автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Повышение эффективности конструкторских САПР путем использования системы распознавания машиностроительных чертежей

Мпияотэротво науки,зиспой пколи а тсшшчоской политики Российской Задерет. .1 1"оскозскпП ордаиа Трудового Красного Зяешш? стэикопистругонталыпЛ кистктут

Не пргэзп рукошса

Никулин Декм Влхтазгропзч Ш 668.512:519.711.3:60.3.ОЗУ(043.3)

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОНСТРУКТОРСКИХ САПР ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИСТЪЪЫ РАСПОЗНАВАНИЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ЧЕРТЕИЯ

Специальность 05.13.16 - применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов э научных исследованиях.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени квидвдата технических паук

Москва 1992

Работа виполизко на ка^адро "Дэтс^-'алггц;:.-,! тсхиологичоокнх процоосов" Косаосокого сркана Тру! гхзго Красного Затмами атаиаоькструкоитплыюго |и;э?::туто>

Паучий,'; рукогоднтель - доктор •гокничоокмй «зсук профессор Митрсфпиэл С.Г.

Поучз;:ай консультант - кандидат текничсокк;: и;,ус Пикуиоа А. Д.

0£нцн.аль»г:з сгпо::знт»1- до кто;» тск:::гчс.ак:::: исдо про^вааор Прокоров Д.О. - кандидат той«;гчапй::я м;;'«; Попоо Д.Р.

Ввдувдв организация - указана с расэиии опсц;> ализироазииого оозото

диссертация ооэтомтоя "_" 1682г. а_^¡сл.

и-') адаедвшш сгкчлиализкроиоимого оо2,1?с К. 063.42.04 пг ученой отопзнм кандидате •¡г<а»имчаакг1а науи и Ссаховоком стамхошгзтрукантепьном скатмута по одгузоу« 103333, г. Коск;а, Садхокомга г,-р., 3&.

С }'.:.оаор».-«.цивй маяно оанакюсггьоя ц

А^торг^зрат разослан *_"_1952г.

учукир Сок«та,

ПмЦ^НТ

метарь апс-.ц^елнэь'росагигаго .•:£д::дат тахмичзсишх (¡аух;

Его?оо С.Я.

.4*7 »

' \

ОБЩАЛ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуалыюоть,

Одакм из основных направдвшй! интенсификации проьашшнного производства являем« повышение производительности п качества процесса проектирования ВОВЫХ Т8ХШ5Ч9СШС СрвДСТВ, Неиболзе ЭНаЧИТвЛЫШв результата э этом направлении получены при переходе от автоматизация отдельных этапов проектирования к использоватю енотом автоматизированного проектирования (САПР) о помогав современных средств вычислительной техники.

В настоящее время многие предприятия осуществляй* переход к автоматизации конструкторской деятельности, сталкиваясь прл этом с необходимостью использования уге пмевдихся конструкторских разработок, в основном хранящихся ва бумажных носителях информации, которые не могут быть зспользованы в САПР. Для автоматизации этой грудоемхой п нетворческой работы применяется перевод зудеотвувдих чертежей в машинную форму представления 1утем использования специальных устройств получения метрового изображения, называемых сканерами. Информация »лученная со сканера представллет растровое изображение [ не может быть в дальнейшем использована для [роектирования из-за большого объема и сложности юследущей обработки. Для возможности дальнейшего :спольэования эта информация должна быть представлена в

форма векторного изоОрвкошш н струкгурировапс прз помощ! си'-тоьл распознавания чертекзй в мгкшостроогаз: (СРыЧ).

Актуальность задачи распознавания ыашшостроП'Гельшх чортекой обусловлена даоОходшэстьи повизонкя кечостса с производительности процесса проектирования. При использовании СРМЧ как подсистем САПР е^фокт ногат бить получэк но только за счет улучгогаш качостоо, по к ее счот гаггенскфжешз; процзсса прозктнровшкл.

