TopSolid'Design - модул за конструиране и чертане
TopSolid е софтуер, създаден за да обслужва машиностроителното и мебелното производство. Съществува голяма разлика между софтуер, създаден за концептуално проектиране и такъв, създаден за производство. Един пример: в конструкцията има винтов канал върху цилиндрична повърхнина. Концептуалният софтуер ще използва универсални функции за геометрични построения за да създаде този канал – създаване на винтова линия, конструиране на сечението на канала, създаване на повърхнина с плъзгане на сечението по винтовата линия, изрязване на цилиндричното тяло с повърхнината, геометрични построения за симулация на крайното положение на инструмента за обработка и т.н. Голямото време, необходимо за такива геометрични построения е загуба за конструктора. Голяма е и загубата на време (а понякога и отстъпление от качеството на продукцията) и за технолога. Той трябва да синхронизира с кинематиката на обработващата машина линейното и ъгловото движение така, че на няколко прохода да реализира обработката на тази геометрия.  (Кликни върху анимацията с лентата за да стартира видеото).
                                                     

  Проблема не е в трудността на тези операции, а в ръчната намеса на технолога и много често в липсата на 100% връзка между геометрията и технологията. В случай, че конструктора промени геометрията на винтовия канал, технолога отново трябва да създава технология (загуба на време и увеличена вероятност от грешки) или да промени съществуващата технология с изменената геометрия. Казано накратко концептуалният софтуер работи на принципа -  „всичко в главата, нищо в ръката”. В ориентираният към производството софтуер създаването на геометрията на винтовия канал става само с попълването на параметрите за : диаметър на инструмента за обработка, разстоянието от челото на цилиндричната повърхнина до началото на канала, ъгъла,дължината и дълбочината на винтовия канал. Модула за създаване на ЦПУ-програми, анализира параметрите на геометрията и автоматично генерира технологията за обработка. TopSolid автоматично създава връзката между геометрията и технологията. Когато конструктора промени параметрите на канала, технолога ще получи автоматично променената технология без никаква допълнителна намеса.
                                                     

    TopSolid притежава мощен, 100% асоциативен и параметричен моделер. В основата на твърдотелото и повърхнинното моделиране стоят голям брой 2D и 3D криви, интегрирани в интелигентен скицник. Някои от тях са : стандартни криви, “b”-сплайнове с и без условия за тангентност, “c”-сплайнове, дебелинни и обвиващи криви, закръгления на 2D и 3D криви, винтова линия и спирала, парабола, еволвента, огъната крива около цилиндър или конус, проекция, пресечна крива на повърхнини, сечения на форма с равнина, силуетна и изопараметрична криви, построена по уравнение крива, операции с криви като :срязване, удължаване, булеви операции, заглаждане, закръгления, фаски, трансформация, смяна на посока, зашиване, апроксимация с дъги и линии, параметризиране на чужди криви и др.
                                                     

   Твърдотелият (SOLID) моделер на TopSolid предлага функционалности за конструиране на ротационни и корпусни детайли, свързани с технологията за изработване.  Някои от по-съществените функционалности са: създаване на базови тела (блокове, цилиндри, обвиващи блокове, обвиващи цилиндри, конуси, сфери), екструдирани форми с или без наклон с база- контур или повърхнина, ротационни форми с база - контур или повърхнина, тръба от произволно сечение или кръгово (плътно или тръба) сечение, геометрични форми, построени по уравнение. 
                                                      

