Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ методики проектирования штампов, существующих ПС и современных технологий создания ПС 12
1.1. Анализ существующей технологии проектирования штампов... 12
1.1.1. Алгоритм проектирования твердотельной модели штампа... 12
1.1.2. Проведение расчетов, связанных со штампуемой деталью 13
1.1.3. Проектирование матрицы и элементов фиксации..., 17
1.1.4. Проектирование буфера и съемника 21
1.1.5. Проектирование пуансонов 23
1.1.6. Проектирование плит 25
1.2. Анализ существующих программных систем проектирования штампов 27
1.2.1. ПС КОИПАС-ШТАМП 28
1.2.2. ПС T-FLEX/ШТАМПЫ 29
1.3. Анализ современных методов создания ПС 34
1.4. Основные задачи исследования 38
Выводы 40
Глава 2. Методика создания информационной модели проблемной области автоматизации проектирования штампов 42
2.1. Концептуальная модель 42
2.1.1. Анализ задач решаемых ПС 42
2.1.2. Анализ технологии использования 47
2.1.3. Анализ требований к ЭВМ и ОС 48
2.2. Информационная модель и функциональная спецификация 48
2.2.1. Структура проблемных данных исследуемой предметной области 49
2.2.2. Структура организационных данных исследуемой предметной области 49
2.2.3. Формальные основы методики создания информационной модели проблемной области 50
2.2.4. Функциональная спецификация ПС 54
Выводы 59
Глава 3. Структура и реализация ПС 60
3.1. Структура ПС и основные алгоритмы программных модулей...60
3.1.1. Структура ПС 60
3.1.2. Алгоритм управления ПС 62
3.1.3. Алгоритм автоматизации создания мастер-моделей 63
3.1.4. Алгоритм универсального расчетного модуля 68
3.1.5. Алгоритм поиска аналога 72
3.2. Реализация структур данных 74
3.2.1. Структура каталогов 74
3.2.2. Структура словарей и таблиц управления 76
3.2.3. Структура БД 79
3.3. Реализация базы программ 80
3.3.1. Программа автоматизации создания ММ, 80
3.3.2. Программа «Монитор» 81
3.3.3. Программа поиска аналога 86
3.3.4. Расчетные программы 90
3.4. Интерфейс пользователя и вопросы адаптации 93
3.4.1. Визуализация проектирования 93
3.4.2. Возможности отката 93
3.4.3.Регулирование процесса проектирования 94
3.4.4. Возможности автоматизированного изменения расчетных зависимостей 94
Выводы 96
Глава 4 Контрольный пример и верификация ПС. 97
4.1. Технология проектирования изделия БС 1740-5206 с помощью ПС 97
4.1.1. Анализ штампуемой детали 97
4.1.2. Выбор аналога 100
4.1.3. Выбор пресса 100
4.1.4. Проектирование упоров и матрицы 101
4.1.5. Проектирование съемника 104
4.1.6. Проектирование буфера 105
4.1.7. Проектирование подкладных плиток и плиты нижней 106
4.1.8. Проектирование пуансонов 108
4.1.9. Проектирование плиты верхней 109
4.1.10. Сборка модели ПО
4.2. Верификация ПС 114
4.2.1. Анализ существующего проекта и проекта созданного в программной системе 114
4.3. Внедрение методики и программной системы 120
Заключение 121
Библиографический список литературы 122
Приложения 126
- Проведение расчетов, связанных со штампуемой деталью
- Формальные основы методики создания информационной модели проблемной области
- Структура словарей и таблиц управления
- Анализ существующего проекта и проекта созданного в программной системе
Введение к работе
Важнейшим направлением в области развития информационных технологий (ИТ) является внедрение ИЛИ (CALS) -технологий. Об этом говорит тот факт, что решением Совета Безопасности Российской Федерации, утвержденным Президентом В.В. Путиным, ИПИ-технологии (технологии информационной поддержки изделия) отнесены к критическим технологиям РФ, определяющим экономическую и технологическую безопасность страны.
Термин CALS (Continuous Acquisition and Life Cycle Support) определяется как "...совместная стратегия промышленности и правительства (государства) направленная на "реинжиниринг" (изменение, преобразование) существующих бизнес-процессов в единый высокоавтоматизированный и интегрированный процесс управления жизненным циклом изделия". В данном контексте жизненный цикл включает в себя разработку, производство, применение и утилизацию изделия.
