автореферат диссертации по инженерной геометрии и компьютерной графике, 05.01.01, диссертация на тему:Средства архивизации геометро-графической информации в процессе автоматизированного проектирования на крупном предприятии

/

Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет

Средства архивизации геометро-графической информации в процессе автоматизированного проектирования на крупном предприятии.

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.01.01 Прикладная геометрия и инженерная графика

Широкий Глеб Борисович

Научный руководитель, к.т.н., доц., С.И.Ротков

Нижний Новгород, 1998.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение................................................................................................„.4

2. Глава 1. Организация процесса автоматизированного проектирования на крупном машиностроительном предприятии........13

1.1 Источники геометро-графической информации для создания математической модели проектируемого изделия и технологии его производства........................................13

1.1.1 Виды геометрических моделей объекта..............................15

1.1.2 Модель чертежа как конструкторского документа ............20

1.2 Взаимодействие систем геометрического моделирования и технологической подготовки производства. ..25

1.3 Организация электронного архива моделей

и чертежей изделия..........................................................................29

1.3.1.Выбор формата хранения данных ...............................31

1.3.2.Стру ктура архива..........................................................50

1.4 Организация ввода, преобразования

и отображения большеформатных чертежей...............................53

1.5. Организация передачи геометро-графической и чертежно-технологической информации

между подразделениями.................................................................55

1.6. Выводы по главе 1....................................................................59

3. Глава 2. Формирование и хранение моделей поверхностей автомобилей................................................................................................60

2.1 Технология бесконтактного ввода данных

для моделирования автомобильных поверхностей......................61

2.2 Структура хранения данных

при построении математических моделей

поверхностей автомобиля................................................................88

2.3 Выводы по главе 2.......................................................................96

4. Глава 3. Использование геометро-графических данных

для решения производственных задач предприятия..............................98

3.1 Решение архитектурно-строительных и планировочных задач в процессе реконструкции предприятия.........................................98

3.1.1. Электронный генплан предприятия...........................98

3.1.2. "СТЕП" - программное обеспечение

среды технологического проектирования...........................101

3.2 Моделирование и отображение экологической обстановки

на предприятии..................................................................................105

3.4 Подготовка штампов, пресс-форм и прототипов изделия

на основе геометрических моделей..............................................111

3.5. Выводы по главе 3.......................................................................117

5. Заключение...........................................................:...................................118

6. Список литературы..................................................................................119

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность.

Важнейшей- задачей для стабилизации и расширения промышленного производства является переход на безбумажную технологию проектирования, производства и сбыта продукции. По прогнозам [47], после 2000 года невозможно будет реализовать продукцию машиностроения без электронной документации. Кроме того, зарубежными экспертами указанное обстоятельство рассматривается как средство ограничения доступа на международный рынок продукции тех стран, которые не смогли освоить безбумажную электронную технологию, которая именуется CALS -технологией.

Под CALS-технологиями (Computer Aided Acquistion and Life Cicle Support), составляющими основу безбумажного электронного документирования, понимается принципиально новая компьютерная система электронного описания процессов разработки, комплектации, производства, модернизации, сбыта, эксплуатации, сервисного обслуживания и утилизации продукции военного, гражданского и двойного назначения, состоящая из комплекса международных и согласованных с ними национальных стандартов и позволяющая интегрировать в единый комплекс материальные и информационные потоков, существующие на всех этапах жизненного цикла изделия.

Существующие на данный момент информационные технологии, в том числе используемые в ОАО "ГАЗ", относятся к отдельным этапам проектирования , производства, сбыта и поддержки жизненного цикла продукции.

Крупнейшие европейские автомобильные и аэрокосмические фирмы выступили с инициативой ПИТ (Передовые информационные технологии), поддержанной Европейским сообществом в виде программы ESPRIT [81, 87, 90], являющейся одной из реализаций CALS - технологий, с целью повышения конкурентоспособности производств посредством применения передовых информационных технологий (ИТ). Анологичная программа разработана и находится в реализации в Российской Федерации [4, 16 ].

Целями использования CALS-технологий являются:

• сокращение затрат на реализацию жизненного цикла изделия в целом;

• повышение эффективности и сокращение затрат в бизнес-процессах;

• повышение конкурентоспособности и рыночной привлекательности производимой продукции;

• создание предпосылок для сохранения и расширения рынков сбыта.

Конечной целью CALS- технологий является появление на рынке стандартизованных инструментов, систем и изделий, которые можно без труда сконфигурировать в соответствии с требованиями потребителя. Одним из заключений пилотной стадии ПИТ было следующим [74]: «будущие системы проектирования должны основываться на цифровой оценке проекта, включая возможности построения комплексных моделей и математического моделирования.»

Такая оценка и совместное кооперативное проектирование и производство изделия может быть эффективным в случае, если оно базируется на основе единой информационной электронной модели изделия.

