автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Повышение эффективности конструкторско-технологической подготовки машиностроительногопроизводства на основе использованияпараметрического геометрического ядра системыпроектирования

На правах рукописи

Р Г Б ОД

П ДЕК Козлов Сергей Юрьевич

Повышение эффективности конструкторско-технологической подготовки машиностроительного

производства на основе использования параметрического геометрического ядра системы проектирования

Специальность 05.13.07. - Автоматизация технологических

процессов и производств

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва 1997 г.

Работа выполнена в Московском государственном технологическом университете «Станкин»

Научный руководитель: - член-корреспондент РАН,

Соломенцев Ю.М.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

Султан-Заде Н.М. - кандидат технических наук, Рыбаков A.B.

Ведущее предприятие: - Центральный Аэро-

Гидродинамический Институт (ЦАГИ)

Защита состоится 24 декабря 1997 года в 10 час на заседании Диссертационного Совета Д.063.42.02 при МГТУ «СТАНКИН» по адресу 101472, ГСП, Москва, К-55, Вадковский пер., д. За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ «Станкин»

Автореферат разослан « »_ 1997 года.

Ученый секретарь Диссертационного совета д. т. н., доцент

Волкова Г.Д.

Обгцая характеристика работы

Актуальность. В условиях рыночной экономики и развития конкуренции все большее значение приобретает эффективность машиностроительного производства, и в частности, этапа его конструкторско-технологической подготовки. На этом этапе в последнее время играют большую, если не решающую роль, системы автоматизированного проектирования и черчения (САПР). Основной задачей САПР является повышение производительности и качества проведения конструкторско-технологических работ.

Основную массу существующих на сегодняшний день САПР составляют непараметрические системы, т.е. системы, не поддерживающее параметрические возможности. Главным недостатком таких систем является отсутствие параметризации возможности изменения размеров или других характеристик модели за счёт изменения небольшого числа определяющих параметров.

С другой стороны, средства параметризации могут позволить существенно повысить производительность проектно-конструкторских и чертёжных работ за счёт эффективного использования опыта предшествующих разработок.

Предметом исследования диссертации является схема реализации параметрического геометрического ядра САПР, организация взаимосвязей между элементами параметрической модели объекта проектирования, методы создания параметрических моделей, а также методика применения параметрической САПР при конструкторско-технологической подготовке машиностроительного производства.

Целью диссертационной работы разработка набора инструментальных программных средств, реализующих функциональные возможности параметрического геометрического ядра: возможность создания параметрических моделей объектов проек-

тирования машиностроения; изменения параметров моделей в результате действий пользователя или прикладной системы проектирования; создание графической документации, соответствующей требованиям стандартов; возможность эффективного функционирования на недорогой персональной вычислительной технике; а также обеспечивающего высокую скорость и простоту создания параметрических моделей.

Методы исследования. Для теоретических исследований и практической реализации применялись методы системного программирования, технологии программирования, объектно-ориентированного программирования, планарная и пространственная геометрия, численные методы, теория графов.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем :

1. Разработаны основные принципы построения параметрического ядра системы автоматизированного проектирования и черчения.

2. На основе анализа архитектуры различных систем автоматизированного проектирования разработана общая схема реализации САПР, ключевым звеном которой является параметрическое геометрическое ядро.

3.Разработана методика наиболее эффективного создания параметрических моделей машиностроительных объектов.

4.Предложена методика использования параметрической САПР в качестве основы для создания прикладных систем, ориентированных на задачи, возникающие в процессе конст-рукторско-технологической подготовки производства.

Практическая ценность работы : Практическим результатом работы является параметрическое геометрическое ядро системы автоматизированного проектирования и черчения T-FLEX CAD. Его использование позволяет существенно снизить трудоемкость чертёжно-графических работ, повысить качество

проектирования, упростить процесс разработки прикладных систем, что приводит к существенному повышению общей эффективности конструкторско-технологической подготовки производства.

Реализация и внедрение результатов: Разработанное параметрическое геометрическое ядро в составе параметрической САПР T-FLEX CAD успешно используется на сотнях предприятий Российской Федерации, а также за рубежом.

