автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Исследования и разработка автоматизированной подсистемы параметризации конструкторских чертежей

На правах рукописи

005057260

Хасан Абдулла Ахмед Аль-Шайх

ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ПОДСИСТЕМЫ ПАРАМЕТРИЗАЦИИ КОНСТРУКТОРСКИХ ЧЕРТЕЖЕЙ

Специальность: 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования

(промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 3 ДЕК 2012

Санкт-Петербург - 2012

005057260

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) на кафедре систем автоматизированного проектирования

Научный руководитель:

кандидат технических наук, профессор, Лячек Юлий Теодосович

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, Лузин Сергей Юрьевич, технический директор и руководитель обособленного подразделения САПР Санкт-Петербургского филиала ООО "Эремекс"

Кандидат технических наук, Крупенко Денис Александрович, инженер-конструктор 1 категории ООО "НПЦ "Гранит"

Ведущая организация - Открытое акционерное общество "ОкеанПрибор"

Защита состоится 20 декабря 2012 года в 15-00 на заседании диссертационного совета Д 212.238.02 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) по адресу:

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина).

197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

Автореферат разослан 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность исследования определяется тем, что оно связано с приоритетным направлением модернизации и технологического развития экономики России и, в частности, с информационными технологиями и разработкой программного обеспечения, предназначенного для создания параметрических моделей эскизов и конструкторских чертежей, которые используются в различных областях при проектировании и модификации изделий любого назначения. Параметрические модели позволяют существенно ускорить процесс проектирования и производства новых изделий, так как обеспечивают однозначную двухстороннюю связь процессов проектирования, инженерных математических расчетов, технологической подготовки производства и средств изготовления этих спроектированных деталей и сборочных конструкций.

Объект исследования диссертационной работы являются процессы параметризации и параметрические системы автоматизированного проектирования машиностроительных изделий.

Предметом исследования методы автоматизированного создания параметрических моделей конструкторских чертежей.

Цель и задачи исследования - разработка подсистемы автоматизированного формирования параметрических моделей эскизов и конструкторских чертежей, которая позволяет модифицировать эти документы при изменении значений размерных параметров представленных в них объектов, что позволяет эффективно проектировать новые версии изделий.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие основные научные и практические задачи-.

1. Проанализировать современные системы автоматизации проектирования изделий машиностроения и выявить наиболее важные направления в области параметризации моделей объектов машиностроительных САПР;

2. Разработать общий алгоритм параметризации и модификации чертежей на основе использования метода аналитико-синтетической параметризации чертежей с созданием параметрической модели на базе формирования опорной и размерной сетей чертежа;

3. Разработать алгоритм дополнения параметрической модели чертежа за счет обработки угловых и параллельных размерных обозначений, установленных на отдельные и связанные между собой отрезки (при отсутствии и наличии дуг сопряжения на концах этих отрезков);

4. Разработать структуру подсистемы, обеспечивающую создание параметрической модели для чертежа детали произвольной конфигурации;

5. Разработать основные модули подсистемы параметризации;

6. Разработать комплект тестов для проверки работоспособности модулей подсистемы формирования параметрической модели чертежа.

Основные методы исследования

Теоретические исследования выполнены на основании системного анализа, теории параметризации, геометрического моделирования, методов теории САПР.

Экспериментальные разработки программных параметрических моделей выполнены на базе средств адаптации системы AutoCAD (языка Auto LISP, среды Visual LISP и языка DCL).

Научные положения, выносимые на защиту

1. Обобщенный алгоритм автоматической параметризации и модификации чертежей на основе использования метода аналитико-синтетической параметризации чертежей;

2. Параметрическая модель электронного описания чертежа в виде связанных опорной и размерной сетей этого исходного чертежа;

3. Алгоритм обработки неявных связей и механизм введения фиктивных размеров для реализации алгоритма обработки параллельных размеров, установленных на отрезки с сопряженными дугами;

4. Структура подсистемы формирования параметрической модели чертежа;

5. Комплекс программных модулей подсистемы, обеспечивающих создание параметрической модели чертежа;

6. Комплект тестов, обеспечивающих отладку и тестирование работоспособности разработанных программных средств подсистемы формирования параметрической модели произвольного чертежа.

Научная новизна заключается в разработке алгоритмов и методов обработки описаний эскизов и чертежей, обеспечивающих автоматическое создание параметрической модели произвольного чертежа, независимо от способа и последовательности формирования графических примитивов, составляющих изображаемый образ детали и типов установленных на нем размерных обозначений, а также в разработке структуры системы параметризации, ее модулей и тестовых примеров для ее верификации.

Практическая иенность работы заключается в создании программных средств, позволяющих создавать параметрические модели эскизов и конструкторских чертежей произвольных деталей. Применение разработанных средств обеспечивает существенное сокращение времени создания параметрических моделей для чертежей, созданных в непараметрических системах, и формирование на их основе конструкторских чертежей новых модификаций изделий.

Реализация и внедрение результатов работы

Теоретические и практические результаты диссертационной работы ис-

пользовались в ряде госбюджетных НИР, проводимых по тематическому плану СПбГЭТУ "ЛЭТИ" в 2010-2012 гг.

