Wielkość jest połączeniem liczby zmiennoprzecinkowej i jednostki. Jest używana wszędzie we FreeCAD do obsługi parametrów i wszelkich innych danych wejściowych/wyjściowych.
Informacje ogólne
W systemie CAD lub CAE bardzo ważne jest śledzenie jednostki danej wartości. Wiele problemów może pojawić się przy pomyleniu jednostek lub obliczaniu wyników w różnych systemach jednostek. Jedną z najsłynniejszych katastrof jest katastrofa sondy Mars Climate Orbiter spowodowana pomyłką w jednostkach. Nawet w tym samym systemie jednostek istnieje wiele ich odmian, zawsze dostosowanych do obszaru zastosowania. Proste przykłady to np. prędkość w km/h (samochody), m/s (robotyka) czy mm/min (frezowanie). System CAD musi niezawodnie śledzić jednostki. Musi także wykonywać z nimi obliczenia i sprawdzać poprawność jednostki dla szczególnych parametrów.
Z tego powodu powstała struktura jednostek we FreeCAD. Zawiera ona cały kod i obiekty potrzebne do obsługi jednostek, obliczeń z jednostkami, wprowadzania danych przez użytkownika, konwersji do innych systemów jednostek oraz estetycznego wyświetlania jednostek i wartości. W dłuższej perspektywie żaden parametr we FreeCAD nie powinien być jedynie liczbą.
Obsługiwane jednostki
Parser danych wejściowych we FreeCAD obsługuje wiele jednostek i systemów jednostek. FreeCAD obsługuje grecką literę „µ” oznaczającą mikro, ale akceptuje także „u” jako zamiennik. Pełną listę wszystkich obsługiwanych jednostek można znaleźć tutaj.
Szczegółowe specyfikacje, które można znaleźć w kodzie:
Wewnętrzna reprezentacja
Wszystkie jednostki fizyczne można wyrazić jako połączenie siedmiu jednostek SI:
Prostym sposobem wyrażenia jednostki jest tablica liczb całkowitych o rozmiarze 7 (liczba jednostek bazowych), która definiuje czym jest jednostka. Sygnatury 7 jednostek bazowych to:
- DŁUGOŚĆ: [1,0,0,0,0,0,0]
- MASA: [0,1,0,0,0,0,0]
- CZAS: [0,0,1,0,0,0,0]
- PRĄD ELEKTRYCZNY: [0,0,0,1,0,0,0]
- TEMPERATURA TERMODYNAMICZNA: [0,0,0,0,1,0,0]
- ILOŚĆ SUBSTANCJI: [0,0,0,0,0,1,0]
- NATĘŻENIE ŚWIATŁA: [0,0,0,0,0,0,1]
Z tych 7 jednostek jesteśmy w stanie wyrazić wszystkie jednostki pochodne zdefiniowane w Przewodniku dotyczącym stosowania międzynarodowego systemu jednostek (SI) i w razie potrzeby stworzyć nowe, takie jak np:
- GĘSTOŚĆ MASY: [-3,1,0,0,0,0,0]
- POLE POWIERZCHNI: [0,2,0,0,0,0,0]
Ponieważ kąt jest fizycznie bezwymiarowy, ale istotny dla systemu CAD, dodajemy jeszcze jedną wirtualną jednostkę dla Kąta. To tworzy wektor 8 w sygnaturze jednostek FreeCAD.
Kalkulator jednostek
Często zachodzi potrzeba konwersji wartości z jednego systemu jednostek na drugi. Przykładowo, posiadasz stare tabele parametrów z dziwnymi jednostkami. W takich przypadkach FreeCAD oferuje narzędzie do konwersji nazwane Kalkulatorem jednostek, który pomaga w przekształcaniu jednostek.