Целью применения САЬЗ(ИПИ)-технологий, как инструмента организации и информационной поддержки всех участников создания, производства и пользования продуктом, является повышение эффективности их деятельности за счет ускорения процессов исследования и разработки продукции, придания изделию новых свойств, сокращения издержек в процессах производства и эксплуатации продукции, повышения уровня сервиса в процессах ее эксплуатации и технического обслуживания.
Стратегия ИПИ объединяет в себя: применение современных информационных технологий; реинжиниринг бизнес-процессов; применение методов "параллельной" разработки; стандартизацию в области совместного использования данных и электронного обмена данными.
По данным Российского Агентства по вооружениям внедрение ИПИ-технологий в полном объеме позволяет на 20-30% сократить затраты на разработку и производство сложной техники, па 60-70% сроки вывода на рынок новых образцов, на 20-25% сократить стоимость эксплуатации.
Применение технологий электронного сопровождения наукоемкой продукции на этапах проектирования, производства и эксплуатации становится одним из обязательным условий заключения контрактов на экспорт продукции и технической документации.
Все это делает целесообразным сквозное внутрифирменное планирование жизненного цикла изделия. Решения, принимаемые на каждой его стадии, влияют на последующие и общую эффективность производства изделия. Подготовка производства (ПП) - та стадия жизненного цикла изделия, когда эти обстоятельства становятся решающими. Особенно следует подчеркнуть решающее значение сокращения времени проведения ПП. При этом надо учитывать, что ПП - сложный процесс, состоящий из многих этапов.
Правильный выбор базового пакета АСТПП во многом предопределяет успех внедрения новых ИТ в данной области. Однако готовые разработки решают далеко не все задачи проблемной области.
Внедрение новых ИТ на отечественных предприятиях имеет ряд особенностей, связанных с исторически сложившимися производственными отношениями.
При кажущемся единообразии, проблемы развития ИТ на каждом предприятии имеют свою специфику. Внедрение в этих условиях комплексных систем автоматизации "под ключ" в большинстве случаев является по ряду причин нецелесообразным. К ним можно отнести высокую стоимость продукта, сложность адаптации и сопровождения и другие.
Наиболее актуальным считается поэтапное внедрение новых ИТ, в рамках общих стратегических решений в области сетевых технологий, обработки данных и CAD/САМ систем.
Важным этапом в ПП является технологическая подготовка, включающая в свою очередь проектирование штампов. По трудовым затратам проектирование в данной области занимает до 25% от общих затрат на проектирование техпроцесса изготовления деталей. В современных условиях, с быстрой сменой номенклатуры изделий предприятия, возрастает роль автоматизации работ в данном направлении.
Существующие программные средства автоматизации проектирования штампов («Т-Пех», «Компас» и др.) не всегда удовлетворяют ограничениям, связанным с уже принятыми стратегическими решениями в области внедрения новых ИТ на предприятии. К ним, в частности, относятся выбор базового пакета твердотельного моделирования, выбор СУБД, выбор базового пакета технологической ПП.
Кроме того, данные программные продукты при расширении класса задач (изменение типа штампа, ввод новых мастер-моделей [7,8], автоматизированный анализ моделей и т.д.) требуют, как правило, дополнительной доработки разработчиком или наличия у пользователя навыков программирования.
Актуальной в этих условиях остается задача разработки специализированных программных систем (ПС), ориентированных на конкретную проблемную область.
Одним из возможных путей решения этой задачи является разработка формализованной методики создания информационной модели данной области, что позволит создать программную систему, являющуюся частью АСТПП.
Существующие методы (клиент-серверные технологии, модель «сущность - связь» и др.) [11,13,14,15,18,19,20,22,24,25] создания информационной модели используют представление данных предметной области с помощью СУБД, как в работе М. Добровольской[7], что не позволяет создать ПС полностью открытую в направлении пользователя. Частично проблема решена в работе В. Пичугина и А. Краснова[8], тем не менее, остаются не решенными задачи автоматизации создания новых мастер-моделей.
Формирование информационных моделей в формах, используемых в системах искусственного интеллекта, также не всегда целесообразно.
Представление информации о предметной области в форме системы продукций, фреймов, семантических сетей или с помощью исчисления предикатов, требует высокой квалификации экспертов и длительного времени разработки[12,16,17,23,28,33,34,37].
В области проектирования штампов известная фирма Matra Datavision только в 2002 году заявила о разработке ТЗ на проектирование экспертной системы[21].
