автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Методологические основы автоматизации разработки и выполнения проектно-конструкторской и другой графической документации РЭА на базе компьютерных технологий

í Пре-зкди

ВАК. Poccm ß

й Присудил ученую степень

ДОКТОРА

. á/Щт/Уышк управления ВАК Россий

/

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи

РОМАНЫЧЕВА ЭЛЬЗА ТИМОФЕЕВНА

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ РАЗРАБОТКИ И ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКОЙ И ДРУГОЙ ГРАФИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ РЭА НА БАЗЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и

производств

Диссертация

в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора

технических наук

Москва, 1997г.

/3 IV

Работа выполнена в Московском Государственном институте электронной техники (техническом университете).

Официальные оппоненты: Член-кор. Академии Транспорта РФ профессор, доктор технических наук Кудрявцев Е.М.

Доктор технических наук, профессор Казуров Б.И.

Доктор технических наук, профессор Коледов Л.А.

Ведущее предприятие: Научно-исследовательский институт точного

машиностроения

Защита состоится "¿V" /^Ях 1997 г. в Ш час. На заседании диссертационного совета Д.053.02.04 Московского Государственного института электронной техники (технического университета) МГИЭТ (ТУ) по адресу: 103498, Москва К- 498, МГИЭТ (ТУ).

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке МГИЭТ (ТУ).

Автореферат разослан " /Ч " 1997

г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук,

доцент

Б.Г. Виноградов

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования. Качественное и своевременное изготовление конструкторской, технологической и др. графической документации является главной предпосылкой высокоэффективного производства. Чертежи деталей, сборочные чертежи, технологические маршрутные и операционные карты изготовления деталей и их сборки, расчетная документация, управляющая информация для станков с ЧПУ и др. - все это документы, необходимые для производства изделия. Компьютерная технология получения этих документов, а также графических изображений, сопутствующих конструированию и изготовлению изделия, может быть применена на всех этапах производства. На этапе выбора конструктивных решений - оптимизация решения, оценка вариантов изделия с использованием информационной базы; конструкторского проектирования - создание геометрической модели и чертежей; технологического проектирования - наполнение модели технологическими данными, разработка технологической документации; организации и управления производством - формирование данных о материальных и информационных потоках производства; изготовления - создания управляющей информации для станков с ЧПУ; оценка качества изделия - сравнение требуемых характеристик и т.д.

Применение компьютерных технологий способствует ускорению выпуска изделий, сокращению материальных затрат на их изготовление, обеспечению качества и гибкости производства. J

Так на этапе конструирования конструктор может быть освобожден от трудоемких, иногда однотипных, чертежных работ, которые на автоматических устройствах выполняются качественнее, точнее, быстрее. За компьютером облегчается оформление конструкторских документов, насыщенных изображениями стандартных, типовых и унифицированных составных частей, например, документации

на изделия РЭА: принципиальных, функциональных и других схем; печатных плат, модулей, приборов, электронных устройств (блоков, стоек, шкафов, пультов и т.д.); модернизация существующих конструкций (частичное изменение, а не создание принципиально нового). Работая за компьютером, конструктор имеет возможность оперировать большими объемами информации, в том числе графической. Использование пространственного компьютерного геометрического моделирования позволяет по геометрической модели получить необходимые чертежи, рассчитать различные массоинерционные характеристики изделия и его технологические параметры. Геометрическая модель в этом случае является неотъемлемым элементом САПР. Обмен информации в системе осуществляется на основе внутримашинного представления объекта, общей базы данных, что способствует эффективному функционированию программного обеспечения САПР конкретного изделия.

Вопросы автоматизированного проектирования применительно к изделиям различных отраслей промышленности, а также компьютеризации дисциплины инженерной графики опубликованы Б.Н. Добренько, A.C. Маликом, Г.Г. Казеиновым, И.П. Норенковым, В.А. Селютиным, B.J1. Толстых, Ю.М. Елшиным, Д.И. Томашевским, Г.П. Вяткиным, Ю.В. Котовым, H.H. Крыловым, В.И. Михайленко, B.C. Полозовым, A.M. Тевлиным, С.А. Фроловым, A.A. Чекмаревым и др. Анализ публикаций, в том числе диссертационных исследований показал, что практически отсутствует литература, посвященная специально автоматизации разработки и выполнения конструкторской документации, тем более ориентированной на изделия электронной техники. Разработка методологических основ, комплекса материалов по изучению, развитию и применению компьютерных технологий для выполнения проектно-конструкторских графических документов, которой посвящена данная диссертация, развивает и дополняет

исследования перечисленных авторов, представляет сложную научную проблему и является своевременной и актуальной.

