автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Исследование и разработка системы автоматизированного формирования конструкторских чертежей

РГ6

од

На правах рукописи

Павлов Сергей Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ФОРМИРОВАНИЯ КОНСТРУКТОРСКИХ ЧЕРТЕЖЕЙ

Специальность 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург -1997

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете.

Научный руководитель -

заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор Анисимов В.И.

Научный консультант -

кандидат технических наук, доцент Лячек Ю.Т. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сольницев Р. И.

кандидат технических, наук старший научный сотрудник Барсуков Ю. В.

Ведущая организация - Санкт-Петербургский институт точной механики и оптики.

Защита диссертации состоится " .1997 г. в ¿Г час. на

заседании диссертационного совета К.003.36.04 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета имени Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан ". Се&ЯЛМ .1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Юрков Ю. В.

Общая характеристика работы

Актуальность. Применение средств автоматизированного черчения для формирования конструкторских чертежей сразу же поставило проблему преобразования ранее созданного изображения. Источник этой проблемы заключается в том факте, что создание подавляющего большинства новых изделий ведется по пути модификации предыдущих версий. Для того, чтобы изменения в изделии могли быть отображены в его чертежах, необходимо иметь возможность автоматизированного редактирования чертежа. Однако затраты времени и трудоемкость редактирования конструкторских чертежей средствами автоматизированного черчения практически не отличается от затрат на создание чертежей. Первым решением этой проблемы стала разработка специальных программ, которые были предназначены для генерации изображения чертежей деталей и узлов соответствующего семейства изделий. Основанием для создания таких программ послужила возможность параметрического описания изображения чертежей. Программный подход первоначально получил широкое распространение, хотя он имеет значительный недостаток. Для каждого вновь разрабатываемого класса деталей или изделий должна разрабатываться своя параметрическая модель и свои собственные программы расчета и визуализации. На практике такой процесс требует совмещения знаний и опыта конструктора-разработчика и программиста, а это вызывает необходимость дополнительных затрат. Следующим шагом в решении проблемы преобразования конструкторской документации стали подходы, основанные на понятиях параметризации и модификации изображений конструкторских чертежей. Основная идея этих подходов заключается в том, чтобы рассматривать изображение конструкторского чертежа как единую структуру, которая подвергается целенаправленному изменению. По настоящее время продолжают разрабатываться принципы и методология параметрического описания чертежей и способы их модификации. Однако все ныне известные конструкторские системы, использующие средства, основанные на принципах параметризации и модификации, имеют существенные проблемы, которые связаны с недостаточным качеством изображения чертежа, получаемого в результате модификации. Главная причина существующих недостатков заключается в самой технологии автоматизированного черчения. Традиционные подходы, основанные на применении геометрических примитивов и графических элементов, делают модель изображения разбитой на отдельные фрагменты. В большинстве случаев эти фрагменты совсем не связаны с другими. Для визуализации изображения таких структур вполне достаточно, но принцип параметризации требует рассматривать чертеж как единую и целостную

структуру. Средства для такого представления чертежей во многих системах отсутствуют, а следовательно возможности процедур параметризации и модификации, наталкиваясь на значительные трудности, оказываются ограничены.

Развитие средств параметризации и модификации чертежей оказалось замедлено тем, что усилия большинства разработчиков были устремлены и продолжают стремиться в область трехмерного проектирования. Бурное развитие вычислительной техники сделало доступным использование ресурсов, необходимых для манипулирования с трехмерными изображениями на относительно недорогих аппаратных средствах. Однако применение систем трехмерного проектирования ставит несколько важных организационных вопросов в рамках процесса автоматизированного проектирования. В отличие от конструкторских чертежей объемное изображение разрабатываемого объекта не является документом, который должен быть использован для передачи информации в процессе проектирования и при хранении, в производстве и при контроле за изготовлением изделия. Следовательно, применение систем трехмерного проектирования должно подразумевать либо выпуск конструкторской документации, либо эксплуатацию в процессе изготовления изделия станков с ЧПУ. Однако следует учесть тот факт, что производство может осуществляться и без программно управляемых средств производства. Таким образом, даже в рамках трехмерной технологии проектирования роль и значение конструкторских чертежей не уменьшается.

