автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Разработка методов и средств поддержки реинжиниринга изделий в САПР корпусной мебели

На правах рукописи

ЩЕКАЛЁВА Анна Александровна

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПОДДЕРЖКИ РЕИНЖИНИРИНГА ИЗДЕЛИЙ В САПР КОРПУСНОЙ МЕБЕЛИ

Специальность 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

7 НОЯ 2013

Воронеж 2013

005537606

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» (ВГЛТА).

Научный руководитель: Зольников Владимир Константинович,

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Афоничев Дмитрий Николаевич,

доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный аграрный университет им. Императора Петра I», заведующий кафедрой электротехники и автоматики

Лячек Юлий Теодосович,

кандидат технических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)», профессор кафедры систем автоматизированного проектирования

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный технический университет»

Защита диссертации состоится « 22 » ноября 2013 г. в 10м часов на заседании диссертационного совета Д 212.034.03 при ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ауд. 146.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия».

Автореферат разослан « 18 » октября 2013 г.

Ученый секретарь в /

диссертационного совета Анциферова Валентина Ивановна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Используемые в настоящее время САПР корпусной мебели ориентированы на серийное и единичное (индивидуальное) производство мебельных изделий. Другими словами, они реализуют традиционную парадигму проектирования, в рамках которой процесс разработки изделия завершается подготовкой полного комплекта проектной документации, требуемого для изготовления изделия в заданных технологических условиях. При необходимости внесения изменений в разработанный проект, как правило, порождается новый процесс проектирования, который, возможно, будет выполнен быстрее, но, тем не менее, должен включать в себя все стандартные стадии и этапы.

В условиях позаказного промышленного производства корпусной мебели процесс разработки изделий представляется двумя стадиями - инжинирингом и реинжинирингом. В ходе инжиниринга формируется прототипная модель изделия, которая на стадии реинжиниринга доопределяется или частично переопределяется в соответствии с конкретными требованиями заказчиков. Таким образом, в процесс реинжиниринга, выполняемый обычно при приёме заказа, вовлекается заказчик - конечный потребитель мебели, инициирующий изменение ряда свойств проектируемых изделий. При этом возникает ряд задач, решение которых обусловлено необходимостью:

• передачи высокоуровневого представления (модели) мебельного изделия на стадию реинжиниринга;

• корректного (контролируемого) внесения изменений в модель изделия, переданную на стадию реинжиниринга;

• демонстрации заказчику на модели изделия результатов изменений, выполненных на стадии реинжиниринга;

• оценки прочности, статической устойчивости и экологичное™ мебельного изделия после внесения изменений в модель на стадии реинжиниринга.

Следовательно, тема диссертационного исследования, посвященная разработке методов и средств поддержки реинжиниринга изделий в условиях позаказного промышленного производства корпусной мебели, является актуальной.

Диссертационная работа выполнена в рамках госбюджетной НИР кафедры вычислительной техники и информационных систем ВГЛТА «Автоматизация проектных работ при создании изделий микроэлектроники и лесного комплекса» ГР №01.2.00609244, код ГРНТИ 68.47.01; 50.49.

Областью исследования является разработка научных основ построения средств САПР, разработка и исследование моделей, алгоритмов и методов для синтеза и анализа проектных решений, включая конструкторские и технологические решения в САПР и АСТПП (п.З согласно паспорту специальности 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования (по отраслям)).

Объектом исследования является процесс реинжиниринга изделий, представляющий одну из стадий автоматизированного проектирования корпусной мебели в условиях позаказного промышленного производства.

Предмет исследования составляют методы, модели, алгоритмы и программные средства поддержки процесса реинжиниринга изделий в САПР корпусной мебели.

Целью исследования является разработка и обоснование методов и средств поддержки реинжиниринга изделий в САПР корпусной мебели.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить анализ методов, средств и особенностей реализации процесса автоматизированного проектирования изделий в условиях позаказного промышленного производства корпусной мебели, определить актуальные задачи поддержки проектных процедур и операций на стадии реинжиниринга.

2. Разработать модель информационного контейнера для обмена проектными данными между стадиями проектирования, обеспечивающую возможности для динамической настройки структуры контейнера с учётом структурно-атрибутивных особенностей проектируемых мебельных объектов и включения элементов конструкторской семантики для модели изделия корпусной мебели.

3. Разработать метод доступа к содержимому информационного контейнера, обеспечивающий автоматизацию контроля корректности изменений в модели изделия и ограничений доступа к её элементам и параметрам при выполнении процедуры реструктуризации на стадии реинжиниринга.

4. Разработать методику включения элементов интерактивной динамической визуализации во внешнюю модель изделия корпусной мебели с целью демонстрации заказчику результатов выполненной процедуры реструктуризации модели и базовой функциональности изделия на стадии реинжиниринга.

5. Разработать методику и алгоритмы оценочных расчётов прочности, статической устойчивости и экологичности изделий корпусной мебели на стадии реинжиниринга.

6. Выполнить внедрение разработанных моделей, методик и программных средств на мебельных предприятиях и в высших учебных заведениях.

Методы исследования. При решении поставленных задач использованы основные положения системного подхода, принципы, модели и методы теории САПР, языки, методы и средства реализации XML и VRML-технологий, объектно-ориентированного проектирования и программирования.

Научная новизна результатов, полученных при решении перечисленных выше задач исследования, состоит в следующем:

1. Предложена модель XML-контейнера, отличающаяся возможностями динамической настройки структуры контейнера с учётом структурно-атрибутивных особенностей проектируемых мебельных изделий и включения элементов конструкторской семантики, представленных функциональными параметрическими связями.

2. Разработан метод контролируемого доступа к содержимому XML-контейнера, обеспечивающий корректность изменений модели мебельного изделия и отличающийся возможностью автоматического обновления значений её функционально связанных параметров при выполнении процедуры реструктуризации на стадии реинжиниринга.

3. Разработана методика включения элементов интерактивной динамической визуализации в VRML-модель изделия корпусной мебели, отличающаяся возможностью демонстрации заказчику результатов выполненной процедуры реструктуризации и базовой функциональности изделия на стадии реинжиниринга.

4. Разработана методика и реализованы алгоритмы расчётов прочности, статической устойчивости и экологичности мебельных изделий на стадии реинжиниринга, отличающиеся использованием упрощённых расчётных схем, не требующих длительного времени выполнения, но обеспечивающих приемлемые для практического использования оценочные результаты.

Практическая значимость работы заключается в разработке информационных и программных средств поддержки проектных процедур на стадии реинжиниринга для использования в составе САПР корпусной мебели в условиях позаказного промышленного производства.

Основные результаты диссертационной работы используются в перспективных разработках программного обеспечения автоматизации проектирования корпусной мебели в ООО «Базис-Центр» (г. Коломна). По оценке специалистов ООО «Базис-Центр» программы, разработанные при выполнении диссертационного исследования, обеспечивают повышение производительности работы на 30 % и уменьшение количества ошибок на 80 % при приёме заказов в мебельных салонах (по сравнению с программным обеспечением, используемым в настоящее время).

