Что такое параметрическая модель

30.10.202321.04.2022 admin 0 Comments

Параметрическое моделирование

Параметрическое моделирование (параметризация) — моделирование (проектирование) с использованием параметров элементов модели и соотношений между этими параметрами. Параметризация позволяет за короткое время «проиграть» (с помощью изменения параметров или геометрических соотношений) различные конструктивные схемы и избежать принципиальных ошибок.

Параметрическое моделирование существенно отличается от обычного двухмерного черчения или трёхмерного моделирования. Конструктор в случае параметрического проектирования создаёт математическую модель объектов с параметрами, при изменении которых происходят изменения конфигурации детали, взаимные перемещения деталей в сборке и т. п.

Идея параметрического моделирования появилась ещё на ранних этапах развития САПР, но долгое время не могла быть осуществлена по причине недостаточной компьютерной производительности. История параметрического моделирования собственно началась в 1989 году, когда вышли первые САПР с возможностью параметризации. Первопроходцами были Pro/Engineer (трёхмерное твердотельное параметрическое моделирование) фирмы Parametric Technology Corporation и T-FLEX CAD (двухмерное параметрическое моделирование) фирмы Топ Системы [1] [2]

Содержание

Двухмерное параметрическое черчение и моделирование

Примеры двухмерных САПР с возможностью параметризации:

Трёхмерное твердотельное параметрическое моделирование

Трёхмерное параметрическое моделирование является гораздо более эффективным (но и более сложным) инструментом, нежели двухмерное параметрическое моделирование. В современных САПР среднего и тяжёлого классов наличие параметрической модели заложено в идеологию самих САПР. Существование параметрического описания объекта является базой для всего процесса проектирования.

Примеры САПР, использующих трёхмерное твердотельное параметрическое моделирование:

Типы параметризации

Табличная параметризация

Табличная параметризация заключается в создании таблицы параметров типовых деталей. Создание нового экземпляра детали производится путём выбора из таблицы типоразмеров. Возможности табличной параметризации весьма ограничены, поскольку задание произвольных новых значений параметров и геометрических отношений обычно невозможно.

Однако табличная параметризация находит широкое применение во всех параметрических САПР, поскольку позволяет существенно упростить и ускорить создание библиотек стандартных и типовых деталей, а также их применение в процессе конструкторского проектирования.

Иерархическая параметризация

Иерархическая параметризация (параметризация на основе истории построений) заключается в том, что в ходе построения модели вся последовательность построения отображается в отдельном окне в виде «древа построения». В нем перечислены все существующие в модели вспомогательные элементы, эскизы и выполненные операции в порядке их создания.

Помимо «древа построения» модели, система запоминает не только порядок её формирования, но и иерархию её элементов (отношения между элементами). Пример: сборки → подсборки → детали.

Параметризация на основе истории построений присутствует во всех САПР использующих трёхмерное твердотельное параметрическое моделирование. Обычно такой тип параметрического моделирования сочетается с вариационной и/или геометрической параметризацией.

Вариационная (размерная) параметризация

Вариационная или размерная параметризация основана на построении эскизов (с наложением на объекты эскиза различных параметрических связей) и наложении пользователем ограничений в виде системы уравнений, определяющих зависимости между параметрами.

Процесс создания параметрической модели с использованием вариационной параметризации выглядит следующим образом:

Вариационная параметризация позволяет легко изменять форму эскиза или величину параметров операций, что позволяет удобно модифицировать трёхмерную модель.

Геометрическая параметризация

Геометрической параметризацией называется параметрическое моделирование, при котором геометрия каждого параметрического объекта пересчитывается в зависимости от положения родительских объектов, его параметров и переменных.

Параметрическая модель, в случае геометрической параметризации, состоит из элементов построения и элементов изображения. Элементы построения (конструкторские линии) задают параметрические связи. К элементам изображения относятся линии изображения (которыми обводятся конструкторские линии), а также элементы оформления (размеры, надписи, штриховки и т. п.).

Одни элементы построения могут зависеть от других элементов построения. Элементы построения могут содержать и параметры (например, радиус окружности или угол наклона прямой). При изменении одного из элементов модели все зависящие от него элементы перестраиваются в соответствии со своими параметрами и способами их задания.

Процесс создания параметрической модели методом геометрической параметризации выглядит следующим образом:

Последующие этапы в целом аналогичны процессу моделирования с использованием метода вариационной параметризации.