Цолью дассертацшшоП реготц являогся эф&окипшостк и качаема конструкторски С/Л? щхеи использования сксхога распознавшая мь;£2:оо«ро:;хольклз: чэртекзЕ ка:; подсксто::.! САПР.

Для досяеаиуя еостышшноК цзл:: рзга^ «идуг^о зодочп:

1. Прогони и&лга

р;споо1ШЕщ;:;п оорззои с точки ор;-ю;г» гх^лтж ио ь САШ' и ц^чсстсо Еодс1:с:с;:л.

2. ССор-'-ул^розгис и ^„с, распознавай:«: и:._.<1:остро::тслыгз: ч„р:гс,V.; го разработок илод г: сргихоктурс

3. Рсзработь^ кожи* ш'о^х;.'-:, рсспозяевсш:« иа^аа^отт'^х:

Нзучшй

На основам; яроадзи..^: в сссгргсц;.эи:о2 р^Оого ПССЛОДОППЕ;^: получек с&гдус^з шг^о р^зуль-гг:;:.

I. продкогли и гоеаловза ш: прзпроцзссор прогрс;^Л модуль, ерзооразоезт:» расхро-эо

полученное сканером в структуру данных С?НЧ, ©уикцконирувдей а качества подсистема САПР или автономно. 3. Реввна задача распознавания конструкт рекой к технологической информации на машиностроительных чертежах as основе использования метода взаимокоррекции растровой я графической информации.

3, Р качестве постпроцэссора разработана система пвреметриэвцш детали, возводящая проводят? конструкторски оперещгз пал формаль^дез паргвдтрахя. Метода исследовавв?:.

Для репэшщ йозяэдакшдх задач использовались мэгогзг проектирования творки сжтш систем, теории .графов, теориз коначвдх автоматов, лингвистического анализа.

Пренткчзская ценность результатов работ заключится з ?огг;опност'<! ¡ns непосредственного использования на стедаи азтомзтизировенного проектирования для р!саоэЕ8ва1Ш нзздаостроитольннх чвртегвй. Рвзрвботепннв м»тода, алгорятга и прегради позволяют сократить срохи и повысить ócs49ctbo яровктироввпия, снизить его трудоемкость. Реализация работы.

Результаты диссертационное работы была использованы при создании СРМЧ в Научко-иссладовательской лаборатории ИНАП при Московском стащюинструментальном институте. Апробация работа

Освошшэ результата работа обсуждались и докладывались на семинаре Международного компьютерного клуба "Систему автоматизированного проектирования" (23 янв. 1991г. г. Москва); на заседаниях кафедры

"Автоматизация технологических процассо»" Московского стаяскоинструментального института а 1991-92Г. Структура и объем диссертации.

Диссертационная работе состоит из вбэдення, чатарах разделов, заключения, излоканг на 67 страющах машинописного текста, содержит 31 рисунок, cnacos литературы из 103 наименований и 3 щшоазшя.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана октуолыюсть работ, формулируется научная новизне в основные роэультеп» работы, которые выносятся на заадту. Дано содорзотольпоо определение системы распознавания шшшостроитольшя чортэсэй, как комплекса ярогрешных средств, позволяют прообразовать растровое иэоброяекко иашпостронтольЕого чортеже о структурированное векторное прэдставлошхэ,' содорквцее помиш геомзтраческоЯ, - конструкторскую с технологическую кайормацшо.

Первая глава посвящена енализу опуб/шкоБсаг^: Еаучвс-штодаческвх материалов по проактцровешв в САПР в суцлствувдш система распознавания, фэрмулгровко цэлой с вопроссм постановки задач исследования. Проведан тg:ceo анализ суцоствуюизх систем распознавания.