Электронной моделью изделия называется комплекс информационных массивов, хранящийся как в памяти ЭВМ, так и на различных электронных носителях, удовлетворяющий требованиям национальных и международных стандартов, и содержащий геометро-графические и текстовые данные о проектируемом или производимом изделии.

Дальнейшим развитием концепции CALS стала концепция "ВИРТУАЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ" [ 4, 16 ].

Виртуальное предприятие - это группа предприятий, объединенных на контрактной основе, не имеющая юридической организационной инфраструктуры, но объединенноые единой информационной инфраструктурой с целью использования компьтерной поддержки жизненного цикла конкретного изделия.

Виртуальные предприятия создаются в сжатые сроки, эффективно функционируют и распадаются по завершению совмествного проекта. Одно и тоже предприятие может одновременно входить в состав нескольких Виртуальных Предприятий.

С точки зрения аспектов управления информацией на виртуальном предприятии наиболее важные проблемы формулируются в следующем виде:

• Проблема создания распределенной компьютерной сети, поскольку виртуальное предприятие представляет собой группу компаний, каждая из которых располагает своей собственной сетью, рабочими станциями и серверами, то есть эти сети должны быть ЛОГИЧЕСКИ интегрированы для того, чтобы функционировать как единая локальная сеть.

• Проблема разделения данных, поскольку виртуальное предприятие формируется по принципу, основанному на том, что входящие в него компании по отдельности располагают чем-то ценным для внесения в

общее ВИРУАЛЬНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ, то во многих случаях, эти ценности представляют собой опыт в форме существующих данных и продуктов, либо способность разрабатывать новые продукты • Проблема сопровождения данных, поскольку индивидуальным компаниям, входящим в состав ВИРТУАЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ, необходимо • функционировать как "единое" предприятие, то у них возникают вопросы по координации рабочих потоков и методологии принятия управленческих решений.

Последние две проблемы лежат в основе работ по созданию и управлению электронных архивов чертежей и моделей проектируемого и изготовляемого изделия.

Среди множества направлений развития CALS- технологий [16, 47, 54 ] для их практической реализации на крупном машиностроительном предприятии, каким является ОАО "ГАЗ", важнейшими на данном этапе являются:

- перевод архивов чертежно-конструкторской документации на электронные носители;

- создание информационных массивов, содержащих геометро-графическую информацию о проектируемых и выпускаемых автомобилях;

- разработка и создание средств бесконтактного ввода и формирования моделей поверхностей проектируемых автомобилей.

Разрабатываемая на данной фазе конструкторско-технологическая информационная модель проектируемого продукта должна базироваться на использовании стандарта ISO 10303 (STEP), которая включает в себя:

- геометрические данные, в том числе:

— чертежно-конструкторские документы;

~ модели проектируемых поверхностей;

— модели сборок узлов и отдельных деталей, заданных в виде моделей твердого тела в R3;

— технологические документы и т.д.

- информацию о конфигурации изделия;

- данные об изменениях, согласованиях и утверждениях;

- другие необходимые данные.

Использование стандартного способа представления конструкторско -технологических данных позволяет решить проблему обмена информацией между различными подразделениями предприятия, оснащенными различными системами проектирования, а также коректную интерпретацию хранимой информации.

Традиционное бумажное документирование сложных изделий в виде сотен томов требует огромных затрат на поддержку архивов, корректировку документации, а также снижает эксплуатационную привлекательность и конкурентоспособность изделия.

Перевод документации с бумажных носителей на электронные, а также создание электронных моделей изделия, дает возможность отказаться от повторного ввода и обработки чертежно-конструкторской документации, обекпечить преемственность результатов и изменение состава участников проекта без потери уже достигнутых результатов, обеспечить заданное качество выпускаемой продукции путем электронного документирования всех выполняемых процессов и процедур, и тем самым сократить цикл конструирования изделия, на который в наукоемком производстве уходит до 80% времени всего производственного цикла.

Данное направление исследований важно в связи с развитием и внедрением в производственную практику средств автоматизированного проектирования и производства изделий различного предназначения. В процессе проектирования формируется очень большое количество чертежно -конструкторской и технологической документации, которая должна быть согласована как между собой, так и со всеми подразделениями предприятия. Также эта документация должна храниться в течении всего жизненного цикла производства изделия (рис.1). Перевод документации в электронную форму накладывает ряд требований к организации процесса производства и его управления и существенно влияет на конструкторско - технологические процессы, которые могут быть организованы с меньшими затратами сил и средств.

В течение всего жизненного цикла изделия одна и та же геометро-графическая информация используется различными системами проектирования (CAD), изготовления (САМ), инженерных расчетов (САЕ), управления документооборотом (PDM), управления поставками (MRP), и другими. Каждая из этих систем использует как ранее накопленную и

_ V W

введенную в электронный архив, так и создает свою, только ей присущую, информацию, которая и создает в совокупности полную электронную модель проектируемого или производимого изделия.