- по теме "Разработка теоретических основ модельного проектирования на ос нове парадигмы виртуальности" (шифр САПР-45, 2009-2010 гг.);

- по теме "Математико-логические основы построения сред виртуальных инструментов" (шифр САПР-49, 2012-2014 гг.),

а также в виде конкретных положений, методов, алгоритмов и машинных программ внедрены в учебный процесс, проводимый на кафедре САПР по дисциплинам «Автоматизация конструкторско-технологических работ» и «Геометрическое моделирование в САПР» на факультете компьютерных технологий и информатики и открытом факультете университета Акт, подтверждающий внедрение в учебный процесс, приведен в приложении.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и были одобрены на следующих конференциях:

- Международной конференции "Информационные технологии в профессиональной деятельности и научной работе ", г. Йошкар-Ола, 2009г.;

- Международной конференции "Информационные технологии в профессиональной деятельности и научной работе ", г. Йошкар-Ола, 2011г.

Публикации

Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 5 научных работах, среди которых 3 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК России, и 2 работ в материалах научно-технических конференций.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 57 наименований. Основная часть диссертации изложена на 146 страницах машинописного текста и содержит 61рисунок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко освещен предмет и объект исследования, обоснована актуальность темы диссертационной работы. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая ценность вопросы реализации и апробации работы. Кратко описано содержание диссертации.

В первой главе проводится анализ систем автоматизации проектирования изделий машиностроения, и выявлено, что одним из наиболее важных направлений ведущихся разработок являются исследования в области параметризации моделей объектов машиностроительных САПР.

5

Показано, что в соответствии с логикой современного проектирования изделий формирование параметрических моделей графических объектов, необходимо для построения чертежей вновь проектируемых (модифицированных) изделий. Создание таких моделей может выполняться либо путем предварительного создания соответствующих программ генерации чертежей (программная параметризация), либо в процессе интерактивного построения объекта проектировщиком (параллельная параметризация), либо на основе ранее сформированного графического изображения объекта (последующая параметризация) в требуемый момент времени.

В современных САПР дня создания параметрических моделей используются двухмерные и трехмерные модели. В двухмерных системах можно выделить позиционные, топологические и структурные модели, а среди трехмерных широко используются поверхностные и твердотельные модели деталей и сборочных конструкций.

Выявлено, что при создании параметрических моделей любого типа большое влияние играют вводимые ограничения. Ограничения могут быть размерными, топологическими, функциональными, логическими, а для чертежей -ЕСКД. Использование топологических ограничений сокращают общее количество размерных и функциональных ограничений, а логические накладывают ограничения на значение отдельных параметров формы в зависимости от значений других параметров. Полная система ограничений однозначно задает форму проектируемого изделия.

Существует множество подходов к обработке системы ограничений с целью модификации и построения вариантов модели. К ним относятся численные и символьные (в общем виде) методы решения алгебраических нелинейных уравнений, предикативные логические подходы, а также аналитические подходы с использованием графов.

Проведенными исследованиями выявлено, что одним из важнейших направлений разработки 20 конструкторских САПР является создания параметрических систем последовательной параметризации и, в частности, систем на основе аналитико-синтетического метода, которому и посвящена основная часть представляемой работы.

Метод аналитико-синтетической параметризации позиционируется в терминах приведенного в работе обзора как универсальная вариационная система, которая базируется на:

1. последовательной параметризации графического описания объектов;

2. сеточном топологическом представлении двухмерных моделей;

3. графовом методе обработки ограничений.

Во второй главе показано, чтобы обеспечить создание системы параметризации конструкторских чертежей необходимо, прежде всего, осмыслить те

основные проблемы, которые необходимо преодолеть при решении этой задачи. Кратко эти проблемы сводятся к следующим:

- большое разнообразие графических элементов, составляющих чертёж, множество способов и произвольность порядка построения элементов;

- использование в чертежах задания геометрических параметров графических элементов в различных координатных системах;

- неявное задание геометрических параметров большинства графических примитивов, в том числе использование многовидовых чертежей с распределением по отдельным видам обозначений, задающих форму объекта;

- возможное изменение состава графических примитивов, образующих чертёж, при значительных изменениях параметров.

Все эти проблемы могут быть решены при использовании аналитико-синтетического метода параметризации.

Общий алгоритм, реализующий метод аналитико-синтетической параметризации и модификации чертежей представлен на рис. 1.

Рисунок 1 - Общий алгоритм параметризации и модификации чертежей

На первом, подготовительном, этапе (блоки 1-5) осуществляется чтение файла описания чертежа, задание новых значений размерных параметров, анализ графических элементов, входящих в чертеж, разделение их на отдельные группы, исходя из их типов, с одновременным созданием опорных сетей (основной прямоугольных по осям X и У и вспомогательной угловой).

В начальном блоке первого этапа [блок 1] осуществляется решение общей задачи МАС-параметризации чертежа на основе файла его графического описания. Производится анализ этого описания и осуществляется разделение

сь т N гН Н

/ / 1 1

г к. > +

— '— -г

1 I

9 10 И осьХ

Рисунок 2 - Пример чертежа детали

Рисунок 3 - Нерегулярные опорная сеть чертежа по координатам X и У

чертежа (рис.2), из-за различного подхода к их обработке, на:

- основные, (которые также из-за разницы в обработке, делятся на группу (список) отрезков, группу дуг, группу окружностей, полилинии и т.п.), из которых непосредственно формируется образ детали, представленной на чертеже;

- вспомогательные, которые бывают двух типов:

1. Оси различного вида. Оси представляются осевыми линиями в виде отрезков, дуг и окружностей. Отрезки, относящиеся к группе зеркальной симметрии, в свою очередь, делятся на вертикальные, горизонтальные и наклонные, а дуги и окружности входят в группу центральной симметрии.

