W przygotowaniu

nr 5-6(25-26) 2017
dostępny
po 29.12.2017

Wydanie aktualne

nr 3-4(23-24) 2017
dostępny w pdf, wydanie flash tutaj

Wydania archiwalne

nr 1-2(21-22) 2017
dostępny w pdf, wydanie flash tutaj

nr 1-2(19-20) 2015
dostępny w pdf, wydanie flash tutaj

numer 1(18) 2014
dostępny w pdf, wydanie flash tutaj

numer 1(17) 2013
dostępny w pdf, wydanie flash tutaj

numer 1(16) 2012
dostępny
w archiwum

numer 1(15) 2011
dostępny
w archiwum

numer 4(14) 2010
HD dostępny
w archiwum

numer 3(13) 2010
HD dostępny
w archiwum

numer 2(12) 2010
dostępny
w archiwum

numer 1(11) 2010 dostępny
w archiwum

numer 9(10) 2009
już dostępny
w archiwum

numer 8(9) 2009
już dostępny
w archiwum

Wydanie specjalne
numer 7(8) 2009
już dostępny
w archiwum

Numer 6(7) 2009
już dostępny
w archiwum

Obserwuj @CADblog_pl

Fragment artykułu z nr 9(10) 2009 (kompletne wydanie do pobrania z Archiwum)

AR-CAD freeCAD czyli...

Darmowy system CAD 3D z symulacją ruchu cz. I

Gdybym chciał być złośliwy, powiedziałbym, że jest to w zasadzie... darmowa symulacja ruchu 3D, a stosowanie pojęcia CAD jest uzasadnione, ale może wywołać w nas zbyt duże oczekiwania. Dlatego od razu zaznaczam, że po AR-CAD freeCAD nie należy spodziewać się możliwości modelowania powierzchniowego, generowania genialnej i przejrzystej dokumentacji technicznej. Ba, nie należy spodziewać się wielu innych rzeczy, dostępnych w systemach CAD. Tutaj bowiem mamy raczej do czynienia z CAE...

OPRACOWANIE: Maciej Stanisławski

Tak naprawdę program ten powinien trafić chyba do innej rubryki. Co ma bowiem wspólnego z OpenSource? Został opracowany na bazie opensource’owego StCAD: 3D CAD Framework for Smalltalk i prywatnego oprogramowania do symulacji ruchu. Cały kod programu napisany został w Smalltalk, który jest językiem programowania zorientowanym obiektowo (www.whysmalltalk.com). Dodatkowo podczas pracy nad programem posłużono się także VisualWorks, który również należy do OpenSource.

freeCAD jest prostym, podstawowym (by nie powiedzieć: prymitywnym) programem CAD 3D, ale posiadającym zaawansowane możliwości symulacji ruchu. Ten „prymitywizm” może okazać się tutaj zaletą, a nie wadą – uwaga użytkownika może zostać skoncentrowana na rozwiązaniu określonego problemu, a nie na „zabawie” dodatkowymi, często zbędnymi możliwościami środowiska, w jakim dany problem rozwiązujemy. I jak możemy poczytać na stronie autorów programu, pomyślany został jako przedszkole przed podjęciem pracy w bardziej zaawansowanych systemach. „Przedszkole” zabrzmi tutaj jednak deprecjonująco – freeCAD oferuje naprawdę wiele, jeśli chodzi o symulowanie zjawisk związanych z pracą i ruchem maszyn i podzespołów. Geometria (pracujemy na bryłach, obiektach tzw. prymitywach), kinematyka, dynamika, wibracje, projektowanie maszyn, fizyka obiektów... teoretycznie przy wszystkim tym program może okazać się pomocny. A fakt, iż jego wymogi sprzętowe są minimalne (pracuje na starym ThinkPadzie z 1999 roku ;)) i pracuje w zasadzie na każdym systemie operacyjnym, są jego dodatkową zaletą.

Co „potrafi” freeCAD?
Pozwala on użytkownikom na tworzenie i manipulowanie złożeniami różnych części i elementów. Nie oczekujmy jednak, że w środowisku freeCAD otworzymy sobie kilka natywnych modeli części przygotowanych w Solid Edge, SolidWorks lub Inventorze... co to, to nie. Jeśli jednak wystarczy nam, by nasze zaprojektowane w innym systemie modele części przedstawić w środowisku freeCAD za pomocą prostych brył 3D, lub zaimportować je jako pliki DXF, a następnie zdefiniować dla nich połączenia, wiązania, siłowniki, serwomotory, sprężyny, amortyzatory, a także działające na zdefiniowane połączenia siły, momenty etc., to freeCAD może okazać się bardzo pomocny. Tym bardziej, że nie kosztuje... nic. Wymienione elementy pozwolą przedstawić strukturę maszyny lub mechanizmu, którego zachowanie chcemy przeanalizować. Do dyspozycji mamy zarówno otwarte, jak i zamknięte pętle ruchu naszych obiektów. A program zapewnia wykonanie kompleksowej analizy naszego złożenia zgodnie z zasadami dynamiki. Animacje, które generowane są na podstawie przyjętych przez użytkownika założeń, w realistyczny sposób obrazują zachowanie testowanego obiektu.

