автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Задачи геометрического и структурного моделирования в САПР оснастки

РГ6 од

| !\ 111011 1993 академия наук Беларуси

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ КИБЕРНЕТИКИ

На правах рукописи

махнач ГЕННАДИИ ВЛАДИМИРОВИЧ

ЗАДАЧИ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО И СТРУКТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 3 САПР ОСНАСТКИ

Специальность 05.13.12 - Систеки автоматизации

• проектирования

ДИССЕРТАЦИЯ в форме научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

МИНСК 1993

Работа выполнена в ордена Трудо^чго Красного Знамени Институте технической кибернетики Академии наук Беларуси

Научный руководитель: - доктор технических наук,

профессор РАКОВИЧ А.Г.

Официальные оппиненти: - доктор технических наук,

профегсор ЯРМОИ Н.й.

- кандидат технических наук, стариий научный сотрудник АК9Н0ВИЧ С.И.

Ведуцее предприятие: - Минское производственное

об'единение вычислительной техники

Защита диссертации состоится "24" иеня 1993 года в 14 ■!. 30 ыин. на заседание специализированного совета Д006.24.01 при Институте технической кибернетики АН Б по адресу: ¿20012, г.Минск, ул.Сурганова, б.

и диссертацией иоано ознакомиться в библиотеке Института технической кибернетики АН Б.

Диссертация в ©орне научного доклада разослана " " пая 1993 г.

Учений секретарь специализированного совета, доктор технических наук

Г.И.Алексеев

- з -

ОБЩЙЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Актуальность автоматизации проектирования средств технологического оснащения (ТО) в условиях развивавшихся рыночных отноаений приобретает все больнее значение. Это обусловлено оаидаемым ростов сменяемости производства изделий и, следовательно, объемов проектирования оснастки. • Актуальной остается в свази с зтин проблема сокраяения сроков и трудоемкости разработки соответствуя^« САПР оснастки.

Одним из путей уменьзения трудоемкости разработки САПР оснастки является создание и предоставление разработчикам методов, моделей и програкных средств, ориентированных на формализации операций конструирования, т.е.в»шод этого процесса на достаточно высокий макроуровень.

Исследования и разработки по настояцей диссртацки наполнен!! в соответствии с рядом Государственных целевых г.о^плзяс-чых программ по автоматизации и мазиностроенип за период 1970-1390 гг. в рамкзх основного научного направления лаборатории автоматизации проектирования средств технологического оснащения СЙПСТО) НТК АН Беларуси.

ЦЕЛЬ Н ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. 'Целыз совокупности проведенных исследований было сокравение трудозатрат и сроков создания САПР технологичекого осназения (САПР ТО) путем построения комплекса универсальных методов, моделей,- алгоритмов и програкмно-яингвистических средств, облегчапдм форкадкзацзш процэссоз проектирования. При этом предполагалось рег:!ть следующие первоочередные задачи:

1) выявит') закономерности моделирования среды функционирования (СО) конструкций оснастки я разработать линп>кст::чес-кув систему их описания:

2) вскрыть особенности и разработать способы представления описаний СО и конструкций оснастки в ЭВМ;

3) разработать методы описания геометрических объектов (контуров и трехмерных систем координат) и алгоритмические модели операций над ::',:ми применительно к конструировании;

4) исследовать комплекс задач документирования обяпх видов конструкций, синтезируемых на базе типизированных элементов, и разработать метод их малинного построения:

- 4 - • .. , ■ • : "

5) осуцествить программную реализации результатов работы, в видз проблемно-ориентированного расвирения алгоритмического языка "Фортран".

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ при выполнении совокупности работ базировалась на математическом аппарате аналитической геометрии, алгебры логики, теориях мновеств и программирования, основах технологической науки о проектировании средств оснащения. ■ Зчитывая прикладной характер исследований (ог.аничения временного плана), следует отметить, что пепед автором не ставилась цель полной и строгой теорртизации реваемых задач. Наоборот, в ряде случаев аелателен был поиск эвристических приемор, обеспечивавших относительно быстрое получение правильных реаений, эффективных в рамках заданных огран"чений (классы обрабатываемых деталей СОД), кмссн проектируемых конструкций и др.). Работоспособность и правильность предловенных методов и моделей проверялись на прикладных задачах, реваемых лабораторлей АПСТО в области создания САПР оснастки. Экспериментальная проверка полученных ревег.ай проводилась на вычислительных комплексах ЗВИ 2-го и 3-го поколений, а такве ПЭВМ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В процессе выполнения совокупности работ получены следуоцие новые научные результаты:

- эффективный метод описания деталей с больвим числом . обрабатываемых элементов, размещаемых на плоских поверхностях, и алгоритм построения их канонического представления;

- язык ТРЮ эффективного описания плоских геометрических конструкций;

- метод моделирования теоретико-иновественных операций над плоскими областями и способы анализа позиционных отношений элементов в конструкциях;

- метод мавинного построения проекций обцего вида конструкции на множестве описаний проекций ее элементов;

- метод структурирования памяти ЭВМ, соответственно понятийной структуре моделируемых объектов в предметной области проектирования средств ТО.

- эффективные способы задания систеи координат (СЮ элементов конструкций в пространстве и выполнения операций над ними, позволявцие формализовать ревение конструкторских задач распознавания положения и ориентации объектов.

ПУБЛИКАЦИИ. По матералах выполненных исследований опубликовано 46 печатных работ, в том числе 3 монографии, 7 броввр, .

17 статей и докладов. Даты публикаций, подтверадаит приоритетность научных результатов, выносимых на зачиту.

1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СРЕДСТВ ОСНАЩЕНИЯ .

Разработка САПР предполагает изучение и формализации опыта проектирования, накопленного конструктором. С целью выделения основных особенностей процессов проектирования оснастки целесообразно дать их трактовку, исходя из системных представлений о проектируемых конструкциях /14,46/.

