Begränsning (datorstödd design)
En begränsning i programvara med datorstödd design (CAD) är en begränsning eller begränsning som en konstruktör eller ingenjör ålägger geometriska egenskaper hos en enhet i en designmodell som bibehåller sin struktur när modellen manipuleras. Dessa egenskaper kan inkludera relativ längd, vinkel, orientering, storlek, förskjutning och förskjutning. Pluralformens begränsningar hänvisar till avgränsningar av geometriska egenskaper mellan två eller flera enheter eller solida modelleringskroppar ; dessa avgränsare är definitiva för egenskaper hos teoretisk fysisk position och rörelse, eller förskjutning i parametrisk design . Den exakta terminologin kan dock variera beroende på en CAD-programleverantör.
Begränsningar används i stor utsträckning i CAD-programvara för solid modellering , datorstödd arkitektonisk design som byggnadsinformationsmodellering , datorstödd teknik , monteringsmodellering och andra CAD-underfält . Begränsningar används vanligtvis för att skapa 3D-sammansättningar och flerkroppssystem .
En begränsning kan anges för två eller flera enheter samtidigt. Till exempel kan två linjer begränsas till att ha samma längd eller diameter av cirklar kan ställas in för att ha samma dimension (t.ex. radie eller längd). Dessutom kan begränsningen tillämpas på solida modeller som ska låsas eller fixeras i ett specificerat utrymme. Konceptet med begränsningar är tillämpligt för både två- (2D) tredimensionella (3D) skisser (inklusive de som används för att skapa profiler och solida kroppar).
Konceptet med begränsningar växte till en början på 1960-talet och utvecklades vidare på 1970-80-talet.
Historia
Den ursprungliga idén om "begränsningar" introducerades av Ivan Sutherland 1975. Den härrör från idéer som användes i Sketchpad -systemet från 1963. I sitt arbete hävdade han att användbarheten av en teknisk ritning gjord av ett datorprogram berodde på deras strukturerade natur . Jämfört med traditionella ritningar som saknar denna funktion hade de virtuella fördelarna med att hålla reda på och räkna om dimensioner av enheter (linjer, vinklar, ytor etc.). Dessa idéer integrerades i ett CAD-system som bibehöll denna struktur som en designermanipulerad geometrisk modell.
På 1970-talet utvidgades idén ytterligare till tredimensionell rymd . På 80-talet uppstod en mer generaliserad begränsningsbaserad programmeringsspråksstrategi och hittade en del tillämpningar i CAD-programvara. Minst en konceptuell prototyp byggdes 1989.
Översikt
Syftet med begränsningar i en design är att kontrollera och begränsa beteendet hos enheterna och organen i förhållande till en annan enhet, plan eller kropp. Effektiva begränsningar eller kopplingar mellan två eller flera organ kan finnas på sammansättningsnivån för dessa eller mellan två eller flera enheter för att definiera en skiss, men att lägga till motstridiga, onödiga eller redundanta begränsningar kan resultera i en överdefinierad skiss och ett felmeddelande.
Grader av frihet
Utveckling av ett bra begränsningssystem kan vara en tidskrävande process. Ett tillvägagångssätt för denna situation kan kallas att ta bort frihetsgrader ( DOF). De senare representeras ofta av (X,Y,Z) koordinater i rymden. Designern kan snabbt ta reda på om en entitet är begränsad eller inte genom att räkna antalet DOF:er som tagits bort från den.
Typer
Geometriska begränsningar
Det finns flera begränsningar som kan tillämpas mellan enheter eller kroppar beroende på deras faktiska naturliga geometri (kan även kallas ''kompisar''): kollinearitet , vinkelräthet , tangens , symmetri , sammanträffande och parallellism är sätt att fastställa orienteringen av enheten.
