Введение к работе
Актуальность. Применение средств автоматизированного черчения для формирования конструкторских чертежей сразу же поставило проблему преобразования ранее созданного изображения. Источник этой проблемы заключается в том факте, что создание подавляющего большинства новых изделий ведется по пути модификации предыдущих версий. Для того, чтобы изменения в изделии могли быть отображены в его чертежах, необходимо иметь возможность автоматизированного редактирования чертежа. Однако затраты времени и трудоемкость редактирования конструкторских чертежей средствами автоматизированного черчения практически не отличается от затрат на создание чертежей. Первым решением этой проблемы стала разработка специальных программ, которые были предназначены для генерации изображения чертежей деталей и узлов соответствующего семейства изделий. Основанием для создания таких программ послужила возможность параметрического описания изображения чертежей. Программный подход первоначально получил широкое распространение, хотя он имеет значительный недостаток. Для каждого вновь разрабатываемого класса деталей или изделий должна разрабатываться своя параметрическая модель и свои собственные программы расчета и визуализации. На практике такой процесс требует совмещения знаний и опыта конструктора-разработчика и программиста, а это вызывает необходимость дополнительных затрат. Следующим шагом в решении проблемы преобразования конструкторской документации стали подходы, основанные на понятиях параметризации и модификации изображений конструкторских чертежей. Основная идея этих подходов заключается в том, чтобы рассматривать изображение конструкторского чертежа как единую структуру, которая подвергается целенаправленному изменению. По настоящее время продолжают разрабатываться принципы и методология параметрического описания чертежей и способы их модификации. Однако все ныне известные конструкторские системы, использующие средства, основанные на принципах параметризации и модификации, имеют существенные проблемы, которые связаны с недостаточным качеством изображения чертежа, получаемого в результате модификации. Главная причина существующих недостатков заключается в самой технологии автоматизированного черчения. Традиционные подходы, основанные на применении геометрических примитивов и графических элементов, делают модель изображения разбитой на отдельные фрагменты. В большинстве случаев эти фрагменты совсем не связаны с другими. Для визуализации изображения таких структур вполне достаточно, но принцип параметризации требует рассматривать чертеж как единую и целостную
структуру. Средства для такого представления чертежей во многих системах отсутствуют, а следовательно возможности процедур параметризации и модификации, наталкиваясь на значительные трудности, оказываются ограничены.
Развитие средств параметризации и модификации чертежей оказалось замедлено тем, что усилия большинства разработчиков были устремлены и продолжают стремиться в область трехмерного проектирования. Бурное развитие вычислительной техники сделало доступным использование ресурсов, необходимых для манипулирования с трехмерными изображениями на относительно недорогих аппаратных средствах. Однако применение систем трехмерного проектирования ставит несколько важных организационных вопросов в рамках процесса аатоматизированного проектирования. В отличие от конструкторских чертежей объемное изображение разрабатываемого объекта не является документом, который должен быть использован для передачи информации в процессе проектирования и при хранении, в производстве и при контроле за изготовлением изделия. Следовательно, применение систем трехмерного проектирования должно подразумевать либо выпуск конструкторской документации, либо эксплуатацию в процессе изготовления изделия станков с ЧПУ. Однако следует учесть тот факт, что производство может осуществляться и без программно управляемых средств производства. Таким образом, даже в рамках трехмерной технологии проектирования роль и значение конструкторских чертежей не уменьшается.
Предлагаемая работа посвящена проблемам исследования и разработки конструкторской системы, основанной на идеях применения средств параметризации и модификации в рамках технологии двумерного проектирования. Так как огромный пласт работ конструктора может быть выполнен без применения достаточно дорогих средств трехмерного проектирования, то факт обладания конструкторской системой двумерной технологии, которая с достаточной степенью качества выполняла бы возложенные на нее проектные функции, представляется весьма важным элементом САПР.
Цель диссертационной работы заключается в исследовании методики параметрического описания и модификации конструкторских чертежей; способов построения комплексной системы автоматизации работ конструктора (САРК), сочетающей генераторный и вариантный подходы к формированию чертежей; способов организации модели чертежа и интерактивных графических средств (ИГС) комплексной системы; и в разработке, на основе этого исследования,
программных модулей, реализующих функции по формированию описания чертежа, которое обеспечивает в дальнейшем наиболее эффективную реализацию процессов параметризации и модификации.