Работа над данной проблемой соискателем ведется с 1978 г., когда в нашей стране ею мало кто занимался, особенно в вузах. Книги и научные труды соискателя (см. список публикаций) практически были первыми, ориентированными на автоматизацию разработки и выполнения конструкторской документации (АКД) радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и имели большое влияние на внедрение компьютерных технологий как в производственный процесс, так и в преподавание графических дисциплин. Кроме того, научные и практические наработки соискателя создали почву для внедрения компьютерных технологий в другие области графических работ, например, визуализация данных (иллюстративная графика), компьютерный дизайн. Инженеры, владеющие знаниями по этим вопросам смогут, используя компьютерные технологии, графически оформить результаты исследований, расчетов и другие данные; разработать дизайн изготавливаемой продукции, подготовить соответствующую рекламу и презентацию, разработать дизайн интерьера офиса, т.е. решать проблемы, стоящие перед ними в рыночных условиях.

Цель исследования. Целью работы являлась: разработка научных и методологических основ автоматизации разработки и выполнения проектно-конструкторской и другой графической документации РЭА на базе компьютерных технологий.

Для достижения поставленной цели было выполнено следующее: На первом этапе (1975-1985 г. г.) проведен анализ литературы и практики изготовления проектно-конструкторской документации РЭА. Разработаны и изданы учебные [1...10] и справочное [11] пособия, в которых впервые сформулированы научные основы методологии по разработке и оформлению конструкторской документации на

интегральные микросхемы (гибридные и полупроводниковые), печатные платы, электронные устройства на унифицированных несущих конструкциях. Разработаны и изданы учебные пособия с заданиями для студентов вузов и методической и информационной базой для выполнения.

Результатом второго этапа (1978-1996 г. г.) стало обобщение возможностей программных и технических средств компьютерной графики и разработка принципов обеспечения двумерного моделирования: созданы и внедрены высокоэффективные обучающие тесты по графическому редактору AutoCAD, выбранному в качестве базового;

исследованы и реализованы в промышленности и учебной работе методы разработки систем АКД - систем-надстроек над базовой графической системой, базирующихся на средствах двумерного геометрического моделирования;

разработаны и внедрены в промышленность и учебный процесс системы-надстройки АКД над графической системой конструирования AutoCAD: для формирования чертежей деталей из конструктивных элементов; система-надстройка, позволяющая по чертежу-образцу типовой детали получать чертежи этого класса изделий с помощью интерактивной параметризации; система-надстройка разработки и выполнения сборочного чертежа электронного устройства на параметрически управляемых несущих унифицированных конструкциях со стандартными изделиями и другими составными частями; система-надстройка, обеспечивающая оформление электрических принципиальных схем с автоматическим получением перечня элементов; системы-надстройки выполнения чертежей интегральных полупроводниковых микросхем и печатных плат;

подготовлены и изданы книги, программы [12...23], включающие методологию разработки систем АКД, методические и

информационные материалы для разработки систем АКД конкретной ориентации как в производственных, так и в учебных условиях.

На третьем этапе (1995 - 1997 г. г.) впервые создается комплексная методология разработки (КД) с использованием пространственного компьютерного геометрического моделирования. Написаны и изданы учебное пособие [24] и монография [25], содержащие программный и методический материал по разработке КД на базе твердотельного пространственного моделирования, обеспеченного средствами АиШСАО-12 и следующими версиями.

Научная новизна. В исследованиях автора:

1. Впервые разработаны теоретические и методологические основы создания и практической реализации систем АКД изделий РЭА на базе компьютерных технологий.

2. Впервые написаны и изданы учебник [23], справочник [18], учебные пособия [12... 17, 21, 22], монография [25], ориентированные на разработку конструкторской документации на базе компьютерных технологий.

3. Впервые разработаны методологические основы формирования чертежей на базе компьютерного пространственного геометрического моделирования.

Теоретическая значимость исследования состоит в разработке научных и методических основ создания систем АКД, позволяющих разрабатывать системы-надстройки любой ориентации над базовой графической системой (графическим редактором).

Практическая значимость заключается в проведении ряда работ [83...87, 89...98] по заказу научно-исследовательских и промышленных предприятий и внедрению их результатов; издании в центральных издательствах целого ряда книг и статей в журналах, позволивших по отзывам промышленных и научных организаций

существенно поднять уровень выполнения конструкторских работ в нашей стране и ускорить внедрение предложенных автором диссертации методик, информационных и методических материалов по разработке и выполнению КД РЭА и другой ориентации как в производственной деятельности, так и в учебных условиях. Впервые все приведенные выше материалы внедрены в учебный процесс в Московском институте электронной техники и ряде других вузов.

Внедрение результатов исследования. Основные результаты работы получены и внедрены при проведении под научным руководством и непосредственном участии автора 15 НИР [84...98] и других работ, обеспечивших создание принципиально новых методов формирования проектно-конструкторской и другой графической документации, позволяющих успешно применять конкретные средства автоматизации в учебных условиях, конструкторских и технологических бюро и способствующих применению современных технологий организации инженерного труда. Результаты исследований нашли широкое внедрение и практическое использование в вузах и предприятиях радиоэлектронной промышленности. Так, внедрены:

1. Методологические основы формирования чертежей на базе двумерного и пространственного геометрического моделирования. Принципы построения систем надстроек для формирования конструкторской документации. В/ч 35533. Акт внедрения от 22.09.97 г. ООО "Форвит". Акт внедрения от 26.09.97 г.