2. Размерные обозначения. Размерные обозначения бывают четырех основных типов: линейные, радиальные, диаметральные и угловые. По способу нанесения также выделяют несколько типов: линейные, от общей базы, от нескольких баз и идущие цепочкой. Линейные размеры делятся на горизонтальные, вертикальные, параллельные, повернутые, ординарные, базовые и размерные цепи.

- макросы или ассоциативные элементы, в которых относятся в первую очередь размерные обозначения разного вида, всевозможные технологические обозначения, сортируемые по типам, тексты примечаний, форматы с основными и дополнительными надписями;

После формирования групп графических элементов чертежа, переходим к

следующему блоку [блок 2], отвечающему за создание опорной сети графических элементов чертежа.

Создание опорной сети чертежа. Под этим понятием подразумевается нерегулярная прямоугольная координатная сеть, Каждый элемент этой нерегулярной координатной сети определяется положением (координатами) характерных точек всех графических примитивов исходного изображения детали (рис. 3). При этом вся сеть включает в себя основные ортогональные составляющие -горизонтальную и вертикальную, а также вспомогательную - угловую составляющую.

Использование опорной сети чертежа облегчает определение связей между ее элементами, т.е. создание параметрической модели чертежа. При этом процесс создания параметрической модели оказывается унифицированным и практически независимым от конкретного представления изображенной на чертеже детали.

В конце первого этапа [блоки 3-5] происходит процесс определения связей между элементами опорной сети по горизонтали В\У:Х, вертикали и по углу (процесс создания параметрической модели чертежа), который базируется на:

- выявлении в чертеже основных видов детали и определении расстояний между этими видами с целью установления параметров связи между элементами опорных сетей этих видов - так для элементов сети, соответствующих видам сверху и снизу устанавливается связь с видами слева, справа и сзади, и наоборот;

- определении базовой точки исходного чертежа;

- последовательной обработке всех установленных (имеющихся в чертеже) размерных обозначений;

- выявлении точек, породивших те элементы опорной сети чертежа, для которых после обработки размерных обозначений не были установлены связи с другими элементами сети.

Выявление видов. В основе алгоритма выявления в чертеже представленных видов детали лежит принцип автоматического определение видов чертежа (нахождения габаритов охватывающих прямоугольников, соответствующих отдельным видам). В результате определяется общее количество и взаимное расположение отдельных прямоугольников, соответствующих видам чертежа.

После определения всех видов по расстояниям между ними определяется (идентифицируются) численные связи между этими видами. Это делается для того, чтобы в процессе создании параметрической модели чертежа можно было бы переносить значения выявляемых связей по координатам X (для сети X) на соответствующий вид по координате У (в сеть У) или, наоборот, из сети У в сетьХ.

Определение базовой точки. От этой точки должен производиться расчет

модифицированного изображения чертежа. В качестве базовой точки всего чертежа (х6, Уб), положение которой не меняется при его модификации, принимается точка главного вида, которая либо лежит на оси его симметрии, либо является точкой центральной симметрии этого вида, либо с ней связано наибольшее количество линейных размеров, установленных параллельно осям координат. При этом элементам сети и ё\у:у6, которые связаны с этой точкой, сразу же присваивают значения, соответствующие ее координатам в исходном описании (чертеже).

Обработка простых связей. Определения связей между элементами опорной сети начинается с выявления, так называемых, явных (простых) связей за счет последовательной обработки всех линейных вертикальных и горизонтальных, а также радиальных и диаметральных размерных обозначений. Это обусловлено тем, что подобные типы размерных обозначений непосредственно устанавливают связи между элементами соответствующих сетей, связанных с этими размерами. При этом составляются параметрические модели в виде списков (или массивов) связей по соответствующей координате и в которые заносятся попарно те элементы сетей, для которых связь установлена после обработки каждого размерного обозначения. Элементы этих списков параметрической модели (далее списков модели) представляются в виде записей типа:

(сКу:х; ¿чг^ УУ„) или (с1ш:уа сЬу:уь УУаь), где УУу и УУаЬ - величины, соответствующие новым значениям размерных обозначений, задающие значение связи между соответствующими элементами

ортогональных сетей по оси X или У;

с!у/:х| < <1\у:х; , с!ш:уа < с!\у:уь, т.е. и УУу, и УУаЬ - положительны (больше

нуля).

Для контроля и оптимизации процесса формирования параметрической модели чертежа следует постоянно контролировать, какие из элементов опорных сетей и БЭД^У еще не обработаны, т.е. не включены в выходные списки связей.

если после первого этапа опорная сеть оказывается не до конца определенной, ее необходимо доопределить на следующих этапах.

На втором этапе алгоритма (блоки 6-13) процесс установления связей между элементами опорной сети связан с обработкой линейных параллельных и угловых размерных обозначений и должен выполняться в циклическом режиме. Это обусловлено тем, что порядок определения параметров сетей сильно зависит от структуры изображения и используемых в нем размерных обозначений. Поэтому определение некоторых элементов сетей может быть выполнено только после предварительного определения других.

