Содержание к диссертации
Список принятых сокращений 5
Введение 6
Глава 1. Анализ методологии информационного обмена на этапах жизненного цикла изделия 12
1.1. Понятие жизненного цикла изделия-и его использование при технической подготовке производства 12
1.3.1. Возникновение концепции CALS и ее сущность 12
1.3.2. Применение PLM-технологии 17
1.3.3. Стандарты STEP как реализация технологий CALS 19
1.2. Подготовка исходной информации для автоматизации технологической подготовки производства 20
1.3. Методы и технологии обмена информацией в CAD-CAM системах 27
1.3.1. Файловый формат передачи информации DXF 27
1.3.2. Файловый формат передачи информации IGES 29
1.3.3. Файловый формат передачи информации STEP 31
1.3.4. Технология обмена данными "OLE for D&M" 33
1.3.5. Входной формат САПР ТП "ТехноПро" . 35
1.4. Анализ возможностей современных САПР ТП 36
1.4.1. САПР ТП Компас-Автопроект ("АСКОН") 36
1.4.2. САПР ТП СИТЕП (МГТУ "Станкин") 38
1.4.3. САПР ТП Techcard ("Интермех") 39
1.4.4. САПР ТП Adem (Omega Adem Technologies ) 40
1.4.5. САПР ТП ТехноПро ("Вектор") 41
1.4.6. Сводная таблица функциональных возможностей российских САПР ТП 43
1.5. Постановка целей и задач исследования 44
Глава 2. Математическое обеспечение процесса распознавания и идентификации КТЭ деталей и их параметров 47
2.1. Выбор объекта исследования 47
2.2. Представление информации о ЗЭ-модели детали и конструкторском чертеже в формате IGES 48
2.3. Декомпозиция геометрической модели детали на КТЭ 58
2.3.1. Декомпозиция геометрической ЗО-модели детали 58
2.3.2. Схема приближенных вычислений (нечеткая модель принятия решений) 7 О
2.3.3. Формализация описания КТЭ 72
2.3.4. Пример использования модели приближенных рассуждений 84
2.3.5. Распознавание элементов 2 уровня 87
2.4. Разработка методики сопоставления 3D модели детали и 2D-чертежа 95
2.5. Распознавание конструкторских обозначений на 20-чертеже 99
2.5.1. Поиск и идентификация обозначений шероховатости 99
2.5.2. Идентификация обозначений допустимых отклонений формы и расположения поверхностей 106
2.5.3. Идентификация обозначений параметров качества поверхностного слоя и покрытий 114
2.5.4. Распознавание информации из основной надписи и технических требований чертежа 116
2.6. Выводы ко второй главе 117
Глава 3. Разработка алгоритмов для программного комплекса распознавания конструкторско-технологической информации на основе ЗВ-модели детали и 2В-чертежа 119
3.1. Разработка функциональной схемы, программного комплекса 119
3.2. Разработка программных алгоритмов декомпозиции геометрической модели детали на КТЭ 122
3.3. Разработка программных алгоритмов распознавания конструкторских обозначений на 2В-чертеже 128
3.3.1. Алгоритм распознавания обозначений .шероховатости на 20-чертеже 128
3.3.2. Алгоритм распознавания обозначений допусков отклонения формы и расположения поверхностей на 2В-чертеже 130
3.3.3. Алгоритм лингвистического распознавания обозначения параметров качества поверхностного слоя. 131
3.4. Разработка дополнительных алгоритмов 132
3.5. Выводы к третьей главе 132
Глава 4. разработка Информационного обеспечения и программного комплекса автоматизированной системы распознавания КТМ детали из ЗВ-модели детали и 2В- чертежа в формате IGES 134
4.1. Общая характеристика используемого программного и технического обеспечения автоматизированной системы 134
4.2. Лингвистическое обеспечение, использованное при разработке программных модулей системы 135
4.3. Информационное обеспечение программного комплекса 137
4.4. Организация технологии настройки системы 143
4.5. Описание разработанного программного комплекса 144
4.6. Выводы к четвертой главе 146
Глава 5. Использование методологии распознавания конструкторско-технологической информации на основе ЗВ- модели и 2В-чертежа 147
5-1. Применение программного комплекса при решении задач конструкторско-технологической подготовки производства CAD-системой Cimatron и САПР ТП "ТехноПро"
5.2.0ценка технико-экономической эффективности использования результатов исследования 149
5.3.Разработка структуры общероссийского комитета по обмену информацией на этапах жизненного цикла изделия 153
5.4. Выводы к пятой главе 156
Заключение 157
Литература 159
Приложения 170
Введение к работе
В настоящее время большое внимание уделяется концепции CALS предусматривающую информационную поддержку изделия на всех этапах его жизненного цикла. Информационная интеграция и системная поддержка жизненного цикла продукции (CALS-, CAD-CAM-CAE-технологии) внесены в перечень критических технологий Российской Федерации утвержденный президентом РФ в 2002 г, требующих особого внимания к их развитию и разработке новых технических решений.