Тем не менее, вопрос создания модели, способной интегрировать знания в процессе взаимодействия с пользователем, остается актуальным. Решение его возможно при наложении ряда ограничений на проблемную область. Основным из них является ограничение круга решаемых задач задачами эскизного проектирования. і Разрабатываемая методика позволит создать информационную модель при послаблении требований к будущей программной системе и классу задач, решаемых с ее помощью.
Основные возможности, которые должны остаться и позволить пользователю накапливать знания в процессе эксплуатации, - следующие: -возможность самому пользователю формировать новые мастер-модели типовых объектов; -возможность идентифицировать мастер-модели по разработанным ранее изделиям на основе штампуемых деталей; -возможность быстро и безошибочно автоматически создавать твердотельную модель изделия для последующего анализа.
Разработка специализированной программной системы проектирования штампов должна решить данные вопросы и вопросы интеграции ее в существующие технологии, при этом открытость ее в направлении
8 t пользователя должна позволять легко настраивать и модифицировать систему в нуждах конкретного производства.
Таким образом, целью работы является разработка методики создания информационной модели проблемной области и на ее основе объектно- ориентированной программной системы, позволяющей существенно сократить сроки разработки, повысить качество проектных решений и уровень унификации изделий технологического оснащения производства. Для ее достижения требуется решить следующие задачи. ] 1. Анализ предметной области с целью формирования информационной модели и функциональной спецификации.
Анализ основных деталей штампов с целью создания их параметризованных геометрических моделей.
Анализ существующих технологий проектирования штампов с целью создания структуры расчетных модулей и модулей управления.
Разработка методики создания информационной модели проблемной области.
, 5. Разработка алгоритмов автоматизированного формирования мастер-моделей.
Разработка архитектуры ПС.
Разработка алгоритмов проблемных модулей и реализация ПС.
Разработка методики проектирования штампов с помощью ПС.
Для решения данных задач в представленной работе рассматриваются следующие вопросы. . В первой главе проведен анализ существующих проблем и задач в области проектирования штампов. Рассмотрены предлагаемые на рынке программные системы, проведен анализ возможности их использования.
Обоснована необходимость разработки специализированной объектно-ориентированной программной системы в данной области. Для успешного решения поставленной задачи был проведен анализ существующих методик в области создания ПС.
Далее в главе сформулирована цель разработки и основные задачи, приводящие к ее достижению.
Во второй главе рассматривается задача представления и интеграции знаний применительно к данной проблемной области и ее решение с помощью последовательного преобразования концептуальной модели будущей системы через инфологическую к технологической: КМ -> ИМ -» ТМ.
Основные концепции, лежащие в основе разработки, опираются на анализ класса решаемых задач, технологию использования и требования к ресурсам.
Далее обосновывается возможность создания методики формирования информационной модели с требуемыми свойствами. Представлена структура методики, структура данных, формируемая с ее помощью, и функциональная спецификация будущей программной системы.
В третьей главе рассматривается структура ПС построенная на основе функциональной спецификации и основные алгоритмы.
Далее показана реализация рассмотренной методики для создания ПС и алгоритмов на примере ПС проектирования разделительных штампов. Приведены структуры управляющих таблиц и базы данных. Показана реализация основных модулей. Затем в главе рассмотрены вопросы интерфейса пользователя, возможности управления им по мере овладения проектированием с помощью ПС и возможности настройки расчетных зависимостей.
В четвертой главе рассматривается методика проектирования с помощью ПС конкретного изделия и вопросы обучения работе с ПС.
Основные принципы проектирования - открытость и контроль. Пользователь получает максимум информации о процессе проектирования и в праве принять собственное решение, но при этом система отмечает данный факт в таблице. Поскольку расчетные модули независимы, пользователь сразу же после расчета получает твердотельную модель детали и ее пропорции относительно закрытой высоты пресса.
В завершении этапа проектирования система автоматически формирует полную сборку изделия. При этом пользователь получает возможность проконтролировать возможные пересечения и вернуться на ранние этапы проектирования. Полученная модель может быть передана в другие программные системы такие как "Ansys", для прочностного анализа, "Cadmech", для получения чертежей и т.д.
Далее в главе проведен сравнительный анализ проектирования штампов традиционным способом и с помощью ПС. Затем приведены примеры использования данных методик и ПС в целом.
В заключении сформулированы основные практические и научные результаты. 1 Научная новизна работы заключается в следующих результатах:
1. Разработана методика создания информационной модели проблемной области, позволяющая настраивать расчетные модели без использования языков программирования, автоматизировать выбор маршрута решения и накапливать знания о проблемной области в форме мастер-моделей се объектов.
