Организация графических баз данных для интерактивного проектирования технологических процессов

УДК 664.71

ОРГАНИЗАЦИЯ ГРАФИЧЕСКИХ БАЗ ДАННЫХ ДЛЯ ИНТЕРАКТИВНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

В.Ф. Барабанов, А.В. Барабанов, Н.И. Гребенникова, В.В. Сафронов

Исследованы организация и структура графических баз данных для проектирования технологических процессов в интерактивном режиме. Подготовка и использование графических баз данных ведется в системе AutoCAD

Ключевые слова: графические базы данных, графические объекты, библиотека условных графических изображений

Комплексное решение задачи

автоматизации проектирования

технологических процессов (ТП), на наш взгляд, невозможно без применения графических представлений проектной

информации.

При разработке средств

автоматизированного проектирования ТП, необходимо ориентироваться на создание систем, ускоряющих и упрощающих проектирование технологических процессов, расчет режимов функционирования,

формирование графической документации. При этом пользователь должен иметь

возможность определить метод

проектирования, провести поиск оптимальных решений, выбрать способ генерации проектных решений: автоматический, интерактивный или их сочетание.

Эти принципы реализованы в графической системе технологического проектирования (ГСТП) с использованием графических баз данных. В качестве графического ядра системы можно использовать графические редакторы AutoCAD, ProgeCAD или другие графические средства такого же класса.

Использование типовых графических представлений, наличие унифицированных данных о возможности коммутации элементов для графических описаний облегчает переходы между этапами проектирования, позволяет добиться комплексного подхода к процессу проектирования технологических процессов.

Состав и функции системы: графические базы данных (ГБД); надежные средства защиты информации; комплексный контроль и коррекция графического изображения;

Барабанов Владимир Федорович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, e-mail: bvf@list.ru

Барабанов Александр Владимирович - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. (473) 243-77-18

Гребенникова Наталия Ивановна - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. (473) 243-77-18

Сафронов Виталий Владимирович - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. (473) 243-77-18

восстановление трехмерной модели по ортогональным проекциям; оптимизация размещения оборудования с учетом технологической схемы и конструктивных особенностей здания.

Полный цикл проектирования при использовании ГСТП состоит из этапов: разработка ТЗ, структурное проектирование, схемотехнологическое проектирование,

планировочное проектирование, подготовка конструкторской документации. Для каждого этапа существует свой способ графического представления технологических процессов.

На этапе разработки ТЗ составляется спецификация проектируемого ТП, которая служит для проверки корректности последующих этапов проектирования и сохраняется в базе данных технических заданий. Разработка структурной схемы ТП является результатом этапа структурного проектирования, позволяющего производить анализ выбранных структурных решений.

На этапе схемотехнологического

проектирования производится синтез технологической схемы, удовлетворяющей требованием ТЗ. При планировочном проектировании решаются задачи, касающихся взаимного расположения компонентов ТП на планах и разрезах зданий с учетом технологических и нормативных ограничений.

В состав ГСТП входят: средства настройки интерфейса и параметров системы; средства администрирования графических баз данных; графические базы данных; средства автоматизации этапов проектирования;

расчетные программы и др.

Средства настройки интерфейса и параметров системы включают в себя как стандартные опции AutoCAD-а, такие как включение объектной привязки к узлам, установление стиля точек и линий и т.п., так и специальные опции: определение параметров вспомогательной сетки для этапов проектирования, определение слоев схемы и т.п.

Графических базы данных состоят из: условных обозначений; структурных блоков; графических моделей; нормалей

технологического оборудования; строительных конструкций; установочных отверстий

технологического оборудования; оформления; вариантов проектных решений и др. [2-3].

От того, насколько графическая база данных рационально устроена, зависят эффективность и возможности системы обработки графической информации.

Графические базы данных, которые представляют собой совокупность библиотек графических файлов, сгруппированы по определенным критериям и импортированы в базу данных.

Для управления ГБД используются системы управления базами данных, которые обладают рядом преимуществ по сравнению с хранением данных в открытом виде в файловой системе: оптимизированный

многопользовательский режим работы; надежные средства защиты информации; инструменты для разграничения доступа к базе данных; поддержка различных аппаратно -программных платформ; реализация распределенной обработки данных; развитые средства администрирования сервера баз данных; поддержка таких эффективных инструментариев, как: словари данных, функции, процедуры, пакеты и т.п.

