Исследование и разработка алгоритмического и программного обеспечения параметризации конструкторских чертежей на основе адаптивной сетевой модели тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Бассам Ахмед Махмуд Абдулкадер

• Бассам Ахмед Махмуд Абдулкадер
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бассам Ахмед Махмуд Абдулкадер

Введение.

1 ПАРАМЕТРИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ В САПР.!

1.1 Основные понятия теории параметризации.

1.2 Параметризация плоских графических примитивов.

1.3 Параметризация объемных графических примитивов (базовых объемных фигур).

1.4 Подсчет параметров плоских графических фигур.

1.5 Методы создания параметрических моделей в САПР.

1.6 Выводы.

2 ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ (ПАРАМЕТРИЗАЦИИ) КОНСТРУКТОРСКИХ ЧЕРТЕЖЕЙ.

2.1 Информация, представляемая в конструкторских чертежах

2.2 Элементы конструкторских чертежей.

2.2.1. Структурные элементы чертежа.

2.2.2. Графические элементы чертежа.

2.3 Ограничения, используемые в чертежах.

2.3.1 Размерные обозначения.

2.3.2 Топологические ограничения.

2.3.3 Ограничения ЕСКД.

2.4 Проблемы параметризации чертежей.

2.5 Основы создания подсистемы последующей параметризации чертежей.

2.6 Выводы.

3 АЛГОРИТМЫ ФОРМИРОВАНИЯ АДАПТИВНОЙ СЕТЕВОЙ МОДЕЛИ ЧЕРТЕЖА, РЕАЛИЗУЮЩУЮ МЕТОД АНАЛИТИКО-СИНТЕТИЧЕСКОЙ ПАРАМЕТЕРИЗАЦИИ КОНСТРУКТОРСКИХ ЧЕРТЕЖЕЙ.

3.1 Алгоритм формирование групп видов графических примитивов чертежа.

3.2 Алгоритм создания базовой ортогональной сетки чертежа.

3.3 Алгоритм выявление видов деталей в описаниях чертежей.

3.3. 1 Интерактивное определение видов.

3.3. 2 Автоматическое определение видов чертежа.

3.4 Алгоритм установления связей между элементами ортогональных базовых сетки X и У, принадлежащих разным основным видам.

3.5 Алгоритм определение положения базовой точки чертежа.

3.6 Алгоритмы выявления связей между элементами базовой сетки чертежа.

3.6.1 Алгоритм обработки линейных ортогональных, радиальных и диаметральных размеров чертежа.

3.6.2 Алгоритм обработки параллельных и угловых размерных обозначений.

3.6.2.1 Алгоритм обработки отдельных параллельных размеров.

3.6.2.2 Алгоритм обработки попарно связанных параллельных размерных обозначений.

3.6.2.3 Алгоритм обработки параллельных размерных обозначений, связанных в тройки.

3.6.2.4 Размеры, поставленные на отрезки с дугами сопряжения.

3.7 Алгоритм непосредственного формирования адаптивной сетевой модели чертежа.

3.8 Выводы.Ю

4 РАЗРАБОТКА МОДУЛЕЙ, РЕАЛИЗУЮЩИХ АЛГОРИТМЫ

ФОРМИРОВАНР1Я АДАПТИВНОЙ СЕТЕВОЙ МОДЕЛИ ЧЕРТЕЖА

4.1 Средства реализации алгоритмов формирования адаптивной сетевой модели конструкторских чертежей.

4.2 Реализация алгоритмов, обеспечивающих формирование адаптивной сетевой модели конструкторского чертежа . Ш

4.2.1 Реализация алгоритма формирование групп видов графических примитивов чертежа. Ш

4.2.2 Реализация алгоритма создания базовой ортогональной сетки чертежа.

4.3 Реализация Алгоритма выявление видов на чертеже детали в описаниях чертежей.

4.3.1 Реализация алгоритма установления связей между видами

4.4 Реализация Алгоритма определение положения базовой точки чертежа. 1^

4.5 Реализация Алгоритмов установления связей между элементами базовой сетки чертежа.

4.5.1 Алгоритм обработки линейных ортогональных, радиальных и диаметральных размеров чертеж.

4.5.2 Реализация алгоритмов обработки параллельных и угловых размерных обозначений.

4.5.2.1 Реализация Алгоритма обработки отдельных параллельных размеров.

4.5.2.2 Реализация алгоритма обработки попарно связанных параллельных размерных обозначений.

4.6 Реализация алгоритма формирования адаптивной сетевой модели чертежа.