Jego szczegółowy opis znajduje się tutaj: Przelicznik jednostek
Pole wejściowe
InputField (pole wejściowe) to widżet Qt pochodzący od QLineEdit, służący do obsługi wszelkich interakcji użytkownika z wielkościami i parametrami. Oferuje następujące właściwości:
- parsowanie dowolnych danych wejściowych wartość/jednostka
- sprawdzanie poprawności jednostki (jeśli podana) i przekazywanie informacji zwrotnej użytkownikowi
- specjalne menu kontekstowe dla operacji na wielkościach/wartościach
- zarządzanie historią (zapisywanie ostatnio używanych wartości)
- zapisywanie często potrzebnych wartości jako skrót w menu kontekstowym
- wybieranie wartości kółkiem myszy i klawiszami strzałek (do zrobienia)
- wybieranie środkowym przyciskiem myszy i ruchem myszy (do zrobienia)
- integracja z Pythonem do użycia w dialogach wyłącznie dla Pythona (do zrobienia)
Kalkulator jednostek już korzysta z InputField.
Kod:
Tworzenie skryptów
System jednostek i wielkości we FreeCAD jest (jak prawie wszystko) w pełni dostępny z poziomu skryptów Pythona.
Jednostka
Klasa Unit (jednostka) reprezentuje odcisk każdej jednostki fizycznej. Jak opisano w sekcji Podstawy, do przedstawienia tego odcisku używany jest wektor ośmiu liczb. Klasa Unit umożliwia obsługę i wykonywanie obliczeń na podstawie tych informacji.
from FreeCAD import Units
# creating a unit with certain signature
Units.Unit(0,1) # Mass (kg)
Units.Unit(1) # Length (mm)
Units.Unit(-1,1,-2) # Pressure (kg/mm*s^2)
# using predefined constants
Units.Unit(Units.Length)
Units.Unit(Units.Mass)
Units.Unit(Units.Pressure)
# parsing unit out of a string
Units.Unit('kg/(m*s^2)') # Pressure
Units.Unit('Pa') # the same as combined unit Pascale
Units.Unit('J') # Joule (work,energy) mm^2*kg/(s^2)
# you can use units from all supported systems of units
Units.Unit('psi') # imperial pressure
Units.Unit('lb') # imperial mass
Units.Unit('ft^2') # imperial area
# comparing units
Units.Unit(0,1) == Unit(Units.Mass)
# getting type of unit
Units.Unit('kg/(m*s^2)').Type == 'Pressure'
# calculating
Units.Unit('kg') * Units.Unit('m^-1*s^-2') == Units.Unit('kg/(m*s^2)')
Jednostka jest głównie używana do opisu określonego typu jednostki dla parametru. Dlatego w FreeCAD zastosowano specjalny typ właściwości, który może przekazać jednostkę w celu sprawdzenia i zapewnienia jej poprawności. Połączenie jednostki i wartości zmiennoprzecinkowej nazywane jest wielkością.
Wielkość
from FreeCAD import Units
# to create a quantity you need a value (float) and a unit
Units.Quantity(1.0,Units.Unit(0,1)) # Mass 1.0 kg
Units.Quantity(1.0,Units.Unit(1)) # Length 1.0 mm
Units.Quantity(1.0,Units.Unit(-1,1,-2)) # Pressure 1.0 kg/mm*s^2
Units.Quantity(1.0,Units.Pressure) # Pressure 1.0 kg/mm*s^2
# you can directly give a signature
Units.Quantity(1.0,0,1) # Mass 1.0 kg
Units.Quantity(1.0,1) # Length 1.0 mm
Units.Quantity(1.0,-1,1,-2) # Pressure 1.0 kg/mm*s^2
# parsing quantities out of a string
Units.Quantity('1.0 kg/(m*s^2)') # Pressure
Units.Quantity('1.0 Pa') # the same as combined Unit Pascale
Units.Quantity('1.0 J') # Joule (Work,Energy) mm^2*kg/(s^2)
# You can use a point or comma as float delimiter
Units.Quantity('1,0 m')
Units.Quantity('1.0 m')
# you can use units from all supported systems of units
Units.Quantity('1.0 psi') # imperial pressure
Units.Quantity('1.0 lb') # imperial mass
Units.Quantity('1.0 ft^2') # imperial area
# the quantity parser can do calculations too
Units.Quantity('360/5 deg') # splitting circle
Units.Quantity('1/16 in') # fractions
Units.Quantity('5.3*6.3 m^2') # calculating an area
Units.Quantity('1/(log(2.3)/sin(pi)*3.4)+1.8e-3 m')
