Введение к работе
Актуальность темы
Важнейшим фактором сокращения сроков и повышения качества проектирования и строительства отечественных судов является автоматизация указанных работ на основе применения систем типа CAD/CAM (Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing) - систем автоматизированного проектирования и производства.
Использование систем CAD/САМ в судостроении принципиально меняет информационную основу процесса проектирования и технологической подготовки производства путем замены традиционных «бумажных» носителей информации компьютерной производственной моделью судна (ship product model). При выполнении проектирования и технической подготовки постройки с помощью CAD/САМ - чертежи и документы на бумажных носителях являются вторичными носителями информации и автоматизировано формируются на основе использования распределенной базы данных производственной модели, что позволяет существенно сократить трудоемкость, повысить качество и культуру инженерного труда.
Основу производственной модели судна составляет ее геометрическая модель. Практика показала, что одно из главных требований, которое предъявляется к геометрической модели судна, является свойство ее «полноты и достаточности». В обеспечение этого требования средства формирования геометрической модели судна разрабатывались и постоянно совершенствовались на протяжении последних 20-25 лет, когда средства вычислительной техники активно внедрялись в процессы проектирования и технологической подготовки производства судов. На предшествующих этапах применение вычислительной техники носило «локальный» характер и методология представления геометрии корпуса судна была ориентирована на решение отдельных задач (комплексов задзч) проектирования и технологической подготовки производства. Стремительное развитие вычислительной техники (персональные компьютеры, рабочие станции, вычислительные сети), новых информационных технологий и средств CAD/CAM обусловили принципиально новые требования к геометрической модели судна Попытки создания средств формирования геометрической модели судна, удовлетворяющих новым требованиям, показали, что их разработка возможна только на основе научно-обоснованных методов описания сложных геометрических
объектов, что и предопределило актуальность выполнения данного исследования.
Цепь и задачи исследований
Целью настоящей работы является сокращение сроков и повышение качества проектирования и технологической подготовки производства судов и кораблей за счет развития и совершенствования автоматизированных систем технической подготовки производства на основе разработки современных методов геометрического моделирования и их использования для формирования геометрических моделей судов.
Для достижения поставленной цели в работе выполнены следующие основные исследования и решены задачи:
-
Выполнен анализ областей применения ЭВМ в судостроении и на его основе разработана система требований к геометрической модели судна и ее составляющим, как структурной части производственной модели судна;
-
Разработан классификационный ряд и сформулированы свойства геометрических моделей судна, которые в совокупности определяют полную геометрическую модель судна;
-
Исследованы свойства и доказаны преимущества представления кривых и поверхностей с помощью неунифицированных рациональных В-сплайнов (NURBS технология) для формирования геометрических моделей судна и ее составляющих применительно к требованиям CAD/САМ и на основании выполненных исследований разработаны теоретические основы геометрического моделирования кривых и поверхностей типа судовых обводов, включая.
обобщенные выражения кривых и поверхностей в параметрическом виде;
методологию глобального и локального управления формой и непрерывностью кривых и поверхностей;
методы точного (без аппроксимации) представления различных по форме описания кривых и поверхностей средствами неунифицированных рациональных В-сплайнов;
методологию представления судовых поверхностей в виде проволочных (wireframe); поверхностных (surface); твердотельных (solids) и смешанных (wireframe-surface-soiids) моделей;
-
Создано программное обеспечение для практической реализации разработанных методов геометрического моделирования в автоматизированных системах типа CAD/CAM;
-
Обоснована экономическая целесообразность технического перевооружения проектных организаций и судостроительных предприятий на основе применения современных систем CAD/CAM.
Объект исследования
Объектом исследования в работе являлись: информационная потребность и емкость задач технической подготовки производства, решаемых в рамках систем CAD/CAM; требования, предъявляемые к геометрическим моделям судна; свойства кривых и поверхностей, представленных средствами неунифицирован-ных рациональных В-сплайнов; вопросы управления формой и непрерывностью кривых и поверхностей; каноническое описание кривых и поверхностей.
Методы исследования
Анализ состояния вопроса и постановка задачи исследования выполнялись на основе использования трудов российских и зарубежных ученых и специалистов в области автоматизации технической подготовки судостроительного производства и создания автоматизированных систем проектирования и производства типа CAD/CAM.
