CAD, CAM, CAE-системы

Плюсы и минусы данной технологии

CAD/CAM в стоматологической практике и протезировании зубов являются очень востребованными в современных клиниках, так как обладают следующими преимуществами:

• анатомическая точность;
• возможность изготовления из материалов высокой прочности (к примеру, титана или упомянутого диоксида циркония);
• можно использовать в работе с наиболее запущенными случаями;
• возможность врачебной ошибки минимизирована;
• следовательно, практически исключен человеческий фактор;
• высокий комфорт ношения, коронка садится идеально;
• нулевой уровень травматичности.

У таких технологий есть немало преимуществ

Врач может продемонстрировать цифровую модель пациенту, и тот будет сразу проинформирован о том, как проходит процесс изготовления и имплантации и как будет выглядеть результат.

Протезы, изготовленные таким методом, практически не деформируются и не меняют местоположения. Высокая точность изготовления – около 25 мкм (сравним с ручным литьем – у него точность обычно 100 и более мкм).

К сожалению, главным недостатком использования этой технологии можно назвать высокую стоимость. Однако это отличная инвестиция в собственное здоровье, учитывая повышенную надежность и отсутствие вреда для организма.

Главный недостаток изготовления протезов таким способом – высокая стоимость

Этапы протезирования с помощью CAD CAM систем

Протезирование с использованием CAD CAM систем происходит следующим образом:

1. Стоматолог подготавливает один или несколько зубов. Затем сканирует 3D камерой зубы и прикус, в результате чего получают оптическую модель. Также можно просканировать обычные слепки.
2. Далее полученное изображение обрабатывают специальной программой, которая рисует 3D модель восстанавливаемых зубов. Она сама подбирает форму будущей реставрации с учетом остальных зубов, но доктор может поправить предлагаемую конструкцию движением компьютерной мышки. Количество времени для создания 3D модели зависит от мастерства специалиста и от сложности клинического случая. На этого может уйти от нескольких минут до получаса и даже больше.
3. Когда моделирование будет завершено, файл с конструкцией изготавливаемой детали передается в блок управления фрезерной машины. И здесь из куска цельного материала выпиливается 3D-модель детали, которая ранее была смоделирована компьютером. По времени это занимает около 10 минут. Чтобы конструкция выглядела более естественной, ее могут покрыть полупрозрачной и светоотражающей керамикой.
4. Когда в качестве материала используют оксид циркония, то далее изготовленную конструкцию помещают в печь для спекания, в результате она приобретает окончательный оттенок, размер и прочность.
5. После обжига и затвердевания материала деталь шлифуют и полируют. Далее можно установить изделие на подготовленный зуб.

Сложности внедрения

Развитие CAD/CAM началось в 70-х гг. Поначалу их рассматривали как один из вариантов промышленных систем, однако со временем стало понятно, что в этом случае все гораздо сложнее, и на то есть ряд причин.

1. Качество продукта, изготовленного по этим технологиям, должно быть в разы выше, чем при традиционном подходе. Только при таком условии, а также при адекватной стоимости и времени изготовления, продукт способен заменить обычные методики в повседневной стоматологической практике.
2. Чтобы получить качественную реставрацию, необходимо точно оцифровать морфологические особенности опорных зубов, рядом стоящих зубных коронок и антагонистов. Возникла необходимость в точных и компактных сканерах и соответствующем ПО, поскольку доступные на тот момент сканеры не справлялись с тонкими краями зубов, подвергшихся препарированию.
3. Чтобы адаптировать реставрацию под линию препарирования и цвет естественных зубов, восстановить окклюзионный контакт, нужно сложное ПО.
4. Деликатно обработать хрупкие материалы из керамики с учетом сложной геометрической формы можно только с помощью высококлассного CAM-оборудования с функцией контроля траектории движения и скорости работы инструмента. Оборудование должно иметь компактные размеры, чтобы его можно было установить в кабинете или лаборатории.
5. Каждая реставрация зубов в стоматологии индивидуальна, требует гораздо больше, чем в промышленности, временных и интеллектуальных затрат.

Особенности систем

Стоит несколько слов сказать об особенностях сканирования имплантатов среди разных систем.