Обработка параллельных размеров. Дальнейший процесс установления связей между элементами опорной сети связан с обработкой линейных парал-.

лельных и угловых размерных обозначений. Для решения задачи обработки параллельных размерных обозначений все имеющиеся в текущем чертеже параллельные размеры в соответствии с возможными способами их алгоритмической обработки были разбиты на четыре группы:

- одиночные размеры, устанавливаемые на отдельные наклонные отрезки;

- попарно связанные размеры, устанавливаемые на два отрезка, имеющих общую точку;

- связанные в тройки, в которые входят размеры, установленные на три связанных друг с другом отрезка, в совокупности образующие треугольники;

- особые случаи, куда следует отнести размеры, поставленные на отрезки, на конце (концах) которых находятся одна или две дуги сопряжения.

На третьем, завершающем, этапе (блоки 14-16) осуществляется модификация (перерисовка) изображения в соответствии с набором новых значений размерных обозначений. После перерисовки образа детали осуществляется: обработка элементов оформления чертежа (осей симметрии, размерных и технологических обозначений и других макросов).

В дальнейшем во второй главе предлагаются и достаточно подробно рассматриваются методы и алгоритмы обработки всевозможных вариантов установленных в чертежах параллельных размерных обозначений.

В третьей главе в соответствие с алгоритмом аналитико-синтетической параметризации и алгоритмами решения конкретных задач его этапов, была разработана подробная структура программной реализации этой подсистемы.

Основной функцией подсистемы создания параметрической модели чертежей является программа Depar. Это управляющая программа, которая определяет последовательность запуска и синхронизацию работы остальных программных модулей подсистемы параметризации, а также обеспечивает передачу данных между этими программами. Для реализации первого этапа алгоритма (см. блок 1, рис. 2) был разработан модуль, состоящий из программ Rasch, Srtris, Parinp, которые включают в себя ряд вспомогательных процедур.

Этот модуль (рис.4) обеспечивает формирование групп графических элементов чертежа: основных, вспомогательных и ассоциативных на основе анализа файла чертежа (внугренней структуры данных изображения чертежа, выводимого на экран дисплея системой AutoCAD) с использованием на начальном этапе работы диалоговых окон для интерактивного взаимодействия с конструктором. Модуль либо запрашивает имя текстового файла с заданными размерными значениями, либо анализирует размерные обозначения, присутствующие в текущем чертеже, и обеспечивает вывод их имен и значений в таблицу на экране. В случаях, если какой-либо размерное обозначение в исходной структуре данных не имеет символьного имени, модуль присваивает такому обозначению имя автоматически в соответствии с типом рассматриваемого размера (линейный горизонтальный, вертикальный, наклонный симметричный или несиммет-

ричный, радиальный, диаметральный или угловой), либо непосредственно в диалоге с пользователем конструктором. После вывода в таблицу интерактивный модуль предоставляет пользователю возможность отредактировать любое имя размерного обозначения и значение его величины в этой таблице данных.

Овраг

Rasch Srtris

I il + * *

Fndsym Valrzm Culrzm Change Znug

; '

Tprb8dp Tprb8dp

Parinp 1

Edranl

Culinp

Edrzm2

Prntbl

HZ

1 ;

Culrzm Prntbl

Ol

Рисунок 4 - Модуль формирования групп графических элементов чертежа

Полностью откорректированные пользователем имена и значения размерных обозначений могут быть при его желании сохранены в текстовом файле или использованы для создания параметрической модели чертежа и его модификации.

Рисунок 5 - Модуль создание опорной сети графических элементов чертежа

Модуль МкЬаее, отвечающий за создание опорной сети графических элементов чертежа, представлен на (рис.5). В сеть включаются координаты исходных характерных точек всех графических элементов чертежа, составляющих изображение детали - концов отрезков, центры, конечные и квадрантные точки дуг, центры и квадрантные точки окружностей. При этом структура этих сетей определена так, чтобы в ней могли быть отражены старые значения координат и, если известны, то и новые, модифицированные, значения этих координат. Если модифицированные координаты пока не известны, то их значение должно быть неопределенно, т. е. координата должна быть равна При этом старое

12

значение представляется в виде ключа - большого целого числа, значение которого в 10 или 100 раз большего исходной величины.

Это сделано для того, чтобы после определения новых значений можно было бы однозначно установить связь между старой и новой координатой характерных точек графических примитивов и получить (перерисовать) модифицированный чертеж.

Модуль определения связей между элементами опорной сети (Мкпе1р) по горизонтали вертикали и по углу представлен на рис.6.

Мкпеф

Рпскут

5гсЬ_А

—у

А<М_Р

8еагсЬ_А

АП£ри1

рпазу

Капй

ЫсИпк

Cгddep

Сгбр^

■1 г

А<1д_?г СЦ-Я!