Известно, что конструкция оснастки легко расчленяется на Функционально-целостные составлявшие (элемента) различных уровней слояности (функциональные группы, узлы, детали, поверхности и тд.). Элементы лшбого уровня декомпозиции обладают системными свойствами и могут трактоваться в качестве технических систем (ТС). Совокупности ТС в качестве системных единиц образуют ТС высвего порялка (ТСВП). Так. по отношении к конструкции оснастки, ТСВП является производственный процесс, в котором она эксплуатируется или изготавливается. Системные единицы функционирующей ТСВП. с которыми данная ТС взаимодействует, образует среду Функционирования (СФ). Для конструкций оснастки основными компонентами СФ являятся станок, деталь, рабочий и др^ Отметим такие, что СФ мовно выделить для любого функционально-целостного эле-кента декомпозиции конструкции, т.е. для каадого конструктивного элемента (КЭ). КЗ и соответствушцая ему СФ характеризуются обеими свойствами (форма, половение в пространстве, размеры и т.д.) и обладзвг своими структурами.

Если рассматривать спроектированные конструкции оснастки, или их КЗ, то конструкции или КЭ, относительно которых известно, как будут измениться их свойства при изменении свойств соответствующих СФ, будем называть базовыми, а соответствуючие иь СФ - типовыми (ТСФ).

Введенный понятия и известные примеры разработки САПР оснастки позволяют проектирование оснастки трактовать как процесс определения свойств ТС. которые будут обеспечивать требуемое качество функционирования ТСВП. Слогная системно-структурная природа конструкций оснастки, а также больной объем сведений о свойствах СФ, которые влисют на свойства конструкции, предопре-

деляют словнуп итеративно-циклическув последовательность операций проектирования. Укрупненно процесс проектирования оснастки мокно предегавить следувцей последовательностью операций, отра-вавиих процесс синтеза.

1. Выделение свойств СФ конструкция (КЗ).

2. Поиск (выбор) ТСФ, структурно подобной заданной СФ.

3. Если ТСФ не существует, то 12.

4. Выбор описания базовой конструкции (КЗ).

5. Определение свойств (экстраполяция свойств базовой конструкции (КЗ)) искомой ТС.

.6. Построение модели функционирующей ТСБП и оценка качества ее функционирования.

7. Если качество функционирования ТСВП неудовлетворительное. то 12.

8. Есги определены все КЗ текучего уровня декомпозиции конструкции, то 10.

9. Переход к рассаотренив очередного КЗ и I.

10. Если определены все уровни-декомпозиции, то 13.

11. Переход к рассмотрении более высокого уровня деконпози-ции конструкции и 9.

12. Декомпозиция СО, определение структуры конструкции (КЗ)

и 8.

13. Документирование результатов проектирования.

На основании приведенной схемы проектирования оснастки мовно выделить ряд его особенностей.

1. Неьозмояность полной типизации структурных, качественных и количественных характеристик СФ и конструкций оснастки.

2. Отсутствие теории, позволявцей в обцем случае непосредственно определить свойства структурных элементов конструкции по заданным свойствам и структуре СФ.

3. Слокная итеративно-циклическая природа синтеза конструкций КЗ.

4. Эмпирический характер знаний, применяемых в процессе синтеза конструкций.

. 5. Доминируюцая роль геометрической информации в процессе построения конструкции.

Последнее обусловливается тем, что во многих случаях анализ свойств элементов СФ и анализ качества Функционирования ТСФП сводятся к анализу свойств и отнонений геометрических объектов (систем координат, контуров, отрезков, дуг и т.д.). Сле-

- 7 - ,

довательно, формализация соответствующих операций может осуце-ствлятьса с помощьв формализованных средств ревенча геометрических задач * а также средств представления в паиати ЭВМ структурированных описаний СФ и конструкции оснастки.

Следует также отметить, что разработка САПР. ТО помимо формализации процессов.синтеза конструкции включает также пробле- • мы формализации процессов ввода описаний СФ и процессов построения технической документации на оснастку.

Изложенное и предопределило постановку вышеперечисленных задач, репение которых рассмотрено в последувцих разделах.

2. ПОДГОТОВКА, ВВОД. ПЕРВИЧНАЯ ОБРАБОТКА И ОРГАНИЗАЦИЯ ДАННЫХ В САПР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ

Под данными в САПР ТО понимается сведения аб объектах описания, вклвчаа различные критерии определения типовых сред функционирования и принятия конструктивных регений. Над даннными определены формальные операции их обработки. Данные характеризуйся семантическим содерзаниск, именем или иестоы расположения в памяти ЭВМ, значением, типом или формой представления в памяти ЗВМ, объемом занимаемой памяти. Данные делятся на входные, которые вводятся и используптся в-ЭВМ, промежуточные, которые создамся для получения других данных, и выходные,- которые создавтсз в ЗВК и выводятся в виде технической документации. Входные данные делятся на условно-постоянные, которые вводятся в САПР на этапе ее разработки и остается в ней на протяжении ее эксплуатации, и на ус.ювно-переменные > которые вводятся при проектировании каждой конкретной конструкции.

В зависимости от рассматриваемой стадии обработки данных кокно различать /19/:

- данные с СФ, представленные в технической документации (таблицы, тексты, чертежа и др.). Они б совокупности образуют документационнув модель СФ;

- формглизованныэ данные (символьная модель данных) - это сведения, выделенные из технической документации и представленные в форме,.удобной для их ввода в ЭВМ (в виде последовательностей символов):

- канонизированные данные (каноническая модель СФ и кон-' -струкции оснастки), полученные из их символьных моделей, и пере-

работанные такин образом, что описания тсех одинаковых свойств приведены к единообразному способу их представления. Над канонически«: описаниями объектов определены все операции процесса проектирования.

При канонизации дакных рассматриваются процесск их ввода и организации, т.е. структурирования и размещения в памяти ЭВМ.

В связи с теа. что описания СФ представлявтся достаточно больпим объемом данных, а эффективность их под! отовки и ввода сильно влияет на эффективность эксплуатации САПР, подготовка, ввод и организация данных являются одной из ваяных задач создания САПР ТО.