4.7 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка алгоритмического и программного обеспечения параметризации конструкторских чертежей на основе адаптивной сетевой модели»

Актуальность исследования определяется тем, что оно связано с приоритетным направлением модернизации и технологического развития экономики России и, в частности, с информационными технологиями и разработкой алгоритмов и программного обеспечения для параметризации обычных (непараметрических) конструкторских чертежей. Несмотря на все разговоры о "безбумажном" проектировании, генерация параметрических чертежей остается весьма актуальной и в наши дни, так как заводы и технологи требуют чертежей. В основе формирования параметрических моделей чертежей лежит принцип использования адаптивной сетевой модели этих чертежей, изменяющихся при изменении значений используемых в них размеров. Адаптивная сетевая модель выступает в роли эффективной (универсальной) параметрической модели чертежа, так как она действует на все поле чертежа и соответственно на все характерные точки основных графических примитивов, определяющих образ детали, изображенной на чертеже, и позволяет автоматически их перерисовать в соответствии с новыми размерными обозначениями. Создаваемые таким образом параметрические модели чертежей могут быть использованы для автоматизированного построения комплектов конструкторских документов при модификации изделия любого назначения. Вместе с тем, с этой сеткой косвенно связаны и все элементы оформления чертежа (всевозможные технологические обозначения), и изображение размерных обозначений. Это позволяет автоматически получать практически полностью оформленные конструкторские чертежи модифицированных изделий. Формирование адаптивной сетевой модели зависит только от используемых в описании основных графических элементов и типа и вида, установленных в нем, размерных обозначений. Ее представление не зависит от порядка и способа формирования графических примитивов (от алгоритма построения изображения детали), а также времени и способа простановки на чертеже размерных обозначений. Это позволяет использовать такую сетку для автоматического создания параметрического описания практически любого ранее сформированного в непараметрических системах конструкторского чертежа. Необходимо только, чтобы используемые размерные обозначения однозначно описывали форму изображенной детали, т.е. исходный чертеж должен соответствовать требованиям ЕСКД, и по нему можно было бы изготовить требуемую деталь.

Созданные на основе адаптивной сетки программные средства могут найти широкое использование в конструкторских отделах машиностроительных проектных бюро и предприятий всех отраслей промышленности.

Объектом исследования диссертационной работы являются процессы параметризации и параметрические системы автоматизированного проектирования машиностроительных изделий.

Предметом исследования выступают разработка и исследование алгоритмов автоматизированного формирования адаптивной сетевой модели чертежа, которая является одним из вариантов параметрической модели чертежа.

Цель и задачи исследования - разработка и реализация алгоритмов и программного обеспечения для подсистемы параметризации конструкторских чертежей на основе адаптивной сетевой модели чертежа, которая, по сути, является параметрической моделью и которая меняется под действием изменяющихся размерных обозначений, что позволяет автоматически формировать конструкторские чертежи для модифицированных изделий.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие основные научные и практические задачи:

1. Исследовать современные методы формирования параметрических моделей конструкторских объектов;

2. Исследовать и анализировать элементов, входящих в состав конструкторских чертежей различных изделий;

3. Разработать алгоритмы выявления имеющихся в электронном описании непараметрического чертежа графических элементов, сортировки их по группам и на основе анализа основных элементов чертежа предложить алгоритм формирования его базовой сетки;

4. Исследовать особенности представления многовидовых чертежей и разработать алгоритмы выявления и идентификация видов, имеющихся в чертеже, и алгоритмы установления связи между основными видами и определения базовой точки чертежа;

5. Разработать алгоритмы установления связи между всеми элементами базовой сетки чертежа через значения имеющихся размерных обозначений;

6. Разработать алгоритм формирования адаптивной сетевой модели чертежа, обеспечивающий его параметризацию, и программные средства, реализующие все предложенные алгоритмы.

Основные методы исследования

В диссертационной работе применялись методы теория параметризации, теория геометрического моделирования, методов компьютерной графики, методы теории САПР, современные методы разработки инструментов для создания конструкторских чертежей. Экспериментальные разработки программных параметрических моделей выполнены на базе средств адаптации системы AutoCAD (языка Auto LISP, среды Visual LISP и языка DCL); Научные положения, выносимые на защиту

1. Алгоритм выявления и формирование групп различных типов графических примитивов, присутствующих в чертеже, для которого формируется адаптивная сетевая модель;

2. Алгоритм создания базовой ортогональной сетки чертежа;

3. Алгоритм автоматического выявления имеющихся на чертеже видов деталей и установления связи между элементами базовой сетки чертежа, относящимися к разным основным видам;

4. Алгоритм выявления положения базовой точки чертежа;

5. Алгоритм формирования адаптивной сетевой модели чертежа

Научная новизна состоит в разработке алгоритмов и программного обеспечения для аналитико-синтетической системы параметризации конструкторских чертежей на основе формирования адаптивной сетевой модели чертежа, для чего были разработаны следующие алгоритмы:

1. Алгоритм формирование групп видов графических примитивов чертежа;

2. Алгоритм создания базовой ортогональной сетки чертежа;

3. Алгоритм выявление видов деталей при автоматическом формировании параметрических моделей электронных описаний чертежей и установление связи между ними;

4. Алгоритм определение положения базовой точки чертежа;

5. Алгоритм формирования адаптивной сетевой модели чертежа.

