Управление параметризацией сложных машиностротельных изделий в среде средних САПР

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 681.3

9

В. В. ШИШКИН, Т. П. ПИЛЮГИНА, А. П. ГРОШЕВ, Н. А. ЗОТОВ

УПРАВЛЕНИЕ ПАРАМЕТРИЗАЦИЕЙ СЛОЖНЫХ МАШИНОСТРОТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ В СРЕДЕ СРЕДНИХ САПР

Рассмотрен подход к созданию параметрических моделей сложных машиностроительных изделий и архитектура системы управления параметризацией сложных машиностроительных изделий в среде современных САПР.

В настоящее время практически на всех промышленных предприятиях создаются электронные базы данных чертежей проектируемых и выпускаемых изделий. Это обусловлено тем, что при разработке новых изделий около 80% узлов и деталей не претерпевают существенных изменений в конфигурации и, следовательно, можно существенно сократить время разработки, скорректировав чертежи, взятые для новых изделий в качестве прототипа.

Проблема сокращения времени разработки и её себестоимости становится ещё более актуальной в случае выпуска сложных машиностроительных изделий в рамках определённого семейства изделий малыми сериями или единичными экземплярами. При этом под сложным машиностроительным изделием будем понимать многоуровневую иерархическую систему, состоящую из не менее чем десятков сборок и сотен деталей. В этом случае задача заключается в получении по конкретному техническому заданию за минимальное время полного комплекта технической документации (КТД) на разрабатываемое изделие в рамках заданного семейства изделий. Эффективным методом решения данной задачи является создание параметрической модели семейства изделий и дальнейшая работа с ней.

Возможны два подхода к построению параметрических моделей семейства изделий (ПМ). Первый подход заключается в создании ПМ в виде совокупности параметризованных чертежей деталей и сборок. Достоинством данного подхода является малое время создания ПМ при имеющихся электронных версиях чертежей. Недостатком - необхо- \ димость создания и хранения чертежей нескольких видов одной детали для сборок верхнего уровня, что существенно усложняет как саму параметрическую модель,

О В. В. Шишкин, Т. П. Пилюгина, А. П. Грошев, Н. А. Зотов, 2005

так и методы работы с ней. Второй подход заключается в создании ПМ на базе трёхмерных твердотельных моделей. К достоинствам этого подхода можно отнести наглядность и удобство работы, к недостаткам - необходимость создания самой трёхмерной модели или её получение из имеющегося набора чертежей. Проведённые эксперименты по созданию ПМ показали существенную эффективность второго подхода.

В рамках второго подхода выделим две задачи:

1) создание непосредственно самой трёхмерной параметрической модели семейства изделий;

2) получение полного комплекта технической документации по заданному техническому заданию на конкретное изделие.

Создание трёхмерной параметрической модели семейства изделий представляется такой последовательностью этапов:

© создание трёхмерных твердотельных моделей деталей и сборок;

• создание параметрических уравнений или задание параметрических связей (топологических; геометрических, размерных и т. д.);

• внесение параметрических уравнений в трёхмерную твердотельную модель;

создание конструкторской документации (спецификации, комплекта чертежей деталей и сборочных чертежей с отрисовкой дополнительных элементов, таких как разрезы, сечения и т. д.).

В рамках второй задачи необходимо в имеющуюся ПМ внести значения параметров из технического задания и, проконтролировав процесс получения трёхмерной твердотельной модели, получить полный комплект технической документации.

При анализе систем параметризации, входящих в состав современных средних САПР SolidWorks 2005 и КОМПАС ЗВ 7.0, выяснилось, что данные системы обладают рядом существенных недостатков, затрудняющих эффективную работу, как по построению параметрических моделей, так и по получению комплекта технической документации изделий на их основе. В современных средних САПР отсутствуют средства, обеспечивающие иерархический пересчет

параметров по заданным значениям входных параметров модели. Это пересчёт «сверху вниз», когда при изменении значений параметров в сборках высшего уровня пересчитываются значения параметров из подсборок и деталей, входящих в данные сборки. Процесс пересчёта должен происходить в соответствии с функциональными зависимостями между параметрами родительских сборок и параметрами, входящих в них сборок и деталей. Параметры корневой сборки являются входными параметрами для всей модели изделия. Также невозможно контролировать процесс пересчёта значений параметров, что может приводить к невозможности обнаружения и устранения ошибок. Для задания функциональных зависимостей между параметрами используются в рассмотренных САПР простые алгебраические уравнения, это приводит к ряду проблем при наличии сложных нелинейных зависимостей.

При создании трёхмерной параметрической модели изделий средствами САПР 8оИс1\Уогкз и КОМПАС 30, получаем модель, параметризованную лишь на уровне графических сопряжений - это графическая база данных параметризованных моделей. Необходимо создать ещё и параметрическую базу данных модели, которая будет содержать информацию о параметрах и функциональных зависимостях между ними.

Для устранения недостатков стандартных средств параметризации средних САПР и повышения эффективности процесса параметризации в стандартные САПР необходимо включить дополнительную систему управления параметризацией (СУП), архитектура такой системы представлена на рис. 1.

Структурно в СУП входит интерфейс построения модели, параметрическая база данных модели, интерфейс построения комплекта технической документации изделия и графическая база данных, через которую идет взаимодействие с САПР. Интерфейс построения модели предоставляет проектировщику модели средства по автоматизации получения параметров из деталей, по построению функциональных зависимостей между переменными сборок и деталей, что сопровождается вспомогательной визуализацией средствами САПР и обеспечивает хранение этих данных для использования и редактирования при работе с параметрической моделью.