Был выделен следующий ряд особенностей СФ конструкций оснастки, которые необходимо учитывать при разработке средств подготовки ввода и организации данных:

1) иерархическая структура объектов СФ;

2) многообразие свойств элементов СФ в технической документации*

3) большой объем избыточной информации о СФ, не используемой в процессе проектирования:

4) достаточно высокий уровень типизации элементов конструкций ГО;

5) большой удельный вес информации об оснацаеиой детали (ОД) в обцем объеме данных входного задания;

6) существование закономерностей координирования однородных элементов ОД при больном их количестве (например, группы отверстий, располагавшиеся равномерно на прямой, окрузности и др.)..

С учетом указанных особенностей был разработан ряд способов и систем правил эффективного задания элементов СФ конструкций ТО в пространстве, а тайне их геометрического и графического представления:

- эффективные способы задания полозения трехмерных объектов конструкций в пространстве /7,13,32/;

- язык ТРЮ для описания контуров плоских поверхностей ОД /40,42/;

- способ описания координирующей сетки больиого числа элементов детали на плоскости /5,23,26,30/;

- табличный способ задания элементов СФ /21,13/, обеспечиваний эффективное представление общих свойств СФ и однородных по составу информации ее элементов.

Анализ задач, решаемых в процессе проектирования оснастки,

показал, что описание ОД целесообразно представлять в виде описаний ее отдельных поверхностей или их совокупностей (групп). Описание отдельной поверхности или группы вкличает геометрические (располоаение в пространстве, форма, размеры) и технологические (точность изготовления, качество обработки и др.) сведения. Для их задания разработаны соответствующие табличные формы /13,23,44/, ориентированные на определенные классы ОД.

Для фиксации поверхностей ОД в пространстве с ними определенным образом связываются правые 3-х мерные декартовы системы координат, которые назаваптса привязочными (ПСК). В свои очередь с ОД определенным образом, с учетов расположения технологических баз. связываются СК, называемые главными (ГСК) /13/. ГСК позволяет миделировать единое геометрическоь пространство, в котором посредством ПСК могут быть заданы все элементы СФ. Для отранения пространственной ориентации последних был предлокен рад способов описания СИ, учитывавших особенности задания ориентации поверхностей ОД на чертеяах:

1) системой углов пространственной ориентации ( , Р , Т )

/13/;

2) системой углов ориентации проекций поверхностей ОД на плоскости ( а , , 7?, Л ) /24/;

3) тремя точками, принадлежащими одной из плоскостей ПСК

/33/;

4) углом разворота плоскости и кодом гов-падения осей ГСК и

ПСК.

эылй такзе выведены зависимости и составлены алгеритма/ЗЗ/, позволяющие по значениям заданных параметров получать соответствующие ка-1ицы направлявших косинусов (ИНК) ПСК в ГСК и наоборот, от МНК переходить к любому из приведенных зпособов задания СК.

Предусмотрена такге возкоянссть координирования начала ПСК поверхностей (#,2/,2) относительно трех различных ПСК ранее заданных поверхностей.

При разрабо-ке способа описания координирузцей сетки боль-вого числа элементов ОД на плоскости были выявлены закономерности их координирования, что дало возмозность саимать объем кодируемых сведений за счет указания характера таких закономерностей.

Разработанные автором алгоритмы /5,17/ обеспечивают распознавание групп элементов, пострзение описаний всех элементов, вхо-

- ю - •

дящих в группу, а также приведение координирующих размеров к единым базам. Алгоритмы реализуют также операции упорядочения элементов 0.1 по группам с одинаковой конфигурацией и размерами, по . возрастании значений абсцисс и ординат, а также по рациональному., пути их обхода рабочим инструментом при обработке.

Задание конфигураций поверхностей ОД осуществляется или с .. помощьь классификационных признаков типовых поверхностей /13/, или с помочью задания структурных последовательностей дуг окружностей и отрезков пряных, ограничивающих их контуры.:

Для облегчения задания форм поверхностей последние разбивается на классы (типовые формы), которым присваивается классификационные признаки (коды). Форма очередной поверхности, если она может быть соотнесена с выделенным классом, задается соответствующим кодой. Произвольно конфигурации плоских поверхностей могут быть заданы последовательностью дуг окружностей и отрезков пряных, принадлежащих ограничивавшему их контуру.

Анализ известных языковых средств описания плоских конструкций на чертеже показал, что их использование предполагает моделирование процессов построения изображения с понощьп циркуля и линейки, что приводит к затратам времени на распознавание последовательности операций построения изображений. Затраты обусловливаются тем обстоятельством, что кодировщик может задать последующий элемент изображения только.через отноиения (координирующие размеры, касание, пересечение) с узе ранее заданными элементами изображения.

В предложенном способе описания плоских конструкций с по-, мощью языка ТРКЮ /39.40,42/ используется понятиз "неопределенного параметра", которое позволяет описывать элементы изображения в любой, удобной для кодировщика последовательности, что значительно упрощает процесс их описания.

Всего в языке ТРКЮ для задания точки, прямой, окружности, отрезка л дуги имеется соответственно по одному оператору. Имена операторов начинаются соответственно с символов Т, Р, К, I, В (рис.1.а). Они давт возможность задавать относительно любого элемента чертежа, выбранного в произвольной последовательности, лижь только те сведения, которые указаны на чертеже.

Если же параметры заданы неявно (отноиенияыи касания или пересечения), то с соответствующих позициях оператора проставляется символ "X", соответствующий понятию неопределенного параметра. Кодировщику необходимо перечислить лииь в специальном

- и -

а1 операторы описания элементов лзооргженкя

•^Ост.ут)

0 Т14} ^тлГ

1

(хс,УС)

0 ШЫ2 1

ь

шуи)

6(4 ,ук)

И

о РСМЗ С*р,ур,А) V

С«, у к)

(<н,ун)

оУК) У

б) пример зрдания изображения

~7Т\

к!

х.

-V

г(;ха,:у'с, : -.л) Я

"Рис. I. Операторы языка ТРК1Л) и пример их использования.

У

операторе "Н" все элементы изображения в порядке их обхода.

Имена, присваиваемые элементам и изображениям в процессе их описания, соответствуют именам операторов, в которых они заданы.