На предприятиях, использующих идеологию CALS, формируется единое интегрированное информационное пространство. При этом, на этапе подготовки производства используются системы CAD, САМ, САЕ, PDM(PLM) и САПР ТП. Вопросы информационного обмена между CAD, САМ и САЕ под управлением систем PDM (PLM) в достаточной степени исследованы и реализованы в виде файловых форматов обмена геометрической информацией, либо посредством прямых интерфейсов. Однако вопросы передачи информации в САПР ТП, в которых проектируется технология изготовления деталей в соответствии с традициями российского производства, остаются не достаточно исследованными, и в настоящее время кодирование информации о детали для автоматизированного технологического проектирования технологии изготовления детали производится инженером-технологом вручную, что увеличивает сроки технической подготовки производства деталей.
Необходимость информационного объединения САПР и АСТПП проявилась еще в 80-е годы, когда попытки комплексной автоматизации технологического проектирования значительно осложнились проблемой . подготовки исходных данных. Поскольку время описания конструктивно-технологических характеристик изделий (деталей, сборочных единиц) для входа в подсистемы технологического проектирования значительно превосходило время самого проектирования, эффект такой автоматизации существенно снижался. Для задания геометрических свойств изделий разрабатывались классификаторы, системы кодирования и языки описания деталей, однако существующий в то время уровень технических средств не позволял организовать эффективные пользовательские интерфейсы. В частности в этой области проводили исследования: В.И.Аверченков, Г.К.Горанский, Н.М. Капустин, С.Н.Корчак, С.П.Митрофанов, В.Г.Митрофанов, В.В.Павлов, А.В.Пуш, В.П. Смоленцев, Ю.М. Соломенцев, М.В. Терешин, В.Д.Цветков, В.Г.Старостин, Б.П.Челищев.
Развитие систем геометрического моделирования открыло новые возможности интеграции. Наиболее завершенной оказалась реализация идеи передачи геометрической модели детали из CAD-систем в САМ-систему при разработке управляющих программ обработки детали на оборудовании с ЧПУ, что весьма эффектно демонстрируется во многих системах, претендующих на определение «интегрированных». Созданные для этого интерфейсы были закреплены стандартами на хранение и передачу геометрической информации и поддерживаются многими прикладными системами. Однако передача данных в другие подсистемы технологического проектирования не является столь очевидной, причем проблемы носят не технический, а методологический характер.
В связи с этим, данная работа, направленная на автоматизацию подготовки исходных данных для принятия технологических решений при создании конструкторско-технологической модели детали в многоуровневых САПР, и интеграцию CAD-систем и САПР ТП является актуальной для решения вопросов комплексной автоматизации технологической подготовки производства.
Цель работы снижение сроков технической подготовки производства за счет автоматизации процедур формирования конструкторско-технологической модели детали для передачи ее в САПР ТП на основе распознавания конструкторско-технологических элементов из ЗО-модели детали и 2В-конструкторского чертежа в формате IGES.
Методология и методы исследования. В основу исследований положены основные научные положения теории автоматизированного проектирования; технологии машиностроения; математический аппарат и методы теории нечетких множеств и лингвистических переменных, в том числе модели и методы построения функций принадлежности; теории построения экспертных систем; при разработке программных модулей использовались методы объектно-ориентированного и структурного программирования.
Научная новизна работы заключается в автоматизации распознавания и идентификации конструкторско-технологических элементов деталей в интегрированных САПР. В том числе научная новизна включает в себя:
1. Разработанную методологию автоматического распознавания конструкторско-технологических элементов из ЗЭ-модели детали и 2Э-чертежа с использованием графа декомпозиции.
2. Предложенную математическую модель формализованного описания конструкторско-технологических элементов на основе их представлений с использованием нечетких множеств.
3. Предложенную методику сопоставления ЗБ-модели детали и 2D-чертежа для поиска конструкторских обозначений параметров конструкторско-технологических элементов и их взаимосвязей.
4. Разработанную методологию автоматического распознавания конструкторских обозначений на 2В-чертеже, полученных в любой CAD-системе.
Практическая ценность работы.
1. Предложен классификатор КТЭ, позволяющий эффективно работать с БД КТМ детали.
2. Составлен словарь подобразов конструкторских обозначений на 2D-чертеже.
3. Разработан программный модуль чтения ЗЭ-модели и 2Э-чертежа в формате IGES автоматически распознающий 37 конструкторско-технологических элементов (КТЭ) и формирующий конструкторско-технологическую модель (КТМ) детали в специально разработанной базе данных (БД).
4. Разработан модуль формирования КТМ детали во входном формате САПР ТП "ТехноПро" на основе КТМ детали из БД, работающий независимо от способа наполнения БД.
