СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОСТРОЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИЗДЕЛИЯ В СИСТЕМЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ АНАЛОГА
METHOD FOR AUTOMATIC CONSTRUCTION OF THREE-DIMENSIONAL MODEL OF ARTICLE IN ANALOGUE-BASED GEOMETRIC MODELLING SYSTEM

Изобретение относится к области информационных технологий и может быть использовано при проектировании на компьютере сложных технических изделий. Реализация изобретения благодаря интеграции различных операций, выполняемых при проектировании, существенно повышает уровень автоматизации процесса проектирования, усовершенствует технологию проектирования, значительно сокращает временные и вычислительные ресурсы, затрачиваемые на проектирование сложных изделий, и существенно повышает точность определения характеристик будущего изделия на начальных основополагающих этапах проектирования.
Известен способ автоматического построения трехмерной геометрической модели (ТГМ) изделия в системе геометрического моделирования (патент России №2308763, ПМК G06T 17/40, G06F 17/50, опубликовано 20.10.2007 г. Бюл. №29), включающий построение пользователем на экране монитора модели изделия и управление этой моделью, используя клавиатурные команды и комбинации мыши/курсора, при этом изменения в модели отображаются на экранном изображении модели в тот момент, когда пользователь производит изменения или в ответ на действие пользователя, передающего команду для обновления экранного изображения, когда построение модели изделия осуществляют с использованием средств задания, выбора и выполнения последовательности операций автоматического построения ТГМ изделия по данным компьютерной математической модели (КММ), при этом сначала выбирают те данные КММ, которые будут использованы для построения ТГМ, и задают последовательность операций автоматического построения при помощи средства выбора данных КММ, затем выполняют чтение выбранных пользователем данных КММ при помощи средства автоматического чтения числовых данных КММ, далее осуществляют преобразование выбранных данных в значения геометрических параметров элементов ТГМ изделия при помощи средств автоматического преобразования числовых данных КММ, после чего осуществляют извлечение из предварительно созданной базы данных трехмерных геометрических моделей-примитивов при помощи средства взаимодействия с указанной базой данных, изменяют значения их параметров в соответствии с данными КММ при помощи средств изменения значений параметров ТГМ примитивов и выполняют средствами динамического построения ТГМ элемента конструкции динамическое построение ТГМ тех элементов изделия, трехмерные геометрические модели-примитивы которых отсутствуют в базе данных, помещают полученные ТГМ элементов изделия в ТГМ сборки изделия и накладывают сопряжения, фиксирующие положение ТГМ каждого элемента изделия в сборке, при помощи средства автоматического построения ТГМ изделия в виде сборки, состоящей из ТГМ элементов изделия.
Данный способ при всех своих достоинствах, а именно для автоматического построения ТГМ изделия последовательность необходимых операций задается однократно, а затем автоматически выполняется для различных вариантов изделия, имеющих однотипную конструкцию, но различные геометрические параметры. При этом предлагаемый способ позволяет полностью исключить ручной ввод данных ТГМ, который является источником потенциальных ошибок в случае, когда строится ТГМ изделия, имеющего сотни параметров, имеет следующий существенный недостаток: построенная с его помощью ТГМ сложного изделия обычно является лишь грубым приближением, что сказывается на всех других характеристиках проектируемого изделия и на последующих этапах разработки проекта.
Дело в том, что в КММ сложных изделий геометрия, как правило, представлена лишь основными, определяющими параметрами, в которых не описываются обычно конструктивные и технологические особенности элементов изделий (отверстий, выступов, мест креплений, фасок, округлений и т.д.), в них также может отсутствовать описание целого ряда деталей, входящих в изделие. Например, сопловой блок двигателя в модели расчета основных характеристик двигателя представлены тремя геометрическими параметрами, а в реальном аналоге их множество (см. чертеж).
В результате приходится проводить доработку элементов изделия, которую обычно проводят другие специалисты, затем уточнять характеристики изделия, что существенно усложняет и затягивает процесс проектирования.
Поэтому задача предлагаемого изобретения - устранение указанных выше недостатков, а именно обеспечение автоматического построения ТГМ проектируемого изделия с элементами и конструктивными и технологическими особенностями аналога.
Решение указанной задачи достигается тем, что в способе автоматического построения трехмерной геометрической модели (ТГМ) изделия на основе аналога в системе геометрического моделирования, включающий выбор данных компьютерной математической модели (КММ) изделия, которые будут использованы для построения ТГМ при помощи средств выбора данных, чтение выбранных пользователем данных КММ при помощи средства автоматического чтения числовых данных, преобразование выбранных данных в значения геометрических параметров элемента ТГМ изделия при помощи средств автоматического преобразования числовых данных КММ, помещение полученных ТГМ элементов изделия в ТГМ сборки изделия в соответствии с заданной последовательностью построения ТГМ сборки и наложение сопряжении, фиксирующих положение каждого элемента изделия в сборке посредством автоматического построения ТГМ изделия в виде сборки, состоящей из ТГМ элементов сборки, согласно изобретению построение модели изделия осуществляют с использованием средств задания, выбора и выполнения последовательности операций автоматического построения ТГМ изделия по данным КММ изделия и элементов аналога, представляющего собой созданную ранее параметрическую сборку ТГМ, при этом после преобразования выбранных данных в значения геометрических параметров элементов ТГМ изделия определяют данные геометрии аналога и элементы, значения размеров которых будут изменены при построении ТГМ изделия при помощи средств выбора моделей элементов аналога и задания последовательности операций автоматического построения ТГМ элементов аналога, затем выполняют чтение указанных данных при помощи средств автоматического чтения данных, далее осуществляют преобразование выбранных данных в значения геометрических параметров ТГМ аналога и его элементов при помощи средств автоматического преобразования числовых данных, после чего определяют новые значения геометрических параметров каждого элемента аналога с помощью КММ элементов аналога и учетом соотношений между размерами геометрических моделей элементов, которые отсутствуют в КММ изделия и расчетными параметрами КММ изделия задают последовательность операций автоматического изменения значений параметров элементов аналога при помощи средств задания последовательности операций изменения параметров, после чего извлекают модели элементов аналога из предварительно созданной базы данных при помощи средств взаимодействия с базой данных, изменяют значения их параметров на новые при помощи средств автоматического изменения значений параметров элементов, затем перестраивают элементы аналога в соответствии с новыми значениями при помощи средств автоматического построения ТГМ элементов аналога с последующим помещением полученных ТГМ элементов изделия в ТГМ сборки изделия.