1. CEREC IN LAB фирма (SIRONA): использование трех распознанных насечек с порогом распознавания 100 мкм
2. PRECIDENT фирма (DCS): три насечки, порог распознавания аналогично предыдущему 100 мкм.
3. Система HINT ELS фирма (HINT ELS GmbH): одна распознаваемая насечка, порог распознавания 150 мкм.
4. Система EVEREST фирма (KAVO): ряд насечек не распознан, порог распознавания более 150 мкм.

Соответственно, наиболее хороший порог распознавания у систем PRECIDENT и CEREC IN LAB, значит, они могут качественно отобразить микротрещины и грани, которые могут быть незаметны для других сканеров. В таком случае виртуальная модель будет идентична реальной.

У каждой системы есть свои особенности

Табл. 3. Результаты обмена данными чертежей между системами

Экспорт	Импорт (шрифт, спецсимволы, типы линий)
КОМПАС-3D	SOLIDWORKS	Autodesk Inventor	AutoCAD
DXF	DWG	IGES	DXF	DWG	IGES	DXF	DWG	IGES	DXF	DWG
КОМПАС-3D	DXF	+-+1	+++	X	+++
DWG	+-+1	+++	–+7	+++
IGES	–+2
SOLIDWORKS	DXF	+++	+++	+++	+++
DWG	+++4	+++	+++5	+++
Autodesk Inventor	DXF	X	X	X	X
DWG	+++4	+++6	+++	+++6
AutoCAD	DXF	X	+++	X	+++
DWG	X	+++	+++	+++

1. Результат взаимного обмена в КОМПАС в форматах DWG, DXF.
2. Результат взаимного обмена в КОМПАС в формате IGES.
3. Результат экспорта из КОМПАС V11 в форматах DWG, DXF в КОМПАС V11 LT.
4. Результат экспорта из Inventor и SolidWorks в КОМПАС в формате DWG.
5. Результат экспорта из SolidWorks в Inventor в формате DWG.
6. Результат экспорта из Inventor в SolidWorks и AutoCAD в формате DWG.
7. Результат экспорта из КОМПАС в Inventor в формате DWG.
8. Для лучшего понимания информации в табл. 1-3 приведена расшифровка основных форматов файлов.

Выбор САПР

В качестве примера, задачу выбора системы проектирования можно представить графически в виде дерева принятия решений (рис.1).

Как видно из рис.1. и приведенных ранее соображений можно составить представление насколько сложным и неоднозначным является решение задачи выбора рационального программного инструмента для проектирования. Учитывая длительный период внедрения таких систем на предприятиях, сопряженные, как правило, со значительными капиталовложениями наиболее рациональным представляется взаимодействие со специалистами по обучению работе в различных системах проектирования и дальнейший взвешенный выбор наиболее приемлемого варианта ПО.

Также обращает на себя внимание ряд фактов, на которых следует остановиться подробнее. Они могут быть спорными с точки зрения различных пользователей, но безусловно являются важными и интересными. Рисунок 1 – Пример дерева принятия решений при выборе системы проектирования

Рисунок 1 – Пример дерева принятия решений при выборе системы проектирования

Распространенность и вид доступа к ПО это очень интересный момент при выборе системы проектирования. Если говорить о системах со свободным доступом, то для выполнения простейших производственных задач и для использования внутри одного предприятия они вполне приемлемы. Однако, когда речь идет работах над сложными проектами в рамках крупного предприятия и необходимости взаимодействия с другими организациями, то важным является расширение функционала ПО, и таким требованиям, как правило, отвечают коммерческие системы типа Inventor, Solidworks, Компас, Solid Edge, SIEMENS NX и т.п.

Широта применимости с учетом региональных особенностей производства – предпочтение в языке интерфейса, наличие библиотек стандартных изделий, техподдержка, совместимость со средствами проектирования, используемыми предприятиями партнерами, является очень важным элементом в варианте, если выбран коммерческий многофункциональный инструмент для проектирования.

Так, зачастую, на многих предприятиях стран СНГ предпочтение отдают использованию КОМПАС-3D ввиду более низкой себестоимости, хорошей техподдержке и наличию в библиотеках широкого набора инструментов для оформления конструкторской документации в соответствии с региональными стандартами. Несмотря указанные преимущества Компаса, у него есть ряд очевидных недостатков, основным из которых является недостаточно хорошо развитые CAM и CAE модули, отсутствие возможности нанесения текстур на детали и т.п. И в этом плане Компасу создают существенную конкуренцию SOLIDWORKS и Autodesk Inventor, которые имеют значительно более широкий функционал в плане моделирования технологии изготовления деталей и узлов, а также физических процессов.