Апробация. Результаты работы представлялись на десятках российских и международных выставках, семинарах и конференциях, в том числе:

• Международная конференция Восток - Запад «Информационные технологии в проектировании» (5-9 сентября 1994 г., г. Москва, МЦНТИ);

• 3-й международный конгресс «Конструкторско-технологическая информатика» (КТИ-96), (г. Москва) 2224 мая 1996 г.

• Международная выставка «САПР'92» (г. Москва);

• Международный Компьютерный Форум (г. Москва) 1992,1993 гг.

• Международная выставка «AutoFact» (г. Детройт, США) 1994, 1996 гг.

• Международная выставка «Softool» (г. Москва) 1993,1994,1995,1996,1997 гг.

• Международная выставка «Информатика» (г. Москва) 1993,1994,1995 гг.

• Международная выставка «COMTEK» (г. Москва) 1996 г.

• Международная выставка «Windows Expo» (г. Москва) 1996 г.

• Международная выставка «Дизайн и компьютер» (г. Москва) 1995,1996 гг.

• Международная выставка «VolgaCom' 97» (г. Н.Новгород)

• Международная выставка «Машиностроение» (г. Москва) 1994,1995 гг.

• Международная конференция «Ost-West Forum» (г. Берлин, Германия) ноябрь 1994 г.

• Международная выставка «Инвеком» {г. Санкт-Петербург) 1993,1994,1995 гг.

• Международная выставка «Сибсофт» (г. Новосибирск) 1994,1995 гг.

• Всероссийский съезд лифтостроителей, (г. Москва) 1997 г.

• Выставка «Региональная Информатика» (г. Екатеринбург) 1995 г.

• Выставка «Региональная Информатика» (г. Уфа) 1994 г.

• Выставка «Информатика'95» (г. Киев)

• Выставка «Информатика» (г. Минск), 1994

• Выставка «Компьютеры, средства коммуникации» (г. Воронеж) , 1996 г.

• Выставка «Hard and Soft» (г. Ростов-на-Дону), 1996 г.

• Семинар «Использование системы T-FLEX CAD при компьютерном проектировании и подготовке производства» (г. Омск), 1995 г.

• Семинар «Использование системы T-F1EX CAD при компьютерном проектировании и подготовке производства» (г. Владимир), 1997 г.

• Семинар «Использование системы T-FLEX CAD при компьютерном проектировании и подготовке производства» (г. Ковров), 1997 г.

• Семинар «Использование системы T-FLEX CAD при компьютерном проектировании и подготовке производства» (г. Тольятти), 1995,1997 г.

• Семинар «Использование системы T-FLEX CAD при компьютерном проектировании и подготовке производства» (г. Ульяновск) 1996,1997 гг.

• Семинар «Компьютерное проектирование и подготовка производства», (г. Ижевск) 1995, 1997 гг.

• Семинар «Компьютерное проектирование и подготовка производства», (г. Москва) 1994,1995,1996,1997 гг.

• Семинар «Использование системы T-FLEX CAD при компьютерном проектировании и подготовке производства» (г. Новгород), 1997

• Семинар «Использование системы T-FLEX CAD при компьютерном проектировании и подготовке производства» (г. Киров), 1997

• Семинар «Автоматизация проектирования в архитектуре и строительстве», (г. Санкт-Петербург), 1996,1997 гг.

Публикации: по теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, список которых приведен в конце настоящего реферата.

Краткое содержание работы

Во введении обосновывается актуальность и дается общая характеристика работы.

Первая глава посвящена анализу современного состояния проблемы и определяется цель и задачи исследования.

В настоящее время степень компьютеризации в машиностроительном производстве постоянно возрастает. При этом все большее значение приобретает использование компьютера на этапе конструкторско-технологической подготовки производства. Здесь компьютер применяется в качестве инструмента конструктора, проектировщика, чертёжника, расчётчика, технолога и т.д. Применение вычислительной техники в этих областях позволяет существенно снизить трудоёмкость и повысить производительность и качество выполнения работ.

В производстве используется большое число САПР, разработанных разными компаниями. В основном - это западные программы - AutoCAD, Cadkey, Euclid, SolidWorks, Solid-Edge, и др. Использование этих систем на российских пред-

приятиях выявило ряд недостатков, присущих всем им в той или иной мере.

1. Высокая стоимость.

2. Высокие требования к аппаратному обеспечению.