Геометрическая параметризация даёт возможность более гибкого редактирования модели. В случае необходимости внесения незапланированного изменения в геометрию модели не обязательно удалять исходные линии построения (это может привести к потере ассоциативных взаимосвязей между элементами модели), можно провести новую линию построения и перенести на неё линию изображения.

Источник

Параметрическая модель в SOLIDWORKS 2020

Преимущества параметрического моделирования

В настоящее время все меньше споров возникает по поводу, что лучше на практике проектирования – прямое моделирование или параметрическое. Развитие CAD-систем привело к тому, что оба этих способа могут вполне эффективно использоваться в работе конструкторов.

Видеокурс по этой теме

Профессиональный видеокурс V2.0 по SOLIDWORKS 2021

Сложная сборка с параметрическими деталями, стандартным крепежом, импортированными узлами, продвинутыми сопряжениями и визуализацией в виде чертежей и анимации.

Главное и ключевое качество, которым наделяет 3D-модель детали параметризация – это возможность использовать ее бесконечное количество раз, каждый раз адаптируя размеры и параметры массивов под собственные нужды. Пара-тройка кликов и на выходе готовая 3D-модель сходной конфигурации, которую уже можно использовать в проектируемой сборке. Как пользоваться этим инструментом в SOLIDWORKS, сейчас и рассмотрим.

Базовый инструмент параметризации

В SOLIDWORKS 2020 основным инструментом параметризации является блок “Уравнения” в дереве конструирования Feature Manager. Нажимаем правой кнопкой мыши и выбираем пункт “Управление уравнениями”, далее переходим в раздел “Вид размеров”, выбрав на соответствующую пиктограмму в левом верхнем углу.

Параметризация основана на работе с двумя основными блоками: “Глобальные переменные” и “Размеры”. В разделе “Глобальные переменные” указываем перечень размеров, которые будем вводить при построении очередной новой модели. В разделе “Размеры” устанавливаются зависимости между эскизными размерами и переменными.

Если выделить характеристики проектируемых деталей, для которых уместна параметризация, то это, как правило, нестандартные изделия, которые несколько раз встречаются в сборке, имеют сходную конфигурацию, но различные размеры. В этом случае, сделав параметрической одну модель, вы можете не проектировать новую, создавая эскизы и пр. Достаточно изменить несколько значений в разделе “Глобальные переменные” и модель перестроится под требуемые размеры.

Пример реализации метода параметризации деталей

В угоду наглядной демонстрации возможностей инструмента мы отступим от требования по нестандартности изделия и возьмем в качестве примера стандартную деталь, шкив, на которой покажем, как создавать параметрические зависимости.

Шкивы используются в клиноременных передачах для передачи крутящего момента между не соосными валами исполнительных механизмов. Например, электродвигатель и редуктор, расположенный на уровень выше, или генератор и коленвал в ДВС, разнесенные на определенное расстояние. Согласно ГОСТ 1284.1-89 сечения ремней различны, а значит различны конфигурации канавок под ремни, о чем и говорит ГОСТ 20889-88.

Итак, задача – спроектировать шкив со ступицей (тип 1), предоставив возможность редактирования параметров канавки, габаритных и присоединительных размеров и количества канавок. Приступаем!

Создаем деталь, выбираем плоскость в которой будем строить эскиз вращения и выполняем построение эскиза. Строим осевую линию инструментом “Осевая линия”. Далее чертим наружный контур детали, произвольно, без привязки к каким-либо реальным размерам. Инструментом “Осевая линия” рисуем расчетный диаметр шкива, по-прежнему произвольно.

Инструментом Автоматическое нанесение размеров делаем эскиз определенным. Для отображения значений в мм, выполняем следующие действия: Инструменты – Параметры – Вкладка Свойства документа – Пункт в перечне Единицы измерения – ММГС. Для удобства, при нанесении размера, присваиваем ему имя в первой строчке всплывающего окна (75,6 – это диаметр посадочного отверстия). Вводить значение необязательно.

После простановки всех необходимых размеров с указанием справочного наименования, все линии эскиза подсветятся черным цветом. Для габаритной длины сразу же введем переменную L. Для этого в поле значения размера вводим комбинацию из знака = и названия переменной. В нашем случае – это =L. Нажав клавишу Enter или зеленую галочку, программа запросит разрешения создать глобальную переменную L. Нажимаем Да. После этого размер станет параметрическим, на что укажет символ суммы возле значения, а в дереве конструирования Feature Manager появится раздел Уравнения.

Инструментом Повернутая бобышка/основание получаем твердое тело, предварительно выбрав ось вращения, вокруг которой будет провернут эскиз.