Кроссплатформенность – это проблема практически любой современной системы проектирования, особенно у мощных коммерческих продуктов. Так КОМПАС-3D, Inventor, Solid Edge и SIEMENS NX разработаны исключительно для работы в среде Microsoft Windows. Отличие составляет Solidworks, который наряду с Microsoft Windows поддерживает также MacOS. Некоторые читатели могут возразить, утверждая, что это не так, и возможна установка указанных программ под другие операционные системы.

Да, действительно, установка критически важных проектных инструментов под UNIX-подобные операционные системы, которые являются более устойчивыми к вирусам и шпионскому ПО, выглядит достаточно привлекательно, и в ряде вариантов вполне осуществима с использованием специальных настроек компьютерного оборудования с использованием драйверов и программ, в том числе, Wine. Однако, это является трудоемким процессом и не всегда позволяет достичь хороших результатов.

Обмен графическими данными между системами проектирования является важным вопросом, который приходится решать производственным и проектным организациям при выборе систем. Сложность проектируемых изделий, наличие глобализации удаленного проектирования с использованием подрядчиков, частое слияние или разделение и трансформация предприятий приводят к тому, что предприятиям приходится использовать проекты, созданные в различных CAD-системах.

В работах , проведены исследования, результаты которых кратко отражены в табл. 1-3. Приведенные данные позволяют составить представление о типичных особенностях обмена графическими данными в некоторых из наиболее распространенных систем проектирования.

Предыстория задачи

Возникла у заказчика задача, допустим, такая:

• Скинуть в 1С элементы модели здания.
• В 1С использовать эти части модели в договорах – ну, допустим, указать, что вот такие-то элементы уже построены, такие-то – только запланированы, и т.п..
• В Navisworks на чертеже как-то увидеть это – например, отобразив элементы модели разными цветами. Для этого сделали к Navisworks плагин, который умеет копировать в 1С данные из таблиц Quantification (Takeoff tables), а также забирать их из 1С обратно и запихивать в Takeoff tables. А в 1С предполагалось у используемых в договоре элементов модели (помещений) менять цвета.

Только вот оказалось, что после изменения этих табличных данных в 1С – Navisworks не понимает, что они изменились, и надо бы их обновить. Стало быть, мне, программисту, надо ему это подсказать.

Методика оценки

Качество систем оценивалось по трехбалльной системе. Наивысший балл присваивался в том случае, если все поставленные тесты выполнялись. Частичное выполнение засчитывалось как удовлетворительное. Невыполнение всех тестов выносило оценку «плохо». При окончательном формировании оценки учитывались также личные впечатления специалистов, испытывавших систему, и время на освоение и решение задач.

Результаты сравнительного анализа систем по всем 20 показателям представлены в табл.2.

Для косвенной проверки полученных результатов было изучено позиционирование систем в структуре российских предприятий. При этом рассматривалась обобщенная структура, традиционно состоящая из следующих подразделений:

• проектное бюро (ПБ) — создание общих видов, общей компоновки;
• конструкторское бюро (КБ) — конструирование, выпуск КД;
• технологическое бюро (ТБ) — создание техпроцессов, выпуск ТД;
• отдел ЧПУ — программирование станков с числовым программным управлением.

Для каждого продукта рассматривался доступный список официальных пользователей любых версий системы. Оценка отражает лишь распределение внутри списка для каждого продукта и ни в коей мере не показывает соотношение частоты применения различных продуктов (табл.3).

ADEM применяется в основном для выпуска КД и ТД. Очень часто — для подготовки УП для ЧПУ и для плоского и объемного моделирования изделий, оснастки и пресс-форм. Реже используется для объемной компоновки.

Autocad применяется для выпуска КД и ТД, не отягощенных требованиями отечественных стандартов; реже — для плоских компоновок.

CADDS чаще всего применяется для объемного моделирования и компоновки изделий, оснастки, пресс-форм, а также для подготовки УП для ЧПУ. В конструкторских подразделениях не встречается.

Компас применяется в основном для выпуска чертежной КД, реже для ТД.

Pro/Engineer чаще всего используется для объемных компоновок агрегатов типа двигатель или реактор, для разводки трубопроводов. Для выпуска КД и ТД применяется редко.