| Typ | Appliceras på | Handling | Exempel |
|---|---|---|---|
| Överensstämmande | Punkter, cirkel, bågar | Tvingar flera punkter från separata geometriska enheter att dela samma koordinat i rymden (t.ex. X, Y, Z ) ; När en punkt flyttas matchar alla andra dess koordinatförändringar |
Punkter med 2 linjer; centrum av en cirkel och en linje |
| Parallell | Rader | Tvingar två raka linjer att vara parallella | |
| Vinkelrät | Rader | Tvingar två raka linjer att vara vinkelräta mot varandra | |
| Kolinjär | Rader | Tvingar två linjer att ligga på samma matematiska linje eller plan | |
| Jordad, fixerad eller stelnad | Punkter, linjer | Tvingar linjer eller punkter att inte röra sig | |
| Tangent | Rader | Tvingar de två enheterna att röra så att de delar exakt en punkt | En linje som tangerar en båge i ett evolvent kugghjul |
| Mått | Punkter, linjer, bågar etc. | Tvingar olika enheter att bibehålla vissa värden uttryckta i en vald enhet; dimensioner kan markeras som referensmått med en REF eller parentes |
Vinkel mellan två linjer; avstånd mellan punkt och linje; fast radie eller båglängd |
Parametriser
Mer avancerade 2D/3D CAD-system kan tillåta tillämpning av matematiska samband mellan begränsningar som hjälper till att spara tid på att omforma en modell. Med hjälp av parametriseringar kan en komplicerad skiss justeras på några sekunder på förutsägbara sätt genom att bara ändra en eller några grundläggande dimensioner vilket sparar en hel del arbetstid. Sådana system kallas vanligtvis parametriska eftersom de skapar parametriska modeller. Parametrier kan också hänvisas till som en designavsikt, varierande geometri, familjetabeller eller som drivdimensioner.
Monteringsbegränsningar
Vid monteringsmodellering används begränsningar i stor utsträckning för att kontrollera eller begränsa designdelars rörelser eller relationer mellan varandra. Vissa begränsningar tvingar modeller att reagera på ändringar som görs i en separat del av en designad produkt. Detta gör att designen kan vara lyhörd som helhet.
| Typ | Beskrivning |
|---|---|
| Dimension mellan två plan | Tar bort translationell och 2 roterande DOF |
| Dimension mellan ett plan och 1 rak kant | Tar bort en translationell och en roterande DOF |
| Dimension mellan ett plan och 1 punkt | Tar bort en translationell DOF |
| Parallellism mellan två plan | Tar bort 2 varv DOF; tvinga plana ytor att vara parallella |
| Parallellitet mellan två raka kanter. | |
| Vinkelvinkel mellan 2 plan | |
| Sammanfallande och kolineära raka kanter | Tvingar två kanter att glida längs varandra |
| Tangens mellan ett krökt ansikte och ett plan | Tar bort en translationell DOF och en roterande DOF; tillåter delinstansen med den krökta ytan att rulla längs det plana planet. |
| "Jordning" eller "förstyvning" av en del i förhållande till en annan | Tvingar tvingade kroppar att röra sig som en stel enhet |
| Jordning eller stelning av en del i förhållande till ett globalt ursprung | Tar bort alla DOF på en gång; låser till ett globalt ursprung |
Genomföranden
Implementering av begränsningsfunktionalitet varierar med givet CAD-system och kan reagera olika på hur användaren tillämpar dem. När begränsningar läggs till i en skiss kan något system vara smart nog att tillämpa ytterligare sådana baserat på redan existerande enheter automatiskt. Om t.ex. linjen dras bredvid en annan kan systemet tänka sig att begränsa dem till att vara parallella i förhållande till varandra. Detta kan dock ibland leda till oväntade resultat.
Geometrisk begränsningslösning
Constraint solver är en dedikerad programvara som beräknar positioner för punkter i 2D-skissen baserat på geometriska begränsningar som specificeras av användaren. Syftet med begränsningslösaren är att hitta alla punkters positioner med avseende på nämnda begränsningar. Det brukar också hjälpa till med att identifiera problem med begränsningar som överbegränsning etc. så att hela skissen är stabil.
Exempel
Helst måste en stav vara koncentrisk med ett hål som borrats genom plattan där den ska föras in, så begränsningen "koncentrisk" garanterar att diametern på stången och hålets diameter bibehåller en gemensam mittlinje, och därmed "låser" sättet som stången relaterar till hålet i plattan; detta betyder att stången fortfarande kan glida åt båda hållen eftersom ändarnas läge inte har begränsats. Exempel 2 illustrerar att stången fortfarande kan rotera längs sin mittlinje medan den glider upp eller ner.
Se även
- Begränsning (klassisk mekanik)
- Geometrisk begränsningslösning
- Geometrisk dimensionering och tolerans
- Parametrisk modellering
- Preliminär design & detaljdesign
Källor
- Vi presenterar AutoCAD 2010 och AutoCAD LT 2010 (sidorna 117-122), av George Omura. 2009; 1:a. Utgåva. Wiley Publishing, Inc., Indianapolis, Indiana. ISBN 978-0-470-43867-1 Hårt omslag; 384 sidor.
- Autodesk® Inventor® 2011 Essentials Plus (sidorna 312-341), av Daniel T. Banach; Travis Jones; Alan J. Kalameja. 2011; Delmar/Cengage Learning, Autodesk Press. Tryckt i USA. ISBN 978-1-1111-3527-0 ; ISBN 1-1111-3527-4 . New York.