Отдельные элементы изображения могут быть полностью заданы неопределенными параметрами. В этом случае они оудут определены из отношений касания или пересечения с соседними элементами. Пример описания изображения проекции приведен на рис. 1,6. Оператор I служит для выбора значений параметров из базн данных, а оператор И дп занесения изображений в базу.

Разработанные автором алгоритмы осуществляет формальное распознаваниз отноиений между соседними элементами заданного списка и на основании этих отномений доопределяют неопределенные параметры. Процесс строится по итеративно-циклической схеме. Сначала просматривался последовательно по одному все элементы изображения в порядке их обхода и доопределяются неявно заданные параметры, которые можно доопределить на основании информации, заданной относительно самих элементов (например, можно определить радиус дуги, если заданы координаты центра, начала и конца дуги). Затем осуществляется попарный просмотр элементов изображения и их доопределение при совместном рассмотрении (разрешаются отношения пересечения соседних элементов изображения). Затем просматриваются и доопределяются совместно по три элемента изображения (разрешаются отношения касания). И наконец, просматриваются и доопределяются совместно по четыре соседних элемента изображения. Осуществляется построение окружности, касательной к трем заданным точкам элементов изображения. В результате осуществляется формальное распознавание последовательности операций построения изображения с помощью циркуля и линейки с построением его канонической модели. Предложенный способ описания изображений плоских конструкций соответствует требовании простоты и надежности в производственных условиях. Следует отметить, что таким способом можно описать липь те изображения, которые можно построить с помощью циркуля и линейки.

В силу большого объема данных, накапливаемых в САПР (вводимых описаний СФ, базовых КЗ проектируемых конструкций и др.), проблематичными являются распределение памяти и обмен данными между программами. В /28,2Э/ были предложены типовые структуры памяти, обеспечивающие достаточно плотную упаковку данных различной природы в описаниях объектов. Способность таких структур

обглдиняться в структуры более высокого порядка (библиотеки, библиотеки библиотек и т.д.) позволила с их помо^ьв моделировать объекты предметной области со слоаной иерархической структурой такие как оснащаемые детали, КЗ, конструкции приспособлений и др. Разработка проблемно-ориентированных процедур обмена данными позволила в свои очередь определить операции доступа к данным в терминах, близких к конструкторским понятиям, т.е. соответствувцих структуре и динамике понятий проектировщика о предметной области, что значительно упростило формализации проектирования оснастки за счет освомдения его от ревения вопросов, связанных с распределением памяти. Процедуры структуризации и доступа к сведениям описания СФ реализованы в виде проблемного расширения алгоритмического гзыка ФОРТРАН и обладают следувщими основными функциональными возмояностями.

1. Выделение общих сведений по заданному идентификатору.

2. Выделение поверхности с заданным функциональным признаком.

3. Выделение функционального признака поверхности.

4. Выделение поверхностей, включаемых в заданнув.

5. Выделение поверхности, соосной с заданной.

6. Выделение кода конфигурации поверхности.

7. Выделение поверхности с базовой СК.

8. Выбор метрического параметра поверхности.

Э. Выделение поля отклонений на координирувций размер.

10. Выделение контура проекции поверхности на заданнув плоскость ее ПСК.

Для структуризации сведений о конструкции приспособления (КП) и обеспечения доступа к ним были формализованы следующие основные операции в виде проблемного раезирения языка ФОРТРАН:

1. Открытие модели конструкции приспособления.

2. Открытие модели КЗ.

3. Выбор описания КЗ из базового ннояеетва.

4. Тираякрование КЗ.

5. Удаление КЗ.

6. Выделение КЗ с заданными признаками из модели КП.

7. Занесение параметра КЗ.

8. Выбор значений параметров КЗ.

9. Удаление параметра КЗ.

10. Занесение (выбор) ПСК КЗ.

11. Распечатка КЗ.

_ 14 ....

12. Включение КЗ в КЗ выспего уровня.

13. Выбор КЗ, включавшего данный.

14. Выбор графической подели проекции КЗ.

15. Генерация части описания. КЗ "размерный фрагмент".

3. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ ОСНАСТКИ

Как было показано выие, в основе больиинства операций конструирования ле«ит анализ-структуры и свойстз элементов СФ, соотнесение СФ с некоторой тйпорой СФ, для которой известна соответствующая базовая конструкция, и определение искомой конструкции путем экстраполяции свойств базовой конструкции согласно причащению свойств СФ относительно ТСФ.

Наиболее трудоемкими при формализации указанных операций являются операции анализа геометрических свойств проектирования, например, операции размещения КЗ в пространстве, распознавания их взаимного полохения. компоновка КЗ относительно поверхностей ОД или других КЗ конструкции и др.

Ключевым понятием формализации размещения КЗ в пространстве является представление о системе координат, фиксированной относительно КЗ /13/ и задаваемой тем или иным способом в ГСК. Такие СК, относительно которых фиксируются размерные связи КЗ (поверхностей ОД), в предыдущем разделе названы привязочными (ПСК). "" ,

ПСК позволяют с некоторым допущением свести анализ взаимного положения объектов проектирования к оценке взаимного по-лояения соответствующих ПСК. Основной функциональный состав операций над СК, необходимых для формализации отноаений позиционирования КЗ, следующий /42/:

-задание СК различными способами, приведенными в разделе 2; -определение угла разворота и кода совпадения оси ПСК с заданной осью базовой СК (БСК) /32/;

-преобразование углов (Л,^, плоскостной ориентации СК в углы (й.уЭ.Т) пространственной ориентации /7/;

-определение параметров СК. согласно способам их задания, приведенным в разделе 2;

ткорректировка параметров СК; -распечатка СК;

- 15 -

-графическое отобрамениё СК:

-прякоеСЯЛ и обратное(Л2) прреобразование СК /7,32/:

(СК1-^К2^КЗ)_2иСК1~Ш) (СК1-Н:К2—СКЗ )_22_с СК1— СКЗ).

где стрелки и определяют отноиение заданности СК. Например, запись СК2^СКЗ означает, что СКЗ задана в СК2.

С целью удобства формализации процесса проектирования операции над СК реализованы в виде проблемно-ориентированного расширения алгоритмического языка ФОРТРАН.