13

к

о

Маркетинг Техническое задание Дизайн САй САМ САЕ РОМ М№ Эксплуатация

Жизненный цикл изделия

Сбыт —

се

Целью работы является разработка и реализация отдельных этапов CALS - технологий, в частности:

- организации системы средств хранения и оперативной работы с территориально распределенным архивом чертежно - конструкторской документации, в том числе с использованием телекоммуникационного доступа;

- средств бесконтактного ввода двумерной (2D) и трехмерной (3D) геометрической информации, в том числе о поверхностях проектируемых автомобилях ;

- алгоритмических и программных средств ввода и обработки болынеформатных чертежей объектов машиностроения;

- применение разработанных средств хранения и отображения геометрической и графической информации для задач оперативного управления жизнедеятельности предприятия, в частности, генерального плана предприятия и его коммуникациях (канализационных, электрических и др.), экологического мониторинга предприятия.

Научная новизна исследования состоит в:

- разработанных средствах создания, архивизации, передачи и управления корпоративными территориально распределенными большими объемами геометро - графической информации;

- разработанных средствах ввода,хранения, отображения и обработки геометрической и графической информации о моделях поверхностей проетируемых автомобилей и о генеральном плане предприятия и его коммуникациях (канализационных, электрических и др.) для оперативного управления жизнедеятельностью предприятия.

Практическая ценность исследования, проведенного в рамках фундаментальной НИР "Разработка теоретических основ, алгоритмов и программ геометрии и графики для параллельных технологий проектирования" (ГР № 01970004538) и прикладной НИР "Разработка компьютерно-интегрированных инструментальных технологий для ускоренного изготовления мелких серий штампованных деталей сложной формы " (тема ОАО "ГАЗ" № 224-03-05) заключается в:

созданных и внедренных на ОАО "ГАЗ" корпоративных территориально распределенных электронных архивах чертежно конструкторской документации, содержащем в себе в том числе единые математические модели геометрии проектируемых автомобилей;

разработанной методике и средствах бесконтактного ввода двумерной (2D) и трехмерной (3D) геометрической информации, в том числе о поверхностях автомобилей;

- разработанных и внедренных в практику программных и алгоритмических средствах системы автоматизированного проектирования промышленных предприятий и их фрагментов;

- созданной и используемой в решении задач оперативного управления жизнедеятельностью предприятия системе мониторинга и отображения экологической обстановки на предприятии ;

- разработанной методике проектирования штампов и пресс-форм для технологий "быстрого прототайпинга" на основе созданных электронных архивов геометро-графической информации..

На защиту выносятся:

- организация системы хранения и оперативной работы с корпоративным территориально распределенным архивом чертежно - конструкторской документации, в том числе с использованием телекоммуникационного доступа;

- средства ввода, хранения, отображения и обработки геометрической и графической информации о поверхностях проектируемых автомобилей и о генеральном плане предприятия и его коммуникациях (канализационных, электрических и др.) для оперативного управления жизнедеятельностью предприятия.

средства оперативного графического отображения в системе экологического мониторинга обстановки в промышленной и жилой зонах предприятия;

Апробация работы.

Материалы диссертации докладывались на:

- Международной конференции "Информационные технологии в инновационных проектах", Ижевск, ИжГТУ, 1999,

- Всероссийских научно-практических конференциях по компьютерной геометрии и графике "КОГРАФ-97" и "КОГРАФ-98" (г.Нижний Новгород, 1997, 1998),

- Итоговой научно-практической конференции сотрудников , преподавателей и аспирантов Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета "Строительный комплекс-96" и "Строительный комплекс-98",

- на научном семинаре кафедры начертательной геометрии, машинной графики и теоретических основ САПР ННГАСУ в 1997, 1998 годах.

По материалам диссертации опубликовано 16 работ, список которых приведен ниже.

Публикации:

1. И.В.Румянцев, Г.Б.Широкий Автоматическая векторизация большеформатных строительных чертежей. .// В сб. Строительный комплекс - 96. Тезисы докладов научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава НГАСА. Нижний Новгород, 1996.

2. И.В.Румянцев, .Г.Б.Широкий Электронный архив чертежно-конструкторской документации..// В сб. Строительный комплекс - 96. Тезисы докладов научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава НГАСА. Нижний Новгород, 1996.

3. Р.А.Самсонов, А.И.Родионов, Г.Б.Широкий Автоматизация создания, ведения и проектирования генпланов промышленных предприятий.// В сб. Строительный комплекс - 96. Тезисы докладов научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава НГАСА, Нижний Новгород, 1996.

4. Г.Б.Широкий Новые информационные технологии в процессе автоматизированного проектирования на крупном предприятии.// Информационные тохнологии, 1996, № 4.