PODSTAWY MODELOWANIA W SYSTEMACH CAD/CAM

Modelowanie w systemach w systemach komputerowych opiera się o zasadę tworzenia modeli geometrycznych wykorzystujących zarówno wiedzę pochodzącą z nauk matematycznych jak i technicznych. Zaawansowane systemy CAD/CAM/CAE oferują szerokie możliwości w zakresie modelowania geometrycznego. W każdym można wyróżnić pewne uogólnione metody modelowania. Natomiast każdy model geometryczny można wykonać na wiele różnych sposobów. W przypadku złożonego modelu geometrycznego liczba tych sposobów jest praktycznie nieograniczona. Modele wykonane na różne sposoby nie są równoznaczne. W istocie, tylko nieliczny procent zapewnia wykonanie poprawnego modelu geometrycznego.
Jest to ważne, ponieważ model w zaawansowanym systemie CAD/CAM/CAE jest tworzony tak, aby spełniał wiele różnych zadań i mógł być zastosowany do wielu dalszych procesów projektowych, m.in.:
- wykonania dokumentacji technicznej,
- weryfikacji funkcjonalności produktu,
- weryfikacji ergonomicznej,
- analizy kinematycznej,
- analizy dynamiki elementów i zespołów,
- obliczenia inżynierskiego np. metodą elementów skończonych,
- zaprojektowania operacji wytwórczych i ich weryfikacji,
- zaprojektowania operacji eksploatacyjnych i ich weryfikacji,
- wizualizacji produktu,
- zapisu dodatkowych informacji uzyskanych w procesie projektowym,
- wprowadzania zmian w projekcie.

Narzędzia i metody modelowania geometrycznego muszą być starannie wybrane, uwzględniając dalsze procesy projektowe, tak, aby model był podstawą całego procesu rozwoju produktu, a nie źródłem problemów projektowych. Rozróżnia się następujące rodzaje komputerowych modeli geometrycznych:
- modele bryłowe,
- modele powierzchniowe,
- modele krawędziowe.

Modele krawędziowe składają się i punktów i krawędzi. Krawędziami mogą być linie proste lub krzywe. Modele powierzchniowe są zbudowane z powierzchni oraz krawędzi ograniczających te powierzchnie. Modele bryłowe natomiast zbudowane są z powierzchni i krawędzi ograniczających te powierzchnie oraz dodatkowo przestrzeni ograniczonej przez te powierzchnie.
Model bryłowy najwierniej odzwierciedla rzeczywiste przedmioty.
Sposób wyświetlania na ekranie nie jest związany z rodzajem modelu.


MODELOWANIE BRYŁOWE W SYSTEMACH CAD/CAM

W modelowaniu bryłowym zasadniczą rolę odgrywają płaskie (dwuwymiarowe) profile, służące do definiowania poszczególnych operacji: wyciągnięć, wycięć itd.
Podczas modelowania mogą być stosowane również inne obiekty (np. krzywe) jednak profile pozostają zasadniczym elementem definiowania kształtu bryły.
Modelowanie bryłowe pozwala w zasadzie na uzyskanie dowolnych kształtów, jednak procedura ich tworzenia i edycji, jest mało wygodna dla skomplikowanych modeli.
Podstawowymi metodami tworzenia modeli bryłowych są :
- wyciągnięcie lub obrót profilu,
- edycja cech modelu bryłowego,
- operacje logiczne na bryłach.

MODELOWANIE POWIERZCHNIOWE W SYSTEMACH CAD/CAM

W modelowaniu powierzchniowym wykorzystywane są profile oraz punkty kontrolne, które służą do definiowania krzywych - zarówno płaskich, jak i przestrzennych.
Na krzywych rozpinane są powierzchnie. Powierzchnie takie można podzielić na dwie grupy:
1. te, które można opisać matematycznie, np. powstałe przez obrót krzywych stożkowych (parabola, hiperbo-
la),
2. powierzchnie swobodne - składające się z nieskończonej liczby punktów, opi-
sywanych jedynie przez ich współrzędne. Współrzędne te nie są powiązane zależno-
ściami matematycznymi.

Ze względu na dużą elastyczność, Modelowanie powierzchniowe znajduje zastosowanie w przypadku, gdy powierzchnia elementu projektowanego ma zbyt skomplikowany kształt, aby zamodelować ją tradycyjnymi metodami modelowania bryłowego. Funkcje modelowania powierzchni są nastawione na modelowanie złożonych kształtów powierzchni i w takim przypadku
doskonale się sprawdzają.

Zdarza się, że w całej konstrukcji tylko część elementów musi być modelowane metodami modelowania powierzchni. Reszta elemen-
tów konstrukcji jest zamodelowana innymi technikami i zapisana jako modele bryłowe. Dla zgodności form modelu całej konstrukcji modele powierzchniowe są przekształca-
ne na modele bryłowe. Takie modele noszą nazwę modeli hybrydowych. Są one tworzone technikami modelowania powierzchniowego i za pomocą zestawu odpowiednich funkcji, przekształcane do modelu bryłowego. Dalej takie modele bryłowe mogą być edytowane tradycyjnymi technikami modelowania bryłowego.

Najważniejsze metody tworzenia modeli powierzchniowych:
- wyciągnięcie równoległe profilu lub wzdłuż zadanej ścieżki,
- obrót profilu wokół wybranej osi,
- operacje przycinania i łączenia powierzchni,
- edycja cech modelu powierzchniowego,
- modelowanie swobodne,
- rozwinięcie powierzchni na profilach [4].

Cztery pierwsze metody są bezpośrednim przeniesieniem metod stosowanych w modelowaniu bryłowym. Pozwalają stworzyć tylko takie kształty, które dają się zamodelować bezpośrednio metodami modelowania bryłowego. Dwie ostatnie metody są najbardziej wydajne dla modelowania złożonych kształtów.