Операции над СК не позволяют однозначно анализировать взаимное полояение объектов в ограниченных случаях. Для более точной оценки расстояний меяду объектами требуется реяение задачи анализа взаимного полонения геометрических тел. Для достаточно иирского класса объектов реиение этой задачи удается свести к ' анализу взаимного положения их проекций, на плоскости. Анализ такого положения монет быть выполнен с помощью ряда более простых задач, способы репения которых были предлогены автором:

- определение принадлежности точки к области, ограниченной замкнутым контуром, и минимального расстояния со знаком от точки до контура /3/;

- построение зксидистантного контура, не содермацего саыо-пзресечений соседних звеньев /8/;

- определение точек пересечения двух контуров /4/.

Указанные задачи легли в основу алгоритма компоновки круглых установочных элементов (93) под плоской технологической базой, ограниченной произвольным контуром. На последней могут находиться другие поверхности ОД, на которые установочные элементы не долгны попадать. Задача решена построением зквидистанты относительно контура базовой поверхности ОД и контуров других поверхностей на расстоянии радиуса размещаемого 93 с последуи-цим определением факта попадания точки (центра 93) в запретную зону и "выталкиванием" этого центра по кратчайиеиу расстоянии /^.Формализованные геометрические операции используются такке при формообразовании (синтезе) корпусных пластин. Б этих случаях форма КЭ получается путем вырезания или добавления части пластины по ограничивавшему ее контуру. Процесс моделируется посредством теоретико-многествекных операций над контурами, методы реализации которых отражены в /8,9/.

4. НОРМАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ДОКУМЕНТИРОВАНИЯ ОБЩЕГО ВИДА КОНСТРУКЦИИ ТО В САПР

Известны различные подходы построения ортогональных проекций конструкций на заданной плоскости. Например, метод универсальных чертежей, который ориентирован на проектирсзание структурно-подобных конструкций.

Над моделями так::х чертежей определены их доработки в зависимости от метрических особенностей конкретной СО. Для конструкций ТО класса приспособлений такой подход не приемлем ввиду боль-вого количества вариантов структурных комбинаций элементов в конструкции, которые заранее невозможно предусмотреть. Известен такие подход синтеза проекций сборочных чертежей из "типовых" изображений проекций конструкции /17/. При таком подходе общее изоб-ракение проекции составляется как бы из фрагментов чертежа, на которых изображены проекции характерных совокупностей элементов конструкций.

Предложенный и реализованный в виде алгоритмов и программ подход построения проекций общего, вида конструкций ТО заклвча-ется в выделении проекций всех КЗ конструкции на заданные плоскости и удалении невидимых линий у проекций КЗ, затеняемых другими КЗ.

Построение проекции КЗ на заданную плоскость осуществляется типовой графической процедурой, разрабатываемой на стадии постпоения САПР. Графические процедуры определены на описаниях базовых КЗ и позволяют из множества (меню) проекций КЗ на координатные плоскости собственной ПСК выбирать ту, которая соответствует заданной плоскости проецирования.

В основе реиения задачи удаления невидимых линий при проэ-цировании КЗ на заданные плоскости лежит операция (условно называемая "композицией" изобраяений проекций) построения общего изображения проекции (£) двух КЗ по их отдельно заданным изображениям (й) и (8) относительно которых известно, что А затеняет 8 (рис. 2) /8,9/.

Ключевыми понятиями операции композиции изображений являются следующие.

Силуэт изображения - множество линий (контур изображения), отделяющее на плоскости проекцию КЗ от проекции пространства

изображение В (

С

S)

I ^ I

-ZZ^rj

э;

г

/Va

е)

Ж

п

"___I

и)

—Í

■PSaSs

I

i_____i I----J-L

Г

к)

л)

•

i 3d j

i h

I____J

L

. -I--4---^

i :тгг.

5«

изображение /?

не. 2. Композиция изображен..л

вокруг КЗ (см. ¿>4 и 5/1 на рис. .2,а и 2,г). Силуэт мояет быть задан только замкнутый одно- или многосвязным контуром, имеющим направление обхода. Направление выбирается таким образом, чтобы при двияенг.и по силуэту точки проекции КЗ, прилегающие к силуэту, оставались слева.

Силузт оснащается специфической правой декартовой СК, называемой текучей (ТШ, которая по отновению к любой точке, заданной на плоскости проекции, автоматически устанавливается в положение, удовлетворяющее следующим условиям:

1) начало ТСК ..ринадлеяит силуэту:

2) ось абсцисс (ОХ) направлена по касательной к силуэту в направлении его обхода;

3) абсцисса заданной точки в ее ТСК равна нулю;

4) ордината заданной точки в ТСК имеет минимально возмоа-ное значение при удовлетворении первых трех условий.

ТСК позволяет множество всех точек на плоскости разбить на три подмноаества - с отрицательными, нулевыми и полсзительшши ординатами в их ТСК, Такие подмноаества называются соответственно отрицательной, нулевой и положительной областями силуэта

а +

Например, обл?.сти А , А , А на рис. 2,6.

Наполнение изобраяения - мноаесло линий проекций КЗ, находящихся внутри силуэта. К линиям, задающим наполнение, не предъявляются требования быть занкнутыыи и несамопересекающиыи-ся.

Положительное, нулевое и отрицательное дополнение - ннояе-стро линий силуэта или наполнения одного изсбранения принадлежащее положительной, нулевой и отрицательной области гилуэта

- о -

второго изобраяения. Примеры дополнений Щ)^,

приведены на рис. 2,е, 2,8, 2,з, 2.и, 2,к соответственно.

. Под операцией "сцепление" " + " понимается упорядочение мнояества дополнений таким образом, чтобы в каждой паре дополнений полученной последовательности конец предшествующего совпадал с началом последующего дополнения (если Э10 возможно).

Силуэт результирующего изобраяения 5^(рмс. 2,л) проекции двух КЗ (Ли 8) при условии, что А затеняет Е определяется выражением

- 19 - д

= + ■+ Я^д . (П

Наполнение результирующего изображения (рис. 1,л) проекции двух КЗ определяется выражением

*Л- -&А&2+ • ■ (2)

Выражения СП и (2) составляют операцию композиции двух изображений, в результате которой получается результирующее изображение проекции двух КЗ с удаленными невидимыми линиями изображения 8, затеняемого изображением А.