Достижение указанной цели предполагает решение ряда задач:
-
исследование методик автоматизированного формирования конструкторских чертежей, постановка и обоснование проектных задач генерации и модификации изображений чертежей;
-
исследование теоретических предпосылок, проблем и способов решения задач параметризации и модификации чертежей;
3) исследование принципов построения и формирование концепции системы,
обеспечивающей генерацию и модификацию чертежей;
4) исследование различных уровней и аспектов представления разрабатываемой
комплексной системы и формирование ее архитектуры;
5) исследование способов программной организации компонент,
поддерживающих архитектуру системы, реализующих функции интерактивных
графических средств, обеспечивающих формирование модели чертежа.
Основные методы исследования. Для решения поставленных задач применялись теория параметризации плоских фигур, методы вычислительной геометрии и геометрического моделирования, методы интерактивной машинной графики, методы проектирования человеко-машинного интерфейса и программного обеспечения.
Научная новизна.
-
Сформулированы и раскрыты правила, на основании которых может производиться модификация конструкторских чертежей. Предложен общий подход к решению задачи параметризации конструкторских чертежей. Определены основные этапы осуществления процесса модификации конструкторских чертежей. Выдвинуты требования со стороны вариантной подсистемы к организации структуры данных модели чертежа.
-
Предложено понятие и структура описания способа построения элемента чертежа, который определяет отношения привязки, геометрические и графические условия соотношений элементов чертежа. Предложено применение механизма ассоциативных деталей в процессе редактирования элементов чертежа. Этот механизм основан на использовании описания способа построения элементов модели чертежа.
3) Предлагается использование новой технологии "грубой модели" при
начальном построении изображений чертежей. Технология "грубой модели"
заключается в преобразовании эскиза чертежа в точно построенное изображение
при помощи средств автоматической параметризации и модификации. Сформирована архитектура системы автоматизации работ конструктора, позволяющая на внутреннем уровне поддерживать технологию "грубой модели".
4) Предложена схема организации диалога с пользователем, которая
позволяет автоматически формировать и применять описание способа
построения элемента при выполнении команд интерактивных графических
средств.
5) Предложено создание баз графических данных, сформированных в виде
описания параметризованного образа и наборов параметров, которые
определяют конкретный вариант чертежа, а не файлов, описывающих только
графическое изображение.
Практическая ценность работы. Значение результатов диссертационной работы для практики заключается в следующем:
1) применение системы автоматизированного формирования чертежей,
основанной на принципе "грубой модели" позволяет освободить разработчика от
рутинной деятельности по точному построению чертежей и, как следствие,
сократить время цикла проектирования, повысить качество получаемых
чертежей, за счет использования развитых средств модификации;
2) разработанные интерактивные графические средства позволяют
унифицировать и структурировать вводимые пользователем данные, а также
четко визуализировать процесс построений, осуществляемых при выполнении
команд ИГС, что ведет к существенному повышению скорости работы
пользователя, простоте общения пользователя с системой и его быстрой
адаптации к различным предметным областям;
3) использование параметризованного образа и наборов параметров при
формировании баз графических данных чертежей позволяет значительно
уменьшить объемы сохраняемой информации, а также облегчить получение
пользователем отдельных чертежей, конкретных типоразмеров и библиотечных
элементов, что позволяет ускорить сборочное проектирование.
Реализация результатов работы. Научные и практические результаты диссертационной работы используются при разработке программных средств и модулей системы автоматизации работ конструктора (САРК), функционирующей на базе персонального компьютера типа IBM PC.
Технический эффект от применения практических результатов диссертационной работы подтверждается двумя актами о внедрении.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
5-ой международная конференция по компьютерной графике и визуализации в России, Санкт-Петербург, 3-7 июля, 1995г;
ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПб ГЭТУ 1994-1996 гг.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ, из них три статьи и тезисы к двум докладам.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 60 наименований. Основная часть работы изложена на 161 странице машинописного текста. Работа содержит 31 рисунок и 8 таблиц.