На основе предложенных информационной модели, методов и алгоритмов разработано программное обеспечение, внедрённое на следующих мебельных предприятиях: ОАО «Графское» (г. Воронеж), ООО «Оптимум» (г. Санкт-Петербург), ООО «Ин-тер-Дизайн 2000» (г. Тверь). Суммарный годовой экономический эффект от внедрения составил более 500 тыс. рублей.

Теоретические и практические результаты диссертации, представленные методами, моделями, алгоритмами и программными средствами, используются в составе программно-методического комплекса, внедрённого в учебный процесс Воронежской государственной лесотехнической академии (ВГЛТА) и Казанского государственного технологического университета (КГТУ).

На защиту выносятся:

• модель динамически настраиваемого ХМЬ-контейнера, предназначенного для обмена разнородной проектной информацией об изделии корпусной мебели между стадиями инжиниринга и реинжиниринга;

• метод контролируемого доступа к содержимому ХМЬ-контейнера, автоматизирующий корректное изменение значений функционально связанных параметров модели изделия корпусной мебели при выполнении процедуры реструктуризации на стадии реинжиниринга;

• методика включения элементов интерактивной динамической визуализации в УЯМЬ-модель изделия корпусной мебели, обеспечивающая возможность демонстрации заказчику результатов выполненной процедуры реструктуризации модели и базовой функциональности изделия на стадии реинжиниринга;

• методика и алгоритмы оценочных расчётов прочности, статической устойчивости и экологичности изделий корпусной мебели на стадии реинжиниринга, основанные на упрощённых расчётных схемах, использующих аналитические математические соотношения.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: XIV международная открытая научная конференция «Современные проблемы информатизации в проектировании и информационных системах» (Воронеж, 2009), XV международная открытая научная конференция «Современные проблемы информатизации в анализе и синтезе программных и телекоммуникационных систем» (Воронеж, 2010), XVI международная открытая научная конференция «Современные проблемы информатизации в моделировании и социальных технологиях» (Воронеж, 2011), I и II международные заочные научно-практические конференции «Актуальные вопросы современной информатики» (Коломна, 2011, 2012), IV Всероссийская школа-семинар аспирантов, студен-

тов и молодых учёных «Информатика, моделирование, автоматизация проектирования (ИМАП-2012)» (Ульяновск, 2012).

Публикация результатов работы. По теме диссертации опубликованы 17 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получены 4 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.

В списке публикаций, приведённом в конце автореферата, представлено 15 работ без соавторов. В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателю принадлежат: [11] - анализ возможностей многоаспектного параллельного проектирования изделий корпусной мебели; [12] - моделирование особенностей структуры и свойств мебельных изделий с использованием языка XML. Общий объём публикаций по теме диссертации составляет 3,7 п.л., лично автору принадлежат 3,5 п.л. Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав с выводами, заключения, списка использованных источников, включающего 98 наименований, 4 приложений. Основной материал диссертации изложен на 162 страницах, содержит 36 рисунков и 4 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и определены задачи исследования, показана научная новизна работы, приведены основные положения, выносимые на защиту, и практическая значимость полученных результатов, дана краткая аннотация работы по главам.

В главе 1 представлены результаты анализа методов, средств и особенностей реализации процесса проектирования изделий в САПР корпусной мебели в условиях позаказного промышленного производства.

Обоснована целесообразность использования на стадии реинжиниринга высокоуровневого представления изделия в виде информационного контейнера, разработанного на основе технологии XML, - XML-контейнера. Особенностью XML-koh-тейнера является возможность динамической настройки его структуры с учётом структурно-атрибутивных особенностей моделируемых мебельных объектов, а также включения в его содержимое элементов конструкторской семантики, обеспечивающих повышение уровня выполнения процедуры реструктуризации.

Показана возможность применения элементов интерактивной динамической визуализации для демонстрации функциональности изделий на их моделях, которая может быть обеспечена путём использования языка виртуальной реальности VRML или его дальнейшего развития - расширенного языка трёхмерной графики X3D.

В ходе реинжиниринга предложено выполнять расчёты прочности, статической устойчивости и экологичности изделий (например, при изменении габаритных размеров, конструкционных материалов или внутреннего наполнения изделия). При этом предпочтение следует отдавать простым расчётным схемам, не требующим длительных подготовительных операций, но обеспечивающим приемлемые для практического использования оценочные результаты.

По результатам выполненного анализа сформулирована цель диссертационного исследования и определены его основные задачи.

В главе 2 рассмотрены возможности информационной и программной поддержки стадии реинжиниринга изделий корпусной мебели, реализуемые с использованием технологий XML и VRML.

Объектная структурно-атрибутивная модель корпусного мебельного изделия или ансамбля (ОСАМ КМИА) - информационное «ядро», вокруг которого может быть сформирована программная «оболочка», состоящая из ряда специализированных приложений, с помощью которых осуществляются автоматизированные проектные процедуры и операции стадии реинжиниринга.

Информация ОСАМ КМИА, предназначенная для отображения в модели контейнера, может рассматриваться как объединение многоуровневой эскизно-структурной модели, получаемой путём иерархической декомпозиции изделия, и объектно-ориентированных моделей элементов изделия (рисунок 1).

Основными структурными особенностями технологические ОСАМ КМИА являются: Рисунок 1 - Составляющие ОСАМ КМИА

• многократная вложенность элементов

изделия, в том числе и рекуррентная - на уровне блока, когда один блок может включать в себя другой блок и т.д.;

• не предопределённое (т.е. заранее не заданное) количество уровней вложенности элементов изделия;

• несбалансированная иерархия, допускающая возможность пропуска уровней иерархической структуры.

Формализованное представление проектной информации ОСАМ КМИА, отображаемой в модели контейнера, имеет следующий вид:

= ий мп, (1)

где Мослм- эскизно-структурная модель изделия; М°° - объектно-ориентированная модель /-го элемента изделия; И- количество элементов в изделии.

Эскизно-структурная модель изделия может быть представлена как

_ м£лн =<Е,Я>, (2)

где Е = {е, }, 1 = 1, к - множество структурированных по уровням мебельных элементов; Л = {гу.}, у = 1, / - множество связей между этими элементами.

Объектно-ориентированная модель /'-го элемента изделия может быть записана

как

(3)

к р ч

■ - атрибуты; 5, р - аспектные свойства; Р, ц - методы, реализующие про-

верку конструкторско-технологических требований и ограничений (КТТО) для г'-го элемента изделия.