маип

О^ер

Ср_Е1

Cгddep

Аг^ер

Angput

ОЫер

Теши- Cгddep

1-

Тз1рп{

сгаРи1

Crdput

Ал§ри1

Рисунок 6

-Модуль определения связей меаду элементами опорной сети 13

Четвертая глава посвящена разработке относительно простых, но эффективных тестов для выполнения проверки работоспособности программных модулей подсистемы и правильности формирования базовой, размерной и угловой сети чертежа и параметрической модели основных составляющих элементов чертежей сложных деталей. Для проверки работы модулей разработано свыше 50 тестовых примеров и различных наборов размерных данных для каждого из этих примеров. Ниже приводится часть из этих тестовых примеров

Тест 1. Служит для проверки отработки программных модулей, отвечающих за обработку различного сочетания точек привязки размеров к началу-концу соответствующего отрезка и поиска связей по одной сети, если известна связь по другой и параллельный размер, установленный на отрезок, связывающий эти точки (рис. 7).

Тест 2. Служит для проверки обеспечения нахождения связей точки 2 (общей точки двух связанных параллельных размеров) по обеим сетям (сЬух и

(рис. 8).

Тест 3. Используется для обеспечения нахождения связи общей точки для двух параллельных размеров по обеим сетям (X и У) при условии, что обе нижние точки треугольника находятся в размерной сети, так как на них стоят вертикальный и горизонтальный размеры (рис. 9).

Тест 4. Используется для обеспечения нахождения связей между вершинами наклонного треугольника, заданного двумя связанными параллельными размерами и углом между ними (рис. 10).

Тест 5. Используется для обеспечения нахождения неявной связи для среднего треугольника. Таким образом, вначале определяется длина основания среднего треугольника, а после этого находятся связи по координатам X и У для точки, соответствующей вершине этого треугольника (рис. 11).

Тест 6. Используется для обеспечения нахождения связей вершин треугольника по горизонтали при заданных угле треугольника и вертикальных размерах Ь1и Ь2 (рис. 12).

Тест 7. Служит для проверки правильной обработки отрезков с дугами на концах (рис 13).

Тест8. Обеспечивает проверку обработки многовидовых изображений и точек сопряжения отрезков и дуг (рис 14).

В заключении сформулированы основные научные и практические результаты работы.

■

Основные результаты работы

1. Разработан обобщенный алгоритм автоматической параметризации и модификации чертежей на основе использования метода аналитико-синтетической параметризации чертежей;

2. Обоснована и создана параметрическая модель электронного описания чертежа в виде связанных опорной и размерной сетей этого чертежа;

3. Разработан алгоритм обработки неявных связей и механизм введения фиктивных размеров для реализации алгоритма обработки параллельных размеров, установленных на отрезки с сопряженными дугами;

4. Предложена структура подсистемы формирования параметрической модели чертежа;

5. Создан комплекс программных модулей подсистемы, обеспечивающих создание параметрической модели чертежа;

6. Разработан комплект тестов, обеспечивающих отладку и тестирование работоспособности разработанных программных средств подсистемы формирования параметрической модели произвольного чертежа.

Список опубликованных работ по теме диссертации

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России:

1. Аль-шайх Хасан, Ю.Т. Лячек. Параметризация конструкторский чертежей. // Информационно- управляющие системы. - №1, с. 18-24,2010

2. Аль-шайх Хасан, Б.А.Абдулкадер, Ю.Т. Лячек. Установление связей между элементами базовой сети при параметризации чертежей. // Информационно-управляющие системы. - №5, с. 39-46, 2011

3.Аль-шайх Хасан,Лячек Ю.Т. Обработка параллельных размеров, установленных на отрезки с дугами сопряжения, при параметризации чертежей // Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ". -2011. - №6. - С.40-45.

Другие издания:

4. Аль-шайх Хасан, Ю.Т. Лячек. Параметризация и модификация электронных конструкторских чертежей:// Сб. материалов Всероссийской научно-практич. конф. с межд. участием. 2010 г. - Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет: в 2 частях - ч. 1, с.37-41.

5. Аль-шайх Хасан, Ю.Т. Лячек. Обработка параллельных размеров при параметризации чертежей:// Сб. материалов Всероссийской научно-практич. конф. с межд. участием. 2010 г. - Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет: в 2 частях - ч. 1, с.85-92.

Подписано в печать 16.11.2012. Формат 60x84/16 Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии ЗАО «КопиСервис». Печать ризографическая. Заказ № 1/1116. П. л. 1.0. Уч.-изд. л. 1.0. Тираж 100 экз.

ЗАО «КопиСервис» Адрес: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 3. тел.: (812) 327 5098

Введение.

1 ПАРАМЕТРИЗАЦИЯ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

1.1 Ограничения, используемые в моделях. ^

1.2 Классификация САПР машиностроения. ^

1.3 Программные параметрические модели для двухмерных

САПР.

1.4 Аналитико-синтетическая параметризация.

1.5 Выводы.

2 ПАРАМЕТРИЗАЦИЯ КОНСТРУКТОРСКИХ ЧЕРТЕЖЕЙ В САПР.

2.1 Параметризация чертежей.

2.2 Проблемы параметризации чертежей.

2.2.1 Разнообразие графических элементов, составляющих чертеж.

2.2.2 Задание параметров в различных системах координат. ^

2.2.3 Неявность задания геометрических параметров.

2.2.4 Изменение состава графических примитивов. ^

2.3 Разработка общего алгоритма подсистемы аналитикосинтетическои параметризации.

2.4 Выводы.