Units.Quantity('1ft 3in') # imperial style
# and for sure calculation and comparison
Units.Quantity('1 Pa') * Units.Quantity(2.0) == Units.Quantity('2 Pa')
Units.Quantity('1 m') * Units.Quantity('2 m') == Units.Quantity('2 m^2')
Units.Quantity('1 m') * Units.Quantity('2 ft') + Units.Quantity('2 mm^2')
Units.Quantity('1 m') > Units.Quantity('2 ft')
# accessing the components
Units.Quantity('1 m').Value # get the number (always internal system (mm/kg/s))
Units.Quantity('1 m').Unit # get the unit
Units.Quantity('1 m') == Units.Quantity( Units.Quantity('1 m').Value , Units.Quantity('1 m').Unit)
# translating the value into other units than the internal system (mm/kg/s)
Units.Quantity('1 km/h').getValueAs('m/s') # translate value
Units.Quantity('1 m').getValueAs(2.45,1) # translation value and unit signature
Units.Quantity('1 kPa').getValueAs(Units.Pascal) # predefined standard units
Units.Quantity('1 MPa').getValueAs(Units.Quantity('N/m^2')) # a quantity
Wartości prezentowane użytkownikowi
Zazwyczaj w skryptach można używać Quantity (wielkości) do wszelkiego rodzaju obliczeń i sprawdzeń, ale przychodzi moment, gdy trzeba wyświetlić informacje użytkownikowi. Można użyć getValueAs(), aby wymusić określoną jednostkę, ale zazwyczaj użytkownik ustawia w preferencjach swoje ulubione schematy jednostek. Ten schemat jednostek dokonuje wszystkich konwersji do formy, którą użytkownik chce zobaczyć. Obecnie zaimplementowano następujące schematy:
- Standardowy (mm/kg/s)
- MKS (m/kg/s)
- Amerykański (in/lb)
- Imperialny zmiennoprzecinkowy (in, lb)
- Budowlany Euro (cm, m^2, m^3)
- Budowlany US (ft-in, sqft, cft)
- Metryczny do małych części i CNC (mm, mm/min)
- Imperialny dla budownictwa (ft, lb, mph)
- MES (mm, N, s)
- Z metrami zmiennoprzecinkowy (m, m^2, m^3)
Klasa Quantity ma dwie opcje użycia aktualnego schematu konwersji:
from FreeCAD import Units
# Use the translated string:
Units.Quantity('1m').UserString # '1000 mm' in 1; '1 m' in 2; and '1.09361 yr' in 3
To wystarcza, jeśli potrzebujesz jedynie łańcucha znaków. Ale czasami potrzebna jest większa kontrola, np. gdy chcesz mieć przycisk w oknie dialogowym, który zwiększa lub zmniejsza wartość. Wtedy potrzebne są dodatkowe informacje o wyniku konwersji. W tym celu używana jest metoda getUserPreferred() klasy Quantity:
Units.Quantity('22 m').getUserPreferred() # gets a tuple:('22 m', 1000.0, 'm')
Units.Quantity('2 m').getUserPreferred() # Tuple: ('2000 mm', 1.0, 'mm')
Tutaj otrzymujesz więcej informacji w postaci krotki (trzech elementów). Otrzymujesz łańcuch znaków jak wcześniej, dodatkowo współczynnik wartości oraz surowy łańcuch zawierający tylko jednostkę wybraną przez schemat konwersji. Dzięki tym informacjom możesz zaimplementować znacznie bogatszą interakcję z użytkownikiem.
Kod schematów jednostek można znaleźć tutaj.
Precyzja
Precyzja wielkości w oknach dialogowych FreeCAD odpowiada liczbie miejsc po przecinku określonej w preferencjach. Aby użyć tych ustawień w swoim skrypcie (na przykład w oknach dialogowych), można je pobrać za pomocą następującego kodu:
import FreeCAD
params = App.ParamGet("User parameter:BaseApp/Preferences/Units")
params.GetInt('Decimals') # returns an int
Dodatek
Jednostki wspierane przez parser
Chociaż wszystkie jednostki fizyczne można opisać za pomocą siedmiu jednostek SI, większość jednostek stosowanych w dziedzinach technicznych to powszechnie używane jednostki złożone (np. Pa = N/m^2, Paskal). Dlatego parser jednostek w FreeCAD obsługuje wiele jednostek złożonych SI i imperialnych. Jednostki te są zdefiniowane w pliku src/Base/QuantityParser.l i mogą być w przyszłości dalej rozszerzane.
