автореферат диссертации по инженерной геометрии и компьютерной графике, 05.01.01, диссертация на тему:Автоматизированное размещение информации в 2D графических системах

На правах рукописи

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ РАЗМЕЩЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В 2Б ГРАФИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Специальность 05.01.01 "Прикладная геометрия и инженерная графика"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород 1996

Работа выполнена в Нижегородской государственной архитектурно-строительной академии.

Научный руководитель : доктор технических наук, профессор B.C. Полозов.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ю.Л. Кетков; кандидат технических наук, профессор В.А. Аниснмов.

Ведущая организация : завод "Сфера" АО "Саратовский авиационный завод".

Защита состоится 16 апреля 1996 г. в 15 час. на заседании диссертационного совета К 064.09.02 в Нижегородской государственной архитектурно-строительной академии по адресу : 603000, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65, ауд. 5 - 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородской государственной архитектурно-строительной академии.

Автореферат разослан

1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Лапшин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время наиболее популярными средствами автоматизации проектирования в машиностроении, архитектуре и строительстве для ПЭВМ являются системы AutoCAD фирмы Autodesk, Inc. (США) и Компас АО "АСКОН" (Россия).

Основным назначением этих пакетов является автоматизация чертежно-конструкторских работ. Но, на сегодняшний день эти пакеты представляют из себя "электронные кульманы", т.е. эти системы обладают недостаточным уровнем автоматизации, необходимым для конструкторской деятельности.

Чтобы повысить уровень автоматизации необходимо дополнить эти графические системы комплексом программ, которые будут автоматизированно размещать информацию на чертеже (например, размерную).

Актуальность такой постановки связана с повсеместным применением указанных выше графических систем.

Целью работы является исследование, разработка и реализация в промышленности методик, алгоритмов и программных средств, позволяющих осуществить автоматизированное размещение информации на чертеже.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие теоретические и практические задачи:

- исследование способа представления чертежно-конструкторской информации в графических системах автоматизированного проектирования;

- исследование методов решения задач автоматизированного размещения информации па чертеже;

- исследование моделей, разработка модели чертежа удобной для решения поставленной задачи и для других целей;

- разработка критериев оценки правильности нанесения размерной информации (соответствие стандартам);

- разработка методик, алгоритмов и программных средств размещения размерной информации на чертеже в автоматизированном режиме;

- реализация разработанных методик для: решения практических задач.

Теоретические исследования проведены на основе начертательной и алалитической геометрии, вычислительной математики, теории множеств, структур данных в вычислительных средствах, прикладного программирования.

Технико-экономическая необходимость проведения данной работы определяется улучшением качества и сокращением времени выполнения конструкторских работ путем повышения уровня автоматизации средств графического проектирования (систем САПР). Научная новизна заключается в следующем:

- Предложен объектно-ориентированный подход как основа новой технологии работы с основным конструкторским документом — чертежом детали;

- предложена новая модель чертежа ("интерфейсная" модель), основанная на объектно-ориентированной декомпозиции чертежа;

- предложены критерии оценки правильности нанесения размерной информации, основанные на классификации требований стандартов ЕСКД;

- предложены методики размещения информации на чертеже (размерной) в автоматизированном режиме.

На защиту выносятся:

- "интерфейсная" модель чертежа, основанная на объектно-ориентированной декомпозиции чертежа, позволяющая автоматизирование размещать различные виды информации на чертеже

(в том числе размерной);

- критерии оценки правильности размещения размерной информации, основанные на классификации требований стандартов ЕСКД;

- методики и алгоритмы автоматизированного размещения информации на основе "интерфейсной'' модели чертежа.

Практическая ценность работы состоит в том, что на основе предложенных методик разработаны алгоритмы и программные средства, реализующие автоматизированное размещение информации на чертеже. Этот блок программ может быть включен в существующие графические редакторы, в частности в Компас-График.

Разработанные методики, алгоритмы и программные средства позволяют повысить степень автоматизации проектно-конструк-торских работ.