  Някои от операциите, извършвани с твърди тела са:  Булеви операции (изваждане, обединение, общ обем), удължаване на повърхнини, пробивни операции  (проходни или непроходни отвори, отвори с резба, отвори с фрезенк, райберовани отвори с допуск, собствени модели на пробивни операции и др.), срязване на форма с форма,  с равнина,  с крива и с повърхнина, закръгления с постоянен и променлив радиус, дизайнерски закръгления с произволни криви (едностранно, симетрично или двустранно на ръба), фаски по 5 метода, наклони на повърхнини, черупкови форми, джобове, издатъци, канали на цилиндрични повърхнини,резби, накатки, канали по равнинни площадки (лястовича опашка, “T”-образен, обикновен), винтови канали по цилиндрични повърхнини, ребра, матрици, размножаване на операции, копиране на операции с или без обединение на параметрите им, размножаване с обединение на модел, деформация, непараметрична модификация на собствени и чужди тела, дефиниране на материал, покритие, текстура, оцветяване и текстура на отделна повърхнина, трансформация на геометрични форми, изолация на форми, генерализиране на форми.
    Повърхнинният (SURFACE) моделер на TopSolid предлага функционалности за създаване на сложни повърхнинни форми, необходими за конструиране на изделия с високи изисквания към ергономията и дизайна. Някои от по-съществените функционалности са: плъзгане по една водеща крива на едно сечениа с 5 метода на водене на сечението, плъзгане по една водеща крива на N сечения (кривата и сеченията могат да бъдат и в една равнина), плъзгане по две водещи криви на N сечения, повърхнина по N сечения (реда има значение за формата) с кривина и управление на G2 непрекъснатостта или с тангентност, направляваща повърхнина по 2 сечения или сечения и точка, направляваща повърхнина по 2 или 3 кръгови сечения, повърхнина по 3 или 4 ръба със или без условия за тангентност, повърхнина по скелет от криви, повърхнина от тип купол, ограничителна повърхнина по : облак от точки, по ограничителни криви, по вътрешни ограничения (точки и криви), по ограничителни криви и вътрешни ограничения (точки и криви), бутилкова повърхнина (специализирана функция за бутилки), равнинна повърхнина, плавно съединение на повърхнини, тангентни и перпендикулярни повърхнини, повърхнини с променлив наклон, паралелни повърхнини.
                                                     


 
Някои от операциите, извършвани с повърхнини са: удебеляване на повърхнини, запълване на отвори, удължаване и заглаждане на повърхнини, отпечатване на криви върху повърхнини, обръщане на посоката, възстановяване на дефектни повърхнини, зашиване с допуск, разшиване, проверка на геометрията, изчистване на геометрията, изчистване на малки ръбове, опростяване на геометрията, установяване на припокриващи се повърхнини, параметрично срязване, сравняване на геометрия, подмяна на геометрия, разделяне на форма в направление на деленето и др.
    Асоциативността в TopSolid може да се раздели на два вида:  асоциативност на геометрията в рамките на един документ и асоциативност между документите. В рамките на документа TopSolid предлага 100 % асоциативност на геометрията, т.е всички функции са асоциативни. В примера, показан на по-долните фигури динамичната или параметричната промяна на светло-синята линия (елипсата) води до промяна на тъмно-синята, огъната около конуса крива, която от своя страна променя и канала, издълбан по формата на огънатата крива. Връзката между геометричните елементи се създава автоматично по време на конструирането (без специалната намеса на оператора).
                                                      


  Асоциативността между документите също се създава автоматично. Например документа „чертеж” автоматично създава връзка с документа на детайла или сглобката. CAM документа (технологията за изработка)  също създава автоматично връзка с документа на детайла или сглобката. В по-долния пример промяната на резбата от M6 на M8 в документа на чертежа, води освен до промяна на геометрията в 3D документа на детайла и до промяна в CAM документа. TopSolid анализира променената геометрия и автоматично променя инструментите от базата данни. Диаметъра на свредлото под резбата става от 5 на 6.75, а  метчика от 6 на 8. При промяна на положението и бройката на отворите се променя и траекторията на инструментите.
                                                      


 
Асоциативността между документите в TopSolid осигурява производство, което е винаги актуално на промените в конструкцията. Промяната на геометрията в 3D документа на детайла или сглобката веднага променя документите на чертежите, конструктивните спецификации, технологиите и свързаните с тях инструменти за изработка. Размерите на конструкцията могат да се променят и от документа на чертежа.
Параметрите в TopSolid могат да се разделят на три групи:
-    параметри от координати, линейни и ъглови размери на конструкцията;
-    въведени параметри за дължина, ъгъл, площ, обем, тегло, време, температура и безразмерен параметър;
-    измерени параметри за ъгъл, разстояние, разстояние в зададено направление, радиус, диаметър, дължина на крива (периметър), площ, обем, тегло, инерционен момент.
Параметрите са в основата на параметричната оптимизация на конструкцията, както и на възможността за управлението на компонентата от документа на сглобката, посредством параметрите, които тя (компонентата) носи със себе си при сглобяване. По-долу е показан пример за параметрична оптимизация на дължината на ремък. Задачата се свежда до търсене на стойност на параметър със зададена точност, посредством изменение на друг параметър (параметри) в зададени граници.  В конретния случай се търси стойността на междуосевото разстояние, при която дължината на ремъка става точно 1500 мм.
                                                       