Формализованное информационное представление для ¿-го элемента мебельного изделия в ХМЬ-контейнере может быть задано в следующем виде:

Е, =< А,Е,Р„ М„ Д„ У„ С,£, >, (4)

Атрибуты

^Уровень изделия

^Уровень секции \ Уровень блока

Уровень детали Объект

Методы

конструк- Правила Процедуры тиеные 4

где =< Л^, , Тс > - набор атрибутов элемента, включающий Ы?- название,

Lí - уровень иерархии, Т,Е - тип элемента; Р, = множество параметров /'-го

}

элемента, каждый из которых может быть представлен как Ри =< Л"., С,', >, где =< У'г 7)' > - набор атрибутову'-го параметра /'-го элемента: название,

V!". - значение, Т^ - тип параметра; С^ - ограничение на действия с параметром (определяет возможность изменения значения параметра); = - множество пара-

к

метров, зависящих от у'-го параметра /'-го элемента (так называемых связанных параметров); г? =< Р,г, Р,ЛГ>Ф,, >, где Р,г- зависимый г-й параметр /-го элемента, Р*г-множество параметров функции, от которых зависит г-й параметр /-го элемента, Ф, г -

функция, описывающая зависимость параметров; М, = уЛ/ ( - множество допусти!

мых материалов для /'-го элемента; /?,. = ОЫ К/,) " множество рекомендаций:

Л

- для дизайнера, - для потребителя; V,- ссылка на УЯМЬ-модель (иг/-файл) 1-го элемента; Сограничения на действия с /'-м элементом (определяют возможности удаления элемента и изменения его свойств); Е'г = У £ ; - множество иерархически подчинённых элементов; О. - дополнительные (расширенные) данные для /'-го элемента (например, ссылка на файл эскизного изображения элемента).

Приведённое выше формализованное представление использовано при построении структуры ХМЬ-контейнеров, предназначенных для обмена проектной информацией между стадиями инжиниринга и реинжиниринга мебельных изделий. Концептуальная схема организации контейнерного обмена проектной информацией в САПР корпусной мебели в условиях позаказного промышленного производства показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема обмена проектной информацией между стадиями инжиниринга и реинжиниринга изделий с использованием ХМЬ-контейнеров

Важной особенностью модели ХМЬ-контеГшера также является возможность представления в ней элементов конструкторской семантики, а именно:

• иерархической структуры модели изделия, отображающей «логические» связи (отношения) между мебельными элементами;

• функциональных параметрических связей между различными мебельными элементами в иерархической структуре модели изделия.

Действительно, параметры элементов мебельного изделия могут быть связаны между собой некоторой аналитической функциональной зависимостью

(5)

где Рк1- I-й параметр ¿-го элемента; - jrй параметр /-го элемента и т.д. Если при этом существует функциональная зависимость

(6)

то параметры Рк1 и Р^ являются взаимосвязанными, т.е. изменение значения Рк приводит к изменению значения Р1 у и наоборот.

Высокоуровневое представление прототипной модели изделия в виде ХМЬ-контейнера обеспечивает необходимые возможности для выполнения реструктуризации - основной проектной процедуры стадии реинжиниринга, облегчая, в частности, контролируемый доступ к мебельным элементам и значениям их параметров. Реструктуризация прототипной модели мебельного изделия включает в себя следующие две проектные процедуры:

• реструктуризация высокоуровневой прототипной модели мебельного изделия, представленной ХМЬ-контейнером (т.е. реструктуризация ХМЬ-модели изделия);

• реструктуризация У11МЬ-модели изделия, представленной совокупностью \vrl-файлов, каждый из которых связан с соответствующим мебельным элементом ХМЬ-модели.

Схема выполнения процедуры реструктуризации прототипной модели изделия (с учётом её контейнерного представления) показана на рисунке 3.

Используемый при выполнении процедуры реструктуризации метод контролируемого доступа к содержимому ХМЬ-контейнера состоит в следующем. Для каждого мебельного элемента анализируются заданные на стадии инжиниринга ограничения доступа. В соответствии с этими ограничениями происходит либо отключение возможности редактирования параметров для неизменяемых мебельных элементов, либо включение возможности удаления элементов, для которых удаление разрешено. В свою очередь для каждого параметра редактируемого мебельного элемента также анализируются ограничения, указанные в ХМЬ-контейнере, в соответствии с которыми происходит отключение возможности редактирования значений для неизменяемых параметров.

При изменении значений параметров мебельных элементов в ходе выполнения процедуры реструктуризации осуществляется проверка допустимости каждого такого изменения. Значение редактируемого параметра можно изменить, если выполняется одно из следующих условий:

1) изменяемый параметр является полностью независимым, т.е. не существует каких-либо функциональных зависимостей, связывающих его с другими параметрами;

2) изменяемый параметр независим от других параметров, т.е. является аргументом во всех функциональных зависимостях, где он встречается;

3) изменяемый параметр является взаимосвязанным с другими параметрами элементов мебельного изделия, т.е. при наличии функциональной зависимо-

сти Рк, — /(Р/у, ■■■) должна также существовать зависимость

Во всех других случаях изменение параметра для элемента изделия, представленного в ХМЬ-контейнере, не допускается.

Реструктуризация ХМЦ-модели

Изменение внутреннего наполнения изделия

Изменение параметров для элементов изделия

Изменение материалов для элементов изделия

Реструктуризация УИМЬ-модели

Изменение габаритных размеров элемента

Изменение местоположения элемента

Изменение ориентации элемента

Изменение материала элемента

Добавление элемента

Удаление элемента

Рисунок 3 - Схема выполнения процедуры реструктуризации прототипной модели мебельного изделия

Для проверки возможности изменения параметра Рк1 необходимо отыскать все функциональные зависимости параметров в модели изделия, где этот параметр является зависимой величиной, т.е. представляется некоторой функцией Рк; = /{Р■ у).

Если такие функциональные зависимости не найдены, значение данного параметра может быть изменено. Иначе требуется отыскать обратную связь между параметрами, т.е. функцию вида Р/у = ё{Ри)■ Если обратная связь не найдена, «ручное» изменение

параметра невозможно. В этом случае значение параметра Рк л будет изменено автоматически при изменении параметра Ри в соответствии с формулой функциональной параметрической связи.

Если же изменение значения параметра Р14 возможно, то после его изменения выполняется автоматическое обновление значений всех связанных с ним параметров. Необходимые для этого функциональные параметрические связи задаются в ХМЬ-контейнере с помощью функциональных зависимостей между параметрами мебельных элементов. Блок-схема алгоритма автоматического обновления значений связанных параметров, представленных в ХМЬ-контейнере, приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Блок-схема алгоритма автоматического обновления значений связанных параметров

Помимо функциональных зависимостей между значениями связанных параметров в ХМЬ-контейнере могут задаваться ограничения на значения связанного ( Р1 . < /(Рк1) ) или изменяемого параметра ( Рк, < С , где С - некоторая константа).