Результаты работы внедрены в проектно-исследовательсхом институте (АО "Саратовский Институт Стекла"), на машиностроительном предприятии (АО "Тантал" г. Саратов), и планируется использование их в учебном процессе при проведении занятий по дисциплине "Компьютерная графика" в Саратовском государственном техническом университете.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на международных, республиканских, региональных конференциях, выставках и семинарах:

— "Методы и средства обработки сложной графической информации" (ГРАФИКА - 92), Н.Новгород, 1992.

— "Компьютерная геометрия и графика в образовании Кограф-93", Н.Новгород, 1993.

— "Графикон-94, 4-я Международная конференция по компьютерной графике и визуализации", Н.Новгород, 1994.

По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, отражаю-

гцих теоретические и прикладные результаты исследований.

Исследования по теме диссертации проводились в рамках госбюджетной НИР 2.14.008 "Разработка и создание программных модулей с целью совершенствования существующих на базе ПЭВМ систем геометрического моделирования и машинной графики". Исследования проводились в течение 1992 года на кафедре Графики и начертательной геометрии НАСИ.

Объем и структура работы .Диссертация состоит из введения, трех основных разделов, заключения, списка литературы (137 наименований), двух приложений. Содержит 138 страниц машинописного текста, одну таблицу, 28 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении обосновывается актуальность темы, сформированы цель и задачи исследования, излагаются основные положения, выносимые на защиту, показана область применения теоретических результатов исследования.

В первой главе диссертационной работы проводится исследование и анализ существующих графических систем.

Глава начинается с обсуждения возможностей и средств, которые дают пользователю системы автоматизированного проектирования (САПР). Приведены области применения и составные элементы САПР. Подробно рассматривается вопрос вхождения и роли машинной графики как обслуживающей подсистемы САПР.

Далее в главе рассматриваются международные графические стандарты для систем САПР. В обзоре стандартов особое внимание уделяется стандарту на формат файла обмена чертежной информации между системами САПР. Отмечается отсутствие отечественных стандартов в рассматриваемых областях.

Проведена классификация пользователей систем САПР, по отношению к степени автоматизации решаемых с помощью САПР за-

дач. Условно выделены три категории пользователей:

Первая категория — конструкторы, которые получают чертежи с помощью графических редакторов, например,с помощью Аи-toCADa или Компаса-Графика.

Вторая категория — конструкторы, которые используют программные средства, расширяющие возможности графических редакторов для получения чертежей в автоматическом режиме.

Третья категория — конструкторы-программисты, которые создают такие программные средства.

Подавляющее большинство пользователей систем AutoCAD или Компас-График представляют конструкторов первой и второй категории.

Далее рассматриваются возможности AutoCADa и Компаса для выполнения с помощью их компьютерных чертежей. Среди средств рассматриваются средства для автоматизации процесса графического редактирования.

Рассматриваются недостатки систем AutoCAD и Компас. Сравниваются некоторые компоненты AutoCADa и Компаса:

1) Интерфейс пользователь - система.

2) Средства автоматизации процесса черчения.

Сделан вывод о предпочтении системы Компас-График для конструкторов первой и второй категории.

Среди недостатков отмечается недостаточная поддержка отечественных стандартов ЕСКД. Отмечается недостаточный уровень автоматизации рутинной работы пользователей.

Далее в главе проводится исследование и сравнительный анализ форматов графических файлов, генерируемых системами.

В частности, исследуются два формата — DXF формат системы AutoCAD и KSF формат системы Компас. Рассматривается их внутренняя структура и организация. В результате исследования сделаны следующие выводы:

1. Формат БХР организован в виде совокупности секций.

2. Формат КБР организован в виде совокупности структур.

3. Чтобы понять содержание чертежа, проанализировать принадлежность графических объектов (примитивов) определенным видам необходимо БХР файл проходить несколько раз (минимум два раза).

4. Чтобы понять структуру чертежа в КБР формате достаточно прочитать файл один раз.

5. Структурно КБР формат организован по принципу "операторных скобок".