   В израза за описание на параметрите може да се налага условие (WHEN). В по-долният пример условието (WHEN) се налага на безразмерния параметър N, определен от израза:
N=when(B>400mm,when(B>600mm,2,1),0)
Параметъра N определя броя на допълнителните греди (усилващи елементи) в конструкцията. При широчина B=400 mm уравнението дава стойност N=0 (липсва усилващ елемент), при B=500 mm N=1 (една греда), а при B=700 mm N=2 (две усилващи греди).
                                                        

  Следващият пример е за управление на параметрите на детайла от документа на сглобката. Сглобявания детайл  „щарнирна планка” носи със себе си в документа на сглобката параметъра за управление на нейната широчина.
Вместо да въвеждаме стойност на параметъра, равна на широчината на шарнира, може да се използва опцията за измерване (MEASURE). Измерването привързва параметъра към геометрията (широчината на процепа) на детайла от сглобката. Следователно ако изменим широчината на процепа на детайла от сглобката от 100мм на 150мм, автоматично ще се промени и широчината на сглобявания детайл (шарнирната планка), т.е управляваме геометрията на външен за сглобката детайл, посредством предадения параметър в документа на сглобката.
                                                      

  Параметричната геометрия на TopSolid може да се използва и за управление на комплектовката на изделието. В 3D документа на сглобката на изделието са въведени безразмерни параметри за наличието „1” или липсата „0” на всяка компонента, която може да участва или не в комплекта на изделието. По този начин вариантите на окомплектовката се управляват с “Excel” таблица на параметрите. По-долу е предоставен пример на такава таблица, както и на документите на сглобката с две комбинации B7 и B8 на комплектовката.

В много случаи наличието на комплектовка е свързано с обработката на околните обекти (обектите от контакта). При премахването на комплектовката (параметър със стойност „0”)  TopSolid премахва и съответната обработка.

                                                     

  Сглобяването в TopSolid се извършва по два принципно различни метода:
-    сглобяване в документа на сглобката на предварително създадени детайли или възли (метод “Bottom-Up design”);
-    създаване на конструкцията на детайла или възела в документа на сглобката (метод “In Place design”);
Голямото предимство на вторият метод е във възможността за създаване на конструкция, обвързана с геометрията на детайлите, участващи в сглобката. Промяната на геометрията на другите детайли или възли ще промени автоматично геометрията на конструирания в документа на сглобката детайл или възел. Един пример за такъв метод на конструиране е показан по-долу. Кутията от листов материал е конструирана в документа на сглобката и е създадена като обвиваща кутия на предварително сглобени детайли. Промяната на дължината на оста на перката ще промени автоматично и височината на кутията. Отворите за охлаждане са с височина равна на половината от стойността на параметъра - височина на кутията. 
                                                      

  Следователно промяната на дължината на оста ще предизвика цялостно, автоматично преконструиране на кутията. Разбира се гореописаното е възможно само ако софтуера остави конструираният детайл или възел в документа на сглобката. Голяма част от концептуалните софтуери изнасят автоматично конструираният в сглобката детайл в отделен документ, с което разрушават автоматично и геометричните връзки на този детайл с другите детайли от сглобката. Предимствата на метода “In Place design” се усилват от разработоения в TopSolid метод за едновременна работа на неограничен брой потребители над един и същи документ (метода „Партньорска работа”). Този метод няма нищо общо и не замества т.нар. паралелен инженеринг, осъществяван в TopSolid от PDM системата. При метода „Партньорска работа” се създава един сървърен документ на детайла или възела над който ще работи екип от потребители, както и по един потребителски документ за всеки потребител. Създаването на тези документи и синхронизацията на измененията на всеки потребител се осъществяват със специален набор от функции. По този начин, във всеки момент от време, всеки потребител може да получи актуалното състояние от едновременната работа на екипа над един и същи документ.
    В реалното производство много често се налага обработката на детайлите да става след тяхното сглобяване. В показания по-долу пример се разглеждат два детайла – бутало и пета за хидравлична помпа.
                                        