2. Созданы алгоритмы автоматизированного формирования мастер- моделей объектов проблемной области, отличающиеся возможностью создания на их основе программных систем открытых в направлении пользователя. 1 На защиту дополнительно выносятся следующие результаты:
1. Разработана структура объектно-ориентированной программной системы, позволяющая легко адаптировать ее в рамках современных информационных технологий и отличающаяся большой степенью независимости от выбора CAD системы.
2. Разработана методика проектирования штампов с помощью ПС, позволяющая обеспечить быстрое внедрение ее в производство, повысить качество проектирования и уровень унификации изделий технологической оснастки.
Проведенная работа позволяет получить следующие практические результаты: разработанные методики и алгоритмы могут быть использованы при создании программных систем в других ограниченных проблемных областях; применение разработанной программной системы позволяет сократить сроки проектирования новых изделий в данной области; предоставляется гибкий инструмент для исследования работы штампов с целью повышения их надежности; программная система может быть использована, как предприятиями, занимающимися разработкой изделий в данной области, так и учебными заведениями, обучающими студентов по специальности САПР;
ПС внедрена на КЭМЗ, КЭЗ и в учебный процесс: в дисциплинах «Технология разработки программного обеспечения», «Искусственный интеллект и экспертные системы», курсовом и дипломном проектировании.
Основные результаты, на которые ссылается автор в данной работе, изложены в его публикациях [40-47].
Автор выражает благодарность проф. Шалумову А.С. за научное руководство в процессе работы над диссертацией и за постоянное внимание и направление моей научной деятельности. Автор признателен к.т.н. доценту Горохову Ю.С. за научную консультацию в работе. Автор признателен к.т.н. доценту Тюриной О.И. за советы и помощь в работе.
Проведение расчетов, связанных со штампуемой деталью
Далее в главе сформулирована цель разработки и основные задачи, приводящие к ее достижению.
Во второй главе рассматривается задача представления и интеграции знаний применительно к данной проблемной области и ее решение с помощью последовательного преобразования концептуальной модели будущей системы через инфологическую к технологической: КМ - ИМ -» ТМ.
Основные концепции, лежащие в основе разработки, опираются на анализ класса решаемых задач, технологию использования и требования к ресурсам. Далее обосновывается возможность создания методики формирования информационной модели с требуемыми свойствами. Представлена структура методики, структура данных, формируемая с ее помощью, и функциональная спецификация будущей программной системы. В третьей главе рассматривается структура ПС построенная на основе функциональной спецификации и основные алгоритмы. Далее показана реализация рассмотренной методики для создания ПС и алгоритмов на примере ПС проектирования разделительных штампов. Приведены структуры управляющих таблиц и базы данных. Показана реализация основных модулей. Затем в главе рассмотрены вопросы интерфейса пользователя, возможности управления им по мере овладения проектированием с помощью ПС и возможности настройки расчетных зависимостей. В четвертой главе рассматривается методика проектирования с помощью ПС конкретного изделия и вопросы обучения работе с ПС. Основные принципы проектирования - открытость и контроль. Пользователь получает максимум информации о процессе проектирования и в праве принять собственное решение, но при этом система отмечает данный факт в таблице. Поскольку расчетные модули независимы, пользователь сразу же после расчета получает твердотельную модель детали и ее пропорции относительно закрытой высоты пресса. В завершении этапа проектирования система автоматически формирует полную сборку изделия. При этом пользователь получает возможность проконтролировать возможные пересечения и вернуться на ранние этапы проектирования. Полученная модель может быть передана в другие программные системы такие как "Ansys", для прочностного анализа, "Cadmech", для получения чертежей и т.д. Далее в главе проведен сравнительный анализ проектирования штампов традиционным способом и с помощью ПС. Затем приведены примеры использования данных методик и ПС в целом. В заключении сформулированы основные практические и научные результаты. 1 Научная новизна работы заключается в следующих результатах: 1. Разработана методика создания информационной модели проблемной области, позволяющая настраивать расчетные модели без использования языков программирования, автоматизировать выбор маршрута решения и накапливать знания о проблемной области в форме мастер-моделей се объектов. 2. Созданы алгоритмы автоматизированного формирования мастер моделей объектов проблемной области, отличающиеся возможностью создания на их основе программных систем открытых в направлении пользователя. 1 На защиту дополнительно выносятся следующие результаты: 1. Разработана структура объектно-ориентированной программной системы, позволяющая легко адаптировать ее в рамках современных информационных технологий и отличающаяся большой степенью независимости от выбора CAD системы. 