3. Ориентация на иностранные стандарты: ANSI, ISO, JIS и отсутствие поддержки ЕСКД и отраслевых стандартов.

4. Иногда отсутствие или низкое качество документации и других учебных материалов на русском языке.

5. Низкий уровень технической поддержки пользователей.

6. Невозможность изменения функциональных возможностей системы в соответствие с запросами пользователей. Кроме этого, существуют и используются несколько отечественных разработок, ориентированных на поддержку российских стандартов и российских пользователей: КОМПАС, СПРУТ, АДЕН и др.

Однако, большинство из вышеперечисленных систем, исключая некоторые дорогие системы, ориентированные на использование на дорогих рабочих станциях (ProEngineer, CADDS 5), объединяет то, что они не являются параметрическими, т.е. используют традиционную технологию управления данными. Такая технология не обладает ассоциативностью. Каждый элемент модели обычно существует сам по себе и не связан с другими элементами. Обычно такая модель основана на понятии «точка». Точка может определять положение отрезка, размера, контура штриховки и т.д.

В некоторых моделях ассоциативным является размер -т.е. он может быть связанным с каким-либо другим элементом модели, например, с отрезком. Вследствие этого, при изменении длины отрезка (в результате его диалогового редактирования) , номинальное значение размера может быть автоматически пересчитано. В последнее время на рынке стали появляться новые системы (или их версии), поддерживающие ассоциативные штриховки (AutoCAD 13,14). Однако, такие возможности не позволяют воспользоваться преимуществами полной ассоциативности и, вследствие этого, - параметризации.

Параметризацией называется возможность изменения размеров и/или геометрической формы изображения, а также других (негеометрических) характеристик модели при изменении ограниченного числа определяющих параметров. Изменение параметров может происходить как вследствие действий пользователя, так и в результате работы прикладных систем.

Небольшое число систем, используемых в настоящее время, обеспечивают некоторые возможности параметризации. В основном эти возможности предоставляются за счёт использования дополнительных программных средств, разработанных для решения задач параметризации в среде базовых графических пакетов (Genius, CADMech) . При этом они в той или иной мере обладают следующими недостатками:

1. Ограничен круг решаемых с точки зрения параметризации вопросов.

2. Сложен процесс созданий параметрической модели. Для задания параметрических связей может быть необходимо:

• Простановка большого числа дополнительных размеров;

• Написание специальных программ на предоставляемых такими системами языках программирования;

• Задание дополнительных связей между элементами.

3. Затруднено обеспечение целостности модели. Такая модель может повести себя непредсказуемо при удалении элементов или при создании новых элементов.

4. Труден, а зачастую невозможен, процесс редактирования модели с использованием средств базовых пакетов.

Вторая глава посвящена рассмотрению требований к параметрическому ядру САПР, обеспечивающему полный набор функциональных возможностей, необходимых для разработки на его основе параметрической графической системы.

Геометрическое ядро является основной частью любой графической системы, в частности, системы автоматизиро-

ванного проектирования и черчения, ориентированной на решение задач, возникающих на этапе конструкторско-технологической подготовки машиностроительного производства. Особую роль играет геометрическое ядро параметрической САПР. Именно оно, в основном, обеспечивает тот набор функциональных возможностей, который предоставляет система. На рис.1 представлена общая схема реализации параметрической системы и место параметрического геометрического ядра в ней.

Графический интерфейс пользователя

Редактор переменных

Редактор БД

Расчетный модуль

Параметрическое геометрическое ядро

t к > <

т

Модуль

управления Модуль

параметрическими графического

сборочными вывода

моделями

л

Модуль обмена информацией с прикладными системами

I

p.

OLE

Automation

> к

> г

Структурные данные

JTJT

Г Параметры С*

модели

ЭЕ

Графические данные

Прикладные системы

Рис. 1. Общая схема построения параметрической САПР

Исходя из рассмотрения требований современной технологии проектирования в машиностроении а также недостатков, присущих системам, основанных на традиционном способе представления информации, можно вкратце сформулировать требования к системе, обеспечивающей реализацию параметрических возможностей.

1. Система должна быть ориентированной на пользователя, хорошо владеющего прикладными знаниями и знакомого с методами компьютерного проектирования. При этом от пользователя не должны требоваться навыки программирования и наличие других специальных компьютерных знаний.

