Компьютерный дизайн и конструкторско-технологическая подготовка производства мозаичных изделий из цветного камня

© П.К. Шайкин, Ю.А. Павлов. ,

2003

УДК 622.33

П.К. Шайкин, Ю.А. Павлов

КОМПЬЮТЕРНЫЙ ДИЗАЙН И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ПРОИЗВОДСТВА МОЗАИЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЦВЕТНОГО КАМНЯ

В настоящее время

программные средства САПР развиваются в основном в сторону большей

универсальности. Новых

компьютерных технологий,

позволяющих непосредственно

воплощать замыслы конструктора или технолога, в промышленности немного. В результате, приобретая пакет САПР, предприятия «в нагрузку» получают целый набор дополнительных средств обработки графических образов. Поэтому на каждом отдельном предприятии используют не более 25% от всех возможностей установленной

программы САПР, что делает их применение неэффективным.

Похожая ситуация сложилась и на рынке художественно-дизайнерских программ. Выходят все новые и новые версии графических редакторов, но они не позволяют в полной мере реализовывать замысел художника. Кроме того, производства, требующие художественной подготовки, к которым, несомненно, относятся производство мозаичных изделий из цветного камня, практически лишены средств комплексной автоматизации. [3] Дело в том, что выпуск узконаправленных программных продуктов только для нужд художественных предприятий

является экономически невыгодным. Попытки создать на базе существующих художественных или конструкторских систем

«надстройки», позволяющие

выполнять дизайн и конструкторскую подготовку производства (например, пакет СогеЮАБ) потерпели крах. Это объясняется, первую очередь, слишком разнонаправленным

применением художественных и конструкторских программ, а так же отсутствием у фирм,

разрабатывающих приложения,

необходимого предметного базиса для создания полноценного

художественно-технологического

САПР.

В результате, художникам-технологам, предприятий

выпускающих мозаичные изделия из цветного камня, приходится осваивать 4-5 специализированных программ, используя при этом не более 10% от всех возможностей каждой программы. При этом потребности художника-технолога, даже при полной универсальности всех используемых программ, не будут реализованы. Фактически на этих предприятиях вся автоматизация -частичная, и используется, чаще, только на одном этапе - для получения управляющей программы для вырезного станка с ЧПУ.

Производство мозаичного изделия из цветного камня, особенно в технике флорентийской мозаики, в современных условиях представляет собой довольно сложный процесс, с большим количеством

задействованного персонала и временем реализации. Вначале художник создает эскиз, потом художник-технолог доводит его до максимальной степени детализации, упрощая контуры, и обобщая все детали эскиза, но сохраняя общий стиль автора. Полученный рабочий эскиз делается в натуральную величину. Художник-колорист

определяет цвета камня, кроме того, на этом этапе возможно разбиение сложных контуров на более простые, если размер заготовки не соответствует размерам контура. После этого создаются шаблоны деталей, входящих в мозаичный набор, или так называемые пазлы.

Шаблон может быть выполнен на специальном режущем плоттере. По нему вырезается деталь. После чего происходит сборка. Иногда время, затрачиваемое на сборку, втрое превышает длительность всех предыдущих этапов, особенно если

мозаика содержит свыше 250 пазлов сложной формы.

Если использовать компьютерные средства автоматизации, то все этапы художественной и технической подготовки производства необходимо выполнять с использованием 3-5, а бывает и более, графических программ [1]. При этом следует учитывать, что автоматизация бывает полной и неполной. Полная

автоматизация охватывает весь цикл подготовки производства на

компьютере, включая создание

исходного рисунка, выбор камня, разработку карт раскроя и сборки, а также, автоматическую сборку изделия. При неполной автоматизации

- какой-либо этап проводится вручную без использования компьютера.

Создание мозаичного изделия из камня, как любой творческий процесс, не терпит какой-либо формализации. В частности, эскиз может быть рисованным или, даже,

фотографическим. Кроме того, нередко фактурный рисунок выбранного камня подсказывает сюжет будущего мозаичного изделия, и тогда раскрой и расположение детали на заготовке необходимо определять в процессе работы над мозаикой самому художнику [4].

Наиболее типичный процесс изготовления мозаики подразумевает неполную автоматизацию, когда эскиз будущего изделия выполнен художником от руки, а все остальные этапы реализуются с использованием компьютерных программ.

Для ввода исходного рисунка в компьютер используются TWAIN-программа (сканирующая); для первичной обработки, и уточнения элементов изделия - растровый графический редактор,

обрабатывающий изображения,

которые представлены точками.

После первичной обработки следует преобразование растрового рисунка в векторный, описанный

математическими кривыми, с помощью трассирующей

программы, затем в программе, работающей с векторами, упрощаются контуры и получают компьютерный образ мозаичного изделия. После выбора с помощью экспертной системы камня из базы данных [2], полученный рисунок сепарируется, т.е. записывается в нескольких файлах, каждый из которых

представляет свой цвет и текстуру.