2. Разработана методика проектирования штампов с помощью ПС, позволяющая обеспечить быстрое внедрение ее в производство, повысить качество проектирования и уровень унификации изделий технологической оснастки. Проведенная работа позволяет получить следующие практические результаты: - разработанные методики и алгоритмы могут быть использованы при создании программных систем в других ограниченных проблемных областях; - применение разработанной программной системы позволяет сократить сроки проектирования новых изделий в данной области; - предоставляется гибкий инструмент для исследования работы штампов с целью повышения их надежности; - программная система может быть использована, как предприятиями, занимающимися разработкой изделий в данной области, так и учебными заведениями, обучающими студентов по специальности САПР; - ПС внедрена на КЭМЗ, КЭЗ и в учебный процесс: в дисциплинах «Технология разработки программного обеспечения», «Искусственный интеллект и экспертные системы», курсовом и дипломном проектировании. Основные результаты, на которые ссылается автор в данной работе, изложены в его публикациях [40-47]. Автор выражает благодарность проф. Шалумову А.С. за научное руководство в процессе работы над диссертацией и за постоянное внимание и направление моей научной деятельности. Автор признателен к.т.н. доценту Горохову Ю.С. за научную консультацию в работе. Автор признателен к.т.н. доценту Тюриной О.И. за советы и помощь в работе. Для определения целесообразности создания программы автоматизации проектирования штампов необходимо провести анализ проблемной области, существующих программных комплексов и современных технологий создания ПС. Это позволит использовать стандартные решения при проектировании штампов, современные тенденции в проектировании ПС и выявить нерешенные задачи. 1.1. Анализ существующей технологии проектирования штампов Проектирование штампов осуществляется в соответствии с нормативной документацией [4,6]. Согласно ей, последовательно проводятся расчеты, связанные со штампуемой деталью (усилие пробивки, усилие проталкивания, усилие съема и т.д.) и определяются размеры основных деталей штампа. При разработке будущей программной системы важным является процесс исследования проектирования изделия без средств автоматизации. Предметная область проектирования штампов достаточно хорошо изучена. Рекомендации при проектировании изделий сведены в руководящие материалы (РТМ)[6]. Алгоритм проектирования пользователем электронной модели штампа с помощью CAD системы (системы твердотельного моделирования) может быть представлен следующим образом. 1. Проведение расчетов, связанных со штампуемой деталью. 2, Проектирование матрицы и элементов фиксации. 3. Проектирование буфера и съемника. 4. Проектирование пуансонов. 5. Проектирование плит. 6. Выбор стандартных изделий. 7. Проектирование ограждения. Расчеты, связанные со штампуемой деталью, могут быть проведены автоматически, при условии правильного построения чертежа детали средствами CAD системы (в данном случае применяется MDT). При определении конструкции деталей разработчик в соответствии с инструкциями [6] проводит расчет основных размеров детали и затем строит ее модель средствами MDT. При этом работы, связанные с построением твердотельных моделей, слабо автоматизированы. Как правило, редко при этом используется ранее накопленный опыт. Использование программной системы позволит решить эту задачу. Проведение расчетов требует затраты значительного времени и конструктор зачастую пренебрегает ими. Цель проведенного ниже анализа - выявить форму расчетов, их взаимосвязь, проанализировать возможность автоматизации их проведения.
Формальные основы методики создания информационной модели проблемной области
В данной главе рассматривается задача представления и интеграции знаний применительно к данной проблемной области и ее решение с помощью последовательного преобразования концептуальной модели будущей системы через мифологическую к технологической: КМ - ИМ -» ТМ. На базе основных концепций, связанных с запланированными требованиями к будущей программной системе и анализа проблемной области, обосновывается возможность построения информационной модели с заданными свойствами и функциональной спецификации на ее основе. 2.1. Концептуальная модель
В основу концептуальной модели создания проблемно ориентированной ПС были заложены следующие целевые установки, а именно: анализ решаемых задач, технология использования, ограничения, накладываемые техническим обеспечением.
Программная система призвана решать задачи эскизного проектирования. На основе анализа решаемых задач была выработана необходимость разработки следующие подсистем: - организация информационно поисковой системы для работы с аналогами проектируемых изделий; - организация системы управления данными по разрабатываемым вариантам изделий; - проведение предварительных расчетов рабочих и конструктивных параметров деталей; - автоматизированное формирование новых мастер-моделей изделий; - выбор рациональных параметров на основе уточняющих расчетов; - получение твердотельной модели изделия. Современные программные системы предлагают автоматизацию проектирования на основе мастер-моделей, включающих в себя функциональное и структурное описание параметризованных моделей одного типа штампов.[8] На основе таких мастер-моделей штампов возможно более эффективное и экономичное проектирование штампов. Но построение новых мастер-моделей требует от инженера существенных навыков и представляет собой довольно трудоемкий процесс.