Нажимаем правой кнопкой мыши на раздел Уравнения в дереве конструирования Feature Manager и выбираем пункт Управление уравнениями. В разделе Глобальные переменные уже указана габаритная длина L с произвольным значением. В столбце заметки напишем комментарий к переменной L, чтобы по прошествии некоторого времени ориентироваться, какой параметр за что отвечает.

Введем дополнительные переменные в поле Добавить глобальную переменную и укажем их значения и комментарии к ним. Значения можно указывать реальные или ориентироваться на те, что имеются (раздел Размеры, расположенный ниже).

Установим взаимосвязь между существующими размерами и переменными в разделе Размеры. Для этого в столбце Значения/уравнения заменим числа переменными. Порядок присвоения переменной размеру – прежний: = и название переменной. Диаметральные размеры делим пополам.

После нажатия кнопки ОК, модель перестроится.

Выполним в модели шпоночный паз. В соответствии с ГОСТ 23360-78 размеры шпоночного паза зависят от диаметра посадочного отверстия. Включим и эти размерные характеристики в переменные.

Шпоночный паз будем получать инструментом Вытянуты йвырез. Для этого выберем инструмент Эскиз, а плоскостью послужит один из торцов шкива. Для удобства черчения плоскость необходимо повернуть по нормали к экрану, нажав на пиктограмму Перпендикулярно в разделе Ориентация.

Рисуем произвольный прямоугольник и связываем инструментом Осевая линия центр нижнего отрезка с нулевой точкой.

Далее во вкладке Эскиз выбираем стрелочку под кнопкой Отобразить/скрыть взаимосвязи и в выпадающем меню нажимаем на Добавить взаимосвязь. Нажимаем на осевую линию и слева, в разделе Добавить взаимосвязи, выбираем Вертикальный. Нажимаем на зеленую галочку. Осевая линия стала вертикально.

Пользуясь инструментом Добавить взаимосвязи, привязываем точки нижней линии к кромке посадочного отверстия. В разделе Добавить взаимосвязи следует выбирать Совпадение.

Для окончательно определения эскиза используем два размера – ширину и высоту прямоугольника, завязав их на две переменные: h_sp_paza (высота шпоночного паза) и b_sp_paza (ширина шпоночного паза).

Во вкладке Элементы выбираем Вытянутый вырез. Слева, в разделе Направление 1 необходимо выбрать Насквозь. Нажимаем зеленую галочку и паз выполнен.

Вырезаем одну канавку. Канавку будем вырезать инструментом Повернутый вырез. Для этого необходимо создать эскиз в плоскости вращения. Выбираем плоскость, ставим ее по нормали к экрану и рисуем замкнутый эскиз. Делаем элементы эскиза симметричными, связывая центры горизонтальных отрезков осевой линией и налаживая на нее взаимосвязь Вертикальный.

После делаем коллинеарными вершину канавки с образующей рабочей части шкива, выбирая в разделе Добавить взаимосвязи пиктограмму Коллинеарный.

Рисуем осевую линию, которая будет указывать на расчетный диаметр шкива. Образмериваем эскиз, попутно вводя переменные f (расстояние между осью канавки и торцом шкива), Wp (расчетную ширину канавки), alpha (угол раскрытия канавки) и h (глубина канавки ниже расчетной ширины). Расстояние от образующей до расчетного диаметра – это переменная b, которая уже имеется в разделе Глобальные переменные.

Инструментом Повернутый вырез вырезаем канавку вращением эскиза вокруг оси.

Создаем линейный массив канавок. На вкладке Элементы ищем пиктограмму Справочная геометрия, в выпадающем меню выбираем Ось. Создаем ось после выбора цилиндрической поверхности.

На вкладке Элементы находим Линейный массив и создаем массив из канавок. Рабочим элементом для массива служит операция Вырез-повернуть, по итогам которой мы получили канавку. Далее направление выбирается автоматически по построенной оси, шаг и количество образмериваются переменными e и N соответственно.
Окончательно настраиваем взаимосвязи введенных параметров. Уравнения – Управление переменными – раздел Глобальные переменные. Дополняем глобальные переменные комментариями. В разделе Размеры корректируем первый размер Ширина рабочей части, вводя уравнение ширины рабочей части шкива из ГОСТа. Внизу ставим галочку Автоматический порядок решения, при котором в начальных эскизах могут использоваться переменные, созданные позже.
Параметрическая модель готова. Меняя глобальные переменные и нажимая кнопку Перестроить или ОК получаем готовую модель по заданным размерам. Например, необходимо получить шкив под тип ремня А с расчетным диаметром 160 мм и тремя канавками. Открываем ГОСТ 20889-88, находим таблицу 2 и вводим параметры, попутно меняя диаметр бобышки отверстия, размеры шпонки и габаритную длину.