A użytkownicy mogą przeanalizować ruch elementów maszyn, otrzymując wszystkie dane w postaci wykresów i tabel. Wszystkie dane? Uwzględnione zostają parametry takie, jak wartości: przemieszczeń liniowych i kątowych, prędkości, przyspieszeń, sił, momentów, energii kinetycznej i inne... Dane dotyczące przyśpieszeń obejmują np. przyśpieszenia poprzeczne, dośrodkowe, Coriollisa... Użytkownik może otrzymać dane dotyczące samych połączeń, wiązań, całych elementów, sprężyn, amortyzatorów, zadanej siły, inercji etc.

Praca z modelami, budowa wspomnianej struktury naszej maszyny lub mechanizmu, opiera się albo na jej tworzeniu z dostępnych prymitywów (obiektów 3D powstałych na bazie wyciągnięć z kwadratów, prostokątów, okręgów, elips, poligonów etc. i przedstawionych w postaci szkieletowej lub renderowanej), które możemy powiększać, zmniejszać, przekształcać zgodnie z naszymi potrzebami (ale w obrębie ogólnego kształtu danej bryły), umieszczać w dowolnym miejscu w przestrzeni. Możemy także posłużyć się zaimportowanymi częściami, odczytanymi z plików DXF.

A wspomniane definiowanie połączeń, sił etc.? Odsyłam do dokumentacji – link tutaj (zakładka Features in Detali), jest tego naprawdę mnóstwo. Łącznie z możliwością definiowania sześciu stopni swobody, blokowania zakresu ruchu w określonych obszarach, o wykrywaniu kolizji nie wspominając. Każdy z ruchów, każda z funkcji, może zostać określona w czasie. Przykłady zależności i obliczeń dla elementów takich jak amortyzatory, sprężyny etc. – są zaimplementowane do programu i dostępne dla każdego użytkownika.

Jak pobrać i zainstalować oprogramowanie?
W zakładce Download & Install na stronie programu (link tutaj) należy wybrać odpowiedni system operacyjny, a następnie kliknąć na spakowanym pliku zip zawierającym cały program. Proszę Państwa – aż 12 MB po spakowaniu :). Tak powinno się pisać programy. Sterowniki dla kontrolerów 3D potrafią „ważyć” 10 razy więcej (np. dla manipulatorów 3Dconnexion).
Zapisujemy plik w docelowym wybranym przez nas dla niego folderze (pełna dowolność) i rozpakowujemy go, z zachowaniem struktury folderów i podfolderów z pliku zip. A potem wystarczy tylko kliknąć dwukrotnie na ikonie freecad9a.exe...
Powinno otworzyć nam się okno programu. Cóż widzimy na samym dole? Alibre Motion Simulation...

Początek pracy
Pamiętam, jak niepewnie czułem się patrząc na rozrzucone po ekranie monitora okna programu BRL-CAD. Jak tutaj zacząć pracę? W przypadku freeCAD nie tylko całość zebrana została w jedną, przyzwoitą ramkę, ale na stronie z której pobraliśmy program możemy znaleźć także... filmowe samouczki. Co więcej, sam program również wyposażono w samouczki i przykładowe modele.

Jak zatem zacząć pracę z freeCAD? W zakładce Quick Start opisano sposób otwarcia przykładowego projektu: fourvar.asm (asm – ang. assembly czyli złożenie). Moim zdaniem taki gotowy przykład to za mało, by pokusić się samemu o tworzenie swojej pierwszej symulacji, ale istotnie może pomóc w poznaniu przynajmniej pewnych elementów interfejsu i sposobu pracy z programem.

U góry okienka widzimy pasek menu (Explain, File, Edit, View, Select etc...), w lewym oknie widzimy coś, co przypomina CADowe drzewo operacji; tutaj jednak jest to drzewko zawierające pełen opis części, elementów, sił etc. użytych do zbudowania modelu widocznego w prawym, głównym oknie graficznym aplikacji. Pozostaje jeszcze lewe dolne okieno, w zasadzie pasek informacyjny – zawierający bieżące dane na temat wybranego przez nas elementu/obiektu, nad którym właśnie pracujemy (okienko selekcji).