Тем не менее, возможен иной подход, основанный на представлении основных деталей штампа совокупностью функциональных частей их образующих. Так, например, в такой детали как матрица могут быть выделены зоны крепления, фиксации и формообразующие зоны. Каждая зона функционально реализуется каким-либо способом из имеющегося списка. Фиксация может быть, к примеру, выполнена с помощью направляющих планок, грибковых упоров и т. д. Каждый элемент может быть реализован в виде параметризованной геометрической модели средствами MDT.
Вид будущих деталей определяется в процессе диалога с пользователем. Ответы на вопросы о типе операции, типе пакета, способе фиксации и т.д. позволяют определить базовый набор фьючерсных элементов, образующих детали штампа.
Основные размеры будущих элементов штампа формируются с помощью расчетов, основанных лишь на форме изготавливаемого изделия. В результате, практически автоматически, может быть получен набор основных деталей штампа, включающий в себя стандартные детали крепления, фиксации, ограждений, колонки и втулки.
Используя базу созданных ранее штампов можно не проектировать заново штамп, а использовать в качестве основы проект подобного изделия из базы. Это позволит сократить время на разработку и проектирование штампов, сократить количество ошибок при проектировании, за счет применения принятых ранее решений.
Исследование проблемной области показывает, что процесс проектирования представляет собой последовательный алгоритм с возвратом. Эскизное проектирование - это всегда итерационный процесс. Напрашивается вывод, что можно разместить проектируемые детали одна за другой в соответствии с порядком проектирования. Наилучшим способом организации в этом случае является таблица (основная таблица мастер-модели). Заполнение ее сверху вниз при формировании позволяет всегда контролировать правильность порядка вычислений. То есть, формула, находящаяся в текущей строке, может использовать только переменные, находящиеся выше по таблице. Нарушение порядка свидетельствует либо об ошибке, либо о том, что данный параметр не может быть определен в текущей итерации проектирования.
Проектирование - творческий процесс. Программная система лишь рекомендует значение рассчитанного параметра конструктору и ближайшее из списка стандартных значений по ГОСТ. Он сам должен принять решение и может внести свое значение, отличное от первых двух. Но при этом система должна отреагировать на данное решение. Для достижения данной цели в управляющие данные должен быть внесен способ контроля,
Анализ технологии проектирования показал, что значения параметров проектируемой детали могут быть получены из трех источников, эмпирическое значение конструктора, данные, полученные на основе расчетных формул, значения, взятые из стандартных таблиц. Эти источники формируют математическую модель детали. При этом пользователю должна быть предоставлена возможность самому модифицировать и формировать данную модель. Важной составляющей проектирования является сокращение времени диалога при получении пользователем навыков проектирования. Кроме этого, многие расчетные данные носят вспомогательный характер и могут быть исключены из диалога, хотя существенны для процесса проектирования. Не все рассчитанные данные необходимы и для построения параметризованной геометрической модели. Это накладывает на организацию данных дополнительные требования к структуре. і Важным является разграничение данных относящихся к разным проектам и являющихся для них инвариантными. Существенными также являются структуры данных задающие порядок вызова тех или иных модулей Расчетный модуль должен удовлетворять следующим критериям. Идентифицировать переменные расчета по таблице, проводить расчет в соответствии с расчетной зависимостью, сохранять результаты в таблице мастер-модели и управляющих структурах. Пользователь должен иметь возможность контролировать рассчитанные параметры и при необходимости возвращаться к предыдущим значениям.
Важной задачей является предоставление пользователю возможности самому создавать новые мастер-модели. Для этого он может использовать детали из существующих моделей либо создавать новые. При создании новой детали используется фьючерсная технология.
Фьючерс в переводе с английского языка означает операция или базовый элемент. Существует достаточно большое количество современных CAD систем, основанных на фьючерсах или операциях, таких как выдавливание контура (по прямой, по кривой, вращение), вырезы отверстий (по прямой, по кривой, вращение), сопряжение, фаски и другие. Набор этих операций является ограниченным, но достаточным для того, чтобы проектировать практически любое изделие. Но даже если проектируемая твердотельная модель достаточно легкая (не содержит сложных контуров), но состоит из сложных операций, процесс создания такой модели может потребовать достаточно большого количества времени. Это относится и к проектированию штампов.