2. Система должна обладать дружественным интуитивным графическим пользовательским интерфейсом и должна быть реализована в среде стандартной графической операционной системы, например, в Windows 95 или Windows NT.

3. Система должна быть открытой по отношению к прикладным системам. Это означает, что прикладные системы, например, расчётные, могут самостоятельно изменять параметры моделей, создавать и изменять их, обрабатывать их содержимое при помощи стандартных форматов представления данных и/или при помощи стандартных программных интерфейсов (стандартные языки программирования, OLE Automation и др.).

4 . Система должна являться открытой по отношению к другим системам автоматизированного проектирования, реализованным, в том числе и на других компьютерных платформах. Обмен информацией должен осуществляться посредством стандартных или общепринятых форматов данных (IGES, STEP, DXF и др.). 5. Система должна обеспечивать полную ассоциативность модели, т.е. пользователь должен иметь возможность задания связей между отдельными элементами модели. При этом процесс задания таких связей должен быть простым и интуитивным. Осуществляться он должен на этапе соз-

дания модели, а не путем ввода дополнительной информации уже после её создания. Также должна иметься возможность последующего изменения ассоциативных связей между элементами модели.

6. Система должна иметь возможность параметризации ассоциативных связей модели.

7. Система должна позволять включать в схему параметризации моделей объектов проектирования формульные зависимости, логические зависимости, элементы инженерных расчётов, а также возможность отбора значений параметров из таблиц различного вида по различным правилам.

8. Система должна обеспечивать возможность объединения отдельных параметрических моделей деталей в единые сборочные модели с возможностью обмена значениями параметров между элементами сборочных моделей.

9. Система должна обеспечивать выполнение требований различных чертежных стандартов представления графических документов, а также возможность переключения на другие стандарты и единицы измерения.

Исходя из сформулированных требований к современной параметрической САПР, можно выделить набор функциональных возможностей, обеспечение которого ложится на её ядро.

Параметрическое ядро САПР должно обеспечивать решение следующих задач:

• Создание элементов модели с использованием графического интерфейса пользователя.

• Сохранение и восстановление модели.

• Поддержание связей элементов модели.

• Поддержание актуальности всех элементов модели при изменении её параметров.

• Возможность задания как геометрических, так и негеометрических связей между элементами (формульные или табличные зависимости).

• Модификация связей между элементами посредством графического интерфейса.

• Обеспечение доступа к элементам и структуре модели для её экспортирования в целях использования прикладными системами.

• Реализация функций по созданию и изменению элементов модели прикладными системами несложными средствами (например, с использованием механизма OLE Automation).

• Отображение данных модели на графических устройствах различного типа посредством модуля графического вывода.

• Изменение параметров модели под управлением прикладных систем.

• Вывод информации о структуре модели и её параметрах для использования этой информации в прикладных системах .

• Обмен графическими данными в форматах других систем или стандартных форматах (IGES, STEP).

• Обеспечение целостности параметрических сборочных чертежей.

• Поддержка требований ГОСТов и международных стандартов по формату изображения графических элементов.

• Реализация в среде стандартной графической операционной системы.

• Высокое быстродействие при использовании на недорогих персональных компьютерах.

• Низкие требования к аппаратному обеспечению и его ресурсам.

В третьей главе изложены основные принципы построения параметрического ядра САПР, его структура и схема взаимодействия его элементов.

Модуль управления Модуль управления

созданием и отменой и повтором

изменением изменении

элементов модели (Undo / Redo)

1

Модуль пересчета Модуль управления

параметров элементов дисплейным

модели списком

£

Модуль графического вывода

Рис. 2. Схема взаимодействия модулей параметрического ядра

Ядро параметрической системы построено по модульному принципу (Рис.2). Каждый из модулей ориентирован на решение определенной задачи. Общей задачей для ядра является управление моделью объекта проектирования. Основой модели является её геометрическое представление, хотя в ней могут содержаться и негеометрические элементы. Управление моделью заключается в создании элементов модели, их изменении, поддержке их актуальности.

Элементом модели является объект с неизменной структурой данных, который может быть связан с другими элементами модели или являться независимым. Элемент может иметь набор изменяемых или неизменяемых параметров, каждый из которых отвечает за определенную характеристику элемента (длина, толщина, размер текста, цвет и т.д.).