3 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ

ПОДСИСТЕМЫ КОНСТРУКТОРСКИХ ЧЕРТЕЖЕЙ.

3.1 Выводы. ИЗ

4 РАЗРАБОТКА ТЕСТОВЫХ ПРИМЕРОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПРОВЕРКУ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПОДСИСТЕМЫ.

4.1 Выводы.

Актуальность исследования определяется тем, что оно связано с приоритетным направлением модернизации и технологического развития экономики России и, в частности, с информационными технологиями и разработкой программного обеспечения, предназначенного для создания параметрических моделей эскизов и конструкторских чертежей, которые используются в различных областях при проектировании и модификации изделий любого назначения. Параметрические модели позволяют существенно ускорить процесс проектирования и производства новых изделий, так как обеспечивают однозначную двухстороннюю связь процессов проектирования, инженерных математических расчетов, технологической подготовки производства и средств изготовления этих спроектированных деталей и сборочных конструкций.

Объект исследования диссертационной работы являются процессы параметризации и параметрические системы автоматизированного проектирования машиностроительных изделий.

Предметом исследования методы автоматизированного создания параметрических моделей конструкторских чертежей.

Цель и задачи исследования - разработка подсистемы автоматизированного формирования параметрических моделей эскизов и конструкторских чертежей, которая позволяет модифицировать эти документы при изменении значений размерных параметров представленных в них объектов, что позволяет эффективно проектировать новые версии изделий.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие основные научные и практические задачи:

1. Проанализировать современные системы автоматизации проектирования изделий машиностроения и выявить наиболее важные направления в области параметризации моделей объектов машиностроительных САПР;

2. Разработать общий алгоритм параметризации и модификации чертежей на основе использования метода аналитико-синтетической параметризации чертежей с созданием параметрической модели на базе формирования опорной и размерной сетей чертежа;

3. Разработать алгоритм дополнения параметрической модели чертежа за счет обработки угловых и параллельных размерных обозначений, установленных на отдельные и связанные между собой отрезки (при отсутствии и наличии дуг сопряжения на концах этих отрезков);

4. Разработать структуру подсистемы, обеспечивающую создание параметрической модели для чертежа детали произвольной конфигурации;

5. Разработать основные модули подсистемы автоматизации параметризации;

6. Разработать комплект тестов для проверки работоспособности модулей подсистемы формирования параметрической модели чертежа.

Основные методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основании системного анализа, теории параметризации, геометрического моделирования, методов компьютерной графики, и методов теории и методов создания САПР. Экспериментальные разработки подсистемы формирования параметрических моделей чертежей выполнены на базе средств адаптации системы AutoCAD (языка Auto LISP, среды Visual LISP и языка DCL).

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Обобщенный алгоритм автоматической параметризации и модификации чертежей на основе использования метода аналитико-синтетической параметризации чертежей;

2. Параметрическая модель электронного описания чертежа в виде связанных опорной и размерной сетей этого исходного чертежа;

3. Алгоритм обработки неявных связей и механизм введения фиктивных размеров для реализации алгоритма обработки параллельных размеров, установленных на отрезки с сопряженными дугами;

4. Структура подсистемы формирования параметрической модели чертежа;

5. Комплекс программных модулей подсистемы, обеспечивающих создание параметрической модели чертежа;

6. Комплект тестов, обеспечивающих отладку и тестирование работоспособности разработанных программных средств подсистемы формирования параметрической модели произвольного чертежа.

Научная новизна заключается в разработке алгоритмов и методов обработки электронных описаний эскизов и чертежей, обеспечивающих автоматическое создание параметрической модели произвольного чертежа, независимо от способа и последовательности формирования графических примитивов, составляющих изображаемый образ детали, типов установленных на чертеже размерных обозначений, а также в разработке структуры системы параметризации, ее модулей и тестовых примеров для ее верификации.

Практическая ценность работы заключается в создании программных средств, позволяющих создавать параметрические модели эскизов и чертежей произвольных конструкторских деталей, представленных в электронном виде. Применение разработанных средств обеспечивает существенное сокращение времени создания параметрических моделей для чертежей, созданных в непараметрических системах и формирование на основе этих моделей конструкторских чертежей новых модификаций изделий.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы в виде конкретных положений, методов, алгоритмов, машинных программ внедрены в инженерную практику и в учебный процесс, проводимый на кафедре САПР в процессе обучения бакалавров в курсе "Геометрическое моделирование в САПР", подтверждающий внедрение, приведен в приложении.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и были одобрены на следующих конференциях:

- Международной конференции "Информационные технологии в профессиональной деятельности и научной работе г. Йошкар-Ола, 2009г.;

- Международной конференции "Информационные технологии в профессиональной деятельности и научной работе ", г. Йошкар-Ола, 2011г.

Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 5 научных работах, среди которых 3 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК России, и 2 работ в материалах научно-технических конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 57 наименований. Основная часть работы изложена на 146 страницах машинописного текста. Работа содержит 61 рисунков.

4.1 Выводы

1. Важнейшим этапом создания системы параметризации чертежей является формирование совокупности тестовых примеров, позволяющих учесть произвольный порядок создания различных видов деталей на чертежах, использование для этого различные графические примитивы, разные методы их формирования, а также применение различных размерных схем.