Га венке проблзка автоматкзаща прооктеровсгшя с помощь® ЭШ осЕОШвается на слоте мной содхода, т.о. на создаша; к внедрении САПР, роиагадх пзсь коглплокс задач от анализе задания до разработки полного ооъсиа

конструкторской в технологической документации, Это достигается за счет объединения совремешай технических средств и математического обеспечения, параметры и характеристики которых выбираются с максимальным учетом особенностей задач проектпо-конструкторского процесса.

Наиболее сложной инженерной деятельностью для автоматизации, является конструирование машин. Разработка теории и методов конструирования находится эше а начальной стадии. Пока автоматизированы различные вычислительные операции, связанные с конструирована-;, ч сожалению эти расчеты пока не связаны с сувдмаувддан CADD (Computer Aided Design and БгаШпвЬсистемвми,

Также s существуют* САПР не предусмотрена возможность использования уке имеющихся конструкторских разработок находящихся у пользователей. Существующие устройства перевода изображения с бумажного носителя в машинную форму представления информации, порождают растровые изображения колоссальных размеров, которые могут быть использованы только для визуализации. Для дальнейшего использования эта информация должна быть представлена в форме векторного изображения и структурирована при помозк системы распознавания чертежей а машиностроении.

В настоящее время значительная часть предприятий отечественного машиностроения осуществляет переход от использования в качестве аппаратной баз« в САПР больших машин к использованию персональных компьютеров. Такой переход выдвигает на повестку дня необходимость создания СРМЧ для персональных компьютеров, что означает повышение

траСований к быстродействию и пользовательскому интерфейсу таких систем.

На сегодняшний день не существует систем распознавания, ориентированных на распознавание машиностроительных чертежей на базе персональных компьютеров.

Итак, анализ показывает, что до сих пор на найдено удовлетворительного решения проблемы перевода машшостроитолышх чертовой с бумажного носителя в малинное представление в фор»», предоставляющей возможность использовать результат на дальнейших этапах автомвтизировашюго проектирования.

Во второй главе проводятся формализация оодочп распознавания магшостроитолышх чортокой, вводится ц описывается метод взагмокоррокцип растровой и грефичоской информации.

Прл разработке САПР технических (в частности технологических и конструкторских) систем проблема формирования входной информации (текстовой, графической к т. п.) становится езсшо актуальной, поскольку шбор представления и переход к нему оказывает сусестсошюс влияние па качество и сроки проектирования.

Большшство методов преобразования конструкторской и технологической ш:фор.мац:ш в компьютерную форму основано на оплетши структура объекта средств£,п, предоставляемыми конкретными САПР, и таким образом системно-зависимо. Такая зависимость затрудняет передачу моделей, представляемой в САПР информации, меаду различ1шми системам!, поскольку пв существует единой

формы представления, и обусловливает необходимость перекодирования данных яри передаче изображений.

Опыт э)^плyвтaции САПР показывает, что значительную чаоть времени при проектировании технического средства конструктор тратит на рутинные операции вычерчивания, используя для этого существующие чертеаные системы.

При разработке нового технического средства конструктор зачастую пользуется уже существующими решениями. В большинстве случаев для шс применения он вынужден Орать из архива документов предприятия или справочного каталога готоеый образец и перерисовывать его о бумаги в используемую чертежную систему. Основные затраты времени в этом случае приходятся но рутинные операция рисования геометрических примитивов.

Таким образом, стоящая перед пользователем конструкторской САПР проблема имеет двоякий характер. С о£еой стороны нужно средство, позволяющее быстро переносить информацию с бумажного носителя в машинную форму, а о другой стороны необходима возможность изменния суг.эстзуггЕГО в машинной форме представления детали без затрат sa ?го перерисовку.

Реализация этих требований позволяет конструктору набегать ввнуявого змчврчгзавия прз провктарованш я заменить забор из каталога ждя архива обравджем к безэ данных и забору из see соответствующего чертеаа, сведя такта образом процесс проектирования к редактировано параметров.