Основными элементами предлагаемой параметрической модели являются элементы построения. Элементы построения формируют каркас геометрической формы модели и являются основой для создания элементов изображения, которые предназначены для окончательного формирования изображения. В этом заключается отличие предлагаемой геометрической модели от моделей, используемых в других системах. В них основным элементом модели является именно элемент изображения - отрезок, размер, текст и т.д. В предлагаемой же схеме эти элементы являются вторичными по отношению к элементам построения.

Рис. 3. Пример параметрической модели

Элементами построения являются линии построения - линейные элементы и узлы - точки. К линиям построения относятся бесконечные прямые; окружности; эллипсы; сплайны; кривые, заданные формулами; а также некоторые специальные виды кривых. Понятие «линия построения» хорошо знакомо чертёжнику или конструктору: её аналогией является тонкая карандашная линия на листе бумаги, которая используется для последующей обводки изображения. Точка пересечения двух линий построения также используется при последующей обводке - она называется узлом. Кроме узла, который является точкой пересечения линий построения, существуют и другие виды узлов.

Таким образом, предложенная схема построения модели, хотя и отличается от традиционной, но является простой в понимании и освоении для конечного пользователя, владеющего навыками черчения.

На рис.3 представлен пример параметрической модели объекта, а на рис.4 - её задание при помощи элементов построения.

Для обеспечения функциональных возможностей по формированию различных геометрических форм объектов проектирования, существует множество способов создания различных типов линий построения. Примеры:

• Вертикальная (или горизонтальная) прямая, проходящая на заданном расстоянии от вертикальной оси системы координат;

• Прямая, проходящая через два узла;

• Прямая, симметричная другой прямой относительно оси симметрии (прямой);

• Окружность с центром в узле и заданным радиусом;

• Окружность касательная к двум прямым, с заданным радиусом;

• Окружность, проходящая через два узла;

• Эллипс с центром в узле, точка полуоси которого лежит в другом узле, а вторая полуось имеет заданную длину.

Приведённый список не является полным. В ядре поддерживается около 25 различных способов создания прямых; 30 способов создания окружностей; 15 способов создания эллипсов; несколько различных типов сплайнов и кривых, заданной функциональными зависимостями.

Такого набора средств вполне достаточно для описания геометрических форм любой сложности, которые встречаются при конструкторско-технологической подготовке производства. Приведенные выше цифры не являются точными, так как ядро постоянно пополняется новыми способами создания элементов построения в целях повышения удобства использования и скорости пересчёта моделей.

Ещё одной особенностью параметрического ядра является то, что после создания элемента построения определенным способом, этот способ сохраняется вместе с элементом и используется в качестве основы при последующих изменениях параметров модели. Это также отличает данное ядро от традиционных, в которых различные методы построения объектов используются только на этапе создания модели и никак не учитываются в последующем. Сохранение истории создания элементов построения и их связей с теми элементами, относительно которых они были построены, является основой ассоциативности модели.

Каждый из способов создания линий построения базируется на задании некоторого количества связей этой линии с другими элементами или с системой координат геометрической модели. Эти связи могут быть жесткими, то есть неизменяемыми при изменении параметров модели или нежесткими, то есть параметрическими. К категории жестких связей меж-

ду элементами можно отнести следующие виды геометрических связей:

Для всех видов линий построения:

• Прохождение через точку;

• Условие симметричности относительно другой линии построения (прямой);

• Условие касания другой линии построения;

Для прямых:

• Вертикальность;

• Горизонтальность;

• Параллельность другой прямой;

Для окружностей:

• Нахождение центра в узле;

• Концентричность другой окружности;

Кроме указанных видов связей, существуют и некоторые другие (специальные) виды связей.

Термин «жёсткая связь» не означает того, что её нельзя изменить не при каких условиях. Ядро предусматривает возможность изменения такой связи пользователем в случае необходимости. К примеру, прямая, построенная вертикальной может быть перезадана как прямая, параллельная другой прямой на заданном расстоянии.