Таким образом, метод контролируемого доступа к содержимому ХМЬ-контейнера обеспечивает практически реализуемый механизм контроля выполнения комплекса КТТО для моделей мебельных изделий на стадии реинжиниринга.

В системах геометрического моделирования, лежащих в основе существующих САПР корпусной мебели, используются различные методы внутреннего и внешнего (визуализации) представления объектов проектирования. Одним из перспективных подходов к интерактивной визуализации трёхмерных объектов и сцен, созданных с их

использованием, является использование языка VRML, а также его функционального расширения - X3D.

Описание изделия корпусной мебели на языке VRML можно представить в виде иерархии VRML-моделей мебельных элементов, при этом каждая модель может храниться в отдельном wW-файлс. В этом случае в иерархической структуре XML-контейнера обеспечивается ссылка на VRML-модель мебельного элемента.

На стадии реинжиниринга, помимо реструктуризации XML-модели изделия, выполняется процедура реструктуризация VRML-модели (см. выше рисунок 3). Для каждого изменённого параметра XML-модели, имеющего отношение к визуализации VRML -модели (например, габаритные размеры, местоположение и пространственная ориентация элемента, цвет и текстура его материала), осуществляется преобразование нт/-файла в соответствии с новым значением параметра.

Практически реализуемая методика включения интерактивной динамической визуализации в VRML-модель изделия корпусной мебели может быть представлена следующими тремя основными этапами:

1) выделение в геометрической модели изделия объектов с динамическими и интерактивными свойствами, анализ особенностей их функционирования;

2) трансформация геометрической модели изделия в статическое представление изделия на языке VRML (данная возможность реализована в некоторых САПР корпусной мебели);

3) формирование для выделенных объектов (мебельных элементов) соответствующих узлов сценариев с размещением их в VRML-модели.

При реализации третьего этапа, предусматривающего включение свойств интерактивности и динамичности в модель изделия на стадии реинжиниринга, обеспечивается:

• добавление в описание мебельных элементов узлов-сенсоров, обеспечивающих реакцию на внешние события - действия пользователя (например, щелчок левой кнопкой мыши на элементе) и изменение (течение) времени;

• добавление узлов, описывающих изменения в мебельных элементах, возникающие в ответ на внешние события;

• добавление сценариев, которые реализуют обработку внешних событий и изменяют состояние мебельных элементов;

• добавление маршрутов событий, реализующих передачу изменённых данных для мебельных элементов между узлами.

Кроме того, за счёт использования возможностей VRML-браузера можно осуществлять ряд типичных манипуляций с моделью: поворот и вращение, приближение и удаление, облёт модели мебельного изделия.

Таким образом, технология XML позволяет сформировать, передать и обеспечить интерпретацию содержимого информационного контейнера, а также включить в него виртуальную сцену (w/7-файл), поддерживаемую технологией VRML, или ссылку на неё, с фактическим размещением w/7-файла в одном из узлов сети intranet или Internet.

В главе 3 рассмотрены вопросы методики и алгоритмизации процедур оценки прочности и статической устойчивости изделий корпусной мебели, а также экспресс-анализа экологичное™ мебельных изделий на стадии реинжиниринга.

Одной из важных задач, решаемых при проектировании изделий корпусной мебели, является расчёт (оценка) прочное™ и статической устойчивости разрабатываемых мебельных конструкций. На стадии реинжиниринга целесообразно использовать

специализированный программный модуль, реализующий методику автоматизированных оценочных расчётов прочности и статической устойчивости мебельных изделий. Данная методика основывается на перечисленных ниже положениях.

1. Для оценки прочности и устойчивости мебельных конструкций предлагается использовать упрощённые аналитические схемы, позволяющие рассчитать предельные нагрузки на элементы изделий. Поскольку в упрощённых схемах используются максимально возможные значения параметров, а также — коэффициенты запаса, это приводит к завышению значения прикладываемой силы.

2. При оценке прочности учитываются различные виды нагрузок, действующих на изделия корпусной мебели: нагрузка от собственной массы узлов и элементов изделия; нагрузка от массы предметов, хранящихся в изделии; нагрузка, действующая на изделие в процессе его эксплуатации, главным образом при горизонтальном перемещении изделия. При оценке устойчивости учитывается запас статической устойчивости мебельного изделия.

3. Необходимо производить оценочные расчёты прочности и статической устойчивости изделия при изменении: габаритных размеров изделия или некоторых его элементов, внутреннего наполнения изделия, конструкционных материалов изделия или его элементов. Расчёт нагрузки определённого вида должен выполняться только при изменении тех параметров элементов изделия, которые на неё влияют.

4. Рассчитанные значения нагрузок сравниваются с допустимыми нормами на-гружения для изделий, полученными на основании результатов других исследований (в том числе — представленными в соответствующих стандартах).

5. На основании полученных оценочных результатов формируется список рекомендаций (для дизайнера по интерьеру) по устранению нарушений, связанных с прочностью или устойчивостью изделий, если такие будут обнаружены.

6. По завершении процедуры реструктуризации модели формируются рекомендации (для потребителя) по эксплуатации мебельного изделия.

Блок-схема алгоритма оценки прочностных характеристик для элементов изделия корпусной мебели на стадии реинжиниринга представлена на рисунке 5.

В алгоритме оценки статической устойчивости изделия сравниваются размеры изделия, его материалы и внутреннее наполнение, представленные в прототипной модели и в модели, переопределённой в результате реинжиниринга. При их различии идентифицируются параметры модели, от которых зависит статическая устойчивость изделия, и выполняется расчёт запаса устойчивости. Если запас устойчивости изделия меньше 1, то формируется список рекомендаций по изменению параметров модели, способствующих его увеличению.

В расчётных блоках указанных выше алгоритмов используются аналитические зависимости для предельных нагрузок и запаса устойчивости, полученные отечественными и зарубежными исследователями: В.Н. Королёвым, O.E. Поташёвым, Ю.Г. Лапшиным, Г.М. Фишманом, C.B. Гайдой и другими.

При производстве корпусной мебели широко используются плитные и листовые конструкционные материалы (ДСтП, ДВП, MDF и другие), в процессе изготовления которых в качестве связующего применяются карбамидоформальдегидная и феноло-формальдегидная смолы. В зависимости от вида материала содержание в нём фенола (CsHéOH) и/или формальдегида (СНгО) различаются и определяются, главным образом, количеством используемой фенолоформальдегидной смолы. В мебельном производстве используются ламинированные ДСтП, а также выполняется облицовывание

ДСтП натуральным шпоном, декоративным слоисто-бумажным пластиком и т.п. Однако в процессе изготовления мебели на некоторых деталях могут оказаться необли-цованные участки.

