10.3 Комплексы программ моделирования геометрических объектов
На базе ОМО и ПГО САПР создаются графические системы конструкторских САПР, основу которых составляют пакеты программ геометрического моделирования и отображения графической информации. Примерный состав такого пакета и его функционирование отображены на рис.10.3. Программный комплекс работает следующим образом.
Графическое изображение, например, чертеж с плоскими изображениями создаваемого объекта, может вводиться с помощью средств ввода-вывода информации (СВВИ). В качестве устройств ввода информации (УВИ) могут использоваться цифровая клавиатура или световое перо (“мышь”) дисплея, ПКГИ или другое устройство ввода. Поскольку различные УВИ могут иметь свое внутреннее представление графической информации, то необходимо преобразование формата данных массива графической информации (ПФД МГИ) в единый формат.
Преобразованная информация поступает в блок программ формирования математических моделей непроизводных фигур (БПФ ММ НФ), операторы которого реализуют алгоритмы, позволяющие осуществлять переход от плоских изображений объекта к его пространственной модели, а также формировать банк моделей объектов (БМО), из которых будет создаваться сложная пространственная структура. Если при этом информация вводилась не в графическом, а в текстовом виде, то она предварительно преобразовывается с помощью пакета графических программ (ПГП). Вводимая информация может быть отображена на устройствах вывода графической информации (УВГИ), особенно в случае ее текстового задания, чтобы убедиться в правильности ввода изображения геометрического объекта.
При вводе графической информации с ПКГИ или графического дисплея на вход в систему геометрического моделирования подаются массивы координат и топология соединения вершин проекций геометрического объекта. То же самое реализуется и через ПГП. Сформированная пространственная модель вводимого объекта также может отображаться на УВГИ через пакет графического языка (ГЯ) и помещается в БМО.
Полученные модели в дальнейшем используются для сборки составных фигур (объекта сложной структуры), которая осуществляется блоком программ формирования математических моделей составных фигур (БПФ ММ СФ). Формирование составной фигуры ведется на основе графа конструкции, который вводится пользователем в текстовом виде с УВИ на языке сборки. Транслятор с входного языка (ТВЯ) передает граф конструкции в БПФ ММ СФ.
БФ ММ СФ, работая совместно с БМО, осуществляет чтение моделей введенных непроизводных фигур и согласно графу конструкции формирует трехмерные математические модели составных фигур. Сформированные модели могут быть отображены на УВГИ с помощью пакета ГЯ и помещаются в БМО. Кроме того, они могут быть переданы в различные расчетные пакеты прикладных программ (РППП). Результаты расчетов выводятся в виде таблиц на АЦПУ или в виде графиков, эпюр, функций на УВГИ через пакет ГЯ.
Примером БПФ ММ СФ может служить пакет SBORCA, включающий 80 подпрограмм, содержащих порядка 7000 операторов ФОРТРАНА, а примером БПФ ММ НФ - пакет OBRAZ из 110 подпрограмм объемом примерно 7500 операторов.
В настоящее время разработано большое количество различных графических систем САПР.
Система подготовки чертежно-конструкторской документации АРАКС разработана как развитие подсистем машинной графики базового программного обеспечения АРМ. Ее основой является пакет ГРИФ, который одним из первых реализовал концепцию виртуального графического метафайла, получающего данные от устройства ввода через предпроцессоры и передающего их на устройства вывода через постпроцессоры. Для хранения данных в нем используются форматы языка представления графической и текстовой документации ЯГТИ, которые обеспечивают независимость графических программ по отношению к графическим устройствам. Система позволяет работать как с отдельными объектами, так и с составными.
Система подготовки инженерной документации РЕДГРАФ, разработанная в ВЦ АН РФ, так же, как и АРАКС, является чертежно-ориентированной системой, которая может работать с ОС РАФОС и MS-DOS. Она предназначена для автоматизации подготовки графической документации на различных этапах разработки инженерных изделий: при создании эскизных проектов, деталировочных и сборочных чертежей, подготовке технологической документации с выходом на станки с ЧПУ. Система РЕДГРАФ имеет специализированную графическую базу данных, элементы в которой записаны в древовидную иерархическую структуру с уровнем вложений до пятнадцати. Кроме того, она использует различные варианты задания примитивов: отрезок прямой, например, может задаваться одиннадцатью способами, дуга окружности - шестью.