К категории параметрических связей можно отнести такие связи, которые могут быть выражены количественно числовым значением. К ним относятся:

Для прямых:

• Расстояние от другой прямой;

• Угол поворота относительно положительного направления горизонтальной оси системы координат модели;

• Угол поворота относительно положительного направления другой прямой;

• Коэффициент пропорциональности при масштабировании;

Для окружностей:

• Радиус;

• Смещение от другой окружности в случае концентрической окружности;

• Коэффициент пропорциональности при масштабировании;

Для эллипсов:

• Длина полуоси;

Для узлов:

• Смещение относительно другого узла;

• Расстояние по кривой от другого узла;

• Абсолютные координаты в системе координат модели.

Как видно из приведенного списка возможных связей,

каждый из способов создания линий построения представляет собой комбинацию нескольких типов связей, количества которых достаточно для определения положения линии построения. К примеру, такой способ задания окружности, как «окружность, проходящая через узел, касательная к другой окружность с заданным радиусом», предполагает задание трех связей: прохождение через узел (жёсткая) , касание окружности (жёсткая), радиус окружности (параметрическая) .

Рис. 5. Граф связей элементов модели примера

На рис.5 показан граф связей элементов построения модели, представленной на рис.3 и рис.4. Вершинами графа являются элементы построения (линии построения и узлы), а его ребрами - геометрические связи между элементами. При этом ребро может иметь нагрузку, тип которой определяется типом геометрической связи. Такая нагрузка и является параметрической связью. Типы связей для представленного графа следующие:

1. Параллельность координатной оси (горизонтальность или вертикальность). Параметрическая связь - расстояние от координатной оси.

2. Параллельность прямой. Параметрическая связь - расстояние от прямой.

3. Принадлежность линии построения. Параметрических связей нет.

4. Касание. Параметрических связей нет.

5. Ось симметрии. Параметрических связей нет.

6. Симметричность. Параметрических связей нет.

7. Положение центра в узле. Параметрических связей нет.

Для модели любого объекта, создаваемого геометрическим ядром, можно построить подобный граф, который является направленным и ациклическим. Фактически, основной задачей, решаемой ядром, является формирование и изменение такого графа взаимосвязей элементов модели. Представление модели в виде графа обеспечивает скорость пересчета модели и её однозначность. Однозначность решения является ещё одним характерным свойством, отличающее данное параметрическое ядро от других.

Наличие параметрических связей у элементов построения и обеспечивает возможность параметрического изменения модели в целом.

Кроме указанных типов связей между элементами построения (жёсткая и параметрическая) существует ещё одна характеристика, которая необходима для определения точного положения линии построения - это вариант решения. К примеру, при построении окружности, касательной к трем другим окружностям, возможны 8 различных вариантов решений (Рис. б) . В модели вариант решения хранится среди данных каждого элемента построения и представляет собой целое число. Это число используется в качестве дополнительной жесткой связи при параметрическом изменении модели .

Рис. 6. Варианты построения касательной окружности

Числовые значения параметрических связей между элементами построения могут быть заданы либо числовой константой, либо значением переменной. Переменная - это ещё один из ключевых элементов параметрической модели.

Модель поддерживает работу с переменными двух типов -вещественная (числовая) и текстовая, имеющая символьное значение. Переменная имеет следующие атрибуты:

• Имя - символьный идентификатор, отличающий её от других переменных и используемый для установления связи параметров других элемента с данной переменной.

• Выражение - формула выражение, используемая для расчёта значения переменной. Выражение может включать в себя константы, имена других переменных, вызовы функций; арифметические и логические операции над ними, а также скобки.

• Значение - вещественное число, полученное в результате расчёта выражения для вещественной переменной и текстовая строка для текстовой переменной.

Возможность использования переменных при задании любого параметра элемента модели является ещё одним ключевым отличием параметрической модели от традиционных моделей представления данных, используемых в других САПР.

Использование переменные позволяют параметрическому ядру решать следующие задачи:

« Возможность использования одинаковых значений параметров элементов в случае их многократного повторения в модели. К примеру, если на чертеже имеется несколько отверстий одинакового диаметра, то логично задать диаметр одного отверстия переменной, а при указании диаметров остальных отверстий, сослаться на ту же переменную.

• Возможность включения элементов расчёта одних параметров объекта в зависимости от значений других параметров. Выражение, определяющее значение переменной может быть достаточно сложным, и пользователь может включать в описание модели расчётные формулы из предметной области .

• Возможность табличного задания значения переменной при изменении другой переменной. Выражение может включать в себя функции отбора значений из таблиц по различным условиям.