С

Начало

э

Габаритные размеры, г материалы и наполнение в прототипной модели и в модели изделия в заказе/

Идентификация элементов в модели изделия, прочностные характеристики которых зависят от габаритных размеров изделия

Идентификация элементов в модели изделия, прочностные характеристики которых зависят от внутреннего наполнения изделия

Идентификация элементов в модели изделия, прочностные характеристики которых зависят от конструкционных материалов изделия

Расчёт прочностных характеристик для текущего элемента модели изделия

Формирование списка

рекомендаций дизайнеру по усилению элемента изделия

Формирование списка рекомендаций потребителю по нагружению изделия

С

Конец

3

Рисунок 5 - Блок-схема алгоритма оценки прочностных характеристик элементов изделия корпусной мебели на стадии реинжиниринга

Методика оценки экологичности изделия корпусной мебели на стадии реинжиниринга предусматривает автоматизированный расчёт величины допустимого суточного поступления летучих соединений формальдегида, зависящей от показателя класса эмиссии для используемого материала, суммарной площади необлицованной поверхности материала и объёма (кубатуры) помещения, в котором будет эксплуатироваться данное изделие.

При разработке корпусной мебели проектная информация, сформированная на стадии инжиниринга, дополняется сведениями, требуемыми для оценки экологично-

сти изделий на стадии реинжиниринга. Необходимость в выполнении оценки экологичное™ изделия на стадии реинжиниринга может возникнуть при замене одного конструкционного материала другим (например, при замене МБР на ДСтП или наоборот) или при изменении габаритных размеров мебельных деталей, имеющих необ-лицованные участки.

Алгоритм оценки экологичности мебельного ансамбля основывается на расчёте суммарной суточной величины эмиссии летучих соединений формальдегида для изделий, входящих в ансамбль, и сравнении полученной величины с номинальным значением. Если номинальное значение не превышено, то для мебельного ансамбля формируется паспорт экологической безопасности. При превышении номинального значения формируется список рекомендаций по снижению эмиссии летучих соединений вредных веществ из изделий, поскольку изготовление изделий с повышенным уровнем эмиссии вредных веществ не допускается.

В главе 4 приведено описание программ, которые реализуют модели, методы и алгоритмы, предложенные в диссертации, и ориентированы на использование в составе САПР корпусной мебели.

Программа Маке_ХМЬ_СоШатег позволяет сформировать структуру и содержимое ХМ1,-контейнера, предназначенного для обмена проектной информацией между стадиями проектирования. Программа обеспечивает возможности для динамической настройки иерархической структуры ХМЬ-контейнера с учётом структурно-атрибутивных особенностей проектируемых изделий корпусной мебели и включения элементов конструкторской семантики в содержимое контейнера.

Программа УЮЛЬ_В.е$1гис1ипгаИоп предназначена для выполнения реструктуризации УИМЬ-модели в соответствии с изменениями значений параметров, представленных в ХМЬ-модели. При этом она позволяет осуществлять изменение габаритных размеров изделий и положения элементов в модели, материалов (текстуры) элементов, положения модели изделия в виртуальном пространстве сцены и других параметров УКМЬ-модели. Выходом программы является обновлённая УИМЬ-модель изделия, представленная модифицированными нт/-файлами для мебельных элементов.

Программа Маке_Оупат¡с ^сепс позволяет включать в состав статического УЯМЬ-описания сцены (или объекта) элементы, наделяющие её свойствами динамичности и интерактивности. При этом возможно как создание собственного сценария поведения объекта с помощью добавления в УИМЬ-сцену новых сенсоров, маршрутов и других элементов, так и использование сценария из библиотеки готовых сценариев. Кроме того, сценарий поведения объекта может быть отредактирован в соответствии с изменениями модели изделия, выполненными на этапе реинжиниринга.

Программа StrengíhDesign предназначена для выполнения процедуры реструктуризации и оценки прочности, статической устойчивости и экологичности изделий корпусной мебели. При работе с программой возможно переключение между режимами оценки прочности мебельной конструкции и оценки экологичности изделий корпусной мебели. Основываясь на изменённых характеристиках мебельного изделия, программа определяет значения предельных нагрузок для мебельного изделия и его элементов (в режиме оценки прочности и устойчивости мебельной конструкции) или значение эмиссии вредных веществ (в режиме оценки экологичности), сравнивает полученные результаты с номинальными значениями. По результатам сравнения формируется список рекомендаций по модификации изделия для дизайнера по интерьеру, снижающий вероятность принятия им неверных проектных решений. В завершении

этапа реинжиниринга выводится список рекомендаций для потребителя по эксплуатации мебельного изделия, который формируется автоматически с учётом значений параметров модели мебельного изделия.

Для разработки указанных выше программ использованы языки программирования С#, Java, языки XML и VRML, а также средства их поддержки, включая открытую библиотеку CyberVRML97 for Java. Разработанные программы выполняются под управлением операционных систем Windows ХР и Windows 7.

В заключении приведены основные выводы и результаты, полученные при выполнении диссертационной работы.

В приложениях приведены примеры содержимого XML-контейнера и сценария VRML-модели для мебельного изделия, представлены копии свидетельств о государственной регистрации программ для ЭВМ, актов о внедрении результатов диссертационной работы на мебельных предприятиях и в высших учебных заведениях.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе анализа методов, средств и особенностей реализации процесса проектирования изделий в САПР корпусной мебели в условиях позаказного промышленного производства определены актуальные задачи поддержки проектных процедур и операций на стадии реинжиниринга.

2. Разработана модель XML-контейнера, отличающаяся возможностями динамической настройки структуры контейнера с учётом структурно-атрибутивных особенностей проектируемых мебельных объектов и включения элементов конструкторской семантики, представленных функциональными параметрическими связями между различными мебельными элементами в иерархической структуре модели изделия.

3. Разработан метод контролируемого доступа к содержимому XML-контейнера, обеспечивающий корректность изменений модели мебельного изделия и отличающийся возможностью автоматического обновления значений её функционально связанных параметров при выполнении процедуры реструктуризации на стадии реинжиниринга.

4. Разработана методика включения элементов интерактивной динамической визуализации в VRML-модель изделия корпусной мебели, отличающаяся возможностью демонстрации заказчику результатов выполненной процедуры реструктуризации модели и базовой функциональности изделия на стадии реинжиниринга.

5. Разработаны методика, алгоритмы и программные средства для оценочных расчётов прочности, статической устойчивости и экологичности изделий корпусной мебели на стадии реинжиниринга. Данная методика использует упрощённые аналитические расчётные схемы, позволяющие оценить различные виды нагрузок, действующие на изделие, запас статической устойчивости изделия, суточное поступление летучих соединений формальдегида.