Предлагаемая работа посвящена проблемам исследования и разработки конструкторской системы, основанной на идеях применения средств параметризации и модификации в рамках технологии двумерного проектирования. Так как огромный пласт работ конструктора может быть выполнен без применения достаточно дорогих средств трехмерного проектирования, то факт обладания конструкторской системой двумерной технологии, которая с достаточной степенью качества выполняла бы возложенные на нее проектные функции, представляется весьма важным элементом САПР.

Цель диссертационной работы заключается в исследовании методики параметрического описания и модификации конструкторских чертежей; способов построения комплексной системы автоматизации работ конструктора (САРК), сочетающей генераторный и вариантный подходы к формированию чертежей; способов организации модели чертежа и интерактивных графических средств (ИГС) комплексной системы; и в разработке, на основе этого исследования,

программных модулей, реализующих функции по формированию описания чертежа, которое обеспечивает в дальнейшем наиболее эффективную реализацию процессов параметризации и модификации.

Достижение указанной цели предполагает решение ряда задач:

1) исследование методик автоматизированного формирования конструкторских чертежей, постановка и обоснование проектных задач генерации и модификации изображений чертежей;

2) исследование теоретических предпосылок, проблем и способов решения задач параметризации и модификации чертежей;

3) исследование принципов построения и формирование концепции системы, обеспечивающей генерацию и модификацию чертежей;

4) исследование различных уровней и аспектов представления разрабатываемой комплексной системы и формирование ее архитектуры;

5) исследование способов программной организации компонент, поддерживающих архитектуру системы, реализующих функции интерактивных графических средств, обеспечивающих формирование модели чертежа.

Основные методы исследования. Для решения поставленных задач применялись теория параметризации плоских фигур, методы вычислительной геометрии и геометрического моделирования, методы интерактивной машинной графики, методы проектирования человеко-машинного интерфейса и программного обеспечения. Научная новизна.

1) Сформулированы и раскрыты правила, на основании которых может производиться модификация конструкторских чертежей. Предложен общий подход к решению задачи параметризации конструкторских чертежей. Определены основные этапы осуществления процесса модификации конструкторских чертежей. Выдвинуты требования со стороны вариантной подсистемы к организации структуры данных модели чертежа.

2) Предложено понятие и структура описания способа построения элемента чертежа, который определяет отношения привязки, геометрические и графические условия соотношений элементов чертежа. Предложено применение механизма ассоциативных деталей в процессе редактирования элементов чертежа. Этот механизм основан на использовании описания способа построения элементов модели чертежа.

3) Предлагается использование новой технологии "грубой модели" при начальном построении изображений чертежей. Технология "грубой модели" заключается в преобразовании эскиза чертежа в точно построенное изображение

при помощи средств автоматической параметризации и модификации. Сформирована архитектура системы автоматизации работ конструктора, позволяющая на внутреннем уровне поддерживать технологию "грубой модели".

4) Предложена схема организации диалога с пользователем, которая позволяет автоматически формировать и применять описание способа построения элемента при выполнении команд интерактивных графических средств.

5) Предложено создание баз графических данных, сформированных в виде описания параметризованного образа и наборов параметров, которые определяют конкретный вариант чертежа, а не файлов, описывающих только графическое изображение.

Практическая ценность работы. Значение результатов диссертационной работы для практики заключается в следующем:

1) применение системы автоматизированного формирования чертежей, основанной на принципе "грубой модели" позволяет освободить разработчика от рутинной деятельности по точному построению чертежей и, как следствие, сократить время цикла проектирования, повысить качество получаемых чертежей, за счет использования развитых средств модификации;

2) разработанные интерактивные графические средства позволяют унифицировать и структурировать вводимые пользователем данные, а также четко визуализировать процесс построений, осуществляемых при выполнении команд ИГС, что ведет к существенному повышению скорости работы пользователя, простоте общения пользователя с системой и его быстрой адаптации к различным предметным областям;

3) использование параметризованного образа и наборов параметров при формировании баз графических данных чертежей позволяет значительно уменьшить объемы сохраняемой информации, а также облегчить получение пользователем отдельных чертежей, конкретных типоразмеров и библиотечных элементов, что позволяет ускорить сборочное проектирование.