Для того, чтобы построить результирующее изображение проекций всех элементов конструкции, необходимо их упорядочить таким образом, чтобы они были расположены в порядке возрастания расстояния до плоскости проецирования. Применяя последовательно операции композиции контуров (каждое последующее изображение с результатом), получим скорректированное по отношения видимости изображение проекции конструкции.

Для получения чертежей общего вида были дополнительно Формализованы операции размещения видов на сборочной чертеге, построения выносок, образмеривания конструкций, а также построение спецификации.

5. РЕАЛИЗАЦИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАБОТЫ

На основе результатов исследований, представленных в пред-, вествующих четырех разделах, автором или при его участии и руководств были разработаны алгоритмы и программные средства, используемые при построении САПР приспособлений для металлорежущих станков и друой оснастки. Сказанные программные комплексы в основном реализуют следующие классы проектно-информа^ионних функ- . ций:

1) бесформатный ввод данных /22/;

2) пересчет координирующих размеров элементов конструкций и их приведение к единым базам (для двух- и трехмерного пространств);

3) построение геометрических моделей плоских конструкций /11,25.44/;

4) задание и преобразование систем координат /7,13,32/;

5) теоретико-множественные операции над плоскими областями/8,9/;

.бесформатный способ построения моделей табличных доку-

ментов типа спецификаций /41/. таблиц рч'зиеров. координат и др.:

?) создание и ведеиче проблемно- и ыетодоориентированной базы данных /44/;

8) анализ взаимного положения плоских конструкций /3/; 3) построение проекций общего вида конструкций /8,9,39, . 40,41/;

10) размещение опир приспособлений относительно технологических базовых поверхностей ОД /1/;

11) машинное программирование процессов обработки деталей на оборудовании с ЧПУ /18,21,30/.

С использованием указанных программных комплексов был разработан ряд подсистем САПР средств технологического оснащения (табл. 1).

Таблица 1

Сзедения о внедрении САПР оснастки, разработанных с использованием результатов исследований, представленных в диссертаци

п/п

Наименование САПР компоненты, раз- ¡Число внедрений

оснастки

!работанные под ¡руководством и !при участии •автора

I

1Всего по!На пред-!странам ¡приятиях !бывиего ¡Беларуси •Соиза !

1. САПР сверлильных Подсистема подго-

приспособлоний д..л обработки плоских деталей ("Кондуктор-1, 2. 3")

товки и ввода описания СФ

Комплекс программ построения табличных документов

53

2. САПР специальных фрезерных приспо-

Подсистема подготовки и ввода данных о

соблений ("Фрезер- 1")

СФ

База данных и СУБД

Операция геометрического анализа

Операции над СК

Подсистема документирования общего вида

3. САПР универсально- Подсистема подготовки

сборных фрезерных и ввода данных о СФ приспособлений

("УСП") База данных и СУБД

Операции геометрического анализа

Операции над СК

Подсистема документирования общего вида

САПР проектирования ваблс ;ов и УП для обработки деталей из листа на дыропробивных прессах

САПР в целом разработана под руководством и при непосредственном участии автора

15

4

5. САПР сбчрочно-сва- Операции над СИ 1

рочных приспособлений

6. Программа пркзеде- Разработана под рупия коодинаг от- ководством и при верстий в детали узстии автора

2

1

к единны базах

ВСЕГО 80 14

Долевой экономическлй эффект, полученный от работ автора. составил более 500 тыс. руб. (в ценах 1998 года).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ'

Основными результатами работы являются:

1. Иетод и язык ТРКЬЙ наязного описания плоских изображений, освобокдавций пользователя от необходимости распознавания последовательности операций их построения с помоцьв циркуля и линейки.

2. Алгоритмические модели операций анализа позици :шых от-нонений ыевду геометрическими объектами на плоскости.

3. Композиционный, метод автоматизации построения проекций обцего вида конструкции оснастки из проекций е? трехмерных конструктивных элементов с удалением невидимых линий.

4. Проблемно-ориентированные способы и процедурные средства структурирования данных, отрагапщие представления проектировщика о конструкции оснастки и среде ее функционирования.

5. Инвариантные программные средства, созданные на основе полученных методов, широко используепые в САПР оснастки, имеюцие обвирнув географию внедрения на предприятиях Беларуси и других стран быввего СССР /22/.

Способы представления и обработки данных, моделирования геометрических и конструкторских объектов, алгоритмы выполнения операций над ними, метод маиинного построения проекций обцего вида конструкций приспособлений, составлявет больной теоретический и практический интерес для разработки САПР оснастки следующих поколений.

ЛИТЕРАТУРА

1» Махнач Г.В.,. Ракович А.Г. Алгоритмическое определение места плоскостных опор при конструировании станочных приспособлений // В кн.: Вычислительная техника в машиностроении. -Минск,

- 23 - -

19", ипль, с. 49-56 /АН БССР. Ин-т техн. кибернетики.

2. Махнач Г.Б. Алгоритмизация анализа геометрических параметров при автоматическом прозктировании станочных приспособлений // Материалы Всесспзной научно-технической конференции "Автоматизация технической подготовки производства в мави-ностроении". - Минск. 1968, ч. 2, с. 89-90.

3. Махнач Г.В., Раковкч А.Г. Об одной алгоритме оценки Рссполокения точки относительно контура, заданного упорядоченным набором прямых * дуг окрузностей // В кн.: Вычислительная техника в машиностроении. - Минск, 1968, декабрь, с. 90-96 /АН БССР, Ин-т техн. кибернетики.

4. Иахнач Г.В., Ракович А.Г. Алгоритм распознавания пересечен"» плоских областей, ограниченных контурами из отрезков прямых и дуг окрувностей // В кн.: Вычислительная техника в ма-виностроении. - Минск, 1969, вып. 3, с. 29-36 /АН БССР. Ин-т техк. кибернетики.