Резюме

Владение навыками параметрического моделирования деталей и узлов механического оборудования представляется в ряде производственных условий вполне востребованным и полезным навыком, который, даже при первоначальной затратности, в дальнейшем позволяет конструктору рационально использовать рабочее время, имея базу готовых конструктивных модулей.

Стоит отметить, что описанный выше подход параметризации чертежей деталей является эффективным при модификациях, в которых изменяются только размеры и не меняется топология изображения. То есть, однажды созданная параметрическая модель детали может быть быстро перестроена путем изменения значений геометрических параметров. Весьма эффективным применением параметризации является создание библиотек стандартных элементов.

В завершение отметим, что в данной статье проиллюстрирован один из типичных примеров, который позволяет на конкретной модели рассмотреть базовые преимущества параметрического моделирования деталей механического оборудования.

Источник

Что такое параметрическая модель

Под параметрической моделью понимается математическая модель, позволяющая установить количественную связь между функциональными и вспомогательными параметрами системы.

2) Как определяется понятие моделирования?

Модели́рование — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих объектов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя.

В силу многозначности понятия «модель» в науке и технике не существует единой классификации видов моделирования: классификацию можно проводить по характеру моделей, по характеру моделируемых объектов, по сферам приложения моделирования (в технике, физических науках, кибернетике и т. д.). Например, можно выделить следующие виды моделирования:

· Графическое и геометрическое моделирование

· Натурное моделирование и т. д.

Процесс моделирования включает три элемента:

· модель, определяющую (отражающую) отношения познающего субъекта и познаваемого объекта.

Первый этап построения модели предполагает наличие некоторых знаний об объекте-оригинале. Познавательные возможности модели обусловливаются тем, что модель отображает (воспроизводит, имитирует) какие-либо существенные черты объекта-оригинала. Вопрос о необходимой и достаточной мере сходства оригинала и модели требует конкретного анализа. Очевидно, модель утрачивает свой смысл как в случае тождества с оригиналом (тогда она перестает быть моделью), так и в случае чрезмерного во всех существенных отношениях отличия от оригинала. Таким образом, изучение одних сторон моделируемого объекта осуществляется ценой отказа от исследования других сторон. Поэтому любая модель замещает оригинал лишь в строго ограниченном смысле. Из этого следует, что для одного объекта может быть построено несколько «специализированных» моделей, концентрирующих внимание на определенных сторонах исследуемого объекта или же характеризующих объект с разной степенью детализации.

На втором этапе модель выступает как самостоятельный объект исследования. Одной из форм такого исследования является проведение «модельных» экспериментов, при которых сознательно изменяются условия функционирования модели и систематизируются данные о её «поведении». Конечным результатом этого этапа является множество (совокупность) знаний о модели.

На третьем этапе осуществляется перенос знаний с модели на оригинал — формирование множества знаний. Одновременно происходит переход с «языка» модели на «язык» оригинала. Процесс переноса знаний проводится по определенным правилам. Знания о модели должны быть скорректированы с учетом тех свойств объекта-оригинала, которые не нашли отражения или были изменены при построении модели.

Четвёртый этап — практическая проверка получаемых с помощью моделей знаний и их использование для построения обобщающей теории объекта, его преобразования или управления им.

Моделирование — циклический процесс. Это означает, что за первым четырёхэтапным циклом может последовать второй, третий и т. д. При этом знания об исследуемом объекте расширяются и уточняются, а исходная модель постепенно совершенствуется. Недостатки, обнаруженные после первого цикла моделирования, обусловленные малым знанием объекта или ошибками в построении модели, можно исправить в последующих циклах.

3)Что наз.гипотезой и аналогией в исследования объекта?

В научных исследованиях большую роль играют гипотезы, т. е.определенные предсказания, основывающиеся на небольшом количестве опытных данных, наблюдений, догадок. Быстрая и полная проверка выдвигаемых гипотез может быть проведена в ходе специально поставленного эксперимента. При формулировании и проверке правильности гипотез большое значение в качестве метода суждения имеет аналогия.