Реализация результатов работы. Научные и практические результаты диссертационной работы используются при разработке программных средств и модулей системы автоматизации работ конструктора (САРК), функционирующей на базе персонального компьютера типа IBM PC.

Технический эффект от применения практических результатов диссертационной работы подтверждается двумя актами о внедрении.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

• 5-ой международная конференция по компьютерной графике и визуализации в России, Санкт-Петербург, 3-7 июля, 1995г;

• ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПб ГЭТУ 1994-1996 гг.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ, из них три статьи и тезисы к двум докладам.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 60 наименований. Основная часть работы изложена на 161 странице машинописного текста. Работа содержит 31 рисунок и 8 таблиц.

Краткое содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются общие положения и основные проблемы, которые исследуются и решаются в диссертационной работе. Приводится структура и общее содержание работы по главам.

Первая глава посвящена анализу роли и места конструкторских чертежей в системах автоматизированного проектирования.

В этой главе обосновывается целесообразность автоматизированного формирования изображений чертежей, используя только средства двумерного проектирования, не применяя дорогие методики, основанные на получении чертежей из трехмерного представления разрабатываемых объектов. Предпосылками такого решения являются следующие факты: конструкторский чертеж является основным носителем информации в проектировании, в производстве и несет в себе информацию необходимую и достаточную для изготовления изделия; функциональные возможности системы, базирующийся на принципе создания отвечающей соответствующим стандартам совокупности чертежно-конструкторских и технологических документов, позволяют решать до 80% всех возникающих конструкторских задач; вместе с расширением возможностей трехмерных КС растет их собственная стоимость и стоимость их эксплуатации; в основе всех современных трехмерных КС либо лежит использование двумерных систем черчения, либо вместе с ними применяются КС двумерного проектирования; существует огромный объем ранее накопленных чертежей, которые представлены только на бумаге или в планарных графических форматах и которые должны быть эффективно использованы без создания своего цифрового трехмерного образа; работа по созданию трехмерных моделей

для ряда объектов не эффективна и не целесообразна, т. к. их изготовление либо может осуществляться без применения ЧПУ, либо в принципе не ориентировано на использование ЧПУ.

На основе анализа проектных процедур и операций, которые выполняет конструктор в процессе автоматизированного проектирования, сформулированы и обоснованы задачи: генерации изображения и описания чертежа; получения изображений и описаний сборочных конструкций; параметризации изображений чертежей; построения параметрического описания чертежа; преобразования изображения чертежа. Выявлены и исследованы некоторые методики решения перечисленных задач, которые применяются в действующих КС.

Вторая глава посвящена исследованию проблем, возникающих при модификации конструкторских чертежей. В этой главе анализируются аналитические предпосылки, формулируются правила, предлагается общая методика и определяются основные этапы построения параметрической модели чертежа и преобразования изображения чертежа.

Отмечено, что элементы чертежа можно разделить на три главных класса: геометрические элементы чертежа, элементы оформления чертежа и вспомогательные элементы. Геометрические элементы могут быть построены двумя различающимися путями: произвольным и вычислительным.