Структура словарей и таблиц управления
Структура представляет собой одноуровневую иерархию, поскольку процесс создания мастер-модели и проектирование на ее основе носят последовательный, поэтапный характер.
Программа «Монитор» работает в двух режимах - «Модификация» и «Проектирование». В режиме «Модификация» происходит управление БД и создание/модификация мастер-моделей. Уровень автоматизации при создании новых моделей возрастает по мере накопления параметризованных геометрических моделей основных фьючерсных элементов. В данной проблемной области это базовые элементы, элементы крепления, фиксации, ограждения и т.д.
При данной схеме все модули независимы друг от друга. Обмен данными между ними происходит с помощью словарей мастер-модели, структура которых строго определена для нее. Это позволяет легко осуществлять управление их работой с помощью головной программы. При разработке и модификации ПС данная схема увеличивает гибкость проекта. Регистрация управляет работой проекта на уровне ОС и универсальна для всех мастер-моделей, как и функциональные модули. Работа модуля «Поиск аналога» позволяет определиться с мастер-моделью и формирует сценарий вызова остальных модулей автоматически, на основе таблицы Tmml.
Это связано с тем, что граф возможных решений рассматриваемой проблемной области имеет следующий вид (рис. 3.2.) Рис. 3.2. Граф маршрутов решений для задач проектирования штампов Здесь к определяет маршрут для одной мастер-модели (ММ), а N определяется количеством деталей в ней. Ребра графа определяют программы, которые инициирует управляющая программа. Их описание содержится в табл. 3.1, которая содержит краткое описание функциональных модулей. После завершения работы модулей, связанных с проектированием геометрии штампуемой детали и выбором аналога, маршрут полностью может быть проложен автоматически и определяется типом мастер-модели. После построения параметризованной геометрической модели отдельных деталей сборка всего изделия также осуществляется автоматически. Согласно функциональной схеме была создана оболочка специализированной подсистемы управляющего модуля в виде подсистемы к программному комплексу «Проектирование штампов». Каждому графическому модулю, представленному на рис. 23. соответствует ряд процедур. Связь і между ними осуществляется через таблицы формата .xls. Во время сеанса работы каждого расчетного модуля в созданном управляющей программой каталоге проекта, содержащем данные о текущем конструкторе и типе используемой мастер-модели, накапливается информация о ее параметрах. Исходные данные находятся в таблицах: "Пути.хІБ" - хранятся данные о текущем каталоге проекта и пути к остальным рабочим таблицам; "Этапы.xls" - собирает информацию о завершении / не завершении очередного этапа; "CnoBapb.xls" - содержит данные о всех параметрах определенного типа штампа; "База Штампов.таЪ" - база данных по ГОСТам значений параметров штампов; "menu.xls" - данные об этапах расчета параметров данного типа штампа; "MMod.xls" - содержит данные о программной идентификации деталей штампа и их параметрических чертежах; "MDT.xls" - служит для связи программной системы с MDT. Выходные данные, в виде твердотельных моделей штампа, хранятся в каталоге, в котором так же собрана вся исходная информация о данном типе мастер-модели. Месторасположение всех файлов, необходимых для работы расчетных модулей, можно узнать из системного реестра (HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\Stamp\Path). і Алгоритм работы модуля можно представить следующим образом. 1. Регистрация. Определение текущего проекта или начало нового. 2. Вызов очередного функционального модуля. 3. Проверка корректности завершения. Модуль поиска аналога? Да - на шаг 4, нет - проверка записи в таблице "Ммод". Запись последняя? Да 1 - на шаг 7, нет - на шаг 2. 4. Формирование меню пользователя по найденной мастер-модели. 5. Модификация таблиц проекта в соответствии с мастер-моделью. 6. Возврат на шаг 2. 7. Вызов программы работы со стандартными деталями. 8. Вызов программы сборки изделия. 3.1.3. Алгоритм автоматизации создания мастер-моделей Алгоритм модуля формирования мастер-модели может быть представлен следующим образом. 1. Выбор/создание детали. 2. Выбор/создание очередного фьючерса детали. 3. Сохранение нового фьючерса в БД. 4. Формирование расчетных зависимостей. 5. Формирование записей в словарях мастер-модели. 6. Сохранение новой детали в БД. В основу алгоритма данной разработки положен принцип разработки модели снизу вверх. То есть, сначала создаются простые примитивы (фьючерсы), на основе которых строятся более сложные объекты (в данной разработке - детали). И на последнем этапе, из уже созданных деталей, создаётся конечная мастер-модель.
