Министерство образования Российской Федерации

МАТИ - Российский государственный технологический университет

имени К. Э. Циолковского

Кафедра “Технологии интегрированных автоматизированных систем”

Утверждено

Ученым советом факультета

“Аэрокосмические

конструкции и технологии”

“ ” мая 2002

Структурно-параметрическая модель

(Методические указания по разработке)

Методические указания для выполнения практических работ

Цырков А.В.,

Семенов Г.Е.,

Федоров В.А

Москва 2002

Содержание

1. Назначение и область применения 4

2. Структурно-параметрическая модель 5

3. Язык описания СПМ 8

3.1. Директивы описания макета объекта 9

3.2. Директивы параметризации 10

3.3. Директивы описания вариантов структурных решений 11

4. Базовое информационное обеспечение 12

5. Рекомендации по разработке моделей деталей 13

6. Рекомендации по разработке моделей сборочных единиц 20

7. Модели с вариантами структуры 21

ЛИТЕРАТУРА 27

Приложения

Приложение 1. Классификатор базовых элементов формы 28

Приложение 2. Классификатор конструктивных элементов 30

Приложение 3. Типовое конструктивное решение 32

1. Назначение и область применения

Программно-методический комплекс структурно-параметрического моделирования включает:

• программный комплекс обработки структурно-параметрических моделей (ПК SPM);

• программу визуальной обработки решения (ShowSPB);

• программу диалоговой компоновки структурно-параметрической базы (VisualSPB);

• методические материалы по разработке структурно-параметрических моделей;

• методические указания по построению программно-алгоритмического комплекса обработки структурно-параметрических моделей в прикладных системах проектирования.

Программный комплекс структурно-параметрического моделирования предназначен для синтеза и обработки модели порождающей среды (МПС). МПС представляет собой структуру, воспроизводящую конструктивную (либо функциональную, либо организационную) иерархию объекта проектирования и содержащую варианты возможных проектных решений. Помимо конструктивной иерархии МПС поддерживает:

• древовидную структуру взаимосвязи параметров среды;

• ориентированный граф, описывающий пространственное положение элементов среды.

Проектное решение получается как некоторое "сечение" МПС. Состав элементов в узлах СПМ определяется с помощью аппарата типовых математических моделей проектирования [1].

Параметрическое моделирование включает следующие процедуры:

• расчет параметров по аналитическим зависимостям;

• выбор значений параметров из таблиц;

• округление и нормализация рассчитанных значений параметров;

• распространение значений внутри структуры взаимосвязей параметров.

2. Структурно-параметрическая модель

Для описания объекта проектирования необходимо задать:

• состав элементов структуры;

• взаимосвязь (вхождение) элементов нижнего уровня в элементы верхнего уровня;

• состав свойств элементов;

• взаимосвязь свойств и элементов;

• состав параметров каждого элемента;

• взаимосвязь свойств и параметров элемента;

• взаимосвязь параметров элементов различных уровней;

• взаимосвязи между параметрами внутри структурного элемента в виде аналитических зависимостей, либо в табличной форме представления;

• взаимное положение элементов структуры в виде операторов перемещения и поворота координатных систем в пространстве.

Совокупность этой информации и алгоритмы ее обработки являются содержанием структурно-параметрических моделей (СПМ). При описании СПМ возможна ссылка на подструктуры, ранее определенные и размещенные в архиве данных.

Обработка СПМ выполняется с целью определения:

• состава элементов вошедших в проектное решение;

• значений собственных параметров каждого элемента решения;

• значений параметров положения элементов.

Если в состав проектного решения включаются геометрические примитивы (базовые элементы формы), то оно может быть передано на обработку для визуализации.

Модели, которые обрабатываются системой несут в себе следующие отличительные черты:

1. Многоуровневость.

Это свойство позволяет строить модели объекта, имеющего сложную древовидную структуру. То есть должен быть определен один головной элемент (корень) и исходящие из него (ветви), которые в свою очередь могут состоять из произвольного количества подуровней. Количество уровней в разных ветвях структуры может различаться.

Возможность создания многоуровневых моделей позволяет описывать реальную структуру объекта проектирования. Можно выделить следующие уровни моделей:

• примитивы (листья);

• конструктивные элементы;

• детали;

• сборочные единицы;

• узлы;

• изделие в целом (корень).

2. Модульность.

Это свойство создавать модели фрагментов объекта проектирования независимо друг от друга, что позволяет:

• выделять в изделии самостоятельные элементы, часто встречающиеся в изделии и создавать для них отдельные универсальные модели;

• компоновать модель нового объекта из ранее созданных моделей для другого объекта;

• независимо обрабатывать фрагменты объекта для их отладки и производить их визуализацию.

Это свойство позволяет в значительной степени уменьшить затраты при разработке моделей нового изделия, вследствие создания банка типовых конструктивных элементов и деталей.

3. Параметризация объекта проектирования.

СПМ позволяет строить гибкую систему параметризации объекта, способную управлять не только внешним обликом объекта, но и воспроизводить его кинематические возможности.

Значения параметров могут быть заданы пользователем в численном (конечном) виде, либо выражены через аналитические или табличные зависимости, либо рассчитаны во внешних процедурах.

Система параметризации может быть построена с учетом возможности передачи значений параметров между различными уровнями модели объекта. Передача значений может осуществляться как в направлении от корня к листьям, так и в обратном направлении. Это позволяет производить увязку параметров в случае проектирования сложных, с большим количеством параметров, объектов, имеющих области воздействия в различных ветвях структуры.

4. Возможность включения в модель вариантов структур.

Включение в модель вариантов структур позволяет менять состав элементов решения в зависимости от изменения внешних воздействий. Такими воздействиями являются:

• изменения значений свойств и параметров в ходе обработки модели;

• задание свойств проектировщиком;

• диалоговая корректировка структуры проектировщиком.

Введение структурных решений должно быть обосновано, т.к. оно увеличивает размеры моделей и время их обработки.

На рис. 2.1. показаны основные этапы процесса проектирования от создания структурно-параметрических моделей до получения конструкторской документации.

Создание ┌────────┐ Обработка┌───────────┐ Отображение┌──────┐

─────────┤Модель ├──────────┤База данных├────────────┤ КД │

моделей └────────┘ моделей └───────────┘ └──────┘

↑ ↑ ↑

│ │ │

╔═════╧══════╗ ╔═════╧════╗ ╔════╧═════╗

║ Текстовые ║ ║ ║ ║ ║

║ редакторы, ║ ║ ПК SPM ║ ║ ПК INT ║

║ специальные║ ║ ║ ║ ║

║ программы ║ ║ ║ ║ ║

╚════════════╝ ╚══════════╝ ╚══════════╝

Рис. 2.1. Основные этапы процесса обработки СПМ

Этап создания моделей является наиболее ответственным и трудоемким этапом в проектировании. Естественно, что после наработки определенного количества моделей удельный вес этапа может быть снижен и большее внимание будет уделяться адаптации ранее созданных моделей. Для этого при разработке моделей необходимо уделять внимание возможности их последующей модификации, т.е. созданию универсальных моделей.

Модификация моделей может заключаться в:

• изменении значений входных параметров и следовательно размеров и функциональных характеристик конструкции в целом;

• изменении условий определения структуры решения.

Необходимо при создании моделей предусматривать возможность корректировки входных параметров и вариантов структур.

Создание структурно-параметрических моделей может вестись как языковыми средствами путем создания описаний моделей и последующей их трансляции в структурно-параметрическую базу данных, так и средствами специальных программ, посредством задания необходимого состава компонентов структурно-параметрической модели с последующим их сохранением в структурно-параметрической базе.

Процесс разработки СПМ можно разделить на три этапа:

• разработка макета объекта;

• параметризация модели;

• описание вариантов структурных решений.