Определены основные проблемы процесса параметризации и модификации чертежей. На основании анализа выявленных проблем сделаны выводы о предпосылках осуществления процесса модификации чертежей. Это следующие выводы:

1) размерные обозначения на чертежах выступают геометрическими параметрами, которые полностью определяют геометрическую форму как всего графического объекта в целом, так и каждого составляющего этот объект графического примитива;

2) изменение формы примитива должно отражаться на величине характеризующих его параметров и, наоборот, изменение любого параметра должно влиять на геометрическую форму примитива, с которым он связан;

3) количество размерных обозначений, определяющих геометрическую форму графического объекта, ограничено и определяется составом и количеством графических примитивов, составляющих изображенный объект;

4) количество необходимых размерных обозначений (параметров), требуемых для определения формы объекта, уменьшается за счет совпадения характерных

точек различных графических примитивов и за счет использования условий взаимных отношений между примитивами;

5) необходимо выявлять для каждого элемента и чертежа в целом все их параметры на основании ограниченного количества использованных в чертеже размерных обозначений и учитывать условия взаимных отношений между элементами чертежа, координатной системой и используемыми размерными обозначениями;

6) необходимо использовать такой механизм параметрического описания изображения чертежа, который не зависел бы от схемы простановки размеров на чертеже;

7) в параметрической модели чертежа следует учитывать только параметры привязки элементов оформления и считать неизменными геометрическую форму и основные компоненты содержательной информации элементов оформления;

8) вариантная подсистема должна быть снабжена средствами, которые обеспечивают автоматизированное редактирование элементов оформления и при минимальных затратах труда конструктора позволяют изменить как схему простановки элемента оформления, так и содержательную информацию любых элементов оформления.

Сформулированы и раскрыты основные правила, на основании которых может быть решена задача модификации: недопустимость появления новых примитивов; сохранение взаимных отношений между графическими элементами, составляющими чертеж; действие размерных обозначений по глубине изображения чертежа; неизменность негеометрических атрибутов графических элементов.

Предложен общий подход к решению задачи параметризации конструкторских чертежей, который базируется на понятии координатных сетей чертежа: основной; размерной; вспомогательной. Определены понятия основной, размерной, вспомогательной сетей, элемента сети, а также определено понятие базовой точки чертежа и установлены критерии ее выбора. Предложенный общий подход заключается в следующем: установление соотношений между независимыми параметрами графических примитивов и размерными обозначениями; установление соотношений между зависимыми параметрами графических примитивов при помощи функций, определяемых условиями построения и условиями привязки; установление соотношений для параметров элементов оформления при помощи функций, определяющих их положение и формы представления содержательной информации, сохраняемой в параметрической модели элементов оформления. Выявлены возможные

проблемы, которые могут возникнуть в связи с установлением соотношений между элементами основной сети чертежа.

Определены основные этапы осуществления процесса модификации конструкторских чертежей. ;

1. Разделение геометрических и негеометрических атрибутов описания всех элементов чертежа.

2. Формирование описания основной, размерной, вспомогательных сетей чертежа.

3. Формирование описания количественных зависимостей связи между элементами основной сети.

3.1) Фиксация простых связей, определяемых линейными горизонтальными и вертикальными размерными обозначениями.

3.2) Фиксация связей, обусловленных радиальными и диаметральными размерными обозначениями.

3.3) Фиксация связей, обусловленных угловыми размерными обозначениями.

3.4) Фиксация связей, обусловленных линейными параллельными размерными обозначениями.

3.5) Распространение действия размерных обозначений между видами чертежа.

3.6) Фиксация связей, обусловленных условиями привязки и условиями построений элементов, составляющих основное изображение чертежа.

3.7) Процесс фиксации связей, обусловленных размерными обозначениями и условиями построений элементов, производится в цикле и продолжается до тех пор, пока все элементы опорной сети не будут охвачены параметрическими связями.

4. Формирование описания количественных зависимостей для элементов вспомогательной сети чертежа.

5. Автоматизированное редактирование элементов оформления.

Сформулированы требования, которые предъявляет вариантная подсистема к организации внутренних структур данных и модели чертежа САРК.

Третья глава посвящена формированию концепции разрабатываемой КС. Цель этой главы заключается в том, чтобы на основе анализа отдельных принципов, методик и механизмов как применяемых в действующих КС, так и предлагаемых, сформировать перечень положений, на основе которых будет строиться и функционировать разрабатываемая КС.

К разрабатываемой системе автоматизации работ конструктора (САРК) были предъявлены следующие основные требования.

