Computer-aided design (CAD) - Автоматизированное проектирование¶
Вступление¶
Термин
- Computer-aided design (CAD) - Автоматизированное проектирование¶
CAD - это программное обеспечение, наиболее часто используемое для проектирования и создания деталей и сборок в инженерии. В FTC®, CAD используется для создания 3D-моделей роботов, а также для проектирования нестандартных деталей.
Для создания успешного робота в FTC не требуется CAD. Многие успешные команды вообще не создавали своих роботов в CAD. Другие успешные команды создавали только отдельные части своих роботов в CAD. Другие команды полностью проектировали своих роботов в CAD.
Итак, в чем же тогда смысл CAD? Приветствуется, чтобы новые команды пробовали свои силы в CAD, особенно если у вас есть наставник или родитель, имеющий опыт работы в этой области. CAD полезен по нескольким причинам.
CAD помогает предотвратить множество типичных ошибок, например, проблемы с расположением компонентов. Таким образом, при обнаружении проблем в CAD, которые можно устранить до сборки робота, вы сэкономите время.
CAD - это профессиональный инструмент, который используется во многих областях STEM. Знания и навыки в области CAD будут полезны в вашей будущей карьере, если вы будете учиться и работать в этих областях.
Если вы планируете создавать детали с помощью 3D-печати или механической обработки, то использование CAD будет необходимым условием для этого.
Использование CAD позволяет снизить стоимость сборки робота, поскольку помогает точно определить, какие детали вам понадобятся, до фактических затрат на их покупку.
Однако CAD - это не волшебный инструмент, который гарантирует вам успех в FTC. При правильном использовании это отличный инструмент, помогающий командам создавать своих роботов. Однако имейте в виду, что многие команды добились успеха и без CAD.
Для начала выберите CAD-программу и изучите ее как можно лучше. Возможно, стоит потратить несколько недель на то, чтобы брать случайные предметы из окружающей обстановки, вооружиться линейкой или штангенциркулем и создавать их быстрые CAD-модели. Хороший способ проверить точность - выбрать монолитный объект. Взвесьте объект и создайте модель в CAD, задайте этот материал и посмотрите, какова разница в весе. Это хороший способ проверить, насколько модель CAD соответствует реальной детали. Неважно, что именно это будет — просто найдите любой предмет и смоделируйте его как сумеете. На YouTube также есть множество видеоуроков: хорошим примером является канал TFI, который создаёт детальные учебные пособия по Autodesk Inventor.
Обзор CAD-программ¶
Существует множество программ CAD, которые могут освоить команды, причем все их можно загрузить бесплатно по учебной лицензии или лицензии для команд FTC. Здесь потребуется немного изучить вопрос, поскольку условия получения бесплатных версий различаются в зависимости от программы. Вот несколько предложений, которые стоит рассмотреть:
Onshape¶
Это полнофункциональный пакет CAD, но он полностью работает в облаке. Он может работать на любом компьютере (даже на ноутбуках Chromebook!), а также поддерживает приложения для iOS, iPadOS и Android.
Он обладает всеми основными функциями SolidWorks и Inventor, а также лучшим в отрасли системой совместной работы - многие называют его “Google Docs of CAD”. Onshape позволяет нескольким людям работать с одним и тем же документом одновременно и позволяет пользователям “следить” друг за другом и посмотрите, что находится на экране другого пользователя.
В OnShape также есть FeatureScript, язык программирования, на котором вы можете создавать пользовательские функции. Сообщество уже создало множество очень полезных FeatureScripts, которые вы можете использовать совершенно бесплатно.
У Onshape также есть комплексная обучающая система (https://learn.onshape.com), которая научит вас не только пользоваться их программным обеспечением, но и как подходить к решению задач проектирования.
Если вы только начинаете работать с CAD или у вас нет доступа к мощным компьютерам, Onshape - идеальный вариант для вас.
SolidWorks¶
Стандартный пакет CAD от Dassault Systèmes. Он настолько полнофункционален, насколько это возможно в программном обеспечении CAD, включая продвинутые инструменты симуляции и надежную среду работы со сборками. Он широко используется в промышленности, а также является предпочтительной программой для большинства инженерных курсов на уровне колледжей.
Однако она недоступна для пользователей Mac, и для ее запуска вам понадобится довольно мощный компьютер (в стандартную комплектацию входит 16 ГБ оперативной памяти). При этом SolidWorks располагает встроенным модулем прочностного анализа, позволяющим тестировать конструкцию робота и собственных деталей на нагрузку.