6. Выполнено внедрение разработанных моделей, методик и программных средств на трёх мебельных предприятиях и в учебный процесс двух высших учебных заведений. По оценке специалистов ООО «Базис-Центр» (г. Коломна) разработанные модели, методы и программные средства позволяют существенно модифицировать методику выполнения реинжиниринга изделий корпусной мебели, повысить производительность работы дизайнера по интерьеру (на 30 %) и сократить количество допускаемых им субъективных ошибок (на 80 %). Годовой экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы на мебельных предприятиях составляет более 500 тысяч рублей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Щекалёва, A.A. Алгоритмизация расчётов прочности изделий в подсистеме реинжиниринга корпусной мебели [Текст] / A.A. Щекалёва // Лесотехнический журнал. -2012.-№4(8).-С. 26-32.

2. Щекалёва, A.A. Алгоритмизация процедуры экспресс-анализа экологичности изделий корпусной мебели [Текст] / A.A. Щекалёва // Лесотехнический журнал. - 2013. — №1 (9).-С. 24-31.

3. Щекалёва, A.A. Модели, методы и алгоритмы поддержки реинжиниринга изделий в САПР корпусной мебели [Текст] / A.A. Щекалёва // Системы управления и информационные технологии. - 2013. - №2 (52). - С. 88-93.

Материалы Всероссийских и международных конференций

4. Старикова, A.A. Структурное моделирование в высокоуровневом проектировании заказных мебельных изделий / A.A. Старикова // Современные проблемы информатизации в проектировании и информационных системах: тр. XIV междунар. открытой науч. конф. - Воронеж: Научная книга, 2009. - С. 436-437.

5. Старикова, A.A. Динамическая визуализация высокоуровневых представлений объектов в перспективной САПР корпусной мебели [Текст] / A.A. Старикова // Современные проблемы информатизации в анализе и синтезе программных и телекоммуникационных систем: тр. XV междунар. открытой науч. конф. - Воронеж: Научная книга, 2010. - С. 393-395.

6. Старикова, A.A. Моделирование функциональных свойств объектов проектирования в САПР корпусной мебели [Текст] / A.A. Старикова // Современные проблемы информатизации в моделировании и социальных технологиях: тр. XVI междунар. открытой науч. конф. - Воронеж: Научная книга, 2011. - С. 282-284.

7. Старикова, A.A. Использование XML-технологии для представления проектной информации в САПР корпусной мебели [Текст] / A.A. Старикова // Актуальные вопросы современной информатики: матер. I междунар. заочной науч.-практич. конф. - Коломна: МГОСГИ, 2011. - С. 171-172.

8. Старикова, A.A. Использование языка XML для структурного представления модели объекта проектирования в САПР корпусной мебели [Текст] / A.A. Старикова // Актуальные вопросы современной информатики: матер. I междунар. заочной на-уч.-практич. конф. - Коломна: МГОСГИ, 2011. - С. 173-174.

9. Старикова, A.A. Информационная поддержка реинжиниринга изделий корпусной мебели на основе интеграции технологий XML и VRML/X3D [Текст] / A.A. Старикова // Актуальные вопросы современной информатики: матер. II междунар. заочной науч.-практич. конф. - Коломна: МГОСГИ, 2012. - С. 205-208.

10. Щекалёва, A.A. Выполнение экспресс-анализа экологичности изделий на стадии реинжиниринга корпусной мебели [Текст] / A.A. Щекалёва // Информатика, моделирование, автоматизация проектирования (ИМАП-1012): матер. IV Всерос. школы-семинара аспирантов, студентов и молодых учёных, 22-24 октября 2012 г. -Ульяновск: УлГТУ, 2012. - С. 429-432.

Статьи в сборниках научных трудов и других изданиях

11. Starikova, A.A. The implementation of multiple aspect parallel cabinet furniture design process in the individual-project based production [Текст] : [яз. англ.] / A.A. Starikova, N.I. Bazarskaya, V.N. Kharin // Лес. Наука. Молодежь - 2009: сб. матер, по итогам НИР молодых учёных ВГЛТА за 2008-09 гг. - В 2 т. - Т. 1. - ГОУ ВПО ВГЛТА. -Воронеж, 2009. - С. 224-225.

12. Старикова, А.А. Описание структурно-атрибутивной модели изделий корпусной мебели с помощью средств языка XML [Текст] / А.А. Старикова, В.К. Зольников // Моделирование систем и процессов. - 2011. - Вып. 1-2. - С. 64-68.

13. Щекалёва, А.А. Реализация поддержки реинжиниринга изделий в САПР корпусной мебели [Текст] / А.А. Щекалёва // Информационные технологии моделирования и управления. - 2013. - №2 (80). - С. 202-211.

Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ

14. Старикова, А.А. Программа для формирования структуры и содержимого информационного контейнера проектов изделий корпусной мебели с использованием средств XML-технологии [Текст] / А.А. Старикова // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. - №2011616829, заявл. 07.07.2011 г., за-регистр. 02.09.2011 г.

15. Старикова, А.А. Программа для выполнения процедуры реструктуризации прото-типной модели изделия корпусной мебели с использованием возможности интеграции технологий XML и VRML [Текст] / А.А. Старикова // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. - №2012613669, заявл. 20.02.2012 г., зарегистр. 19.04.2012 г.

16. Старикова, А.А. Программа для формирования элементов (свойств) интерактивности и динамичности VRML-сцен и объектов [Текст] / А.А. Старикова // Свидетельство о государственной регистрации программы дня ЭВМ. - №2012613962, заявл.

01.03.2012 г., зарегистр. 27.04.2012 г.

17. Щекалёва, А.А. Программа для оценки прочности и устойчивости мебельных конструкций, выполнения экспресс-анализа экологичности корпусной мебели на стадии реинжиниринга [Текст] / А.А. Щекалёва // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. - №2013616423, заявл. 28.03.2013 г., зарегистр.

08.07.2013 г.

Просим Ваши отзывы на автореферат с подписями, заверенными печатью, направлять по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ВГЛТА, учёному секретарю. Тел: (473) 253-67-08, факс: (473) 253-67-05.

Щекалёва Анна Александровна

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПОДДЕРЖКИ РЕИНЖИНИРИНГА ИЗДЕЛИЙ В САПР КОРПУСНОЙ МЕБЕЛИ

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Подписано в печать 09.10.2013 г. Формат 60x84 1/16. Объём 1,0 усл. п.л. Заказ № 447 Тираж 100 экз. УОП ВГЛТА. 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия»

На правах рукописи

04201364581 ЩЕКАЛЁВА Анна Александровна

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПОДДЕРЖКИ РЕИНЖИНИРИНГА ИЗДЕЛИЙ В САПР КОРПУСНОЙ МЕБЕЛИ

Специальность 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Зольников Владимир Константинович

Воронеж 2013

Ii

Содержание

Стр.

Условные обозначения и сокращения........................................ 5

Введение.............................................................................. 6

Глава 1 Анализ методов, средств и особенностей реализации процесса проектирования изделий в САПР корпусной мебели в условиях позаказного промышленного производства..................... 16

1.1 Функциональная структура и особенности реализации стадии инжиниринга изделий корпусной мебели............................ 18

1.2 Функциональная структура и особенности реализации стадии

25

реинжиниринга изделий корпусной мебели.........................