Практическая ценность работы заключается в создании на основе разработанных алгоритмов программных средств, позволяющих формировать параметрические модели эскизов и чертежей произвольных конструкторских деталей, представленных в электронном виде. Применение разработанных средств возможно в конструкторских отделах практически всех отраслей промышленности, и позволяет исключить из процесса проектирования новых модификаций изделий такой дорогостоящий процесс, как ручное формирование и оформление для них новых комплектов конструкторских документов типа чертеж. Это способствует повышению экономической эффективности и обеспечивает сокращение времени создания комплектов конструкторских документов (чертежей) для новых модификаций изделий, в десятки раз.

Реализация и внедрение результатов работы Теоретические и практические результаты диссертационной работы использовались в ряде госбюджетных НИР, проводимых по тематическому плану СПбГЭТУ "ЛЭТИ" в 2010-2012 гг.:

- по теме "Разработка теоретических основ модельного проектирования на ос нове парадигмы виртуальности" (шифр САПР-45, 2009-2010 гг.);

- по теме "Математико-логические основы построения сред виртуальных инструментов" (шифр САПР-49, 2012-2014 гг.), а также в виде конкретных положений, методов, алгоритмов и машинных программ внедрены в учебный процессе кафедры» Системы автоматизированного проектирования» Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) при чтении лекций и проведении лабораторных работ и написанию курсовых работ по дисциплинам «Автоматизация конструкторско-технологических работ» и «Геометрическое моделирование в САПР» , а также при подготовке магистерских диссертаций и при дипломном проектировании на факультете компьютерных технологий и информатики и открытом факультете университета.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и были одобрены на следующих конференциях:

- XVII международная научно-методическая конференция «Современное образование: содержание, технологии, качества». С.-Пб, 20.04. 2011 г.

- Международной заочной научно-практической конференции. Тамбов, 29.11.2011

- Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Йошкар-Ола 2012г.

Публикации

Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 6 научных работах, среди которых 2 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК России, 1 работа в издательстве Nota Bene и 3 работы в материалах научно-технических конференций.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 55 наименований, и приложения. Основная часть диссертации изложена на 135 страницах машинописного текста и содержит 41 рисунок.

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Бассам Ахмед Махмуд Абдулкадер

Выводы

1. Осуществлена разработка структуры и внутреннего представления данных модулей подсистемы адаптивной сетевой модели

2. В соответствии с общим алгоритмом создания адаптивной сетевой модели чертежа выполнена программная реализация основных алгоритмов подсистемы, которые обеспечивают:

- выявление и формирование групп видов графических примитивов чертежа;

- создание базовой ортогональной сетки чертежа;

- автоматическое выявление и идентификацию имеющихся в описании чертежа основных видов;

- установление связей между элементами базовой сетки, относящихся к разным основным видам;

- выявления координат базовой точки чертежа;

- установления численных связей между элементами базовой сетки в соответствии с новыми значениями размерных обозначений чертежа;

- создание адаптивной сетевой модели чертежа на основе базовой сетки и списков связей, установленных между этими элементами.

3. Осуществлена проверка разработанных на языке АШюЫзр программных модулей на тестовых примерах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ |

Основные теоретические и практические результаты дШссртациённой работы заключаются в следующем: ;; ; : •;. ^

1. Исследованы современные методы формирования параметрических моделей конструкторских объектов и выявлено, что параллельную параметризация целесообразно использовать для создания ЗО моделей, программную - для формирования стандартных, часто используемых деталей и элементов оформления чертежей, а последующую - для построения параметрических моделей ранее созданных непараметрических чертежей.

2. Проанализированы проблемы создания параметрических моделей конструкторских чертежей и рассмотрены ограничения, используемые при их создании. Показано, что основой для параметрической модели всех элементов чертежа должна служить геометрическая информация, описывающая форму и топологию изображаемого объекта, а действие на нее размерных обозначений должно распространяться на все поле чертежа через его базовую сетку. Предложен общий алгоритм формирования адаптивной сетевой модели (параметрической модели) чертежа.