• Возможность обмена данными между прикладными системами. Такой обмен осуществляется именно при помощи передачи значений переменной.

• Возможность решения «обратной» задачи, которая формулируется следующим образом: «Каким образом изменить значения определенных переменных так, чтобы данный параметр принял заданное значение?». Для решения подобных задач предусмотрена специализированная функция.

• Возможность передачи значений переменных в другие модели для создания параметрических сборочных моделей.

• Возможность динамической анимации модели для получения представления о ней в движении.

Как видно из схемы построения ядра, основным его элементом является модуль пересчета параметров элементов модели. Он обеспечивает поддержание целостности модели; подстановку значений переменных при использовании их в качестве параметров; поддерживает актуальность элементов модели при изменении параметров других элементов; а также обеспечивает отсутствие рекурсивности при задании отношений между элементами.

Рекурсия при задании связей элементов может возникать в том случае, если в результате действий пользователя граф связей элементов модели имеет циклы. К примеру, при изменении линии построения (прямой) пользователь задал её как параллельную самой себе. В этом случае ядро диагностирует наличие ошибки, в результате чего подобное изменение модели не допускается.

Ещё одной ошибкой при изменении модели, наличие которой выявляется ядром, является отсутствие решения при пересчёте модели. Такая ситуация также может возникнуть в результате действий пользователя или прикладной системы.

К примеру, узел построен на пересечении двух прямых, которые, в результате действий пользователя, становятся параллельными. Ясно, что в таком случае положение узла не определено, о чем сообщает ядро и соответствующее действие отменяется.

Четвёртая глава посвящена описанию реализации параметрического ядра в составе параметрической системы автоматизированного проектирования и черчения T-FLEX CAD.

T-FLEX CAD представляет собой универсальную графическую систему, ориентированную на решение задач, возникающих при проектировании в области машиностроения. Она позволяет выполнять полный спектр работ, связанных с подготовкой чертёжно-графической документации, оформлять чертежи и другие графические документы в соответствие с

требованиями ЕСКД и международных стандартов. Кроме этого, система позволяет решать ряд задач, решение которых невозможно или затруднительно в других системах. Возможность решения таких задач обеспечивается использованием в системе параметрического геометрического ядра.

Система реализована на компьютерах типа IBM PC и работает на двух платформах:

• Версия для DOS: система требует наличие 38 6-го процессора или мощнее, 4 МБ оперативной памяти и 8 МБ свободного места на жестком диске.

• Версия для Windows 95/Windows NT: система требует наличие 4 8 6-го процессора или мощнее, 8 МБ оперативной памяти и 12 МБ свободного места на жестком диске.

Для обеспечения полного набора функциональных возможностей по созданию и оформлению чертежей, параметрическое геометрическое ядро поддерживает работу не только с элементами построения, но и с другими типами элементов. Эти элементы обеспечивают нанесение текстовой информации, размеров и других элементов оформления чертежей, требуемых стандартами, а также создание параметрических сборочных чертежей и другие сервисные возможности. Иерархия параметрических элементов, работу с которыми обеспечивает геометрическое ядро, приведена на рис.7.

Рис. 7. Типы элементов параметрического ядра САПР

Параметры любого элемента, а также его положение может быть задано посредством элементов построения или значением переменной. К примеру, содержимое текста может включать в себя значение переменной, выводимое по определенному формату, а его положение может задаваться путем привязки его к узлу. Таким образом, обеспечивается полная ассоциативность и параметризация моделей, которые можно создавать в T-FLEX CAD.

На рис.8 приведен пример чертежа, подготовленный при помощи T-FLEX CAD и имеющий ряд изменяемых параметров (к примеру, радиусы посадочных отверстий и радиусы скругле-ний). Изменение значений параметров, например, в редакторе значений переменных приводит к мгновенному (менее 1 секунды) пересчету всей модели и ее перерисовке.

Кроме двумерной системы, обеспечивающей работу с плоскими моделями, на основе параметрического геометрического ядра разработана трехмерная версия системы, позволяющая создавать параметрические твердотельные пространственные модели.

Трехмерная версия системы в полной мере использует преимущества, предоставляемые параметрическим геометрическим ядром. На основе параметрических проекций или сечений она позволяет создавать трехмерные параметрические

модели, что также является отличительной особенностью Т-FLEX CAD.