Аналогией называют суждение о каком-либо частном сходстведвух объектов, причем такое сходство может быть существенным и несущественным.Необходимо отметить, что понятия существенности и несущественности сходства или различия объектов условны и относительны. Существенность сходства (различия) зависит от уровня абстрагирования и в общем случае определяется конечной целью проводимого исследования. Современная научная гипотеза создается, как правило, по аналогии с проверенными на практике научными положениями. Таким образом, аналогия связывает гипотезу с экспериментом.

4)Чем отличается использование метода моделирования, при внешнем и внутреннем проектировании?

этапе внешнего проектирования решаются задачи выбора стратегии управления на основе модели объекта моделирования, т. е. сложной системы.

На стадии микропроектирования разрабатывают модели с целью создания эффективных подсистем. Причем используемые методы и средства моделирования зависят от того, какие конкретно обеспечивающие подсистемы разрабатываются: информационные, математические, технические, программные и т. д.

5)Объясните понятие «моделирование объектов управления»

При изучении любых объектов (технических систем, процессов, явлений) основной задачей является построение их моделей. Как результат познания модель представляет собой отображение в той или иной форме свойств, закономерностей, физических и других характеристик, присущих исследуемому объекту. Характер модели определяется поставленными целями и может быть различным в зависимости от ее назначения. Модели разделяют на два основных класса: символические (словесные описания, схемы, чертежи, математические уравнения и т. д.) и вещественные (макеты, разного рода физические аналоги и электронные моделирующие устройства, имитирующие процессы в объектах)

При исследовании объектов, предназначенных для управления, применяют математические модели, входящие в класс символических, и вещественные. К математическим моделям относится такое математическое описание, которое адекватно отражает как статические, так и динамические связи между входными и выходными переменными объекта. Математическая модель может быть получена и аналитически (закономерности протекающих в объекте процессов полностью известны), и по результатам экспериментального исследования входных и выходных переменных объекта без изучения его физической сущности. Последний подход особенно широко используется на практике, так как позволяет обойтись минимумом априорных сведений об объекте при построении его модели.

Для управления объектом необходимо иметь модель в виде математического описания, устанавливающего связь между входными и выходными переменными в форме, на основе которой может быть выбран закон управления, обеспечивающий заданное функционирование объекта. Получаемое описание должно давать преобразования воздействия на объект u в реакцию объекта y. Переменные u и y могут представлять собой функции одинаковых и разных аргументов.

Преобразование одной функции в другую производится оператором, который определяет совокупность математических или логических операций, устанавливающих соответствие между ними: y(t)=A.

В качестве примера можно назвать операторы дифференцирования, интегрирования и т. п. Для стационарных линейных одномерных объектов оператор может быть задан в виде дифференциального уравнения или системы дифференциальных уравнений первого порядка, интегральной свертки, частотной характеристики (передаточной функции) объекта.

На практике объекты стремятся описывать линейными стационарными моделями, хотя в действительности все объекты в той или иной мере обладают свойствами нелинейности, нестационарности, распределенности, стохастичности.

Использование более простых операторов следует рассматривать как попытку аппроксимации характеристик сложного объекта упрощенным приближенным описанием, но удобным для дальнейших расчетов. Описания могут быть заданы различным образом: аналитически, таблично, в виде разложения по какой-либо системе функций и т. д.

Дата публикования: 2015-01-26; Прочитано: 1213 | Нарушение авторского права страницы

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.003 с)…

Параметрическое моделирование существенно отличается от обычного двумерного черчения или трёхмерного моделирования. Конструктор в случае параметрического проектирования создаёт математическую модель объектов с параметрами, при изменении которых происходят изменения конфигурации детали, взаимные перемещения деталей в сборке и т. п.

Идеи параметрического моделирования появились ещё на ранних этапах развития САПР, но какое-то время не могли быть осуществлены по причине недостаточной компьютерной производительности.

Первые известные САПР с возможностью параметризации вышли в 1989 году. Первопроходцами были Pro/Engineer (трёхмерное твердотельное параметрическое моделирование) фирмы Parametric Technology Corporation и T-FLEX CAD (двумерное параметрическое моделирование) фирмы Топ Системы [1] [2]

Двумерное параметрическое черчение и моделирование

Трёхмерное твердотельное параметрическое моделирование

Трёхмерное параметрическое моделирование является гораздо более эффективным (но и более сложным) инструментом, нежели двумерное параметрическое моделирование. В современных САПР среднего и тяжёлого классов наличие параметрической модели заложено в идеологию самих САПР. Существование параметрического описания объекта является базой для всего процесса проектирования.