ЗрадацпонЕке методы распознавания обладают рядом существенных недостатков, не позволяете их з полной veps

использовать при создании реальных систем. Основным недостатком является то, что методы являются глобальными и работают над полным изображением, и, следовательно, требуют выделения такого количества ресурсов и приводят к необходимости такого количества вычислений, что могут быть реализованы только на супер-компьютерах, Помимо того вти методы являются универсальными, что не учитывает специфики предметной области. Такое игнорирование предеметной области гсрнаодат к росту ошибок распознавания. Сущее гвишшм недостатком является в игнорирование, получмтой на ранних стадиях распознавания, информации о распознанных объектах, что является дополнителышм источником ошибок.

Иряшлешше выше недостатки традициошш кэходоз в иеобходиость а "разработке их эквивалента позволил автору сформулировать метод взаимокоррекциа растровой а граЮТеской инфоил'-ндаи в распознавании машшостроимлыш чертежей; результаты распознавания изображения в ездэ изометрических примитивов анализируются на целостность, а ъ случае возникноьения конфликтных ситуаций проооявтея ср^тюние и при необходимости корректировке геометрической информации в соотвотсвии с растровый НЗО0)'.->4-;НИ0М. -

(.•становимся подробнее на содержании кэтода, Б 51{.<>цоссо распознавания создается множество простых геометрических элементов, содержащее отрезки прямых, дуга I* полчя;г;шм. На еле душем этапе пря анализе этого из простых геометрических элементов образуются ч"ч,-'5.гц ¡¡чр.-л. их восстановление проводится, исходя из

геометрических соображений. Если при анализе возникают конфликтные ситуации, то для их разрешения дополнительно используется растровая информация об изображении.

В третьей главе рассмотрены модели и алгоритмы применяемые а СГМЧ .Вводится параметрическая модель представление данных, используемая в системе.

Формирование СРМЧ строится но модели, содержащей "геометрическое*' ядро, а также конструкторскую и технологические оболочки.

Геометрическую часть составляют прямые, дуги и полилшш. Такое представление ядра позволяет полностью описать исходное изображение. Текстов»« надписи, содержащиеся на чертежах ив включены в юле ль из за сложности распознавания, и при необходимости вносятся сользозателзу на этапе редактирования.

Воступетаэ в систему нэоСрашшо подвергается првдварегмяьзоз обработка, которая улучиает «го качество, за счет подавлеазм ,ку«а а строит контур изображения.

Полученная из этелэ предварительной обработки пйормацяп^ попользуется э качестве исходной для раеггоэяэпэпля геометрических ггр>й.ятнвов. Первоначально, использул быстрое преобразование- Фурье, на воображении гндялшотся участки прямых. Алгоритм распознавания следугшгй.

1. Подготовить входные данные а соответствии с условиям Сртмм.

2. Нспо гьговэтъ цепней код, п?.<екгзгП период» р(1),р(2)....р(К). я

•П-

mld - (p(I)+p(2)+...+p(k))/lc (3.1)

Если р(1) или р(К> малы по сравнению о mld уделяем яе из последовательности и изменяем nid и к. Сформировать последовательность Ш).

Пусть q(J) - p(I)+p(2)+...+p(J)+2*3 (3.2)

где J - 1,2.....К и N - наимзньпая степень 2 Оольпая tum

рагная 2*(q(K)+I), тогда для 1 « 0,1,2,...,N-1

хЦ) « I, еелн i » 0,q(I),q(2),,..,q(k) (3,3)

■ О-в противном случае. Эе Ней,те дискретное преобразована» &yj»o дез последовательностг 2(1).

Нубть Г (иэл) - иахегмальная шшпуда ез i(n), г£э в » 1,2,.,. I. к-'а

1(в)-2: (3,4)

i"0

i (а)»1-кГ3 <»w/H)q(14e-J (2 W/H)q(2 )в+ _ <+e-J (2 ^/H)q(k)a

(3.5)

4, Зыш (e1ü-!?/!bot-2 ) ке прэвшгает вабракное пороговое 3HS49SSS. то рассмвтргвееэшя цвпзоа код является отрезком

Исгкшзувзгнй алгоритм содэржг простые с яочкя в?»нкя exopoesa зачгслензя операцяк к позволяет быстро

здаэгэйадярозагь отрезка прямах лшеа на кзоораазша.