  След като се сглобят двата детайла по сферичната повърхнина, петата се развалцова за да не се изважда буталото при работата на помпата. В реалната производствена система, както и в TopSolid обработката остава в документа на сглобката. В противен случай, ако обработката се пренесе в документите на детайлите, ще се разруши цялата производствена система. Всеки от детайлите има чертеж и ЦПУ-програми, необходими за неговата изработка. Разрушаването на тези документи след обработката в сглобката ще доведе до производството на негодни за монтажа детайли. Голяма част от концептуалните софтуери правят точно това – обработката в документа на сглобката автоматично променя и документите на детайлите. Това е още едно типично потвърждение на правилото „всичко в главата, нищо в ръката”, отнасящо се за концептуалния тип софтуери.
    Метода “In Place design” в TopSolid осигурява и бързо разработване на фамилия детайли. Това са детайли, имащи обща базова форма, върху която допълнително са добавени различни геометрични елементи и операции. Примера по-долу показва сивата базова форма и три детайла, надстроени над нея.
                                                      

  Промяната на височината на сивия детайл променя всички останали детайли от фамилията.
    TopSolid предлага девет теоретични метода за създаване на разгъвките на детайли от листов материал и един експериментален метод . Най-точен е експерименталният метод (таблични стойности).
                                                     

  На конструкторите са предоставени набор от функции за създаване на преходници (детайли от листов материал, основно използвани за смяна на посоката и разклонението на въздуховоди и др. инсталации). Тези елементи са разделени на три групи:
-    преходници за смяна на вида на сечението;
-    ъглови преходници;
-    разклонители.
Разбира се тези елементи биха могли да се разработят и с универсалните функции на софтуера, но TopSolid е производствен а не концептуален софтуер. С тези специализирани функции се пести времето на инженера-конструктор, като му се предоставят близки до производствената практика техники на работа.
Създаването на разгъвките на детайли, изработени с формообразуващи щампи се извършва по метода на крайните елементи, с отчитанет на физико-механичните характеристики на детайла. Мрежоването и изчислението на разгъвката остават скрити за потребителя и не го ангажират с нищо. С помоща на функциите за анализ могат да се определят утъняването на обекта и напреженията в листовия материал по време на пластичната деформация.
                                                       

    В TopSolid се предостявят голям брой стандартни, интелигентни компоненти (винтове, гайки, шайби, щифтове, нитове, пръстени, лагери ролкови, сферични, радиални, аксиални, радиално-аксиални, едноредови, двуредови, иглени, плъзгащи, шпонки, пружини, зъбни колела, хидравлични цилиндри и др.). Компонентите са интелигентни защото извършват обработките, на които са научени. Например винтовото съединение създава резба в последния детайл от съединението и отвори с хлабина в предходните детайли. Дължината и диаметъра на резбата на винтовете и болтовете се определят от софтуера автоматично в зависимост от дебелината на закрепваните детайли и височините на гайките. Шпонката след позициониране автоматично създава отвори във вала и главината със съответните, предвидени от стандарта хлабини и сглобки.

    TopSolid е производствен софтуер. Неоправдано е инженера да губи време за рутинни дейности. В стандартните библиотеки на TopSolid се предоставят и широка гама валцовани профили. Софтуера предоставя и специализирани процесни функции за обработка на ъглите и краищата на прътовите конструкции. Наред със стандартните компоненти, TopSolid предоставя набор от функции за дефиниране на собствени, интелигентни компоненти и профили.

Компонентите могат да бъдат отделни детайли или сглобки.
                                                       

  Функциите за управление на компонентите включват:

-    предаване на параметрите за управление на компонентата от документа на сглобката;
-    интелигентно позициониране с ключови елементи;
-    създаване на процеси за обработка на контактните елементи;
-    създаване на каталог на компонентата в “Excel” таблица или текстови файл;
-    създаване на екструдирани компоненти;
-    дефиниране на допълнителни елементи на компонентата, които тя носи със себе си в документа на сглобката;
-    дефиниране на допълнителни параметри;
-    създаване на предварително регламентирано позициониране;
-    дефиниране на артикулирани конфигурации;
-    запис на компонентата в потребителска библиотека.
Функциите за кинематичен и динамичен анализ на механизмите в TopSolid, заедно с експресните функции за FEM анализ или пълния модул за FEM анализ (TopSolid’Castor) осигуряват възможността за симулация и изследване на функционалното поведение на изделието, преди неговата изработка.
                                                    


  С TopSolid’Castor се извършва статичен анализ (напрежения и деформации), анализ на изкълчване, термичен и термомеханичен анализ, динамичен анализ, контактен (нелинеен) анализ, анализ на умора на материалите. Всички тези FEM анализи се отнасят за отделни детайли или сглобени изделия.