from FreeCAD import Units
"nm" = Units.Quantity(1.0e-6 ,Units.Unit(1)); // nano meter
"µm" = Units.Quantity(1.0e-3 ,Units.Unit(1)); // micro meter
"mm" = Units.Quantity(1.0 ,Units.Unit(1)); // milli meter
"cm" = Units.Quantity(10.0 ,Units.Unit(1)); // centi meter
"dm" = Units.Quantity(100.0 ,Units.Unit(1)); // deci meter
"m" = Units.Quantity(1.0e3 ,Units.Unit(1)); // meter
"km" = Units.Quantity(1.0e6 ,Units.Unit(1)); // kilo meter
"l" = Units.Quantity(1000000.0 ,Units.Unit(3)); // liter dm^3
"µg" = Units.Quantity(1.0e-9 ,Units.Unit(0,1)); // micro gram
"mg" = Units.Quantity(1.0e-6 ,Units.Unit(0,1)); // milli gram
"g" = Units.Quantity(1.0e-3 ,Units.Unit(0,1)); // gram
"kg" = Units.Quantity(1.0 ,Units.Unit(0,1)); // kilo gram
"t" = Units.Quantity(1000.0 ,Units.Unit(0,1)); // ton
"s" = Units.Quantity(1.0 ,Units.Unit(0,0,1)); // second (internal standard time)
"min" = Units.Quantity(60.0 ,Units.Unit(0,0,1)); // minute
"h" = Units.Quantity(3600.0 ,Units.Unit(0,0,1)); // hour
"A" = Units.Quantity(1.0 ,Units.Unit(0,0,0,1)); // Ampere (internal standard electric current)
"mA" = Units.Quantity(0.001 ,Units.Unit(0,0,0,1)); // milli Ampere
"kA" = Units.Quantity(1000.0 ,Units.Unit(0,0,0,1)); // kilo Ampere
"MA" = Units.Quantity(1.0e6 ,Units.Unit(0,0,0,1)); // Mega Ampere
"K" = Units.Quantity(1.0 ,Units.Unit(0,0,0,0,1)); // Kelvin (internal standard thermodynamic temperature)
"mK" = Units.Quantity(0.001 ,Units.Unit(0,0,0,0,1)); // Kelvin
"µK" = Units.Quantity(0.000001 ,Units.Unit(0,0,0,0,1)); // Kelvin
"mol" = Units.Quantity(1.0 ,Units.Unit(0,0,0,0,0,1)); // Mole (internal standard amount of substance)
"cd" = Units.Quantity(1.0 ,Units.Unit(0,0,0,0,0,0,1)); // Candela (internal standard luminous intensity)
"deg" = Units.Quantity(1.0 ,Units.Unit(0,0,0,0,0,0,0,1)); // degree (internal standard angle)
"rad" = Units.Quantity(180/M_PI ,Units.Unit(0,0,0,0,0,0,0,1)); // radian
"gon" = Units.Quantity(360.0/400.0 ,Units.Unit(0,0,0,0,0,0,0,1)); // gon
"in" = Units.Quantity(25.4 ,Units.Unit(1)); // inch
"\"" = Units.Quantity(25.4 ,Units.Unit(1)); // inch
"fo" = Units.Quantity(304.8 ,Units.Unit(1)); // foot
"'" = Units.Quantity(304.8 ,Units.Unit(1)); // foot
"th" = Units.Quantity(0.0254 ,Units.Unit(1)); // thou
"yd" = Units.Quantity(914.4 ,Units.Unit(1)); // yard
"lb" = Units.Quantity(0.45359237 ,Units.Unit(0,1)); // pound
"oz" = Units.Quantity(0.0283495231 ,Units.Unit(0,1)); // ounce
"st" = Units.Quantity(6.35029318 ,Units.Unit(0,1)); // Stone
"cwt" = Units.Quantity(50.80234544 ,Units.Unit(0,1)); // hundredweights
Ta strona pochodzi z https://wiki.freecad.org/Quantity