•Il-

Пооле пахоздония отрезков пряшх на изображении необходимо сняв лить дуги. Для 9 тих ц9лй был применен итерационный алгоритм, предлоетшгый Кухлем, который был модифицирован автором для использования з СИП.

1. Для всех рассматриваема криволинейных учасков контура L находятся области lj., пмэщиэ одинаковую КрЗПЙЗПУ Pi.

Ь «{lî,,..,ln} (3.6)

2. Зслй кривизна соседагах участков не превшзот пороговое зпачэппэ то участки принадлзка? одной дуге и

объздштэтся.

(Pi - PIC) < (3.7)

3. Саг 2 глкшшатся для всох соседних участкоз контура.

Вез осталыше объекта пзобрзшшя, которые но являются отрззкЕ»а пряллс и дуг ста, распознаются как полплпкэтл.

По восстопозлзшюй гео!.'.зтрэтескоЗ информация, на осповэ .-гптглспггэского анализа, строятся конструкторская и тохполопизскзя модели объекта.

Получэпная информация об объекта я соответствующих ciy рзз!.гзрзз, позволяет провзстя епалпэ проставлешшх рэсмэрсз пэ полноту п выделить па чертога Супкщтонзлышз эл-гс'згл, псггзезпгз которых в дзлыю йпом позволит изменять

ПАРАМЕТРИЗАЦИЯ МОДЕЛИ РАСПОЗНАННОГО ЧЕРТЕЖА

рис.1

иишеммм

йэо0рея»нйа без перечерчивания только зе счет изменения эгах ©ункщшельных элементов, называема параметрами.

Э оспоЕв анализа ленят параметризованная модель яэобрезэшш, содеряащая ягвБормацпв о всех типах размеров, прасутстзувдзх на чэртеса, яг значениях я статуса. Статус рззмзра определяется пользователем, которая з диалоговом рзкггэ определяет, какие аз присутствующих на чертеге, растра могут э дальнейзем Сыть нзшезеы, я сяздоаэтзлыю, опясапа как паремзтра.

Посла эадаяая параметров размерные цепя сиэлизярувтся на налнчае избыточных разгаров, которое ирз обяаруезЕза удаляются.

Иргглзр парамэтрпзяцпз распознанной лзталз показан па ро.1.

Чэтсзртая глава рас5оты посвящена вопросил рвадлзают прэдлогетшх гзтодоэ распознавания в зяда прогро:-?г:сго глгзшкез, :?лэгсдго пэрзрхичоский пользовательский гятерфейс.

Зздэча , рэалязпцян разработанных »а то до в в СРМЧ оаклвчеэтея п создашь такого программного модуля, которая, являясь частью конструкторской САПР в тогз время позволял С:! ого пэзавастое использование. При этом пзскЗголп^) оргоЕзаовать связь как с прэдаествукешп, так

л

п с послздуе~г?я подсистемам САПР.

Являясь подспто!»й САПР, СПИ долам поддерятать со пгЗормэнгояпуп иодвль п обеспэчавать совмэстгтюсть и кзлостпость детых в спстенэ, где пеходаой информацией является рзстропоэ пзоора^егпгэ, получешюэ с устройства сгсагглрозпггдл п.з путем создают шхмЗраглгшл в

-IS.

пкгквдйся CKCS8K3. квйормацконвов Ервдстоэлзш» результате опрдэ.метск гоформацквй, яоэволявдзё дэяакейнэе редактирование в ysa существувднк сясимах коетьютерного проектирования, о использованиям вовх средств графической обработки и вывода изображения.