1) Наличие в системе средств внутренней модификации чертежа создающегося интерактивными средствами.

2) Выполнение чертежей стандартных и покупных изделий не должно требовать создания программных макросов, т. к. чертежи таких изделий должны быть созданы путем модификации одного параметризованного изображения.

3) Изменение технологии формирования изображений чертежей. Предлагаемая технология "грубой модели" призвана сделать формирование чертежей более эффективным, за счет отказа от точного начального построения изображения и отказа от соблюдения масштаба строющихся элементов изображения. Технология "грубой модели" заключается в построении элементов, составляющих изображение чертежа, в одном соотношении и в дальнейшем преобразовании модели и изображения чертежа в необходимом конструктору направлении в соответствии с заданным набором параметров - размерных обозначений.

4) Создание баз графических данных, которые формируются в виде описания параметризованного образа и наборов параметров, которые определяют конкретный вариант чертежа, а не файлов описывающих только графическое изображение.

5) Основной средой функционирования САРК должна стать операционная система (ОС) МЗ-\ЛЛпс!о\/У5, т. к. эта ОС широко распространена, имеет значительный потенциал совершенствования и хорошо отражает общее направление развития операционных систем.

Концепция модели объекта проектирования САРК включает в себя следующие положения и принятые решения.

1. Множество элементов чертежа необходимо разделить по типам входящих в него элементов на: геометрические элементы; элементы оформления чертежа; вспомогательные элементы оформления чертежа. Необходимо выделить обобщенный или библиотечный графический элемент. Для разрабатываемой САРК были определены конкретные виды и типы элементов чертежа, которые должны быть реализованы.

2. Каждый элемент модели в своем описании должен содержать шесть видов информации. К этим видам относятся: структурная информация; топологическая информация; геометрическая информация; оформительская информация; реляционная информация; графическая информация. Реляционная информация представляет следующие отношения между элементами: принадлежности; геометрические; общепринятые отношения между

графическими объектами изображенными на чертеже (или графические соотношения).

3. Введено средство объектной привязки. Объектная привязка - средство получения характерных точек геометрических элементов, ближайших к месту указания пользователя. Для САРК был сформирован набор требуемых режимов привязки.

4. В САРК предлагается ввести понятие способа построения элемента. Способ построения представляет собой описание варианта построения элемента при ограничениях. Такое построение достигается путем выбора элемента подлежащего построению, типа налагаемых на него ограничений, а также параметров других (базовых) элементов, которые определяют выбранный способ построения. Факт наличия или отсутствия параметров позволяет полностью определить действие по построению, которое должно быть выполнено программным обеспечением. Предложена структура описания способа построений, которая включает в себя идентификатор способа построения, словосостояние способа построения и массив информационных структур объектной привязки.

5. Принято решение разделить средства манипулирования с элементами чертежа на два вида: системные инструменты и команды редактирования.

6. Особенность команд редактирования САРК заключается в использовании механизма ассоциативных деталей при преобразовании элементов. При выполнении какой-либо команды редактирования пользователь может указать нужно ли также перестраивать все элементы, построенные на базе преобразуемого. Также пользователь может указать должны ли перестраиваться элементы, построенные на основании ранее преобразованных. Иерархическое перестроение связанных элементов должно происходить согласно их способу построения.

Отмечены проблемы организации ИГС КС. Предложенный основной принцип организации ИГС САРК заключается в разделении функций, связанных с графическим диалогом пользователя, и функций, связанных с представлением элементов модели чертежа.

К вариантной подсистеме САРК предъявлены следующие требования: параметризация не только геометрических элементов, но и всех элементов оформления с целью полного преобразования изображения чертежа, а не только изображения профиля детали; возможность комплексного преобразования изображения чертежа с одновременным учетом всех управляющих параметров модели с целью получения законченного варианта чертежа; сокращение участия

пользователя в процессе параметризации и модификации чертежа с целью уменьшения количества возможных ошибок в модифицированном варианте чертежа; оптимизация работы пользователя с вариантами чертежей за счет сокращения необходимого числа размерных обозначений и других элементов оформления чертежа, используемых для описания изделия с целью минимизации информации подвергаемой модификации.