Основные требования к организации ГБД для интерактивных систем разработки технологических процессов (ТП), на наш взгляд, должны сводиться к следующему [1]:

1. В ГБД в явном виде должны быть представлены взаимосвязи между элементами графической информации.

2. Структура ГБД должна обеспечивать поиск и модификацию поименованного элемента (по геометрическим характеристикам, например, по точке привязки фрагмента и по имени).

3. Простота и удобство модификации ГБД.

4. ГБД должна обеспечивать эффективное получение различных форм представления ТП.

Для удовлетворения этих потребностей предполагается наличие процедур

преобразования геометрических структур в ГБД. На практике приходится

довольствоваться некоторым компромиссом, поскольку некоторые требования взаимно противоречивы.

Эффективность в автоматизированных системах разработки ТП следует понимать как переход от одной графической модели к другой

за короткое время, сравнимое с сортировкой. Реализация требования эффективности зависит от использования современных алгоритмов обработки геометрической информации.

Для организации графических баз данных используются ряд этапов.

Определяется информационная модель в результате абстракции реального объекта - это первый этап.

При построении информационной модели предполагается применение множества элементов конструкций для получения объекта произвольной формы, которые обеспечивают обработку геометрической информации для этапов проектирования. Так формируется модель, отражающая логическую структуру данных. Выделение уровней структуризации данных в информационной модели в задаче проектирования - это второй этап.

Процесс преобразования модели данных во внутреннее представление (формирование графической модели) - это третий этап.

Представим основные методы создания графических баз данных.

Можно выделить два основных вида ГБД постоянный и параметрически заданный:

— с постоянными размерами и геометрической формой (ГБД условных графических обозначений технологических схем) - это постоянный;

— с переменными геометрической формой и размерами (типовые и унифицированные несущие конструкции зданий, элементы типовых проектов и др.) - это параметрически заданный.

Постоянные ГБД могут быть сформированы с использованием графического редактора системы AutoCad.

Методы описания параметрически заданных графических объектов (ГО) характеризуются большими затратами на формирование внутреннего представления. При описании некоторых групп объектов сокращение этих затрат можно производить с помощью методов — вариантного или

генерирующего.

При вариантном методе для

определенного класса изделий выявляется модель-представитель, с помощью которой можно получить все геометрические формы этого класса изделий. Типовой моделью называют представителя класса изделий, а полученные из нее формы — вариантами (исполнениями). Исполнения изделия определяются заданными параметрами,

обнуление которых приводит к исключению составных элементов ГО. В типовом случае конструкция отдельных вариантов семейства изделий остается неизменной, а изменяют только размеры.

Такой вид конструирования называют принципиальным, при котором данные технологической документации закреплены за уже имеющимися принципиальными чертежами. При применении такого метода предполагается, что уже сделан выбор геометрии для проектируемых объектов (областями применения являются, например, проектирование фрагментов схем).

Некоторые системы используют принцип вложенности моделей, учитывая, что затраты на описание типовой модели намного больше по сравнению с затратами на получение вариантов. Уже описанные типовые модели используются в качестве макрокоманд для описания других типовых моделей.

Системы, использующие генерирующий метод, работают на основе разделения ГО на элементы и создании новых объектов из существующих элементов. При генерирующем методе выбирается наилучшее решен различных комбинаций технологическ конструктивных элементов.

Различают следующие группы элементов: вспомогательные (элементы формы и геометрические), основные (функциональные), и технологические, которые являются и основными и вспомогательными элементами. От них также зависит простановка размеров. Использование этого метода эффективно, так как большинство новых конструкторских разработок создается путем нового сочетания элементов. Графические системы, работающие по генерирующему принципу, обладают высокой гибкостью и пригодны для решения различных задач.