Wybieramy menu View i polecenie TiltRotate. W oknie pojawia nam się czarna pozioma linia z dwoma punktami. „Złapanie” myszką za lewy punkt i przesuwanie nią z wciśniętym klawiszem powoduje zmianę obrazu – możemy swobodnie obracać naszym modelem. Złapanie za prawy powoduje obrót modelu wokół jego środka obrotu.

Warto jednocześnie zwrócić uwagę na cały czas widoczny układ współrzędnych XYZ (tworzony przez linie koloru czerwonego – X, zielonego – Y i niebieskiego – Z). Ale przecież takich wskaźników „układów współrzędnych” widzimy na modelu więcej. Czym one są? To tzw. markery, znaczniki definiowane i wstawiane przez użytkownika, a informujące program o właściwościach danego elementu (np. MassMarker widoczny na rysunku powyżej), miejscach wstawienia wiązań i wzajemnych relacji dynamicznych i kinematycznych. Jeśli nie chcemy, aby były widoczne, z menu Edit wybieramy polecenie Marker Size i podajemy wartość 0. Przy okazji uwaga: program stosuje wartości metryczne (dosłownie: metry, a w przypadku kątów stopnie) i nie znalazłem możliwości ich zmiany. Każdy wprowadzany przez nas wymiar, czy to miejsce położenia środka obiektu w przestrzeni, czy długość jego boków lub wielkość wyciągnięcia szkicu, podajemy w metrach!. Litera „d” pojawiająca się przy okazji wprowadzania wymiarów lub współrzędnych najprawdopodobniej pochodzi od ang. dimensions. Oczywiście jeśli chcemy, by markery były widoczne – postępujemy odwrotnie. Przy wprowadzaniu wartości nie stosujemy przecinka, tylko kropkę. Tak „po angielsku”, lub jak mówią inni: „kalkulatorowo”...

Kliknijmy teraz symbole „+” na drzewie elementów składowych. Otwierają nam się „podgrupy” tworzące daną część. Kliknięcie na dowolnej z nazw danego elementu składowego powoduje jego zaznaczenie w oknie graficznym. Jeśli klikniemy np. na Part3, pojawią się punkty pozwalające nie tylko na rozpoznanie obiektu, ale także na dokonanie jego modyfikacji, np. zmianę położenia w stosunku do innych części... Ale – jak widać, zdefiniowane wiązania między elementami pozostają!

Namieszałem, przesuwając jeden z elementów poza gotowe złożenie? To nic, z menu Edit wybieram polecenie Undo (Cofnij) i sytuacja wraca do normy. Zresztą jest to tylko pozorne odsunięcie danego elementu, markery definiujące wzajemne relacje pozostają przecież bez zmian. Zachęcam zresztą do eksperymentów.

Cóż, elementy przykładowe wyglądają mało efektownie. A może chcemy obejrzeć je w działaniu? Kliknijmy polecenie Marker Size z menu Edit i zmniejszmy rozmiar widocznych na rysunku markerów. Następnie wybierzmy menu Animation i w nowo otwartym okienku „wciśnijmy” Play. To działa! Polecenie View > TiltRotate działa także podczas „odtwarzania” animacji i pozwala na podglądanie pracującej maszyny z dowolnej strony i pod dowolnym kątem. A naciśnięcie polecenia „Wireframe” wywoła widok szkieletowy, nie przerywając odtwarzania animacji (powrót do poprzedniego stylu wyświetlania poleceniem „Solid”).

Co dalej?
Twórcy programu wyposażyli go we wbudowany samouczek. Wystarczy wybrać menu Explain, a następnie jedno z poleceń, np.: QuickStart. W tym konkretnym opisane zostało m.in. tworzenie obiektów bezpośrednio ze szkiców. Możemy także poczytać o drzewku elementów składowych („Tree View”), a także znaleźć dużo więcej informacji, niż te podane tutaj przeze mnie.

Ale to nie wszystko. Jak wspomniałem, w zakładce „Tutorials” na stronie producenta można znaleźć animowane samouczki pomagające w praktyce zrozumieć i poznać działanie freeCAD. Minusem wszystkich materiałów jest to, iż są one dostępne jedynie w języku angielskim, ale w kolejnych odcinkach postaram się w oparciu o nie przygotować własne „ABC korzystania z freeCAD”. Chociaż prawdę mówiąc, zaprezentowany tam sposób – otwarcie istniejącego modelu i próba jego skopiowania, zamodelowania od nowa – nie specjalnie mi przypadła do gustu. Ale jak się nie ma, co się lubi...