3. Разработаны алгоритмы выявления имеющихся в электронном описании непараметрического чертежа графических элементов и сортировки их по группам, а также алгоритм формирования его базовой сетки на основе выявленных координат характерных точек всех основных графических примитивов чертежа.

4. Исследованы особенности представления многовидовых чертежей и разработаны алгоритмы выявления и идентификация видов, имеющихся в чертеже, алгоритмы установления связи между основными видами и алгоритм определения базовой точки чертежа.

5. Разработаны алгоритмы установления связи между всеми элементами базовой сетки чертежа через значения имеющихся в нем размерных обозначений.

6. Разработан алгоритм формирования адаптивной сетевой модели чертежа, обеспечивающий его параметризацию, и необходимые программные средства.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бассам Ахмед Махмуд Абдулкадер, 2013 год

1. Абдулкадер Б.А. Определение связей между элементами ортогональной опорной сети чертежей. // Сб. научных трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции. Тамбов, 29.11. 2011,с.8-9

2. Абдулкадер Бассам Ахмед, Ю.Т. Лячек. Выявление видов деталей при автоматическом формировании параметрических моделей электронных описаний чертежей. 2012. № 3/2012. С.27-32

3. Абдулкадер Бассам Ахмед, Ю.Т. Лячек, С.И. Чеканова. Создание параметрических моделей конструкторских чертежей на основе их адаптивной базовой сети // Программные системы и вычислительные методы. №3, 2013 Изд-во "Nota Bene".

4. Автоматизированное проектирование. Геометрические и графические задачи B.C. Полозов, O.A. Будеков, С.И. Ротков и др. М.: Машиностроение, 1083. -280 е., ил)

5. Аль-Шайх Хасан, Лячек Ю.Т. Параметризация конструкторских чертежей // Информационно-управляющие системы. 2010. № 1(44), с. 1824.

6. Б.А.Абдулкадер, Аль-шайх Хасан, Ю.Т. Лячек. Установление связей между элементами базовой сети при параметризации чертежей. // Информационно-измерительные системы. №5, с. 39-46, 2011

7. Баяковский Ю.М.,Галактионов В.А.,Михайлова Т.Н.ГРАФОР. Графическое расширение ФОРТРАНа. М.: Наука, 1985. - 288 е., ил.

8. Ю.Большаков В.П., Бочков А.П.,.Сергеев A.A. ЗБ-моделирование в AutoCAD, KOMITAC-3D, SolidWorks, Inventor, T-Flex: Учебный курс. СПб.: Питер, 2011. 336 е.: ил.

9. Борисов С.А., Смолянинов В.В., Терентьев М.Н. Способы создания параметризованной геометрической модели: http://www.cosmos.rcnet.ru/articles/param.html.

10. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука. 1980. - 976 с)

11. В.Г.Клоков, Косов М.Г., Духовный Л.М.Рекомендации по пределению численных значений допусков формы и расположения поверхностей деталей машин. Учебное пособие М.:МГИУ, 2010.

12. В. Н. Тимофеев, Демина Ю.Ю., Маслова Н.М., Седлецкий В.Ф., Акимкина Г.И., Ивановская М.Д .4.1 Инженерная графика МГИУ, 2010 - 194с

13. ГОСТ 34.003-90 «Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Термины и определенияhttp ://protect.gost.m/v.aspx?control=7&id= 13 7473 (дата обращения 17.05.2012).

14. ГОСТ 2.305-68. Единая система конструкторской документации. Изображения виды, разрезы, сечения. - М.: Стандартинформ. 2007.

15. Голованов H.H. Геометрическое моделирование. М.: Издательство Физико-математической литературы, 2002. - 472 с.

16. Голованов H.H. Геометрическое моделирование: учебник для учреждений высш. проф. Образования. / М.: Издательский центр «Академия», 2011. -272 с.

17. Дударева Н.Ю., Загайко С.А., Смирнов A.B.SolidWorks. Оформление проектной документации СПб.: БХВ-Петербург, 2009. - 384с.

18. Зуев С.А., Полещук H.H. САПР на базе AutoCAD как это делается. -.СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 1168с.

19. H.H. Бронштейн, К.А. Семендяев. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука. 1980. - 976 с.

20. История САПР, www.center-it.net/staff/С AD C AE C AM/( д ата обращения 09.02.2012)

21. Макачев А. Сканеры для САПР и ГИС. М.: Электронный офис, декабрь 1996.

22. Мартин Д. Планирование развития автоматизированных систем. М.: Финансы и статистика, 1984. - 196 с.