Анализ существующего проекта и проекта созданного в программной системе
Технология использования проектируемой программной системы представлена следующим образом: - фаза подготовки разделяется на следующие способы проектирования: проектирование на основе ТЗ и проектирование на основе ранее спроектированного аналога. Для решения любой из рассматриваемых задам исходные данные могут быть получены как на основе расчета, так и непосредственно от пользователя, вносящего свои корректировки. Это позволит увеличить гибкость расчетов проектирования; - в фазе выполнения, поскольку граф решений задачи проектирования штампа сложен, должна быть предусмотрена возможность просмотра и, при необходимости, корректировки промежуточных результатов, а также механизм создания точек рестарта для сохранения результатов на случай сбоев ПЭВМ; - фаза завершения предусматривает получение твердотельных моделей каждой из деталей штампа и всей сборки целиком; - разрабатываемая программная система будет использоваться конструктором достаточно часто. Поэтому необходимо обеспечить конструктору максимальное удобство при работе с программой, создать интуитивно понятный интерфейс; форма использования активная, прямая, диалоговая. Программа должна работать в тесном режиме диалога с конструктором. Он может либо выбрать предложенное программой значение параметра, либо заменить его другим. Пользователь не может быть пассивным наблюдателем, он является активным участником процесса проектирования, имеющим возможность визуального контроля процесса. На основании этого он может, по своему усмотрению, вернуться на несколько шагов назад с целью пересчета не удовлетворяющих параметров штампа. Все расчеты параметров штампа происходят автоматически, однако, результаты их каждый раз предоставляются проектировщику для контроля и корректировки. Реактивация возможна в двух вариантах: как с самого начала (старый проект удаляется и создается новый с таким же именем), так и с произвольного (уже выполненного) этапа. - в программе должно быть реализовано разграничение прав между разработчиком мастер-модели и конструктором; - в программе должен быть реализован стандартный контроль ошибок пользователя (например, ввод букв вместо чисел). Вместе с тем: предусмотрена возможность отката для изменения ранее введённых значений; фиксируется изменение пользователем значения параметра, предложенного программой в качестве рассчитанного; невозможен переход на последующий этап, если не закончен предыдущий. Таким образом, информационная модель должна содержать следующие управляющие данные: - данные контроля принятия решения при расчете параметров; - данные контроля выбора маршрута решения; - данные контроля завершения этапа проектирования. Поскольку предполагаемая разработка требует высокого пользовательского комфорта и взаимодействия с CAD системой к ЭВМ ОС должны быть предъявлены следующие требования: возможность работы на IBM PC - совместимых компьютерах на базе процессоров AMD, Pentium; работа под управлением 32-битной операционной системы Win32s - Windows 95/98/Me/NT4.0/NT5.0/NT5.1. Информационная модель и функциональная спецификация Поскольку основной задачей разработки является открытость ПС в направлении пользователя, требуется сместить процесс проектирования в сторону данных. Структуры данных эффективнее могут быть настроены и модифицированы пользователем в сравнении с программным кодом. Данные в рассматриваемой области могут быть разделены на проблемные и организационные. 1 К проблемным данным относятся функциональные и конструктивные параметры деталей. Как правило, для их определения существуют методики расчета. В большинстве своем это либо простые зависимости, либо табличные данные. Порядок проектирования деталей в данной области строго определен для конкретного типа изделия. Он может быть задан либо последовательным алгоритмом, либо алгоритмом с возвратом. Последовательность расчета параметров конкретной детали также строго определена. Данные о структуре изделия могут быть определены с помощью диалога с пользователем, но, по мере накопления базы спроектированных изделий, могут быть определены и автоматически, с помощью программы поиска аналога. Твердотельные модели элементов деталей образуют базу фьючерсов, на основе которых могут быть сформированы, с большой степенью автоматизации, твердотельные модели самих деталей, входящих в изделие. Большинство проблемных данных содержится в основной таблице мастер-модели. Однако существует часть данных выпадающих из данной схемы. К ним относятся данные функциональных расчетов. Организационные данные определяют последовательность вызова модулей, завершенность этапов проектирования, структуру диалога, контроль выполнения. Часть их целесообразно разместить в основной таблице мастер- модели, что позволит повысить качество отладки будущей системы. Часть образует другие таблицы управления.