Если у вас есть наставники или участники команды с предыдущим опытом работы в SolidWorks или в вашей школе есть инженерный класс, где преподается SolidWorks, это будет ваш лучший выбор.
Inventor¶
Промышленный CAD Autodesk. Он предлагает множество функций, схожих с SolidWorks, но отличается пользовательским интерфейсом и тремя различными режимами работы со сборками.
Хотя его используют многие компании в отрасли, он редко встречается в университетских программах. Inventor обычно становится выбором компаний, которые не работают с SolidWorks, а ориентированы на экосистему Autodesk.
Inventor также недоступен для Mac, но может работать лучше на менее производительных ПК.
Если у вас есть наставники или участники команды с предыдущим опытом работы в Inventor или в вашей школе есть инженерный класс, где преподается Inventor, это будет ваш лучший выбор.
Fusion 360¶
Облачный комплексный CAD/CAM-пакет, также созданный Autodesk. Fusion 360 совместим с несколькими платформами, хотя и не очень хорошо работает на слабых компьютерах.
Он обладает мощной CAM-средой для обработки ваших деталей на станках с ЧПУ, а также интуитивно понятной облачной системой рендеринга, которая перекладывает основную вычислительную нагрузку на серверы Autodesk. Чтобы упростить пользовательский интерфейс, Fusion отказывается от многих более продвинутых функций SolidWorks и Inventor, хотя на самом деле это не такая уж большая проблема.
Однако более примечательным отличием является то, что Fusion игнорирует все отраслевые стандарты, создавая свою собственную структуру и организационную систему. Помимо простых скетчей и функций вытягивания, система моделирования и сборки Fusion уникальна и не совместима ни с каким другим программным обеспечением САПР, что затрудняет переход от Fusion к другому программному обеспечению.
Из-за этого, если вы не будете осторожны, файловая иерархия Fusion может активно поощрять плохие привычки проектирования и препятствовать повторному использованию, позволяя пользователям создавать новые детали без предварительного их индивидуального проектирования.
При осознанном соблюдении принципов грамотного проектирования Fusion представляет собой надежный и продуманный инструмент.
Creo (ранее известный как Pro/E)¶
Семейство CAD/CAM-приложений, разработанных компанией PTC (Parametric Technology Corporation). Creo parametric - это основной пакет CAD, который включает в себя надежную сборку и моделирование деталей, аналогичное Solidworks.
Основным преимуществом Creo по сравнению с другими CAD-программами — сложные параметрические связи и зависимости между компонентами, однако большинству новичков этот аспект сложно полностью освоить. Пакет Creo включает в себя интегрированный локальный движок рендеринга и систему тщательного моделирования. Движок рендеринга можно использовать для создания фотореалистичных изображений любых объектов - от простых однокомпонентных до сложных многокомпонентных конструкций. Улучшения дизайна могут быть непосредственно интегрированы в детали с помощью моделирования материалов/геометрии в Creo Simulate.
Creo обладает множеством функций, но действует общее правило 80 на 20: 20% функций позволят создать 80% проектов. Пакет Creo также включает в себя версию системы обмена файлами Windchill, которую используют большинство профессиональных компаний, но для целей FTC будет достаточно Grabcad.
Изучение Creo может оказаться более сложной задачей, чем других программ CAD, из-за ограниченного количества доступных онлайн-руководств, а также сложной системы параметрических связей. Мы рекомендуем изучать Creo у тех, кто уже имеет опыт работы с этим программным обеспечением.
На инженерных факультетах колледжей, а также во многих компаниях автомобильной, аэрокосмической и потребительской промышленности используется Creo. Поскольку Creo использует файловую систему операционной системы Windows, она не будет работать на Mac. Однако для запуска Creo на Mac можно установить эмулятор Windows.
Готовые детали¶
Все поставщики (REV, goBILDA, Actobotics, AndyMark, Tetrix) предоставляют 3d-модели деталей, которые они продают, в формате STEP, которые могут быть импортированы с помощью любой из вышеперечисленных CAD-программ. Некоторые производители дополнительно публикуют централизованные репозитории или zip-файлы с полными каталогами своей продукции в STEP-формате.
Общий доступ к файлам¶
В командах над CAD-моделями часто работают несколько участников, поэтому им необходима система обмена файлами, чтобы у каждого были актуальные версии документов. В числе рекомендуемых решений — GrabCAD, Box, Google Drive или Dropbox.
Также рекомендуется, чтобы над моделью в один момент времени работал только один участник команды — это поможет избежать путаницы.
Полезные Ресурсы¶
Дополнительные ресурсы по CAD можно найти в соответствующем разделе на странице Полезные ресурсы.