В первой главе производится анализ существующей методологии обмена информацией на этапах жизненного цикла изделия в интегрированных САПР.
Рассмотрены работы известных ученых в области подготовки исходной информации для автоматизации технологической подготовки производства. Отмечено, что этап ручного кодирования информации о детали предлагаемый в работах Г.К. Горанского, В.Д. Цветкова и др.
возможно автоматизировать на современном этапе с совместным использованием ЗЭ-модели детали и 20-чертежа.
Проведен анализ современных CAD-CAM систем с точки зрения возможностей подготовки входной информации для технологического проектирования, а также обмена информацией. Проанализированы стандартные форматы обмена информацией в CAD-CAM системах, в качестве базового формата для проведения исследований выбран распространенный формат IGES 5.2.
Исследованы стандарты группы ИСО-10303 (STEP) направленные на информационную поддержку изделия на всех этапах жизненного цикла. Определено, что использование этих стандартов затруднено по ряду причин.
Проведен обзор российских САПР ТП. Выяснено, что наиболее приемлимой САПР ТП с точки зрения автоматизации технологического проектирования и возможности передачи конструкторско-технологической информации из сторонних модулей в рамках поставленной цели и задач диссертационного исследования является САПР ТП "ТехноПро" фирмы "Вектор".
Во второй главе представлены результаты исследования математического обеспечения процесса распознавания и идентификации конструкторско-технологических элементов и их конструкторских параметров на основе ЗБ-модели детали и 20-чертежа.
Информация о детали, представляемая в ЗО-модели и 20-чертеже была классифицирована, учитывая выбранный объект исследования, проведено распознавание и идентификация 37 конструкторско-технологических элементов 1 и 2 уровня, 6 видов обозначений шероховатости поверхности, обозначений допусков отклонения формы и расположения поверхностей, а также обозначений параметров качества поверхностного слоя и покрытий, необходимых для принятия технологических решений в условиях технической подготовки производства.
Разработан математический аппарат для декомпозиции 3D модели детали и 2D чертежа на конструкторско-технологические элементы 1 и 2 уровня на основе, графа декомпозиции. В математическом аппарате реализована теория нечеткой логики и экспертных оценок.
Представленные математические зависимости включают в себя все необходимые для программирования числовые коэффициенты и параметры, что имеет большую практическую значимость.
Предложена методика сопоставления ЗБ-модели детали и 2D-чертежа для поиска и идентификации конструктореко-технологических элементов 2 уровня и конструкторских обозначений.
Разработана методология и предложен математический аппарат для распознавания конструкторских обозначений на 2Б-чертеже.
Третья глава посвящена разработке функциональной схемы программного комплекса и алгоритмов работы модулей системы.
.Выявлено место разработанного программного комплекса в едином информационном пространстве предприятия. Предложена функциональная схема работы системы, работающая по модульному принципу. Каждый из подмодулей имеет свой четко определенный вход и выход.
Разработаны программные алгоритмы декомпозиции ЗВ-модели и 2Б-конструкторского чертежа на основе графа декомпозиции с использованием разработанного математического аппарата.
Разработаны программные алгоритмы распознавания конструкторских обозначений шероховатости, отклонений формы и расположения поверхностей, параметров качества поверхностного слоя и покрытий на 2Б-чертеже.
Четвертая глава посвящена разработке информационного обеспечения и программного комплекса автоматизированной системы распознавания КТМ детали из ЗВ-модели детали и 20-чертежа в формате IGES.
Выбрано программное техническое и лингвистическое обеспечение системы. Обоснован выбор в качестве языка программирования объектно-ориентированного языка J AV А2. Предложена структура базы знаний системы для хранения конструкторско-технологической модели детали, всех параметров настройки математической модели и дополнительной информации.
Разработан классификатор конструкторско-технологических элементов, включающий в себя описание размерных параметров конструкторско-технологических элементов, а также возможных конструкторских параметров. Классификатор обеспечивает кодирование и раскодирование в БД конструкторско-технологической модели детали, которое может выполняться любыми сторонними программными модулями.
Дано описание работы программного модуля, включающее в себя поэтапное преобразование информации от ЗБ-модели детали и 2D-конструкторского чертежа в формате IGES к БД конструкторско-технологической модели детали, информации о конструкции детали во входном формате САПР ТП "ТехноПро" и к технологическому процессу изготовления детали, полученному в автоматическом режиме в САПР ТП "ТехноПро".
В пятой главе показаны пути использования методологии распознавания конструкторско-технологической информации на основе ЗБ-модели детали и 2Б-конструкторского чертежа.
Рассмотрен пример использования программного комплекса для передачи информации о выбранной детали в САПР ТП "ТехноПро" на основе ЗЭ-модели детали и 2В-чертежа и формирования технологической документации.
Произведен примерный расчет экономической эффективности использования САПР ТП «ТехноПро» с модулем автоматического кодирования.