ь—3D Модель--

Рис. 9. Использование элементов параметрической модели при трехмерном твердотельном моделировании в T-FLEX CAD

На основе опыта использования разработанной параметрической САПР T-FLEX CAD предложена методика использования ее в процессе конструкторско-технологической подготовки производства :

Рис. 10. Методика использования параметрического геометрического ядра в составе параметрической САПР

Общие выводах и результаты работы

Проделанная работа сводится к следующим основным положениям и результатам:

1. На основе анализа рынка систем автоматизированного проектирования и черчения доказана актуальность и необходимость разработки параметрической САПР, предназначенной для решения задач, возникающих на этапе конструкторско-технологической подготовки машиностроительного производства.

2. Исходя из сформулированных в работе требований к параметрической САПР и ее геометрическому ядру, предложена схема реализации системы на основе параметрического геометрического ядра, обеспечивающего ее основные функциональные возможности.

3. Определены основные принципы работы и математический аппарат, необходимый для функционирования параметрического геометрического ядра САПР.

4. На основе предложенной структуры и схемы взаимодействия элементов ядра разработаны эффективные программные средства, реализованные в составе параметрической системы автоматизированного проектирования и черчения T-FLEX CAD.

5. Разработана методика использования средств параметризации при выполнении чертежно-графических работ, а также в делях разработки прикладных систем, ориентированных на решение машиностроительных задач.

6. Разработана методика создания параметрической системы пространственного твердотельного моделирования на основе использования двумерного параметрического геометрического ядра.

7. На основе внедрения системы на сотнях предприятий доказана необходимость и эффективность применения параметрической САПР в конструкторско-технологической подготовке производства.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. Бикулов С.А., Козлов С.Ю. Опыт разработки САПР // Журнал доктора Добба. №3 1993.

2. Козлов С.Ю., Бикулов С. A. Parametric CAD Becomes а Reality on Every Engineers' PC // Международная конференция Восток - Запад «Информационные технологии в проектировании». 5-9 сентября 1994 г., Москва, МЦНТИ.

3. Кураксин С. А., Бикулов С. А., Баранов JI.B., Козлов С.Ю., Ксенофонтов Д.К., Ефремов А.Н. T-FLEX CAD - новая технология построения САПР // Автоматизация проектирования. 1996, № 1.

4. Кураксин С.А., Бикулов С.А., Ксенофонтов Д.К., Козлов С.Ю. T-FLEX CAD - лучшая российская параметрическая САПР // Компьютер пресс. Июнь 1997.

5. Бикулов С.А., Кураксин С.А., Козлов С.Ю., Ксенофонтов Д.К., Ефремов А.Н. Параметрическая система автоматизированного проектирования и черчения T-FLEX CAD // 3-й международный конгресс «Конструкторско-технологическая информатика» (КТИ-96), 22-24 мая 1996 г, Москва.

6. Ксенофонтов Д.К., Ефремов А.Н., Кураксин С.А., Козлов С.Ю. «T-FLEX CAD решает.задачи автоматизации типового проектирования» // Компьютер пресс, № 11, 1997, г. Москва.

7. Кураксин С.А., Козлов С.Ю., Бикулов С.А., Ефремов А.Н., Баранов Л.В., Ксенофонтов Д.К., Иванов В. А., Кондрашин Ю.А., Саблин К.П., Ильин A.B., Ахмед Яхья М.М., Алтухов В.В., Софронова Ю.В., Конева C.B. Свидетельство РосАПО об официальной регистрации программы для ЭВМ «Система автоматизированного и черчения (T-FLEX CAD)» // №950128, заявка №950069 от 10.04.1995.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандида' технических наук

Козлов С.Ю.

Повышение эффективности конструкгорско-технологической подгого! ки машиностроительного производства на основе использования параметрического геометрического ядра системы проектирования

Сдано в набор Подписано в печать

Формат 60x90/16 Бумага 80 гр/м2 Гарнитура "Ктижная" Объем 1.9. уч-изд.л. Тираж 60 экз. Заказ №486

Издательство "Станкин" 101472, Москва, Вадковкий пер.,

ЛП № 040072 от 29.08.91г. ПОД № 53-227 от 09.02.96г.