Czy tym razem to już wszystko?
Nie. Nie byłbym sobą, gdybym do „noworocznego” wydania nie przygotował czegoś więcej. Żeby nie zostawiać zatem Państwa sam na sam z freeCAD, postarajmy się razem wykonać (naszkicować) przynajmniej pierwszy element. Tak od podstaw, w środowisku freeCAD. Na import geometrii z plików DXF przyjdzie jeszcze pora.

Wybieramy polecenie New > Assembly (nowe złożenie, nowy model). Podajemy jego nazwę, np.: model_1. Podświetlony zostanie nie tylko początek układu współrzędnych, ale także pojawi się drzewko struktury modelu (lub, jak kto woli, drzewko elementów składowych). Zbudujemy prostopadłościan, zaczynając od naszkicowania na płaszczyźnie (Plane) XY prostokąta (Rectangle).

Wybieramy menu Select > Plane > x=X y=Y. Następnie menu Insert > Part > New, aby zdefiniować i dodać nową część do naszego pustego złożenia. Nazwijmy ją blok1.

Jeśli teraz na drzewie operacji klikniemy „+” przy określeniu „Parts”, zobaczymy, że tworzony przez nas element został uwzględniony w drzewku. I że przypisane do niego zostaną właściwości (Features) i markery.

Menu Select > Plane > x=X y=Y. Menu Insert > Sketch. Okienko dialogowe prosi nas o podanie nazwy szkicu tworzonego w ramach części nazwanej przez nas „blok1”. Ignorujemy reklamę Alibre Design Xpress wyświetlaną u dołu ekranu ;). Wprowadzamy nazwę: prostokąt. Teraz możemy dopiero dodać właściwy szkic. Menu Draw > Rectangle. W oknie graficznym na początku układu współrzędnych pojawi się czarny punkt – a w zasadzie zbiór czarnych punktów. Przytrzymując klawisz myszy i przeciągając nią w obszarze wyznaczonym przez linie X (czerwona) i Y (zielona), szkicujemy prostokąt. Gdy jest gotowy, kliknięcie poza jego obszarem sprawi, że punkty znikną. Jeśli chcemy zmodyfikować jego kształt, wystarczy kliknąć w jego obszar, a następnie chwycić któryś z czarnych punktów tkwiących w jego narożach i przeciągnąć w żądanym kierunku. Proste, chyba niepotrzebnie się na ten temat rozpisałem.

Aby precyzyjnie ustalić położenie naszkicowanego prostokąta, należy kliknąć prawym klawiszem myszy i z pojawiającego się okienka wybrać menu Position/Angle (można też usunąć prostokąt poleceniem Cut lub cofnąć wykonaną operację komendą Undo).

Ustalmy parametry początkowe na X = 0, Y = 0, długość boku X = 1 m, a długość Y = 0.5 m (pamiętajmy o kropkach!). Obrót względem osi Z = 45 stopni...

Uzyskany efekt (widok) może być mylący. Jednak nie obawiajmy się, nasz szkic nie opuścił płaszczyzny XY. Polecenie TiltRotate i proszę, możemy ustawić widok bardziej „przyjemny” dla oka.

Pora przeprowadzić operację wyciągnięcia szkicu. Poleceniem ZoomIn (i przeciągając myszą odpowiedni obszar) powiększamy widok naszego „modelu”.

Klikamy, aby zaznaczyć nasz prostokąt. Menu Insert > Feature > Extrusion. W okienku dialogowym podajemy wielkość wyciągnięcia, gdzie zStart oznacza punkt początkowy w przestrzeni na osi Z. Ja wybrałem wartość 1,5 metra (zStart 0.0d zEnd 1.5d). Oto mamy pierwszą bryłę. Poleceniem TiltRotate ustawiamy odpowiadający nam widok. Wireframe udostępni nam podgląd szkieletowy. Co pojawiło się wewnątrz bryły? Marker. Tzw. MassMarker. Klikamy w niego, a następnie klikamy prawym klawiszem myszy. Otworzy nam się rozwijane menu z opcjami pozwalającymi na zdefiniowanie właściwości markera, a w zasadzie – naszej bryły. Wybieramy Position > Direction.

(...) Pełny artykuł wraz z ilustracjami w numerze (plik pdf) do pobrania z Archiwum

Program można (i należy) pobrać ze strony: http://www.ar-cad.com/freecad/index.html, z działu Download & Install.

Zagraniczne linki, na których można znaleźć opinie i przydatne informacje o freeCAD:

http://www.eng-tips.com/faqs.cfm?fid=768

http://www.caddepot.com/

http://www.engineering.com/

http://www.cad-portal.com/

Blog monitorowany przez: