Исследования и разработка автоматизированной подсистемы параметризации конструкторских чертежей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Аль-шайх Хасан Абдулла Ахмед

• Аль-шайх Хасан Абдулла Ахмед
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Аль-шайх Хасан Абдулла Ахмед

Введение.

1 ПАРАМЕТРИЗАЦИЯ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

1.1 Ограничения, используемые в моделях. ^

1.2 Классификация САПР машиностроения. ^

1.3 Программные параметрические модели для двухмерных

САПР.

1.4 Аналитико-синтетическая параметризация.

1.5 Выводы.

2 ПАРАМЕТРИЗАЦИЯ КОНСТРУКТОРСКИХ ЧЕРТЕЖЕЙ В САПР.

2.1 Параметризация чертежей.

2.2 Проблемы параметризации чертежей.

2.2.1 Разнообразие графических элементов, составляющих чертеж.

2.2.2 Задание параметров в различных системах координат. ^

2.2.3 Неявность задания геометрических параметров.

2.2.4 Изменение состава графических примитивов. ^

2.3 Разработка общего алгоритма подсистемы аналитикосинтетическои параметризации.

2.4 Выводы.

3 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ

ПОДСИСТЕМЫ КОНСТРУКТОРСКИХ ЧЕРТЕЖЕЙ.

3.1 Выводы. ИЗ

4 РАЗРАБОТКА ТЕСТОВЫХ ПРИМЕРОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПРОВЕРКУ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПОДСИСТЕМЫ.

4.1 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследования и разработка автоматизированной подсистемы параметризации конструкторских чертежей»

Актуальность исследования определяется тем, что оно связано с приоритетным направлением модернизации и технологического развития экономики России и, в частности, с информационными технологиями и разработкой программного обеспечения, предназначенного для создания параметрических моделей эскизов и конструкторских чертежей, которые используются в различных областях при проектировании и модификации изделий любого назначения. Параметрические модели позволяют существенно ускорить процесс проектирования и производства новых изделий, так как обеспечивают однозначную двухстороннюю связь процессов проектирования, инженерных математических расчетов, технологической подготовки производства и средств изготовления этих спроектированных деталей и сборочных конструкций.

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

Предметом исследования методы автоматизированного создания параметрических моделей конструкторских чертежей.

Цель и задачи исследования - разработка подсистемы автоматизированного формирования параметрических моделей эскизов и конструкторских чертежей, которая позволяет модифицировать эти документы при изменении значений размерных параметров представленных в них объектов, что позволяет эффективно проектировать новые версии изделий.

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

1. Проанализировать современные системы автоматизации проектирования изделий машиностроения и выявить наиболее важные направления в области параметризации моделей объектов машиностроительных САПР;

2. Разработать общий алгоритм параметризации и модификации чертежей на основе использования метода аналитико-синтетической параметризации чертежей с созданием параметрической модели на базе формирования опорной и размерной сетей чертежа;

3. Разработать алгоритм дополнения параметрической модели чертежа за счет обработки угловых и параллельных размерных обозначений, установленных на отдельные и связанные между собой отрезки (при отсутствии и наличии дуг сопряжения на концах этих отрезков);

4. Разработать структуру подсистемы, обеспечивающую создание параметрической модели для чертежа детали произвольной конфигурации;

5. Разработать основные модули подсистемы автоматизации параметризации;

6. Разработать комплект тестов для проверки работоспособности модулей подсистемы формирования параметрической модели чертежа.

Основные методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основании системного анализа, теории параметризации, геометрического моделирования, методов компьютерной графики, и методов теории и методов создания САПР. Экспериментальные разработки подсистемы формирования параметрических моделей чертежей выполнены на базе средств адаптации системы AutoCAD (языка Auto LISP, среды Visual LISP и языка DCL).

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Обобщенный алгоритм автоматической параметризации и модификации чертежей на основе использования метода аналитико-синтетической параметризации чертежей;

2. Параметрическая модель электронного описания чертежа в виде связанных опорной и размерной сетей этого исходного чертежа;

3. Алгоритм обработки неявных связей и механизм введения фиктивных размеров для реализации алгоритма обработки параллельных размеров, установленных на отрезки с сопряженными дугами;

4. Структура подсистемы формирования параметрической модели чертежа;

5. Комплекс программных модулей подсистемы, обеспечивающих создание параметрической модели чертежа;

6. Комплект тестов, обеспечивающих отладку и тестирование работоспособности разработанных программных средств подсистемы формирования параметрической модели произвольного чертежа.

Научная новизна заключается в разработке алгоритмов и методов обработки электронных описаний эскизов и чертежей, обеспечивающих автоматическое создание параметрической модели произвольного чертежа, независимо от способа и последовательности формирования графических примитивов, составляющих изображаемый образ детали, типов установленных на чертеже размерных обозначений, а также в разработке структуры системы параметризации, ее модулей и тестовых примеров для ее верификации.

Практическая ценность работы заключается в создании программных средств, позволяющих создавать параметрические модели эскизов и чертежей произвольных конструкторских деталей, представленных в электронном виде. Применение разработанных средств обеспечивает существенное сокращение времени создания параметрических моделей для чертежей, созданных в непараметрических системах и формирование на основе этих моделей конструкторских чертежей новых модификаций изделий.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы в виде конкретных положений, методов, алгоритмов, машинных программ внедрены в инженерную практику и в учебный процесс, проводимый на кафедре САПР в процессе обучения бакалавров в курсе "Геометрическое моделирование в САПР", подтверждающий внедрение, приведен в приложении.

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

- Международной конференции "Информационные технологии в профессиональной деятельности и научной работе г. Йошкар-Ола, 2009г.;

- Международной конференции "Информационные технологии в профессиональной деятельности и научной работе ", г. Йошкар-Ола, 2011г.

Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 5 научных работах, среди которых 3 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК России, и 2 работ в материалах научно-технических конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 57 наименований. Основная часть работы изложена на 146 страницах машинописного текста. Работа содержит 61 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Аль-шайх Хасан Абдулла Ахмед

4.1 Выводы

1. Важнейшим этапом создания системы параметризации чертежей является формирование совокупности тестовых примеров, позволяющих учесть произвольный порядок создания различных видов деталей на чертежах, использование для этого различные графические примитивы, разные методы их формирования, а также применение различных размерных схем.

2. Предложены тесты, обеспечивающие обработку примитивов и размерных обозначений, выявляющих независимость формирования параметрических моделей от направления формирования примитивов и привязки к ним размерных обозначений.

3. Разработаны тесты, обеспечивающие формирование параметрических связей при обработке вертикальных, горизонтальных и угловых размерных обозначений.

4. Сформированы тесты, обеспечивающие обработку различных групп параллельных размерных обозначений (одиночных, попарно связанных и связанных в тройки).

5. Предложены тесты для выявления неявных связей как по координате X, так и по координате У.

6. Сформированы тесты для обработки многовидовых чертежей, содержащих изображения основных видов детали.

7. Созданы тесты для обработки элементов изображений, вязанных с квадрантными точками дуг и окружностей, а также с обработкой элементов ортогональной симметрии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем,

1. Анализ состояния современных систем автоматизации проектирования изделий машиностроения показал, что одним из важнейших направлений разработки конструкторских систем в настоящее время представляется развитие систем и методов параметризации и, в частности, создания систем последовательной параметризации чертежей.

2. Предложен обобщенный алгоритм автоматической параметризации чертежей на основе использования метода аналитико-синтетической параметризации, при котором параметрическая модель электронного описания чертежа формируется в виде базовой ортогональной сети чертежа с установленными между ее элементами связями, которые определяются значениями используемых в чертеже размерных обозначений.

3. Разработаны алгоритм создания опорной сети исходного чертежа, алгоритмы определения основных видов и связей между ними по соответствующим координатам, выявления базовой точки чертежа, а также алгоритмы создания параметрической модели за счет последовательной обработки простых связей - вертикальных, горизонтальных линейных, радиальных и диаметральных размеров, а также алгоритм выявления неявных связей.

4. Предложены алгоритмы дополнения параметрической модели за счет обработки угловых и параллельных размерных обозначений с использованием введенного механизма фиктивных размеров, а также обработки особых точек (касания, пересечения) и элементов ортогональной симметрии.

5. Разработана структура и комплект основных модулей подсистемы, которая обеспечивает автоматическое формирования параметрической модели чертежа на основе реализации аналитико-синтетического метода.

6. Разработаны тесты, обеспечивающих отладку и тестирование работоспособности программных средств подсистемы формирования параметрических моделей. Тесты обеспечивают проверку независимости формирования параметрических моделей от направления формирования в чертежах примитивов и привязки к ним вертикальных, горизонтальных и угловых размерных обозначений. Они предназначены проверяют корректность обработки различных групп параллельных размерных обозначений (одиночных, попарно связанных и связанных в тройки), выявления неявных связей, обработки многовидовых чертежей и элементов изображений, связанных с квадрантными точками дуг и окружностей, а также обработку элементов ортогональной симметрии.

V/

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Аль-шайх Хасан Абдулла Ахмед, 2012 год

1. Автоматизированное проектирование: Геометрические и графические задачи / В. С. Полозов, О. А. Будеков, С.И.Ротков и др. М.: Машиностроение, 1983. 280 е.,ил.

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

3. Аль-шайх Хасан ,Лячек Ю.Т. Обработка параллельных размеров, установленных на отрезки с дугами сопряжения, при параметризации чертежей // Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ". -2011. №6. - С.40-45.

4. Аль-шайх Хасан, Ю.Т. Лячек. Параметризация конструкторский чертежей. // Информационно- управляющие системы. -№1, с. 18-24, 2010

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

6. Большаков В.П. Инженерная и компьютерная графика: Практикум. -СПб.: БХВ-Петербург, 2004. 592 е., ил.Герасимов A.A. Автоматизация работы в Компас-График. - СПб.: БХВ-Петербург, 2010. - 608 с.

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

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

9. Бугрименко Г.А., Лямке В.Н., Э.-К.С. Шейбокенс. Автоматизация конструирования на ПЭВМ с использованием системы AutoCAD. М., Машиностроение, 1993. 336с.

10. Голованов H.H. Геометрическое моделирование. Изд-во Физико-математической литературы, 2002. - 472 с.

11. Гореткина Е. Обзор САПР: вчера и сегодня // PC Week Russian Edition САПР №02/2003.

12. М.Гридин В.Н. Теоретические основы построения базовых адаптируемых компонент САПР МЭА. М.: Наука, 1989.

13. Далека В.Д., Деревянко A.C., Кравец О.Г., Тимановская Л.Е. Модели и структуры данных.// Учебн. Пособие. -Харьков: ХГПУ, 2000. 241с.

14. Демьянков В.З. Параметризация // Краткий словарь когнитивных терминов / Кубрякова Е.С., Демьянков В.З., Панкрац Ю.Г., Лузина Л.Г. Под общей редакцией Е.С. Кубряковой. М.: Филологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 1996. С.118-123.

15. Единая система конструкторской документации. Общие правила выполнения чертежей. -М.: Изд-во стандартов, 1983. 216 с.

16. ECK Д. Общие правила выполнения чертежей. М.: Стандарты, 1988г.-240 с.

17. Жарков Н.Б., Минеев H.A., Прогди Р.Г. KoMnac-3D, vil. Полное руководство. М.: Наука и техника, 2010. - 688 е., ил.

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

19. Киндук М. Работа в системе проектирования KoMnac-3D, vil.- М.: Эксмо, 2010.-512 с.M

20. Климачева Т.Н. AutoCAD 2010. Полный курс для профессионалов- М.: Диалектика, 2009 1088 е., ил.

21. 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.

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

23. Кормен Т., Лейзерсон Ч., Ривест Р. Алгоритмы: построение и анализ М., «Вильяме», 2008. - 1296 с.

24. Корсаков B.C. Автоматизация проектирования технологических процессов в машиностроении. -М.: машиностроение, 1985. 304с., ил.

25. Кузьмин Б., Хараджиев В. SprutCAD: особенности национальной параметризации // САПР и Графика № 09 2001 год.

26. Лузин С.Ю., Лячек Ю.Т., Петросян Г.С., Полубасов О.Б. Модели и алгоритмы автоматизированного проектирования радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры: учеб. пособие. СПб.: БХВ-Петербург, - 2010. - 224 с.:ил.

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

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

29. 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.

30. Макачев А. Сканеры для САПР и ГИС. М.: Электронный офис (газета для специалистов по автоматизации управления, инд. 32509, http://www.vest.msk.ru\eo), декабрь 1996, с. 10-11.

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

32. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000.

33. Осипов В.К., Чекмарев A.A. Справочник по машиностроительному черчению. М.: Высшая Школа, 2008. -493 е., ил.

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

35. Острейковский В.А. Теория систем. М.: Высш.шк., 1997.

36. Параметризация анализ по прессе в Интернете, http://vm.msun.ru /Vectorwi/Vbsdoc/Parametr.htm.

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

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

39. Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Под ред. Э.Т.Романычевой. -М.: Радио и связь, 1989. 448 е., ил.

40. Роджерс Д., Адаме Дж. Математические основы машинной графики. М.: Мир, 2001.-604 с.

41. Ушаков Д. Технологии вариационного проектирования для разработкитипичных приложений САПР. Июль 2007, ЗАО "ЛЕДАС".

42. Шпур Г., Краузе Ф.-А. Автоматизация проектирования в машиностроении. -М.: Машиностроение, 1988. 648с.; ил.

43. Fudos I. and Hoffmann С.М. A graph-constructive approach to solving systems of geometric constraints // ACM Transactions on Graphics, 16:179-216, 1997.

44. 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.

45. Leea K.-Y., Kwonb O-H., Leec J.-Y., Kimd T.-W. A hybrid approach to geometric constraint solving with graph analysis and reduction. Advances in Engineering Software 34 (2003) 103-1 13.

46. Rosen D. Parametric modeling http://www.srl. gatech.edu /education /МЕ6104 /notes/ParamModel/ParamModeling.html.

47. Sitharam M., Oung J.-J., Zhou Y., Arbee A. Geometric constraints within feature hierarchies. 2004