2. Предложены тесты, обеспечивающие обработку примитивов и размерных обозначений, выявляющих независимость формирования параметрических моделей от направления формирования примитивов и привязки к ним размерных обозначений.

3. Разработаны тесты, обеспечивающие формирование параметрических связей при обработке вертикальных, горизонтальных и угловых размерных обозначений.

4. Сформированы тесты, обеспечивающие обработку различных групп параллельных размерных обозначений (одиночных, попарно связанных и связанных в тройки).

5. Предложены тесты для выявления неявных связей как по координате X, так и по координате У.

6. Сформированы тесты для обработки многовидовых чертежей, содержащих изображения основных видов детали.

7. Созданы тесты для обработки элементов изображений, вязанных с квадрантными точками дуг и окружностей, а также с обработкой элементов ортогональной симметрии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем,

1. Анализ состояния современных систем автоматизации проектирования изделий машиностроения показал, что одним из важнейших направлений разработки конструкторских систем в настоящее время представляется развитие систем и методов параметризации и, в частности, создания систем последовательной параметризации чертежей.

2. Предложен обобщенный алгоритм автоматической параметризации чертежей на основе использования метода аналитико-синтетической параметризации, при котором параметрическая модель электронного описания чертежа формируется в виде базовой ортогональной сети чертежа с установленными между ее элементами связями, которые определяются значениями используемых в чертеже размерных обозначений.

3. Разработаны алгоритм создания опорной сети исходного чертежа, алгоритмы определения основных видов и связей между ними по соответствующим координатам, выявления базовой точки чертежа, а также алгоритмы создания параметрической модели за счет последовательной обработки простых связей - вертикальных, горизонтальных линейных, радиальных и диаметральных размеров, а также алгоритм выявления неявных связей.

4. Предложены алгоритмы дополнения параметрической модели за счет обработки угловых и параллельных размерных обозначений с использованием введенного механизма фиктивных размеров, а также обработки особых точек (касания, пересечения) и элементов ортогональной симметрии.

5. Разработана структура и комплект основных модулей подсистемы, которая обеспечивает автоматическое формирования параметрической модели чертежа на основе реализации аналитико-синтетического метода.

6. Разработаны тесты, обеспечивающих отладку и тестирование работоспособности программных средств подсистемы формирования параметрических моделей. Тесты обеспечивают проверку независимости формирования параметрических моделей от направления формирования в чертежах примитивов и привязки к ним вертикальных, горизонтальных и угловых размерных обозначений. Они предназначены проверяют корректность обработки различных групп параллельных размерных обозначений (одиночных, попарно связанных и связанных в тройки), выявления неявных связей, обработки многовидовых чертежей и элементов изображений, связанных с квадрантными точками дуг и окружностей, а также обработку элементов ортогональной симметрии.

V/

1. Автоматизированное проектирование: Геометрические и графические задачи / В. С. Полозов, О. А. Будеков, С.И.Ротков и др. М.: Машиностроение, 1983. 280 е.,ил.

2. Аль-шайх Хасан, Б.А.Абдулкадер, Ю.Т. Лячек. Установление связей между элементами базовой сети при параметризации чертежей. // Информационно-управляющие системы. №5, с. 39-46, 2011

3. Аль-шайх Хасан ,Лячек Ю.Т. Обработка параллельных размеров, установленных на отрезки с дугами сопряжения, при параметризации чертежей // Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ". -2011. №6. - С.40-45.

4. Аль-шайх Хасан, Ю.Т. Лячек. Параметризация конструкторский чертежей. // Информационно- управляющие системы. -№1, с. 18-24, 2010

5. Баяковский Ю.М.,Галактионов В.А.,Михайлова Т.Н.ГРАФОР. Графическое расширение ФОРТРАНа. М.: Наука, 1985. - 288 е., ил.

6. Большаков В.П. Инженерная и компьютерная графика: Практикум. -СПб.: БХВ-Петербург, 2004. 592 е., ил.Герасимов A.A. Автоматизация работы в Компас-График. - СПб.: БХВ-Петербург, 2010. - 608 с.

7. Борисов С.А., Смолянинов В.В., Терентьев М.Н. Способы создания параметризованной геометрической модели. http://www .cosmos.com.ru/articles /param.html

8. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука. 1980. - 976 с.

9. Бугрименко Г.А., Лямке В.Н., Э.-К.С. Шейбокенс. Автоматизация конструирования на ПЭВМ с использованием системы AutoCAD. М., Машиностроение, 1993. 336с.

10. Голованов H.H. Геометрическое моделирование. Изд-во Физико-математической литературы, 2002. - 472 с.

11. Гореткина Е. Обзор САПР: вчера и сегодня // PC Week Russian Edition САПР №02/2003.

12. М.Гридин В.Н. Теоретические основы построения базовых адаптируемых компонент САПР МЭА. М.: Наука, 1989.

13. Далека В.Д., Деревянко A.C., Кравец О.Г., Тимановская Л.Е. Модели и структуры данных.// Учебн. Пособие. -Харьков: ХГПУ, 2000. 241с.

14. Демьянков В.З. Параметризация // Краткий словарь когнитивных терминов / Кубрякова Е.С., Демьянков В.З., Панкрац Ю.Г., Лузина Л.Г. Под общей редакцией Е.С. Кубряковой. М.: Филологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 1996. С.118-123.