Наиболее аффективна эксплуатация СРМЧ, как подсистема в составе конструкторской САПР. В эхом сдучее к^ормецконная связь с САПР осуществляется i. данны«.

Анализ функционального наполнения СРИЧ определил организацию диалога с пользователем как одетому кзрархнчеекмх шню. Для корректировки рззультвта пользователю предоставляется возможность вносить исправления путем редактирования.

Для использования результатов прз вослэдуЕзги вроактироваюв: применяется парамотрачэский анализ цодвк в 'модуле параметризации. Результата паракэтрзчаского анализе могут храниться, как »лемонтк бози даншх, обеспечивая быстрый доступ к компактное хранэакэ.

ОСНОВШЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Проведенный анализ существующих САПР показал, что до сих сор не найдено удовлетворительное решение проблемы перевода машиностроительных чертежей о бумажного тштзлл в машинное представление в форме, лро доставляющей возможность использовать результат на дальнейших »талах автоматизированного проектирования.

-162. Сформулирована з формализована задаче распознавалки мготпостроительгаи чертояей. Определено маем СР1Н в САПР как подсистема САПР. Опрзделеио структура исходит п рззультируюя дзгсгих.

3. Прздлопзн гффзкттизтод сосстанойлзкая ггг^ор на мзгзйстройтолышх чгртеяаз. !!зтод поэсоллет пэ только восстановить п:формэ1С19 об пзобртаггз за прпзелгемое для пользователя врзпя, по и улугягь гссчастао восстепоалзиного кгсбрзгешя по ервдолпп с ~сходшя1 за счет ензллза получэтзэгося рэзу.^тетт.

4. Псогэдзпэ здгптацтл хппсс:г!зскпх гэтодоп рзспоспрзясл ггоуэтртюсгах рр-гятглоэ для СП?!, •^тгапоггруглзЗ п рзадыюм врзпп.

5. С'злзно постспогко зз.гз1!"! ;:осстгшовло1г:гл :,С1:стру:г;;р-;'.о:'; т^'яуг&г. ".г:с гр:г:^ггшского рззборз

Г':":эр:гого контура. .Тля рзгзют задочч рззрзботги пдгорзтм опрэдол.знгл гзп растра.

С. Л-"! •"ог'трстгм проокхгсго рзггггя гепользогекп

ОС'Т"3(У.1*4" ~ . 1ГТ>ОС"Т ;^''ЮГ'1" ЮЛЫ'.О 33

г:г^г?г:*.'2 гг.: р^гпроз, ошеаншх как

** ^ р ** * тг * *

?. о? предлоязппне

гэтодоз п гостропнгого пз г.~ осг.оп прогрг:зс:ого гх;'лл:::сз ргсЕоззоажд ггггтострсгггояьпп: портзг»!: .'гхглзтеп ггогг.гзт ггспзспз прс:::х:"гп рэг,з:п^, про:1згз."":тз.~'-"-;с,гг трудз :.рз":':::ро: -—л, г.зчзстзз гя?слгг.'г2 гг.'угзптзди.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Никулин Д.В., Папурин М.В. Параметрические модели в системах автоматизации конструироавния а.пя ПЭВМ.// "Научно-технические аспекты автоматизированного проектирования" Конференция молодых ученых и специалистов, М., Мосстанкин, 1989 г.

2. Никулин Д. В. Системы распознавания машиностроительных чертежей в САПР.// Конференция Международного компьютерного клуба "Системы автоматизированного проектирования" М., 1991г.

3. Никулин Д.В., * Бикулоп С.А. 30-СА00| средства рабочих станций для персональных компьютеров,// Бюллетень информационных технологий НИ. ВИМИ, 1991г.- с. 12-16.

4. Никулин Д.В. Представление машиностроительных чертежей в САПР.// "Средства машинной графики в САПР" научно-практ. конф.'- Минск, -1990. - с. 78-7Б,