SolidEdge, SolidWorks, MicroStation Modeler 95 применяются для объемного моделирования несложных машиностроительных изделий и узлов (электродвигатель, электрофен, насос), для иллюстраций инструкций по эксплуатации, отчетов и рекламных брошюр.

Для выпуска КД и ТД практически не применяются.

T-Flex применяется для выпуска чертежей типовых деталей машиностроения. В объемном моделировании не используется.

Unigraphics чаще всего применяется для объемного моделирования изделий, оснастки и пресс-форм. Применяется и для объемной компоновки изделий типа корпус, двигатель. Относительно часто применяется для ЧПУ. В конструкторских подразделениях практически не встречается.

По результатам тестирования и опыту применения систем на предприятиях исходный перечень был разделен на три группы. К первой группе были отнесены претенденты на сопровождение проектирования; ко второй — системы автоматизации выпуска КД; к третьей — интегрированные CAD/CAM-системы, поддерживающие ЧПУ (см.табл.4).

Классификация САПР

Принятое в отечественной инженерной практике понятие САПР носит общий характер. Оно включает в себя все возможности программного проектирования. Однако удобнее пользоваться англоязычными версиями, описывающими виды и технологии выполняемых работ более детально. Наиболее популярные термины означают:

1. CAD системы — означает компьютерную поддержку проектирования (сomputer-aided design). Программы с пакетом модулей для создания трехмерных объектов с детализацией их особенностей и возможностью получения полного комплекта конструкторско-проектной документации.
2. CAM системы — переводится как компьютерная поддержка производства (computer-aided manufacturing). Прикладные программы для реализации проектов. С их помощью прописывают алгоритм работы станков с ЧПУ. В качестве основы используется трехмерная модель, сделанная по стандартам CAD.
3. CAE системы — класс продуктов для компьютерной поддержки расчетов и инженерного анализа (computer-aided engineering). Появление возможности создавать твердотельную модель требовала детального ее описания, прогнозирование эксплуатационных нагрузок, включая воздействие температуры, сопротивления среды.

Автоматизированная система проектирования в процессе эволюции разделилась на отдельные направления, в рамках которых решались узкоспециализированные задачи. Расширялся и арсенал инструментов для достижения цели. Можно на каждом этапе производства выбрать систему, наиболее подходящую в конкретном случае. Технология создания модели 3d в САПР значительно ускорило запуск новых изделий, которые проектируется с заданными характеристиками. Твердотельный прообраз проверяется и испытывается с достаточной точностью виртуально, минимизируя расходы на реальном тестировании.

Методы электронного проектирования проникают в отдельные сферы деятельности, учитывая характер производства. Подчиняясь общим правилам и нормам создаются новые направления развития. Так в 2012 госкорпорация «Росатом» перешла на Единую отраслевую систему документооборота (ЕОСДО). Программа позволила систематизировать проектную документацию. Проще стал доступ к электронному архиву. В результате повысилась производительность труда, сохранность информации, надежность ее защиты.

Компоненты САПР

Автоматизированное проектирование систем управления и промышленной инфраструктуры, как мы уже знаем, состоит из различных подсистем. В свою очередь, их составляющими являются компоненты, которые обеспечивают функционирование соответствующих элементов САПР. Например, это может быть та или иная программа, файл, аппаратное обеспечение. Компоненты, обладающие общими признаками, формируют средства обеспечения систем проектирования. Таковые могут быть представлены следующими основными разновидностями:

— техническим обеспечением, которое представляет собой совокупность различных технических средств, таких как компьютеры, сетевые компоненты, измерительные приборы;

— математическими моделями, которые объединяют те или иные алгоритмы, что задействуются в целях решения различных задач;

— программным обеспечением — системным, прикладным;

— информационным обеспечением, представляющим собой совокупность различных данных, что необходимы в целях внедрения проектирования;

— лингвистическими моделями, представляющими собой совокупность различных языков, которые применяются в САПР в целях отражения сведений о проектировании;

— методическим обеспечением, представляющим собой совокупность подходов к обеспечению функционирования САПР, различных методов подбора технологических концепций для достижения оптимальных результатов при реализации тех или иных проектов;

— организационным обеспечением, которое представлено главным образом источниками, которые определяют структуру проектной документации, а также характеристики системы автоматизации и то, каким образом должны отражаться результаты реализации проектов.

Автоматизированные системы проектирования, обработки информации могут быть классифицированы по различным критериям. Рассмотрим их специфику.