23. Поворот плоскости и его матричное представление ( http: // compgraphics.info /2D/matrixrotate.php (дата обращения 05.06.2012)

24. Т.Соколова. AutoCAD 2005. Библиотека пользователя (+CD). СПб.: Питер, 2011.-544с.: ил.

25. Чемоданова T.B. Pro/ENGINEER: Деталь, Сборка, Чертеж СПб.: БХВ-Петербург, 2003. - 560 е.: ил.

26. Шам Тику. Настройка AutoCAD.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2006. - 768с.

27. Шпур Г., Краузе Ф.-А. Автоматизация проектирования в машиностроении. М.: Машиностроение, 1988

28. Копорушкин П.А. Модули ввода и обработки параметризованной геометрической информации / П.А.Копорушкин // Научные труды IV отчетной конференции молодых ученых УГТУ-УПИ. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. С 93-94.

29. Копорушкин П.А. Создание и обработка параметрических моделей геометрических объектов / П.А.Копорушкин, А.А.Петунин // Научныетруды VIII отчетной конференции молодых ученых УГТУ-УПИ. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. С 368-370.

30. Лячек Ю.Т, Голышев И.В., Смирнов C.B. Обработка параллельных размеров в описаниях чертежей // Труды Y межд.научн.практ. конф."Системы и средства передачи и обработки информации" Одесса, 4-9 сентября 2001. С.111-113.

31. Лячек Ю.Т., Нахимовский Я.А. Проблемы параметризации конструкторских чертежей. Компьютер-ИНФО, № 22(164). С.8-9, 1999.

32. Лячек Ю. Т., Нахимовский Я. А., Павлов С. Н. Аналитико-синтетический метод формирования параметрических моделей конструкторских чертежей / Труды 5 межд. конференции по компьютерной графике и визуализации "Графикон-95", С-Пб., 1995, том 1, с. 71-78.

33. Лячек Ю.Т., Изумрудов Д.О., Цветков П.Д. Автоматизация проектирования механических конструкций: Учебн. Пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2001. 60с.

34. Лячек Ю.Т. Инженерная графика в САПР: параметризация и параметрические системы. СПб.: Наука и техника, 2013.

35. Осокин Ю. Mechanics LT полное соответствие ЕСКД.// САПР и графика.-№ 1,2000.

36. Параметрическое моделирование. Словарь терминов. http: www.niac.ru/graphinfo.nsf

37. Полещук H.H. Visual LISP и секреты адаптации AutoCAD. -.СПб.: БХВ-Петербург, 2001. 576 е., ил

38. Полещук H.H. AutoCAD: разработка приложений, настройка и адаптация. -.СПб.: БХВ-Петербург, 2006. 992 с.

39. Полищук H.H. AutoCAD 2011. СПб.: Изд-во "БХВ-Петербург", 2011. — 752 с. (+DVD).

40. Прейс С. LGS эффективный и доступный решатель геометрических задач / CAD/CAM/CAE Observer №3 (12) 2003.

41. Роджерс Д., Адаме Дж. Математические основы машинной графики. М.: Мир, 2001.-604 с.(24)

42. В. Bhanu and O.D. Faugeras, "Shape matching of twodimensionalobjects,"

43. EE Trans. PAMI 6(3), 1984.T.O. Binford, "Survey of model-based image analysis

44. D.G. Lowe, "Three-dimensional object recognition from single two-dimensional images," Artt@caZ Intelligence 31:355-395, 1987.

45. David Harrington, Bill Burchard, David Pitze .Inside AutoCAD 2002 Page 175

46. George Omura .Just Enough: AutoCAD 2006,Page 25

47. Jefferis, Alan; Madsen, David (2005), Architectural Drafting and Design (5th ed.), Clifton Park, NY: Delmar Cengage Learning, ISBN 1-4018-6715-4

48. Inozemtsev A.N., Troitsky D.I., Bannatyne M. W. McK Parametric Modelling: Concept and Implementation // Proceedings of the IEEE International Conference on Information Visualisation. July 19-21, 2000, London, England, pp. 504-509.

49. On the Recognition of Parameterized 2D Objects W. ERIC L. GRIMSONMIT Artificial Intelligence Laboratory, 545 Technology Square, Cambridge, MA 02139

50. R. Brooks, "Symbolic reasoning among 3-dimensional models and 2-dimensional images," Artificial Intelligence 17:285-349, 1981. L. Davis, "Shape matching

51. Tata McGraw-Hill Education, Dec 7, 2008 AutoCAD. Machine Drawing:Includes Autocad.page 13255. http://www.yondi.ru/innerc article id 1715.phtm (дата обращения 11.05.2010).