С целью удовлетворения предъявленных требований был определен ряд принципов параметризации и модификации в САРК: учет в параметрической модели чертежа ассоциативно заданных элементов, т.е. элементов, построенных с использованием отношений принадлежности, геометрических и графических соотношений; использование принципа интерактивной параметризации, т.е. формирование параметрических моделей должно происходить либо непосредственно в процессе построения изображения чертежа (параллельная параметризация), либо на базе ранее созданного графического файла описания чертежа (последовательная параметризация).

Выделены три категории процессов параметризации конструкторских чертежей: внутренняя; внешняя; параметризация сборочного (габаритного или монтажного) чертежа.

Четвертая глава посвящена формированию архитектуры разрабатываемой КС. Для того, чтобы описать архитектуру САРК, быпа произведена декомпозиция функций системы и каждому уровню функций была поставлена в соответствие модель САРК определенного вида.

Функциональная модель САРК представляет собой перечень внутренних функций системы. Эти функции имеют прямой аналог в интерфейсе программного обеспечения и непосредственно доступны пользователю при помощи средств диалога.

Структурная модель предназначена для описания и формализации отношений между функционально различными модулями системы. В структурной модели САРК выделяются функциональные модули, их иерархия и отражаются информационно-управляющие связи между ними.

Связующим звеном генераторной и вариантной подсистем выступает модель объекта проектирования. В подсистему генерации входят модули, предназначенные для построения геометрических элементов чертежей, элементов оформления чертежей, средств построения сборочных конструкций, а также вспомогательные средства построений. Вариантная подсистема включает в себя модули, которые обеспечивают выполнение внутренней и внешней

параметризации, параметризации сборочных чертежей, а также выполнение процедуры модификации. Модуль модели объекта проектирования состоит из описаний двух видов: внутреннего описания и параметрического образа.

Контейнерная модель САРК выражает общую концепцию создания программного обеспечения, которая основывается на принципе "модель-отображение-управление". Контейнерная модель САРК служит для выделения и описания иерархии программных модулей системы и отражает основные отношения вмещения одних программых модулей САРК в другие, а также дает представление о многооконной организации системы. Основой контейнерного представления является понятие документа САРК.

В качестве единой модели, где совмещаются полученные функциональная, структурная и контейнерная модели САРК, выступает программная модель САРК.

Программная модель САРК представляет собой объединение совокупностей иерархий наследования программных классов и множества управляющих и информационных взаимосвязей между ними. Разработанная программная модель включает в себя четыре функционально различных блока программных модулей.

Блок 1: "Связь с Windows" - интерфейс взаимодействия между САРК и средой Windows. Блок 2: "Интерфейс пользователя" - множество классов элементов интерфейса и схема взаимодействия между ними. Блок 3: "Модель предметной области" - система описания и взаимодействия с представлением конструкторских чертежей. Блок 4: "Интефейс предметной области" представляет собой иерархию интерактивных классов конструкторских примитивов и операций над ними.

Архитектура САРК представляет собой композицию четырех видов моделей системы: функциональной; структурной; контейнерной; программной. Эти модели отражают различные аспекты функционирования САРК.

Пятая глава посвящена вопросам разработки генераторной подсистемы КС. В этой главе анализируются возникающие в ходе разработки проблемы и задачи, исследуются возможные пути их решения, принимаются конкретные решения о структурах данных, методах и механизмах, которые должны использоваться в разрабатываемой КС.