6. У ОХР формата этот принцип отсутствует.

На основе этого сделан вывод о предпочтительном применении КБР формата при реализации программных приложений.

Далее в главе вводится понятие модели чертежа, и определена ее роль при решении задач, связанных с автоматизацией чертежно-графических работ при помощи систем САПР.

В завершении главы приводится обзор нескольких пакетов систем машинной графики (в частности ГР АФОРа) на предмет процесса нанесения размерной информации.

В заключение главы предлагается добавить в существующие системы машинной графики дополнительные средства, которые позволяли бы автоматизировапно размещать информацию (в частности размерную) на чертеже, тем самым увеличить степень автоматизации указанных систем. Т.е. ставится задача разработать систему, которая автоматизированно размещала на поле чертежа размерную информацию и другие фрагменты (текстовые блоки, условные обозначения, виды и т.д.).

Во второй главе диссертации рассмотрена методология разрабатываемой системы.

В начале главы рассматривается вопрос моделей чертежа. Делается вывод о том, что необходима для решения задач, поставлен-

ных в первой главе, модель чертежа.

Предлагается использовать объектно-ориентированную технологию для создания такой модели. Объектно-ориентированная технология основывается на объектно-ориентированной декомпозиции. Объектно-ориентированная декомпозиция сопоставляется с алгоритмической. Вводится понятие объектно-ориентированного проектирования. Рассматриваются модели объектно-ориентированного проектирования.

Далее в главе рассматриваются модели чертежа. На основе декомпозиции рассматриваются несколько моделей чертежа.

Самая первая модель — "конструкторская модель" чертежа. На рис. 1 приведена такая модель. Эта модель основана па опыте конструктора и стандартов ЕСКД. Такая модель является моделью "высокого" уровня.

В противоположность этой модели рассматривается модель, основанная на форматах графических систем. Такая модель является "машинной моделью" — моделью "низкого" уровня.

Разрабатываемая система опирается на промежуточную модель — "интерфейсная" модель, которая основана на объектной декомпозиции чертежа.

Проводится сравнение этих трех моделей. "Интерфейсная" модель основывается с одной стороны на КБР формате (основа модели), а с другой — дереве декомпозиции чертежа, приведенной на рис. 1 ("конструкторской" модели).

Основные положения объектно-ориентированного подхода:

1. Абстракция данных. Система работает с абстрактными данными (в виде классов), наполнение которых (физический смысл) определяет проектировщик.

2. Инкапсуляция данных. Данные представляют нечто целое (скрытое в капсуле) вместе с методами.

3. Полиформизм. Одно и то же имя может обозначать

действие, разное по характеру (перегрузка методов).

4. Наследование. Наследование свойств детьми от родителей.

На основе этого сделаны следующие выводы:

— Существует три модели чертежа.

— Предложена "интерфейсная" модель, основанная на объектно-ориентированной декомпозиции чертежа, которая инвариантна к своим компонентам.

— Для решения задач, поставленных в первой главе предлагается использовать в качестве основной модели — "интерфейсную" модель.

В третьей главе рассматриваются алгоритмы системы.

Проводится классификация требований стандарта ЕСКД ГОСТ 2.307-68 "Нанесение размеров и предельных отклонений" на ограничения и рекомендации. Проводится аналогия работы компилятора языка программирования Си с исходным текстом программы на языке Си (выдача предупреждений и прерывание работы в случае синтаксических ошибок). В соответствии с аналогией требования стандарта разделены на ограничения и рекомендации. Разработаны критерии оценки (система штрафов) правильности размещения.

Далее рассматриваются режимы работы системы. Рассматриваются два режима — работа (в диалоговом режиме) в графической системе и работа из командной строки ДОС.

Далее приводятся алгоритмы, на которых строится работа системы. Приводятся примеры размещения размерной информации в автоматизированном режиме. Размещение производится с учетом требований стандартов ЕСКД.

Реализация проведена на языке программирования Си++ (компилятор Borland С++ 2.0). В приложениях приведены некоторые листинги системы.