1.3 Необходимость разработки специальных методов и средств поддержки реинжиниринга изделий в САПР корпусной мебели.............................................................................................. 40

Выводы по главе 1. Цели и задачи исследования................... 43

Глава 2 Поддержка реинжиниринга изделий в САПР корпусной мебели на основе интеграции технологий XML и VRML............... 46

2.1 Поддержка процедуры реструктуризации прототипных моделей изделий с использованием XML-контейнеров............... 47

2.1.1 Особенности информационной модели изделия и возмож-

УЛ„ 48 ность их описания с помощью языка XML........................

2.1.2 Обмен проектной информацией между стадиями проектирования с помощью XML-контейнеров..................................................^

2.1.3 Разработка структуры XML-контейнера для хранения и передачи информации об изделии корпусной мебели............... ^

2.1.4 Представление элементов конструкторской семантики модели изделия корпусной мебели в XML-контейнере.............. ^

2.1.5 Контролируемый доступ к содержимому XML-контейнера

при реструктуризации модели мебельного изделия...............

2.2 Интерактивная динамическая визуализация моделей корпус- л 68 ной мебели на стадии реинжиниринга...............................

2.2.1 Обзор методов геометрического моделирования................ 68

2.2.2 Понятие и общая структура геометрического ядра конструкторской САПР........................................................ 72

2.2.3 Использование технологии VRML для визуализации высо-

- Л 76 коуровневых представлении изделии мебели.....................

2.2.4 Методика включения свойств динамичности и интерактивности для мебельных объектов...................................... 81

Выводы по главе 2....................................................... 84

Глава 3 Методика и алгоритмы оценочных расчётов прочности, статической устойчивости и экологичности изделий корпусной мебели на стадии реинжиниринга.................................... 86

3.1 Оценка прочности и статической устойчивости конструкции изделий корпусной мебели............................................. 88

3.1.1 Методика оценочных расчётов прочности и статической устойчивости изделий корпусной мебели на стадии реинжиниринга............................................................................................ 90

3.1.2 Алгоритмизация расчётов прочности и статической устойчивости изделий корпусной мебели................................ 100

3.2 Оценка экологичности корпусной мебели........................... 108

3.2.1 Алгоритмизация процедуры оценки экологичности изделий

корпусной мебели....................................................... 111

Выводы по главе 3............................................................ 116

Глава 4 Практическая реализация методов и средств поддержки реин-

118

жиниринга изделий в САПР корпусной мебели.....................

4.1 Формирование XML-контейнера с проектной информацией... 119

4.2 Реструктуризация VRML-модели изделия корпусной мебе-

ли....................................................................................

4.3 Включение элементов интерактивной динамической визуализации в VRML-модель мебельного изделия....................................................100

1 Zy

4.4 Оценка прочности, статической устойчивости и экологично-

сти изделий корпусной мебели..................................................................................136

4.4.1 Оценка прочности и статической устойчивости изделия........................................................................................................................................................138

4.4.3 Оценка экологичности мебельного изделия..............................................143

Выводы по главе 4..........................................................................................................................145

Заключение......................................................................................................................................................148

Список использованных источников....................................................................................151

Приложения......................................................................................................................................................163

1 Пример описания изделия корпусной мебели с использованием 164 языка XML....................................................................

2 Пример сценария для VRML-модели мебельного изделия............................................................................................................................................................168

3 Свидетельства о регистрации программ для ЭВМ......................................173

4 Акты внедрения результатов диссертационной работы............................178

Условные обозначения и сокращения

CAD - Computer-Aided Design (автоматизированное проектирование) CAE - Computer-Aided Engineering (автоматизированные инженерные

расчёты, анализ и моделирование) САМ - Computer-Aided Manufacturing (автоматизированная технологическая подготовка производства) CASE - Computer-Aided System/Software Engineering (автоматизированное проектирование систем/программного обеспечения) MDF - Middle Density Fiber Board (МДФ, древесноволокнистая плита средней плотности)

VRML - Virtual Reality Modeling Language (язык моделирования виртуальной реальности)

X3D - extensible 3D (расширяемый 3D, язык моделирования трёхмерной графики)

XML - extensible Markup Language (расширяемый язык разметки)

XSD - XML Schema definition (определение схемы XML)

БД - база данных

ДВП - древесноволокнистая плита

ДСтП - древесностружечная плита

КМИА - корпусное мебельное изделие или ансамбль

КТТО - конструкторско-технологические требования и ограничения

ЛДСтП - ламинированная древесностружечная плита

ОСАМ - объектная структурно-атрибутивная модель

САПР - система автоматизированного проектирования

ЧПУ - числовое программное управление

Введение

Актуальность темы. Многие отечественные мебельные предприятия до сих пор пытаются преодолеть последствия мирового финансового кризиса 2008-09 гг., который привёл к существенному снижению объёмов выпуска продукции (по некоторым оценкам - на треть от докризисного уровня). Жёсткая конкуренция вынуждает предприятия в буквальном смысле бороться за каждого платёжеспособного покупателя, заставляет обновлять и расширять ассортимент выпускаемой мебельной продукции, сокращать сроки её поставки заказчикам, более полно удовлетворять их индивидуальные пожелания и требования, которые относятся как к отдельным изделиям, так и к мебельным ансамблям в целом. Успешное решение данных задач требует повышения уровня автоматизации проектирования мебельных изделий за счёт разработки и использования специализированных САПР корпусной мебели, адаптированных к условиям позаказного промышленного производства.

В условиях позаказного промышленного производства корпусной мебели процесс разработки изделий представляется двумя стадиями - инжинирингом и реинжинирингом. В ходе инжиниринга формируется прототипная модель изделия, которая на стадии реинжиниринга доопределяется или частично переопределяется в соответствии с конкретными требованиями заказчиков. Таким образом, в процесс реинжиниринга, выполняемый обычно при приёме заказа, вовлекается заказчик - конечный потребитель мебели, инициирующий изменение ряда свойств проектируемых изделий. При этом возникает ряд задач, решение которых обусловлено необходимостью:

• передачи высокоуровневого представления (модели) мебельного изделия на стадию реинжиниринга;

• корректного (контролируемого) внесения изменений в модель изделия, переданную на стадию реинжиниринга;

• демонстрации заказчику на модели изделия результатов изменений, выполненных на стадии реинжиниринга;

• оценки прочности, статической устойчивости и экологичности мебельного изделия после внесения изменений в его модель на стадии реинжиниринга.