5. Программа автоматического проектирования яаблонов для обработки отверстий на координатно-револьверных прессах /И.И.Гарбуз, Г.В.Махнач. А.Г.Ракович. - Минск: НТК АН БССР, 1970. ' - 107 с.

6. Программа преобразования исходной информации для автоматизированного проектирования приспособлений /А.Н. Дапеевич. Г.В. Махнач, А.Г. Ракович. - Минск: ИТК АН БССР. 1971. - 40 с.

7. Махнач Г.В., Ракович А.Г. Углы поворота 'и алгоритмическое преобразование систем координат // В кн.: Вычислительная техника в навиностроёнии. - Минск, 1970, иянь, с. 117-126 /АН БССР. Ин-т техн. кибернетики.

8. Махнач Г.В., Ракович А.Г. Операции над контурами при автоматизированном проектировании станочной оснастки // В кн.: Вычислительная техника в машиностроении. - Минск, 1971, март, с. 77-84"/АН БССР. Ин-т техн. кибернетики.

9. Иахнач Г.В., Ракович А.Г. Приьенение операций над контурами к роиенив задач автоматизированного проектирования станочной оснастки // В кн.: Вычислительная техника в машиностроении. - лглнск, 1971, внп. 2, с. 51-59 /АН БССР. !'н-т техн. . кибернетики.

10. Бокииц Э.Б.. Волкова Н.И,, Герасимчик Р.И., Махнач Г.В. и др. Программный комплекс автоматического конструирования приспособлений для сверлильной обработки плоских деталей // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Прогрес-

сивные конструкции приспособлений механосборочного производства.' .

- Москва. 1973, с. 17-18.

11. Горелик А.Г.. Махнач Г.В. ФАП-КФ-1 - Формализованный аппарат геометрических построений, ориентированный на компилятор ФОРТРЙН-И) // В кн.: Вычислительная техника в мааинострое-нии. - Минск, 1974. вып. 2, с. 17-29 /АН БССР. Ин-т техн. кибернетики.

12. Разработка метода, экспериментальных алгоритмов и программ конструирования с использованием средств оперативнс о взаимодействия установочных и зэеимных элементов приспособлений для обработки деталей, базируемых по трем плоскостям /Г.В.Нахнач и др. - Минск, ИТН АН БССР, 1976. Зарегистрировано во ВШШТИЦ от 27.2.76, рег. NN Б469012, Б469015, Б469016.

13. Опыт построения эффективных алгоритмов маиинного проектирования спрциальных сверлильных приспособлений /Коллектив авторов, в том числе Г.В.Махнач /ИТК АН БССР. - Минск: Наука и техника, 1970. - 120 с.

14. Махнач Г.В., Ракович А.Г. Системные характеристики конструкций станочных приспособлений и представление их описаний в ЭВМ // В кн.: Вычислительная техника в машиностроении.

- Минск, 1377.'вып. 2, с. 48-53 /АН БССР. Ин-т техн. кибернетики.

15. йдамчик В.В., Волкова Н.И,, Махнач Г.В., Ракович А.Г. Система проектирования станочных приспособлений с поыоцьи ЭВМ // Материалы научно-технического семинара "Прогрессивная технологическая сснастка". - Л.. ЛДНТП. 1977, с. 17-24.

16. Махнач Г.В., Ракович А.Г. Автоматизация проектирования операций обработки деталей на координатно-револьверных прессах // Приборы и системы управления. - 1978, N1,0. 48-49.

17. Автоматизированное проектирование приспособлений для сверления плоскостных деталей (система КОНДУКТОР - 2) // Материалы по математическому обеспечению /В.В.Адамчик, Н.И.Волкова, А.А.Конопляник, Г.В.Махнач, А.Г.Ракович. - Минск, ИТК АН БССР, 1978. - 154 с.

18. Махнач Г.В. Проектирование на ЭВМ операций и оснастки для обработки деталей на координатно-револьверных прессах

// Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемные вопросы автоматизации производства". - Рига, 1978, с. 160-161.

19. Залуцкая А,И., Мах».ач Г.В. Подготовка данных при автома-

- 25 -

газированно* проектировании приспособлений // Тезисн докладов конференции "Ускорение внедрения методов и средств автоматизации проектирования и улучшения подготовки специалистов". - Минск, 1978. с, 38-40.

20. Кахнач Г.В., Ракович А.Г. Метод автоматизированного проектирования операций и оснастки для обработки деталей на координатно-револьверных прессах // Тезисы докладов Респуб-. ликанской научно-технической конференции. - Минск, 1979,

с. 23-24.

21. Махнач Г.В.. Ракович Й.Г. Применение ЭВМ для Подготовка процессов обработки деталей па координатно-ревпльверных прессах //Материалы научно-технического семинара "Втамповка в мелкосерийном производстве". - Москва, обцество "Знание", 1979, с. 64-73.

22. Инвариантные компоненты систем автоматизации проектирования приспособлений /Под общ. ред. Й.Г. Раков.чча. - Минск: Наука и техника, 1980. - 139 с.

23. Инструктивно-методические материалы по эксплуатации система "КОНДУКТОР - 3" автоиатизированного проектирования приспособлений /З.Б.Бокииц, А.А.Конопляник, Г.В.Махнач, В.Г.Сергеева

- Минск: НТК АН БССР. 1980. - Ö? с.

24. Волкова Н.И., Другакова М.Н., Махнач Г.В. Пакет прикладных программ "АВТОПРИС-ТС" автоматизированного проектирования приспособлений // Тезисы докладов на II Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемные вопросы автоматизации производст-. ва". - Краснодар, 1981, с. 64-65.

25. Букатая В.В., Махнач Г.В. Табличный способ описания проекций конструкций и построение их канонических моделей // В кн.: Алгоритмы проектирования технологической оснастк»ч - Минск, 1981, с. 88-110 /АН БССР. Ин-т техн. кибернетики.

26. Инструктивно-методические материалы по эксплуатации программ проектирования сверлильных приспособлений под управлением ОС ЕС /З.Б.Бокииц, Н.И.Волкова, Р.И.Герасимчик, Г.В.Махнач. А.Г.Ракович. - Минск, ИТК АН БССР, 1983. - 94 с.