Полученные файлы обрабатываются в графических инженерных

программах, где в соответствии с требованиями раскроя заготовок на вырезных станках соответствующим образом располагаются. Последним этапом работы инженерной программы является формирование управляющих программ для станка, на котором производится вырезка деталей мозаики. Наконец, в соответствии с картой раскроя и

дешифрованным кодом детали осуществляется сборка изделия.

Последовательность создания

мозаики представлена на рисунке. Многоэтапность

рассматриваемого

существенно

автоматизацию

производства

алгоритма

осложняет

подготовки

художественных

изделий из-за большого количества программ, которые необходимо освоить для полноценной работы. Однако, как инженерные, так и художественные программы, пойдя по пути максимальной универсализации систем, стали включать в себя средства разработки приложений и средства интеграции с другими программами. Это позволяет создать единую оболочку, объединяющую все пакеты, задействованные в процессе разработки и подготовки

производства мозаичного изделия из камня. Оболочка должна выполнять именно те действия, которые необходимы для реализации

приведенного выше алгоритма за счет использования экспертной системы. Очевидно, что в случае использования какого-либо оригинального способа при разработке мозаик, этот новый алгоритм должен сохранятся в базе данных экспертной системы.

Выбор художественных и инженерных программ, средств интеграции и средств разработки приложений зависят от аппаратной платформы и финансовых

возможностей предприятия.

Для компьютеров класса IBM PC наиболее удачной комбинацией программных средств может быть: Corel PhotoPaint - в качестве растрового редактора; Corel DRAW!, как векторный редактор; Corel TRACE - для векторизации и AutoCAD или T-Flex CAD- для

инженерной подготовки

производства. В качестве TWAIN программы следует использовать стандартный драйвер сканера. Программы фирмы Corel изначально хорошо интегрированы. Для разработки приложений (например, системы «Мозаика») удобно использовать Visual Basic for Applications, который входит в названные программы.

Разрабатываемая оболочка

представляет собой электронный офис художника-технолога, который в зависимости от запущенного

приложения загружает из экспертной системы, соответствующий этому

приложению, набор макросов. После выполнения работ в программе электронный офис сохраняет

результат работы конкретного задания в файл, понятный следующей

выполняемой программе. Итогом работы электронного офиса является создание управляющей программы

для станка с ЧПУ и карты сборки мозаичного изделия. На каждом отдельном этапе работы электронного офиса возможно возвращение к любому предыдущему этапу работы.

Для компьютеров класса Apple Macintosh наиболее удачной

комбинацией программ являются Adobe Photoshop - растровый

редактор; Adobe Illustrator -векторный редактор и MiniCAD -инженерный редактор. В качестве

TWAIN-программы можно

использовать драйвер Photoshop, а в качестве трассирующего редактора -программу Adobe Streamline. Метод интеграции используется стандартный для компьютеров Apple.

Интеграционная оболочка может быть создана средствами системного программирования непосредственно на самом предприятии, либо заказана в специализированных фирмах. База данных по макросам должна составляться непосредственно на предприятии и учитывать специфику работы специалистов, способ производства и другие накопленные знания в области камнеобработки.

Итак, изложенный метод системной интеграции программных средств, для создания и подготовки художественных изделий требует решения следующих задач, которые исследуются в настоящий момент на кафедре «Технологии

художественной обработки

минералов» (ТХОМ) Московского государственного горного

университета:

- разработку экспертной

системы для автоматического выполнения типовых задач при подготовке и производстве мозаичных изделий;

- разработка баз данных, в

частности по облицовочным и поделочным камням;

- разработку процедуры

автоматического выбора типа и цвета камня по заложенным параметрам, методом нечетких логик;

- разработку диалога

пользователя и компьютера при работе с программами;

экспериментальную

проверку работоспособности системы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Павлов Ю.А., Лобанев С.А., Шайкин П.К. Компьютерная база данных «Цветные камни» для системы автоматизированного проектирования и подготовки производства. «Горный информационно-аналитический бюллетень». - М.: Изд-во МГГУ, 1999, №9. с.250-253

2. Павлов Ю.А., Манюшин РА. Шайкин П.К. Комплекс программных средств для создания и конструкторско-технологической подготовки производства художественных изделий. «Горный информационно-аналитический бюллетень». -М.: Изд-во МГГУ, 1999, №6. с.123-125

3. Синкенкес Дж. Руководство по обработке драгоценных и поделочных камней.: Пер. с англ. - М.: Мир, 1998. - 423 с.

4. Федотов Г. Камень. - М.: Эксмо, 2002. - 160 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Шайкин П.К. — аспирант, Московский государственный горный университет.

Павлов Ю.А. — доцент, кандидат технических наук, Московский государственный горный университет.