Международная классификация CAD, CAE, CAM

Согласно современной классификации системы делятся на:

• Позволяющие создать трехмерную модель объекта в электронном виде. Благодаря им появилась возможность разобрать процесс создания на фазы: от чертежа до производства. Эти обеспечения называются КАД.
• Отображающие электронное описание предмета. Технология собирает данные о модели на протяжении всего ее существования: от проектирования до продажи и уничтожения. Обобщенное наименование таких платформ — CAE, эти приложения используются во всех отраслях торговли и промышленности.
• Чертежные автоматизированные конструкции, появившиеся еще в 70-х гг. Именно их создание стало точкой отсчета в развитии автоматизированной помощи работникам определенных родов деятельности. Приспособления, с помощью которых проводятся простейшие операции, программисты определяют как CAM системы.

Такое четкое разделение помогает ориентироваться на всемирном рынке компьютерного обеспечения. При выпуске программы, изготовитель указывает тип CAD, согласно общепринятой международной классификации. Закупщик может ознакомиться с документами и понять, к какому поколению относится определенный продукт, какая польза от него будет на производстве. Мы разобрались в том, что такое КАД системы и какую роль они играют в оптимизации современного рабочего процесса. Руководители компаний, понимающие, что экономия средств и времени может снизить себестоимость, активно закупают программы CAD.

Из чего состоит компьютеризированная система

В комплект CAD/CAM от любого производителя включаются следующие позиции:

• 3D-сканер: он может быть небольшим внутриротовым, т.е. снимает данные непосредственно во рту пациента (и не нужно проходить не очень приятную процедуру снятия обычных оттисков с зубного ряда). Также есть более массивные лабораторные сканеры (сканируют модель, изготовленную по физическому классическому слепку челюстей),
• специализированное ПО (программное обеспечение), компьютер и монитор для стоматолога или зубного техника: оцифрованные слепки загружаются в программу, где создается виртуальный образец. При желании пациент может на этом этапе выбрать цвет и форму будущих зубов, и «примерить» улыбку с помощью программы Digital Smile Design,
• фрезеровальный станок: это может быть сразу несколько станков с разными функциями и возможностями – в некоторых можно изготавливать одиночные коронки или виниры, а в других можно сделать протез для всей челюсти на металлическом или диоксид циркониевом основании. Станки получают все данные непосредственно с компьютера, а участие зубного техника в процессе изготовления почти не требуется.

Настоящие голливудские люминиры Cerinate — 40 000р.

Без обточки собственных зубов, исправляют недостатки и цвет навсегда!Звоните сейчас или заказать звонок

Некоторые производители помимо вышеуказанного оборудования предлагают дополнить CAD/CAM-систему автоматизированными печами для запекания заготовок, вытяжками и т.д. Интересно, что виртуальная модель протеза из диоксида циркония создается примерно на 20% больше, т.к. после фрезерования и в процессе запекания при 1700 градусах Цельсия изделие «усядет» на те же 20%. Конечно, точные «увеличенные» размеры определяются в компьютерной программе, но при участии лаборанта, чтобы избежать ошибок.

КАД/КАМ-системы могут быть закрытого и открытого типов. В первом случае все компоненты комплекса объединяются только внутри своей марки или модели. А открытые способны интегрироваться с программами и оборудованием сторонних производителей.

Классификация CAD/CAM-технологий.

Все CAD/CAM-системы делятся на два типа:

• «Закрытые системы»;
• «Отрытые системы»

К «закрытым» системам относятся такое оборудование, которое может работать только с определенными расходными материалами, производимыми как правило одной компанией.

Открытые CAD/CAM-системы имеют ряд преимуществ для пользователей:

• Выбор любых CAD/CAM материалов из спектра имеющихся на рынке для фрезерования готовой реставрации;
• Сканер для оцифровки оттиска или оставшейся субстанции зуба, так и фрезеровальный аппарат, выбираются оператором. То есть полученные клиницистом снимки с помощью интраоральной сканирующей камеры одной открытой CAD/CAM-системы могут беспрепятственно использоваться для моделирования в программном обеспечении другой открытой системы и фрезероваться на станке третьей открытой системы другого производителя.

По второй основной классификации все CAD/CAM-технологии разделяют на:

• врачебные;
• лабораторные.

Лучшие компании производители CAD/CAM систем.