Графическая система СМОГ разработана в ВЦ Сибирского отделения АН РФ и позволяет решать широкий круг задач, связанных с обработкой графической и геометрической информации. ПО в системе независимо по отношению к графическим устройствам, унифицирован доступ к устройствам внешней памяти, графические и геометрические данные отделены от алгоритмов и программ, их обрабатывающих, что обеспечивает доступ к этим данным от различных программ и делает систему более универсальной. Структура системы СМОГ включает шесть процессоров: интерактивного взаимодействия, чертежей, иллюстраций, моделирования, баз данных и графического вывода.
Система машинного конструирования СИМАК (разработка МЭИ) предназначена для графического и геометрического моделирования и обеспечивает решение задач формирования, модификации, хранения и отображения модели геометрии объектов проектирования типа “твердое тело”. Система предоставляет необходимый сервис при конструировании геометрической формы машиностроительных деталей и формирует базу данных описания геометрии проектируемых объектов, которая может быть использована функциональными подсистемами интегрированной САПР. Интерфейс к подсистеме выпуска чертежно-конструкторской документации реализуется через механизм метафайла ГКС и обеспечивает соблюдение стандартов ЕСКД. На базе СИМАК разработана система автоматизации компоновок узлов машиностроительных конструкций, позволяющая решать задачу автоматизированной сборки узлов. Метафайл ГКС является также удобным средством для обмена данными с другими чертежно-ориентированными системами, например, AutoCAD. Система СИМАК реализована на рабочих станциях малой производительности.
Одним из наиболее распространенных графических пакетов, реализуемых в основном на ЭВМ типа IBM PC, является AutoCAD. Эта система автоматизации процессов конструирования и черчения, разработанная фирмой “AUTODECK”, имеет достаточно разнообразные области применения и постоянно развивается. Пакет позволяет легко создавать двух- и трехмерные чертежи на любой плоскости с удалением скрытых линий. Расширенный язык программирования АвтоЛИСП обеспечивает легкое расширение средств АвтоКАД и позволяет применять программу для любой специфической цели. Разработанный дополнительно пакет АвтоШейд (AutoShade) добавляет цветовую окраску для поверхностей трехмерных объектов, созданных с помощью АвтоКАД.
Среди других пакетов для конструкторских САПР на базе ПЭВМ можно отметить пакет АвтоСолид (AutoSolid) - интегральную систему механического проектирования, которая представляет собой интерактивную программу, работающую с моделирующими пакетами, использующими метод конечных элементов.
Достаточно мощной графической системой является КСЕРОД 1024/16, которая рассчитана на использование пакета АвтоКАД. Для реализации этой системы нужен 32-разрядный графический процессор, работающий со скоростью 6106 операций/с, что обеспечивает непрерывное вычерчивание линий со скоростью 1,2106 элементов/с и до 25000 знаков/с.
Среди универсальных графических пакетов с двумерной графикой можно отметить пакеты Каскад (Cascad) и ВерсаКАД (VersaCAD), которые могут эксплуатироваться на ЭВМ типа Apple и IBM PC.
Таким образом, современное программное геометрическое обеспечение САПР позволяет эффективно реализовать проектно-конструкторские разработки и практически полностью автоматизировать процесс конструирования сложных технических систем.
Литература
Основная литература:
Сырчин В.К. САПР и моделирование технических систем. - М: МИЭТ, 1997, 304с.
Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем: Учебное пособие для вузов. - М.:Высшая школа, 1986. -304с.
Системы автоматизированного проектирования: Учебное пособие для втузов: В 9-ти кн./ Под ред. И.П.Норенкова. - М.: Высшая школа, 1986.
Дополнительная литература:
Быков В.П. Методическое обеспечение САПР в машиностроении. - Л.: Машиностроение, 1989. - 255 с.
Половинкин А.И. Инженерное творчество: Учебное пособие для втузов. - М.: Высшая школа, 1988.
Джонс Дж.К. Методы проектирования. - М.: Мир, 1986. - 322 с.
Альтшуллер Г.С. Найти идею. - Новосибирск: Наука, 1986.
Ханзен Ф. Основы общей методики конструирования. - Л.: Машиностроение, 1969. - 164 с.
Хилл П. Наука и искусство проектирования. - М.: Мир, 1973. - 270 с.
Холл А. Опыт методологии для системотехники. - М.: Сов.радио, 1978. - 448 с.