2. Технология интерактивной параметризации, обеспечивающая получение чертежей функциональных элементов. ООО "Форвит". Акт внедрения от 26.09.97 г.

3. Системы-надстройки автоматизированного изготовления чертежей типовых деталей дисковой и грибковых фрез и др. изделий, получения комплекта документации на технологическую оснастку. В/ч

35533. Акт внедрения от 22.09.97 г. АОЗТ "Апогей". Акт внедрения от 9 сентября 1997 г.

4. Программно-методический комплекс для освоения AutoCAD. НПО "ВОСТОК". Акт внедрения от 22 сентября 1997 г.

5. Учебно-методический комплекс дисциплины "Инженерная и компьютерная графика". Опробован и реализуется в учебном процессе в МИЭТ с 1978 г. по настоящее время. Акт внедрения от 25 сентября 1997 г.

6. Лабораторный практикум по автоматизации чертежно-конструкторских работ. Акт от 16.01. 1986 г., МИЭМ.

Основные положения диссертации опубликованы в центральных издательствах "Вышая школа" и "Радио и связь", в том числе в учебнике, учебных пособиях, справочниках и монографиях.

Внедрение результатов диссертации позволило автоматизировать процесс разработки и выполнения рабочей документации на проектируемые системы, что привело к сокращению сроков выполнения проектных работ, повышению производительности труда, улучшению качества конечного продукта. Предложенные технологии позволяют выработать новые подходы к процессу разработки графической документации широкого диапазона.

Апробация исследований. Основные положения диссертации обсуждались на международных и Российских конференциях (г. г. Москва, Санкт-Петербург, Севастополь, Симферополь, Устинов, Новосибирск и др. [56...82] ) и получили положительную оценку. За представление работы на ВДНХ получена бронзовая медаль.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 98 работ, в том числе: учебник для вузов, обучающих по направлениям "Информатика и вычислительная техника", "Конструирование и технология электронной аппаратуры" и специальностям "Системы автоматического проектирования", "Электронное машиностроение", "Радиотехника";

учебных пособий - 19; справочное пособие и справочник по разработке и оформлению конструкторской документации РЭА - 2; монография - 1; статей - 31; тезисов докладов на международных и Российских конференциях - 28; научно-технических отчетов НИР под руководством соискателя - 16.

Личный вклад автора. В диссертационной работе обобщены результаты теоретических, экспериментальных, методических и внедренческих исследований, выполненных автором как самостоятельно, так и вместе с коллегами по совместной работе в МИЭТ (ТУ) на кафедре "Инженерная и компьютерная графика".

Соискателю принадлежат:

- постановка проблемы в целом и задач научных и методических исследований, определение подхода к компьютеризации выполнения проектно-конструкторских и других графических работ как к самостоятельной научной проблеме, базирующейся как на теоретической, так и методологической основе;

- определение структуры системы автоматизации разработки и выполнения чертежно-конструкторских работ (системы АКД) как совокупности методического, информационного, технического, программного и организационного обеспечения;

- разработка методологических основ построения основных компонентов систем АКД - ориентированных на конкретное изделие систем-надстроек над базовой графической системой (графическим редактором): информационной базы и интерфейса пользователя, обеспечивающих диалог с компьютером в интерактивном режиме и в привычном для конструктора графическом виде;

- написание в учебнике, справочнике, учебных пособиях разделов, аналогов которым в опубликованных ранее изданиях не было: они посвящены методологии разработки и оформления конструкторской

документации изделий РЭА (интегральных микросхем, электронных блоков и др.), в том числе с применением компьютерных технологий. Содержащийся в них материал предназначен для студентов вузов (приведены учебные задания) и для разработчиков проектно-конструкторской документации в промышленности;

- написание статей, отчетов НИР, подготовка докладов по направлению исследования и выступления на международных и Российских конференциях и симпозиумах;

- разработка и внедрение в учебный процесс в вузах радиотехнической и микроэлектронной ориентации методологии преподавания дисциплины инженерной графики на базе компьютерных технологий; разработка учебных программ и структуры учебно-методического комплекса их реализации;

- постановка задачи и ее реализация по внедрению в учебный процесс основ компьютерного дизайна, обеспечивающих подготовку специалистов, способных на базе компьютерных технологий: разработать рекламу и презентацию; выполнить обработку и визуализацию научно-технических, экономических и др. данных; использовать настольные издательские системы; спроектировать изделия согласно требованиям технической эстетики; оформить интерьер помещения и т.д., что значительно расширяет область применения компьютерной графики в практической деятельности чело