27.-Махнач Г.В., Ракович А.Г. Пакет программ проектирования операций и оснастки для координатно-револьверннх прессов // Тезисы докладов на Республиканском научно-практическом семинаре "Автоматизация процессов подготовки производства в мавинострое-нии". - Фрунзе, 1983, с. 2С'-22.

.28. Махнач Г.В. Типовые информационные структуры в систе-

мах автоматизированного проектирования приспособлений // В кн.: . Алгоритма конструирования технологических приспособлений и инструментов. - Минск, 1984, с. 59-66 /АН БССР. Ин-т техн. кибернетики.

29. Махнач Г.,В., Букатая В.В. Организация хранена и обмена данными с помощью типовых информационных структур при автоматизированном проектировании приспособлений // В кн.: Алгоритмы конструирования технологических приспособлений и инструментов. - Минск, 1984, с. 85-93 /АН БССР. Ин-т техн. кибернетики.

30. Программный комплекс проектирования технологических операций и оснастки для коордкнгтно-револьверкых пресиов /Г.М.Ваюкевич, Е.Б.Кокарева, Г.В.Махнач, А.Г.Ранович - Минск, НТК АН БССР, 1984. - 4->с.

31. Махнач Г.В. Пакет программ оснащения координатно-ре-вольверных прессов (КРП) // Информационный листок. - Мик.к, ИТК АН БССР. 1984.

32. Махнач Г.В., Яковлева В.Г., Анохина H.H. Формализация операций определения взаимного пологзния и орие**-ации объектов при автоматизации проектирования // В кн.: Автоматизация проектирования в мавиностроении. - Минск, 1981, вьп. I, с. 55-58 /АН БССР. Ин-т техн. кибернетики.

33. Махнач Г.В., Ракович А.Г. Формальное построение проекций конструкции технологической оснастки на сборочном чертеве // Тезисы докладов научно-технического семинара "Математическое обеспеченна систем с маюинной графикой". - Устинов, 1985,

с. 87-88.

34. Махнач Г.В. Методические языковые и программные средства подсистемы документирования общего вида в САПР приспособлений // Тезисы докладов научно-технической конференции "Авто-ыатизациз процессов технической подготовки производства в условиях применения гибких производственных систем".- Минск, 1986.

- 86 с.

35. Махнач Г.В. Программные средства для формирования текстовых документов // В кн.: Инвариантные компоненты маиинострои-тельных САПР. - Минск, 1987, с. 36-44 /АН БССР. Ин-т техн. кибернетики.

36. Махнач Г.В., Ракович А.Г. Автоматизация подготовки процессов обработки листовых деталей: Обзор, индорм. /БелНИИНТИ.

- Минск. 1987. - 44 с.

- 27 -

37. Бокииц Э.Б., Другакова М.Н., Махнач Г.В.. Ракович А.Г. Автоматизация конструирования приспособлений для фрезерных операций // Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического симпозиума "Проблемные вопросы автоматизации производства".

- Воронеа, 1987. с. 217-218.

38. Бокгиц З.Б., Махнач Г.В..Ракович А.Г. и др. Система автоматизированного проектирования сзерлильных приспособлений: Общее описание. - Минск, 1987. - 70 с. /ЙН БССР. Ин-т техн. кибернетики.

39. Махнач Г.В. Подсистема документирования общего вида в САПР приспособлений // Тезисы докладов Всесоизной конференции "Автоматизация проектирования средств технологического оснащения в -авиностроениа и приборостроении". - Рига, 1988, с. 74-75.

40. Махнач Г.В. Документирование общего вида в САПР приспособлений на базе графических моделей проекций конструктивных элементов // Тезисы докладов на IU Всесоюзном координационном совещании по автоматизации проектно-конструкторских работ в маакностроении. - Эинск, 1988, с. 143-148.

41. Ващенко Ю.Л., Другакова М.Н., Махнач Г.В. Автоматизация проектирования компоновок универсально-сборных приспособлений для фрезерных операций // Тезисы докладов к зональному семинару "Состояние, опыт и направление работ по комплексной автоматизации на основе ГПМ, РТК и ПР". - Пенза, 1989, с. 43-14.

42. Базовый программно-методический комплекс автоматизации проектирования станочных приспособлений: Методические указания /М.Н.Другакова. Г.В.Махнач, А.Г.Ракович и др. Ятвера-ден Госстандартом СССР. - Н., ВНИИНМАЙ, 1989. - 189 с.

43.Ващеп<о И.Д.. Другакова М.Н.. Махнач Г.В. Научные и практические результаты автоматизации проектирования фрезерных приспособления // Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического семинара "Применение САПР в химическом и нефтяном маиино-строении ". - Москва. ЦИНТИХИКНЕОТЕМАМ, 1990. с. 25-27.

44.Ваценке Й.Л., Другакова H.H.. Махнач Г.В. Программный комплекс проектирования компоновок универсалько-сборных приспособлений д.-.л фрезерных операций // Тезисы докладов зонального научно-технического семинара "Состояние, опыт и направление работ по комплексной автоматизации на основе ГПМ, РТК

и ПР". - Пенза. 1990, с. 36-37.

45. Ващенко S.A., Другакова H.H.. Махнач Г.В. Проектирование компоновок универсально-сборных приспособлений с помощью ЭВМ

// Тезисы докладов конференции "Типовые ,*еханизиы и технологическая оснастка станков-автомагов, станков с ЧПУ и ГПС" /"Станки -91"/. • Киев. 1991. - 44 с.

46. Махнач Г.В. Системно-структурный аспект САПР технологической оснастки // Тезиси докладов научно-технической конференции по теории и методам создания интеллектуальных САПР в маиино-: строении и приборостроении. - Минск, 1992. - 43 с.

Подписан в печать 20.05.93 г. Формат бумаги 80x84 1/16. Бумага тиипографская. Офсетная печать. Объем 1,0 печ.л. Тира« 100. Зак. 77.

Отпечатано на ротапринте Института технической кибернетики АН Беларуси. 220012. Минск, Сурганова, 6