na pokazaniu efektu „rysowania” (np.: wyświetlenie linii).
Polecenia edycyjne (np.: KOPIUJ, PRZESUŃ, KASUJ) sprowadzają się podobnie jak polecenia rysowania do wywołania polecenia (zwykle z menu systemu), a po wywołaniu na ogół uŜytkownik prowadzi dialog z systemem (często za pomocą specjalnego okna dialogowego), w celu ustalenia wartości parametrów niezbędnych do wykonania polecenia edycji (np.: wskaŜ elementy do skasowania). Bezpośrednim i najwaŜ-niejszym efektem polecenia jest akcja w rysunkowej bazie danych pole-gająca na zmianie zawartości rysunkowej bazy danych (np. usunięcia z bazy wcześniej wskazanych elementów). Akcji w bazie danych towa-rzyszy akcja na ekranie polegająca na pokazaniu efektu edycji (np.: wy-świetlenie rysunku juŜ bez skasowanych elementów).
Strona 54545454
Polecenia prezentacyjne (np.: ZOOM, MONTAś, OBRÓT) sprowadzają się podobnie jak polecenia rysowania i edycji do wywołania polecenia (zwykle z menu systemu), a po wywołaniu na ogół uŜytkownik prowadzi dialog z systemem (często za pomocą specjalnego okna dialogowego), w celu ustalenia wartości parametrów niezbędnych do wykonania pole-cenia prezentacji (np.: określ wielkość „przybliŜenia” lub „oddalenia”
w poleceniu zoom). Bezpośrednim i jedynym efektem polecenia prezen-tacji jest akcja na ekranie polegająca na zmianie w wyniku wykonania polecenia prezentacji (np. „przybliŜenia” lub „oddalenia” zaznaczonego fragmentu rysunku).
UWAGA
Poleceniom prezentacji nie towarzyszą zmiany w rysunkowej bazie danych.
Realizacja poleceń organizacyjnych (np. ustalenie koloru linii) przebiega w podobny sposób. Po wywołaniu polecenia (zwykle z menu systemu), uŜytkownik prowadzi dialog z systemem (często za pomocą specjalnego okna dialogowego), w celu ustalenia wartości parametrów niezbędnych do wykonania polecenia (np.: określ nowy kolor linii). Bezpośrednim efektem takich poleceń mogą być zmiany w rysunkowej bazie danych, a takŜe związane z zmiany na ekranie.
Jak juŜ wspominaliśmy w rozdziale drugim przedstawimy podstawowe zasady wraz z przykładami tworzenia dokumentacji technicznej 2D i modelowania przestrzennego 3D za pomocą systemów AutoCAD, AutoCAD Mechanical oraz Autodesk Inventor.
Strona 55555555