В качестве теоретической основы выполненных исследований использовались методы системно-структурного анализа; численные и аналитические методы описания кривых и поверхностей; методы аналитической, проективной и дифференциальной геометрии; метод конечных элементов в части параметризации и формирования конечных элементов в однородных координатах; методы машинной (компьютерной) графики.
Научная новизна и научные результаты
По результатам выполненных исследований на защиту выносятся следующие новые научные положения;
теоретические основы геометрического моделирования кривых и поверхностей типа судовых обводов средствами неунифицированных рациональных В-сплайнов;
свойства кривых и поверхностей представленных в форме неунифицированных рациональных В-сплайнов;
методология управления формой и непрерывностью кривых и поверхностей;
методы точного (без аппроксимации) представления различных по форме описания кривых и поверхностей едиными средствами неунифицированных рациональных В-сплайнов;
методология представления судовых поверхностей в виде проволочных (wireframe); поверхностных (surface); твердотельных (solids) и смешанных (wireframe-surface-solids) моделей.
Практическая ценность работы
Разработанные методы геометрического моделирования практически реализованы в автоматизированных системах:
«РИТМ-Корпус» - автоматизированная система технической подготовки производства корпусов судов (система разработана в ЦНИИТС коллективом специалистов под руководством автора и широко внедрена в отрасли);
«РИТМ-Судно» - автоматизированная система технической подготовки производства судов и кораблей (система разрабатывается в ЦНИИТС под руководством автора и предназначена для автоматизации проектирования и технологической подготовки производства судов и кораблей).
Система «РИТМ-Корпус применяется в 15-ти проектных и судостроительных предприятиях За период использования с ее помощью разработана плазо-во-технологическая документация для более двадцати проектов судов.
Результаты последних исследований в настоящее время используются при создании автоматизированной системы технической подготовки производства в судостроении "РИТМ-Судно", разработка которой завершается под руководством автора в ЦНИИ технологии судостроения. Система "РИТМ-Судно" охватывает номенклатуру задач по судну в целом, включая корпус судна и его внутреннее насыщение оборудованием, механизмами, системами, трубопроводами и др.
Апробация работы
Основные результаты проведенных исследований докладывались:
на всесоюзном семинаре "Современная технология постройки корпусов судов" (Ленинград, НПО "РИТМ", 1981 г.);
на всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы модульного судостроения - Модуль-82" (Ленинград, ЛКИ, 1982 г.);
на всесоюзной научно-технической конференции "Проектирование судовых корпусных конструкций - Корпус-83" (г.Николаев, 1983 г.);
на всесоюзной научно-технической конференции "Повышение технического уровня судостроительного производства в XIII пятилетке, секция технологии судостроения" (г. Ленинград, 1990 г.);
на международной конференции посвященной 100-летию ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова (Санкт-Петербург, 1994г.);
на совещании главных специалистов Государственного центра атомного судостроения по гроблемам автоматизации производства изделий морской подводной техники (г. Северодвинск, Северное машиностроительное предприятие, 1994 г.);
на научно-технических семинарах профессорско - преподавательского состава Морского Технического Университета ( Санкт-Петербург, ПИТУ, 1991-1996 гг.);
на постоянно действующем при ЦНИИ технологии судостроения научно-техническом семинаре главных технологов судостроительных предприятий (Санкт-Петербург, ГНЦ ЦНИИТС. 1994-1996 гг.);
на отраслевом совещании специалистов отрасли по вопросам развития и применения CAD/САМ систем а судостроении (Санкт-Петербург, АООТ "Северная верфь", 1995г.);
на международной конференции и выставке по морским интеллектуальным технологиям - Моринтех -95 (Санкт-Петербург, 1995г.);
на международной конференции и выставке по морским интеллектуальным технологиям - Моринтех -97 (Санкт-Петербург, 1997 г.);
на заседаниях НТС Государственного научного центра ЦНИИ технологии судостроения, секции НТС главного технического управления по судостроению.
Публикации
Основное содержание диссертации изложено в 12 печатных работах
Структура и объем работы
Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы составляет 123 страницы машинописного текста, 54 рисунка, 4 таблицы, список использованной литературы из 200 наименований.