Распределённый процесс проектирования изделий корпусной мебели предполагает организацию обмена разнородной проектной информацией между стадиями. Для реализации подобного обмена целесообразно использовать открытые, интегрированные с Internet, информационные технологии, среди которых в настоящее время наибольшее распространение получила технология XML. При этом можно воспользоваться практически реализуемой концепцией контейнерной передачи проектной информации между проектирующими подсистемами интегрированной САПР. Информационный контейнер, разработанный на основе технологии XML и называемый в дальнейшем XML-контейнером, должен предоставлять возможности для динамической настройки своей структуры с учётом структурно-атрибутивных особенностей моделируемых мебельных объектов, а также для включения элементов конструкторской семантики, требуемых при выполнении процедуры реструктуризации прото-типной модели изделия на стадии реинжиниринга.

Применение элементов интерактивности для демонстрации функциональных возможностей мебельных изделий на их моделях может быть обеспечено путём использования языка моделирования виртуальной реальности VRML или его дальнейшего развития - расширенного языка трёхмерной графики X3D. Некоторые распространённые САПР корпусной мебели (например, БАЗИС, bCAD Мебель и другие) в составе подсистемы импорта-экспорта проектных данных содержат VRML-конвертор, обеспечивающий трансляцию описания геометрической модели в формат языка VRML. Однако в них не поддерживается методика включения элементов интерактивности в модели мебельных изделий на стадии реинжиниринга с целью демонстрации заказчику их базовой функциональности.

Расчёт прочности и устойчивости изделий корпусной мебели является одной из основных задач, решаемых при инжиниринге. В ходе реинжиниринга

изделий также может потребоваться выполнение подобных расчётов (например, при изменении габаритных размеров изделия или замене конструкционных материалов, используемых при его изготовлении). В данном случае предпочтение следует отдать простым расчётным схемам, не требующим длительных подготовительных операций, но обеспечивающим приемлемые для практического использования оценочные результаты. Полученные результаты должны учитываться при решении вопроса о допустимых предельных нагрузках для конкретного изделия корпусной мебели, а также при анализе возможностей усиления его конструкции.

В настоящее время потребителей всё чаще интересует не только качество изготовления, дизайн, функциональность, надёжность и долговечность мебели, но и её экологичность. Они хотят быть уверены, что заказанная ими мебель будет изготовлена из экологически безопасных материалов, а её эксплуатация не несёт угроз для здоровья человека. В используемых САПР корпусной мебели и интерьера помещений не реализованы методы и средства, обеспечивающие выполнение экспресс-анализа экологичности заказанных мебельных изделий и ансамблей.

Таким образом, тема диссертационного исследования, посвященная разработке методов и средств поддержки реинжиниринга изделий в условиях по-заказного промышленного производства корпусной мебели, является актуальной.

Диссертационная работа выполнена в рамках госбюджетной НИР кафедры вычислительной техники и информационных систем ВГЛТА «Автоматизация проектных работ при создании изделий микроэлектроники и лесного комплекса», ГР № 01.2.00609244, код ГРНТИ 68.47.01; 50.49.

Областью исследования является разработка научных основ построения средств САПР, разработка и исследование моделей, алгоритмов и методов для синтеза и анализа проектных решений, включая конструкторские и технологические решения в САПР и АСТПП (п.З согласно паспорту специальности 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования (по отраслям)).

Объектом исследования является процесс реинжиниринга изделий, представляющий одну из стадий автоматизированного проектирования корпусной мебели в условиях позаказного промышленного производства.

Предмет исследования составляют методы, модели, алгоритмы и программные средства поддержки процесса реинжиниринга изделий в САПР корпусной мебели.

Целью исследования является разработка и обоснование методов и средств поддержки реинжиниринга изделий в САПР корпусной мебели.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

¡.Выполнить анализ методов, средств и особенностей реализации процесса автоматизированного проектирования изделий в условиях позаказного промышленного производства корпусной мебели, определить актуальные задачи поддержки проектных процедур и операций на стадии реинжиниринга.

2. Разработать модель информационного контейнера для обмена проектными данными между стадиями проектирования, обеспечивающую возможности для динамической настройки структуры контейнера с учётом структурно-атрибутивных особенностей проектируемых мебельных объектов и включения элементов конструкторской семантики для модели изделия корпусной мебели.

3. Разработать метод доступа к содержимому информационного контейнера, обеспечивающий автоматизацию контроля корректности изменений в модели изделия и ограничений доступа к её элементам и параметрам при выполнении процедуры реструктуризации на стадии реинжиниринга.

4. Разработать методику включения элементов интерактивной динамической визуализации во внешнюю модель изделия корпусной мебели с целью демонстрации заказчику результатов выполненной процедуры реструктуризации модели и базовой функциональности изделия на стадии реинжиниринга.

5. Разработать методику и алгоритмы оценочных расчётов прочности, статической устойчивости и экологичности изделий корпусной мебели на стадии реинжиниринга.

6. Выполнить внедрение разработанных моделей, методик и программных средств на мебельных предприятиях и в высших учебных заведениях.

Методы исследования. При решении поставленных задач использованы основные положения системного подхода, принципы, модели и методы теории САПР, языки, методы и средства реализации XML и VRML-технологий, объектно-ориентированного проектирования и программирования.

Научная новизна результатов, полученных при решении перечисленных выше задач исследования, состоит в следующем:

1. Предложена модель XML-контейнера, отличающаяся возможностями динамической настройки структуры контейнера с учётом структурно-атрибутивных особенностей проектируемых мебельных изделий и включения элементов конструкторской семантики, представленных функциональными параметрическими связями.

2. Разработан метод контролируемого доступа к содержимому XML-контейнера, обеспечивающий корректность изменений модели мебельного изделия и отличающийся возможностью автоматического обновления значений её функционально связанных параметров при выполнении процедуры реструктуризации на стадии реинжиниринга.

3. Разработана методика включения элементов интерактивной динамической визуализации в VRML-модель изделия корпусной мебели, отличающаяся возможностью демонстрации заказчику результатов выполненной процедуры реструктуризации и базовой функциональности изделия на стадии реинжиниринга.

4. Разработана методика и реализованы алгоритмы расчётов прочности, статической устойчивости и экологичности мебельных изделий на стадии реинжиниринга, отличающиеся использованием упрощённых расчётных схем, не требующих длительного времени выполнения, но обеспечивающих приемлемые для практического использования оценочные результаты.

Практическая значимость работы заключается в разработке информационных и программных средств поддержки проектных процедур на стадии ре-

инжиниринга для использования в составе САПР корпусной мебели в условиях позаказного промышленного производства.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав с выводами, заключения, списка использованных источников, четырёх приложений.

В главе 1 представлены результаты анализа методов, средств и особенностей реализации процесса проектирования изделий в САПР корпусной мебели в условиях позаказного промышленного производства.

Обоснована целесообразность использования на стадии реинжиниринга высокоуровневого представления изделия в виде информационного контейнера, разработанного на основе технологии XML, - XML-контейнера. Особенностью XML-контейнера является возможность динамической настройки его структуры с учётом структурно-атрибутивных особенностей моделируемых мебельных объекто