Dyamach — Современная конструкция от итальянского изготовителя. Ее отличает повышенная точность и возможность работать и комбинировать различные материалы. Фрезерный станок, обтачивающий изделия в непрерывном режиме, сокращает время выполнения операции. Минусом системы можно считать ее высокую цену в сравнении с аналоговыми версиями других производителей конкурирующих брендов.

Roland — Продукт японских разработчиков, основное преимущество которого – абсолютная бесшумность фрезерного аппарата в процессе обтачивания изделия. Также отмечается повышенная точность в обработке и придании необходимой формы протезам, сделанным из материалов повышенной твердости, например, коронки из циркония. Недостаток – высокая цена оборудования, что ограничивает его применение в отечественных стоматологических клиниках.

Sirona Dental Systems — Является представителем немецких производителей. Как и все, выполненное в Германии, отличается высоким качеством и соблюдением всех требований стандартов. Относится к оборудованию средней ценовой группы. Аппараты получили широкое распространение в российских стоматологических центрах. Идеальное решение для клиник с небольшой проходимостью и наличием современных лабораторий.

Zirkonzahn — Имеет самую высокую производительность – порядка 1000 единиц моделей ежемесячно. Совместим с внутриоральными сканирующими устройствами. Обрабатывает любые материалы. Относится к продукту среднего ценового сегмента. На европейском рынке с 2009 года. Продукт швейцарских производителей.

WIELAND — Фрезерная машина Wieland имеет массивное шасси и прочную гранитную рабочую поверхность. Предназначена для работы в больших лабораториях и фрезерных центрах. Основное преимущество — встроенный высококачественный жидкокристаллический экран, позволяющий моментальный вывод изображения в процессе обтачивания материала. Комплектуется автономным вытяжным механизмом.

WIELAND — Фрезерная машина Wieland имеет массивное шасси и прочную гранитную рабочую поверхность. Предназначена для работы в больших лабораториях и фрезерных центрах. Основное преимущество — встроенный высококачественный жидкокристаллический экран, позволяющий моментальный вывод изображения в процессе обтачивания материала. Комплектуется автономным вытяжным механизмом.

Этапы протезирования

Алгоритм действий специалиста при проведении протезирования с применением систем CAD CAM выглядит следующим образом:

• предварительная подготовка – одну или фрагмент зубной единицы избавляют от каменистых отложений, проводят профессиональную чистку и сушку, после чего сканируют специальной оптической объемной камерой рабочую площадь и прикус. Так получается компьютерная 3D панорамная версия. Аналогичным образом проводится сканирование стандартных слепков;
• получившаяся картинка проходит обработку специальной компьютерной программой, которая самостоятельно подберет оптимальную форму планируемой реставрации с учетом анатомического строения и физического состояния соседних органов. Доктор при этом может вносить коррективы и поправки с помощью мышки. Сколько на это уйдет времени – зависит от клинической ситуации и сложности течения патологически процессов. В среднем это период длится от 5 минут до получаса;
• по факту завершения процедуры моделирования, документ с готовой конструкцией копируется, и информация поступает в системный блок фрезерного аппарата, имеющего электронную систему программирования операций. Из фрагмента цельного материала специалист изготовит аналоговую версию, в точности копирующую электронную панорамную модель. На весь процесс отводится не более 10 минут.

  Для придания конструкции более высоких эстетических характеристик, на нее носят тонкий керамический слой, обеспечивающий светоотражение и полупрозрачность изделия;

• если в качестве базового компонента применяются оксиды циркония, готовую модель необходимо выдержать в высокотемпературной печи – это нужно для спекания материала. После такой обработки устройство приобретет необходимые размеры, твердость, станет прочнее и сформирует конечный цветовой оттенок;
• после проведения обжига модель шлифуют и выполняют финишную полировку поверхности. После этого конструкцию можно устанавливать в ротовую полость.

Плюсы и минусы восстановления зуба керамической вкладкой, суть методики.

В этой публикации предлагаем подробное описание вкладки Onlay.

Возможности и области применения

Наиболее очевидной и востребованной функцией комплексов САПР является возможность построения компьютерной 2D- и 3D-модели разрабатываемого изделия. Однако, применение САПР не ограничивается только разработкой и каталогизацией проектной документации, хотя уже этот момент помогает экономить массу времени и трудозатрат инженера, позволяя в ходе работы менять элементы чертежей, ничуть не заботясь о влиянии этих изменений на проект в целом.