- 12 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены следующие результаты:

1. Предложена систематизация правил нанесения размеров на чертеж.

2. На основе этого предложена система ограничений и штрафов — основа системы контроля правильности нанесения размерной информации на чертеж (соответствие ГОСТу 2.307-68 "Налесение размеров и предельных отклонений").

3. Предложена классификация пользователей систем САПР в соответствии их отношения к программированию задач САПР.

4. Исследованы модели чертежа. В результате получено:

4.1. На одном полюсе модель "высокого" уровня — конструкторская модель чертежа.

4.2. На другом полюсе модель "низкого" уровня — машинная модель чертежа.

5. Предложена промежуточная — "интерфейсная" модель чертежа на основе объектно-ориентированного подхода, как модель, необходимая для решения большого количества практических задач, в том числе и задачи автоматизированного размещения информации на чертеже.

6. Поставлена задача углубления уровня автоматизации выполнения конструкторско-чертежной документации с помощью компьютера. Ставится задача автоматизации размещения информации на чертеже.

7. С помощью интерфейсной модели решается задача автоматизации размещения информации (в частности, размерной) на чертеже. Реализация проводится для контуров, состоящих из отрезков прямых линий. Т.о. автоматизировално размещаются линейные размеры на чертежах контуров. Предложено несколько сценариев работы с системой.

8. Благодаря интерфейсной модели, основанной на объектно-ориентированном подходе, разработанные алгоритмы, программное обеспечение можно применять не только для линейных размеров на контурах, но и для других типов размеров и на других тинах чертежа.

9. Благодаря интерфейсной модели можно также размещать знаки шероховатости, соосности, виды, разрезы, сечения, компоновать чертеж и т.д. и т.п.

10. Проведен сравнительный анализ KSF и DXF форматов файлов. На основе чего сделан вывод о том, что структура KSF файла — наиболее удобная для организации интерфейсной модели.

11. Перспективы развития:

— расширение класса обслуживаемых деталей чертежей;

— расширение видов автоматизирован®) размещаемых размеров;

— расширение видов объектов, автоматизировално размещаемых на чертеже;

— создание полной интерфейсной модели для чертежа, создание на основе ее алгоритмов для решения других задач:

— переход от 2D к 3D;

— повышение точности выполнения геометрических операций;

— устранение ошибок операций конструирования;

— оптимизация визуализации изображений.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Иванов A.A. Автоматизированное размещение информации на чертеже // Сб. тезисов и докладов на Международных выставках-семинарах КОГРАФ-92 и КОГРАФ-93. - Ниж. Новгород: Изд. НГТУ, 1993. - С. 50-51.

2. Иванов A.A. Краткое описание формата файла KSF (символьный формат системы КОМПАС). Деп. в ВИНИТИ 25.10.94 N 2415-В94.

3. Иванов A.A. Сравнительный анализ DXF и KSF форматов файла. Деп. в ВИНИТИ 25.10.94 N 2416-В94.

4. Иванов A.A., Ротков С.И. Сравнение форматов графического обмена в чертежных системах // Сб. тезисов и докладов 4-ой Международной конференции Графикон-94. - Ниж. Новгород: Изд. НГТУ, 1994. - С. 74-87.

5. Иванов A.A., Присяжный С.С. Работа с пространственным образом геометрических фигур // Сб. тезисов и докладов Третьей Международной студенческой школы-семинара "Новые информационные технологии". - Крым, 1995. - С. 211.

6. Иванов A.A. Объектно-ориентированная модель чертежа // Сб. докладов Всероссийского семинара и документов 3-го Всероссийского конкурса учащихся и студентов по черчению и компьютерной графике. - Саратов: Изд. СГТУ, 1995. - С. 78-79.

7. Иванов A.A., Присяжный С.С. Объемное моделирование с помощью системы 3D CONSTRUCTOR // Сб. докладов Всероссийского семинара и документов 3-го Всероссийского конкурса учащихся и студентов по черчению и компьютерной графике. - Саратов: Изд. СГТУ, 1995. - С. 80-81.