Проектировщик модели

ш I  «м» » шттят » «мш» «мш «м»

СУП ------Х---—^

—I Интерфейс построения модели М— —»_

Параметрическая БД модели

Графическая БД модели

Интерфейс построения КТД изделия

1

САПР

\

Конструктор КТД

Рис. 1. Архитектура системы управления

параметризацией

Интерфейс построения комплекта технической документации изделия предоставляет пользователю средства по редактированию значений параметров и по управлению процессом пересчёта параметров. Данный интерфейс также обеспечивает синхронизацию данных в параметрической и в графической баз данных модели. Это означает, что при изменении значения некоторого входного параметра в параметрической базе данных и успешно прошедшем пересчете изменятся значения размеров, соответствующих параметрам деталей, и далее средства параметризации САПР обеспечат автоматическую перестройку всех сборок, входящих в состав изделия, т. е. обновят графическую базу данных модели. Данный механизм обеспечивает получение готового изделия с заданными значениями входных параметров.

На интерфейс построения модели возлагаются следующие функции:

1) построение и отображение дерева сборочных единиц, в котором отображаются сборочные единицы и их переменные;

2) получение необходимых размеров из файлов деталей;

3) открытие документа, который выделен в дереве, или выделение в документе размера, соответствующего выделенной переменной по запросу пользователя;

4) добавление переменных к узлам дерева сборочных единиц. Это нужно при вводе параметров, не относящихся к размерам: конструктивные (например, количество отверстий для крепления детали) или физические (масса, объем и т. п.).

5) редактирование функциональных зависимостей между переменными;

6) редактирование функциональных ограничений, накладываемых на значения переменных;

7) сохранение сведений о дереве сборочных единиц и его элементах, переменных и функциональных зависимостей между ними базу данных единой структурой и загрузка данной базы для редактирования модели.

Интерфейс построения КТД изделия выполняет следующие функции:

1) считывание и сохранение данных в базы данных;

2) отображение дерева сборочных единиц и вывод нужной справочной информации об элементах дерева;

3) вспомогательная визуализация: открытие файлов определенных пользователем сборочных единиц в среде САПР, выделение размеров, соответствующих выделенным пользователем параметрам сборочных единиц;

4) редактирование значений параметров сборочных единиц и проверка на соответствие введенного значения функциональным ограничениям для данного параметра;

5) двунаправленный иерархический пересчёт параметров («сверху вниз» и «снизу вверх»);

6) предоставление средств, позволяющих в случае необходимости полуавтоматического пересчёта параметров, вводящих в функциональную

зависимость, задавать параметры, значения которых определяются пользователем, определять их значения и задавать порядок, в котором будут пересчеты ваться оставшиеся параметры функциональной зависимости;

7) синхронизация параметрической и графической баз данных модели (обновление параметров (размеров) в файлах сборочных единиц);

8) генерация конструкторской документации на определяемое пользователем подмножество (поддерево) сборочных единиц или на всё изделие.

Эксперименты по реализации данного подхода по управлению параметризацией были проведены на САПР 8оНс1\¥огк$ 2005 и КОМПАС ЗБ 7.0. В качестве объекта параметризации был выбран магнитный сепаратор, модель которого является иерархической: состоит из 7 уровней иерархии, количество деталей и сборок больше тысячи.

Интеграция систем управления параметризации в современных САПР позволит существенно повысить эффективность работы с параметрическими моделями сложных машиностроительных изделий.

Шишкин Вадим Викторинович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Измерительно-вычислительных комплексов» УлГТУ.

Пилюгина Татьяна Петровна, аспирант кафедры «Измерительно-вычислительных комплексов»

УлГТУ.

Грошев Алексей Павлович, студент факультета «Информационные системы и технологии» УлГТУ.

Зотов Николай Александрович, студент факультета «Информационные системы и технологии» УлГТУ:

УДК 391.361

Л. Г. ТАШЛИНСКИЙ, М. Ю. САМОЙЛОВ, А. В. КОЧКАДАЕВ

ВОЗМОЖНОСТИ СОКРАЩЕНИЯ ВЬ1ЧИСЛЕГГЕЛЬНЬ1Х ЗАТРАТ ПРИ ВЕРОЯТНОСТНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССА ПСЕВДОГРАДИЕНТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Рассмотрены возможности уменьшения объёма вычислительных затрат при вероятностном математическом моделировании процесса псевдоградиентного измерения параметров изображений при конечном числе итераций

Под псевдоградиентным измерением (оцениванием) вектора а неизвестных параметров изображений будем понимать использование для получения оценки а рекуррентной процедуры вида [1]

где ~~ псевдоградиент целевой

функции оценивания (случайное направле-

ние в пространстве параметров, зависящее от (X, и номера итерации I и составляющее в среднем острый угол с градиентом )); К - совокупность наблюдаемых изображений, по которым требуется оценить а; А, - положительно определённая матрица. Сочетание высокой точности и устойчивости оценок в условиях шумов с высоким быстродействием делает псевдоградиентное оценивание привлекательным при обработке изображений. Однако при

А. Г. Ташлинский, М. Ю. Самойлов, А. В. Кочкадаев, 2005

\

этом возникает задача анализа вероятностных

л

свойств погрешностей опенок а, при конечном числе итераций, которая осложнена влиянием большого числа факторов: характер плотностей распределения вероятностей и ковариационных функций изображений и мешающих шумов, вид р/ и Ар

начальное приближение а0 вектора а .

В качестве величин, комплексно характеризующих влияние указанных выше факторов, могут быть использованы вероятности сноса р (вероятности улучшения ухудшения оценок параметров при переходе вектора а, из £ -го состояния в (¿+1) -е состояние) [2]. Использование вектора вероятностей р позволяет получить выражения для плотностей распре-

А

деления вероятностей (X,. В частности, для этого может быть использовало свойство нормализуемое™