Пользователь современной САПР имеет в своем распоряжении богатый выбор стандартных элементов, избавляющий от необходимости многократно проделывать одну и ту же работу и унифицирующий стандартные проектные процедуры. Мощный математический аппарат упрощает инженерные расчеты, позволяя в режиме реального времени визуально оценивать контролируемую величину и ее зависимость от изменения проектируемой конструкции. Наиболее актуально эта задача проявляется в системах с распределенными параметрами, расчет которых крайне трудоемок. В качестве примеров можно привести анализ напряжений в узлах механических систем, строительных конструкций, тепловой расчет электронных устройств и т.д. Сложно переоценить возможности САПР в плане компьютерной анимации и симуляции разрабатываемых устройств, позволяющие увидеть их работу до изготовления прототипа и устранить ошибки и недочеты, сделанные при проектировании.

Исторически сложилось, что САПР получили широкое применение в машиностроении, автомобилестроении и строительстве. Однако, в настоящее время с их помощью можно автоматизировать практически любой процесс, начиная от раскроя и пошива одежды и, заканчивая разработкой поточной линии крупного завода.

Разработка геометрии кузова автомобиля и разбиение кузова на детали

Известно несколько способов проектирования кузова автомобиля. Один из них, практикуемый в дизайн-центре «АвтоВАЗа», использован в данной работе. Он предусматривает прохождение ряда проектных шагов.

В основу проектирования автомобиля как симметричного объекта положен принцип, определяющий положение его системы координат (СК), — автомобиль имеет главную нулевую плоскость ZX, вертикально расположенную на его продольной оси, горизонтальную плоскость XY и вертикальную ZY, проходящую через ось передних колес. Работа начинается с выбора местоположения начала координат кузова автомобиля.

Следующим этапом является построение поверхностей кузова по характерным кривым (рис. 13), постоянно присутствующим на автомобиле (разъемы дверей, разъемы между соединенными деталями кузова и т.д.). По этим очеркам составляется некая «проволочная» модель, пересечение кривых, и появляется каркас поверхности.

Рис. 13. Построение каркаса кузова

Рис. 14. Построение ортогональных проекций

Далее выполняется построение каркаса поверхности в ортогональных проекциях (вид сбоку, сверху, спереди) — рис. 14.

Затем из ортогональных проекций кривых получают 3D-кривые, по ним конструктор начинает работу по проектированию кузовных поверхностей.

Наконец, на пятом этапе полученные от дизайнера трехмерные кривые обрабатываются в CAD-системе (в нашем случае — в PowerSHAPE). Остановимся на этом этапе подробнее.

Сначала по каркасу кривых (рис. 15) «натягивают» поверхности, позволяющие видеть общую структуру кузова болида, после чего дизайнер и конструктор прорабатывают элементы аэродинамики и тем самым приходят к общей композиции автомобиля (рис. 16). Дизайнер использует в работе эскизное проектирование в системе для промышленного дизайна Rhino (компании Rhinoceros), позволяющее быстро строить поверхности, но дизайнерское построение характеризуется большой погрешностью.

Рис. 15. Проектирование скульптуры каркаса

Работа конструктора заключается в детальной проработке полученных от дизайнера данных, то есть все каркасные кривые и «натянутые» по ним поверхности перестраиваются с высокой точностью с целью получения окончательных кузовных поверхностей (рис. 17) и принятия дальнейших конструкторско-технологических решений. Параллельно с проектированием кузовных поверхностей идет разработка рамного каркаса, который является несущей силовой конструкцией автомобиля (рис. 18).

Рис. 16. Решение общей композиции кузовных поверхностей

Рис. 17. Сборка кузовных деталей в общую компоновку

Рис. 18. Базовый вариант рамы

На заключительном этапе кузовные поверхности делятся на детали (с учетом требований регламента соревнований), идет их конструктивное оформление (проработка мест разъема с сопряженными деталями). Также выполняется сборка всех полученных деталей кузова в общую компоновку.

За время работы над конструкцией болида в ней были выявлены определенные недочеты. Когда уже были полностью спроектированы и изготовлены кузовные детали, для уменьшения веса автомобиля, упрощения доступа к внутренним узлам и агрегатам, а также для удобства управления гоночным автомобилем потребовалось модернизировать существующий рамный каркас и некоторые кузовные детали (рис. 19).

Рис. 19. Модернизация деталей кузова