15. Единая система конструкторской документации. Общие правила выполнения чертежей. -М.: Изд-во стандартов, 1983. 216 с.

16. ECK Д. Общие правила выполнения чертежей. М.: Стандарты, 1988г.-240 с.

17. Жарков Н.Б., Минеев H.A., Прогди Р.Г. KoMnac-3D, vil. Полное руководство. М.: Наука и техника, 2010. - 688 е., ил.

18. Зуев С.А., Полещук H.H. САПР на базе AutoCAD как это делается. -.СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 1168 с.

19. Киндук М. Работа в системе проектирования KoMnac-3D, vil.- М.: Эксмо, 2010.-512 с.M

20. Климачева Т.Н. AutoCAD 2010. Полный курс для профессионалов- М.: Диалектика, 2009 1088 е., ил.

21. Копорушкин П.А. Модули ввода и обработки параметризованной геометрической информации / П.А.Копорушкин // Научные труды IV отчетной конференции молодых ученых УГТУ-УПИ. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. С 93-94.

22. Копорушкин П.А. Создание и обработка параметрических моделей геометрических объектов / П.А.Копорушкин, А.А.Петунин // Научные труды УШ отчетной конференции молодых ученых УГТУ-УПИ. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. С 368-370.

23. Кормен Т., Лейзерсон Ч., Ривест Р. Алгоритмы: построение и анализ М., «Вильяме», 2008. - 1296 с.

24. Корсаков B.C. Автоматизация проектирования технологических процессов в машиностроении. -М.: машиностроение, 1985. 304с., ил.

25. Кузьмин Б., Хараджиев В. SprutCAD: особенности национальной параметризации // САПР и Графика № 09 2001 год.

26. Лузин С.Ю., Лячек Ю.Т., Петросян Г.С., Полубасов О.Б. Модели и алгоритмы автоматизированного проектирования радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры: учеб. пособие. СПб.: БХВ-Петербург, - 2010. - 224 с.:ил.

27. Лячек Ю.Т., Голышев И.В., Смирнов C.B. Обработка параллельных размеров в описаниях чертежей // Труды межд.научн.практ. конф."Системы и средства передачи и обработки информации" Одесса, 4-9 сентября 2001. С.111-113.

28. Лячек Ю.Т., Изумрудов Д.О., Цветков П.Д. Автоматизация проектирования механических конструкций: Учебн. Пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2001. 60с.W

29. Лячек Ю. Т., Нахимовский Я. А., Павлов С. Н. Аналитико-синтетический метод формирования параметрических моделей конструкторских чертежей / Труды 5 межд. конференции по компьютерной графике и визуализации "Графикон-95", С-Пб., 1995, том 1, с. 71-78.

30. Макачев А. Сканеры для САПР и ГИС. М.: Электронный офис (газета для специалистов по автоматизации управления, инд. 32509, http://www.vest.msk.ru\eo), декабрь 1996, с. 10-11.

31. Мартин Д. Планирование развития автоматизированных систем. М.: Финансы и статистика, 1984. - 196 с.

32. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000.

33. Осипов В.К., Чекмарев A.A. Справочник по машиностроительному черчению. М.: Высшая Школа, 2008. -493 е., ил.

34. Осокин Ю. Mechanics LT полное соответствие ЕСКД.// САПР и графика . -№ 1,2000.

35. Острейковский В.А. Теория систем. М.: Высш.шк., 1997.

36. Параметризация анализ по прессе в Интернете, http://vm.msun.ru /Vectorwi/Vbsdoc/Parametr.htm.

37. Полещук H.H. AutoCAD: разработка приложений, настройка и адаптация. -.СПб.: БХВ-Петербург, 2006. 992 с.

38. Полещук H.H. Visual LISP и секреты адаптации AutoCAD. -.СПб.: БХВ-Петербург, 2001. 576 е., ил.

39. Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Под ред. Э.Т.Романычевой. -М.: Радио и связь, 1989. 448 е., ил.

40. Роджерс Д., Адаме Дж. Математические основы машинной графики. М.: Мир, 2001.-604 с.

41. Ушаков Д. Технологии вариационного проектирования для разработкитипичных приложений САПР. Июль 2007, ЗАО "ЛЕДАС".

42. Шпур Г., Краузе Ф.-А. Автоматизация проектирования в машиностроении. -М.: Машиностроение, 1988. 648с.; ил.

43. Fudos I. and Hoffmann С.М. A graph-constructive approach to solving systems of geometric constraints // ACM Transactions on Graphics, 16:179-216, 1997.

44. Inozemtsev A.N., Troitsky D.I., Bannatyne M. W. McK Parametric Modelling: Concept and Implementation // Proceedings of the IEEE International Conference on Information Visualisation. July 19-21, 2000, London, England, pp. 504-509.

45. Leea K.-Y., Kwonb O-H., Leec J.-Y., Kimd T.-W. A hybrid approach to geometric constraint solving with graph analysis and reduction. Advances in Engineering Software 34 (2003) 103-1 13.

46. Rosen D. Parametric modeling http://www.srl. gatech.edu /education /МЕ6104 /notes/ParamModel/ParamModeling.html.

47. Sitharam M., Oung J.-J., Zhou Y., Arbee A. Geometric constraints within feature hierarchies. 2004