Исходя из применяемых типов данных, способов их связей, а также методов хранения и доступа к данным, синтезирована структура данных модели чертежа. Всего в предложенной структуре данных модели чертежа предусмотрено девять следующих массивов: базовый (или индексный массив); три массива, необходимых для описания моделей отдельных элементов, способов построения

элементов чертежа и связей элементов по построению; пять контейнеров для координатной, числовой и оформительской информации по элементам чертежа. Назначение и состав информации, содержащейся в этих массивах рассматриваются подробно. Решены вопросы, связанные со способами: конвертации данных; включения в модель описаний новых элементов; удаления описаний элементов из модели. Сформирована система структур данных, предназначенных для описания параметров рабочей среды чертежа. Предложена структура формата файла чертежа САР К.

Интерактивные графические средства САРК разделены на команды ИГС и элементы ИГС. Базовый программный класс иерархии классов ИГС САРК предназначен для связи классов элементов и команд ИГС с рабочей средой чертежа. На основании произведенной декомпозиции задач классов элементов ИГС по уровням базового класса и прикладных классов определены комплексы функций, которые необходимо реализовывать в каждом конкретном программном классе элементов ИГС.

Сформирован базовый класс иерархии классов элементов ИГС, который обеспечивает выполнение общих для всех элементов ИГС комплексов функций: прорисовка изображения элемента; интерфейс с моделью чертежа -программным классом модели; генерация описания элемента; идентификация и привязка к элементам чертежа; интерфейс с классами команд ИГС и файловый интерфейс элемента.

Разработаны программные классы конкретных элементов чертежа: отрезка, ломаной, полимаркера, окружности, дуги окружности, эллипса, дуги эллипса, текста. Для каждого класса реализованы функции, которые выполняют: прорисовку элемента; идентификацию элемента и привязку к элементу; передачу данных между моделью и собственно классом элемента ИГС; передачу данных в классы команд ИГС и внешние файлы; расчет параметров элемента при его построении и редактировании. Исходя из анализа работы конструктора по интерактивному созданию изображения чертежа, для каждого элемента чертежа определен набор конкретных способов построений, реализация которых целесообразна. Рассмотрены вопросы программной организации библиотечных элементов. Предложены усовершенствованные методы взаимодействия с библиотечными элементами. Проанализированы проблемы построения элементов оформления и сделаны выводы, на основании которых разработаны эффективные модели и команды ИГС для работы с этими элементами. Для того, чтобы учесть особенности формирования элементов оформления предложено использовать понятие способа построения элемента.

На основании произведенной декомпозиции задач классов команд ИГС по уровням базового класса, базовых классов групп команд и прикладных классов команд определены комплексы функций, которые необходимо реализовывать в каждом конкретном программном классе команды ИГС.

Сформирован базовый класс иерархии классов команд ИГС, который обеспечивает выполнение общих для всех команд ИГС комплексов функций: взаимодействие с элементами интерфейса САРК; диспетчеризация сообщений, получаемых командой; реализация механизма динамической прорисовки; изображение вспомогательных элементов.

Команды САРК разделены на три группы: команды построения элементов чертежа; команды редактирования элементов чертежа; системные инструменты. Для каждой функциональной группы команд САРК целесообразно иметь свой базовый класс, который должен являться наследником базового класса иерархии команд ИГС.

Выявлены основные особенности, характерные для команд построения элементов: автоматическое формирование описание способа построения элемента чертежа и сохранение полученного описания в модели чертежа; целесообразно, чтобы в рамках одной команды осуществлялось построение единственного вида элемента чертежа.

Выявлены основные особенности, характерные для команд системных инструментов: взаимодействие с общими для всех элементов чертежа атрибутами; в рамках одного класса системного инструмента может быть реализовано несколько команд, которые могут выполняться как интерактивно, так и модально; выполнение команд стирания и восстановления должно быть согласовано с установлением или снятием признака действительности способа построения элемента чертежа.

Основные особенности, характерные для команд редактирования, связаны с влиянием на способ построения элемента; влиянием на элементы, которые были построены на базе редактируемого; влиянием на элементы оформления чертежа. Каждая команда редактирования была проанализирована и был предложен конкретный метод ее реализации.

Основные выводы и результаты работы

Проведенные исследования и выполненная практическая работа позволили

получить следующие выводы и результаты.