В качестве примера, графические базы данных для проектирования

зерноперерабатывающих предприятий с

использованием представлены в технологического графических технологических элементов для

системы виде библиотек:

оборудования; обозначений;

AutoCad нормалей условных вариантов

процессов; строительных проектирования зданий; вариантов проектных решений;

Библиотека нормалей (изображений в трех видах) представлена по классам перерабатывающего оборудования (рис. 1): машины для сортирования продуктов; механический транспорт; машины для очистки зерна от

минеральных примесей; машины для измельчения продуктов; воздушные,

пневматические и зерновые сепараторы; обоечные, щеточные машины и энтолейторы; увлажнительные и моечные машины; аспирация, пневмотранспорт и др.

П—"1 ю

in и—Ш 1

Рис. 1. Пример изображений элемента (в трех видах) из библиотеки нормалей

Выбираются требуемые изображения с помощью сформированного экранного меню.

Технологические схемы подготавливаются в интерактивном режиме с помощью библиотеки условных графических

изображений (рис. 2).

из

и \У\) К—л

а^3

ь

Рис. 2. Элементы из библиотеки условных графических изображений

Библиотека вариантов технологических процессов предназначена для ускоренного построения технологической схемы (рис. 3).

Рис. 3. Элемент из библиотеки вариантов технологических процессов

С использованием библиотеки

строительных элементов (типовые разрезы и планы зданий предприятий, блоки

строительных конструкций; отдельные строительные элементы - плиты, лестничные клетки, колонны и т.п.) происходит построение

планов этажей и разрезов здания предприятий. Специально разработанная методика используется для подготовки планов этажей и разрезов зданий предприятий, базирующаяся на библиотеке графических примитивов строительных элементов.

Библиотека вариантов проектных решений, как правило, представляется готовыми проектами форматов А0-А5 химико-технологических предприятий [4-7]. Организация библиотек осуществляется в виде DWG-файлов в рамках системы AutoCad.

Унификация способов представления графической информации на различных этапах проектирования, позволяет значительно упростить процесс нахождения эффективных проектных решений.

При применении библиотек [6,7] в процессе подготовки проектов, можно рассматривать несколько вариантов в целях выбора оптимального, а также повышается качество и сокращается время выполнения графических работ.

Работа выполнена по договору № 1450/300-13 от 24 февраля между ОАО «Турбонасос» и ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» в рамках проекта «Создание высокотехнологичного производства

магистральных нефтяных насосов нового поколения с использованием методов

многокритериальной оптимизации и уникальной экспериментальной базы»

Литература

1. Интерактивные средства моделирования сложных технологических процессов [Текст] / В.Ф. Барабанов, С.Л. Подвальный - Воронеж. - 2000. - - 124 с.

2. Анализ факторов выбора системы управления данными [Текст] / А.М. Нужный, Н.И. Гребенникова, А.В. Барабанов, А.Д. Поваляев // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2013. - Т. 9. - № 6.2. - С. 25-31.

3. Проблемы трансляции графических данных CAD-систем [Текст] / С.Л. Кенин, В.Ф. Барабанов, А.М. Нужный, Н.И. Гребенникова // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2013. - Т.9. - №3.1. - С.4-8.

4. Основы автоматизации проектирования, тестирования и управления жизненным циклом изделия / В.Ф. Барабанов, А. Д. Поваляев, С.Л. Подвальный, С.В. Тюрин. - Воронеж, 2011.

5. Тютин, М. В. Аппаратно-программный комплекс для автоматизированного анализа технологических процессов [Текст] / М. В. Тютин, В.Ф. Барабанов, В. Я. Черных // Системы управления и информационные технологии. - 2007. - № 1.2 (27). - С. 290-295.

6. Akinin A.A., Achkasov A.V., Podval'nyi S.L., Tyurin S.V. Polynomial transformation of boolean functions: Analysis of computational algorithms // Automation and Remote Control. 2014. 75 (7), pp. 1301-1308

7. PodvalNy S.L., Ledeneva T.M. Intelligent modeling systems: Design principles // Automation and Remote Control. 2013. 74 (7), pp. 1201-1210

Воронежский государственный технический университет

ORGANIZATION OF THE GRAPHIC DATABASE FOR INTERACTIVE DESIGN V.F. Barabanov, A.V. Barabanov, N.I. Grebennikova, V.V. Safronov

The author examines organization and structure of graphical data base for technological processes designing in interactive mode. Preparation and application of graphical database is conducted in AutoCAD system

Key words: graphic databases, graphics, library of conventional graphics