1. На основании анализа методик двумерного и трехмерного проектирования, видов конструкторских систем, применяемых в проектировании, а также задач, решаемых в процессе автоматизированного проектирования, была обоснована необходимость решения задачи модификации конструкторских чертежей на уровне внутренней модели объекта проектирования.

2. Рассмотрены теоретические предпосылки решения задачи модификации конструкторских чертежей. На основании этих предпосылок и анализа проблем, возникающих при параметризации чертежей, сформулированы основные правила, в соответствии с которыми должна осуществляться модификация чертежей. Предложена общая методика модификация чертежей. Определены основные этапы выполнения процедуры модификации и отмечены их характерные особенности. На основании выявленных особенностей процессов параметризации и модификации предъявлены требования к структуре данных модели чертежа со стороны вариантной подсистемы.

3. Установлен характер связей и выявлены виды взаимодействий между генераторной и вариантной подсистемами. Установленные связи и разработанные процессы взаимодействия подсистем объединены в концепцию разрабатываемой КС САРК-\Мпс)о\«з и обеспечивают наиболее качественное и эффективное решение задачи модификации конструкторских чертежей.

4. На основании сформированной концепции разработана архитектура САРК, которая обеспечивает модификацию конструкторского чертежа на уровне его внутренней модели. Архитектура САРК включает в себя функциональную, структурную, контейнерную и программную модели системы, которые определяют различные аспекты функционирования разрабатываемой КС.

5. Исходя из анализа системотехнических задач, возникающих при разработке КС, предложены конкретные решения по формированию модели чертежа в САРК, а также по организации рабочей среды.

6. Разработанная модель чертежа включает в себя структуру данных, которая обеспечивает описание графических элементов составляющих чертеж, а также отражает связи между элементами по условиям геометрических и графических построений. Условия геометрических и графических построений в САРК объединены в понятии способа построения элемента.

7. Сформированы состав и структура интерактивных графических средств КС САРК. Разработанные ИГС включают в себя программные классы элементов и программные классы команд. Команды ИГС разделены на команды построения, редактирования и системных инструментов.

8. Сформированная архитектура, синтезированная модель, разработанные ИГС и вариантная подсистема КС САРК являются компонентами, составляющими основу технологии "грубой модели" построения изображений конструкторских чертежей.

9. Разработанное программное обеспечение КС САРК-\Мпс!о\л/з позволяет повысить эффективность подсистемы генерации изображения конструкторских чертежей, а также значительно улучшает качество выполнения процедур модификации конструкторских чертежей благодаря тесной интеграции генераторной и вариантной подсистем САРК.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Ю. Т. Лячек, А. И. Герловин, С. Н. Павлов. САПР чертежно-конструкторских документов // Тез. докл. межд. конференции "Диагностика, информатика и метрология - 94" - СПб., 1993. - С. 95-97.

2. А. И. Герловин, Ю. Т. Лячек, С. Н. Павлов. Разработка САПР, параметризация и модификация чертежей //Автоматизированное проектирование в радиоэлектронике и приборостроении: Межвуз. сб. науч. тр.-СПб., 1994, с.70-77.

3. Лячек Ю. Т., Нахимовский Я. А., Павлов С.Н. Параметризация эскизов чертежей // Автоматизированное проектирование в радиоэлектронике и приборостроении: Межвуз. сб. науч. тр. - СПб., 1995. С. 55-60.

4. Лячек Ю. Т., Нахимовский Я. А., Павлов С. Н. Аналитико-синтетический метод формирования параметрических моделей конструкторских чертежей. - В кн.: 5-я международная конференция по компьютерной графике и визуализации в России, Санкт-Петербург, 1995г. "Графикон' 95". т. 1 - СПб., 1995. - С. 71-78.

5. Лячек Ю. Т., Нахимовский Я. А., Павлов С. Н. Алгоритмы параметризации. // Тез. докл. - В кн.: 5-я международная конференция по компьютерной графике и визуализации в России, Санкт-Петербург, 1995г. "Графикон1 95". т. 2 - СПб., 1995. - С. 17.