Сущность предлагаемого способа состоит в том, что для автоматического построения ТГМ изделия по данным КММ изделия используется ранее созданное ТГМ изделия-аналога и математические модели элементов аналога. Для этого задается последовательность необходимых операций построения ТГМ аналога, определяется соотношение между размерами геометрической модели элемента ТГМ аналога и расчетными параметрами КММ изделия, с помощью этих соотношений определяются новые значения размеров элементов ТГМ аналога; автоматически изменяются размеры элементов и ТГМ элементов и осуществляется построение ТГМ изделия. При этом ТГМ изделия приобретает элементы, конструктивные и технологические особенности аналога, что исключает множество действий и операций, традиционно выполняемых другими специалистами.
Последовательность операций задается один раз, а затем автоматически выполняется для каждого варианта, при этом повышается точность определения характеристик изделия, что особенно важно, на начальных этапах проектирования, эффективно используется опыт предшествующих разработок и техпроцессов изготовления, что важно как при разработке нового образца, так и особенно при модернизации изделий. Одновременно повышается уровень автоматизации процесса проектирования и появляется возможность дальнейшей интеграции программных и информационных средств и совершенствование процесса проектирования.
На прилагаемом чертеже изображена схема функционирования и взаимодействия средств, входящих в состав способа автоматического построения ТГМ изделия в системе геометрического моделирования. Описываемые средства являются программами, поэтому называются также программными модулями.
На приведенной схеме использованы следующие обозначения:
1 - компьютерная математическая модель изделия (КММ);
2 - средство выбора пользователем тех данных КММ, которые будут использованы для построения ТГМ (СВДМ);
3 - средство автоматического чтения числовых данных компьютерной математической модели (САЧД);
4 - средство автоматического преобразования числовых данных КММ в значения геометрических параметров элементов ТГМ (САПД);
5 - средство выбора данных геометрии аналога (СВДГ);
6 - средство автоматического чтения числовых данных, содержащих значения геометрических параметров аналога (САЧДА);
7 - средство автоматического преобразования числовых данных в значения геометрических параметров элементов ТГМ аналога (САПДА);
8 - компьютерная математическая модель элемента аналога (КММЭ);
9 - средство автоматического определения новых значений размеров элементов аналога (САОР);
10 - средство выбора моделей элементов аналога, которые будут использованы при построении ТГМ изделия (СВМЭ);
11 - средство взаимодействия с базой данных (БД) моделей аналогов и их элементов (СВБД);
12 - база данных аналога и его элементов (БД);
13 - средство для автоматического изменения значений геометрических параметров элементов (СИЗП);
14 - средство задания последовательности операций построения ТГМ элемента аналога (СЗПО);
15 - средство построения элементов аналога с новыми значениями (СПЭА);
16 - средство автоматического построения ТГМ изделия на основе ТГМ элементов аналога (САМПС);
17 - система геометрического моделирования (СГМ).
Под КММ изделия понимается программа расчета параметров изделия и моделирования физических процессов, протекающих в изделии, которая выполняет также расчет геометрических параметров изделия (например, программа расчета габаритно-массовых аэродинамических характеристик планера позволяет рассчитывать различные геометрические параметры: фюзеляжа ракеты, положение и размеры несущих поверхностей; программа расчета ракетного двигателя твердого топлива позволяет рассчитывать давление в камере двигателя, геометрию камеры, соплового блока, горение заряда и его геометрию и т.д.).
Под ТГМ аналога понимается трехмерная геометрическая модель разработанной ранее или реально существующей конструкции (изделия), которая представляет собой параметрическую сборку, имеющую возможность изменяться в определенных пределах. Под элементом аналога понимается фрагмент изделия (конструкция, деталь, размеры). Это зависит от сложности рассматриваемого изделия.
Под средством выбора пользователем тех данных КММ изделия, которые будут использованы для построения ТГМ (СВДМ), понимается программный модуль (программа), позволяющий пользователю в диалоговом режиме осуществить выбор необходимых данных КММ.
Под средством автоматического чтения данных компьютерной математической модели (САЧД) понимается программный модуль (программа), выполняющий автоматическое чтение данных КММ изделия с учетом заданного месторасположения этих данных (жесткий диск локального компьютера, локальная компьютерная сеть и т.д.).
Под средством автоматического преобразования числовых данных в значения геометрических параметров элементов ТГМ изделия (САПД) понимается программный модуль (программа), осуществляющий преобразование числовых данных в значения геометрических параметров ТГМ конструкции.
Под средством выбора пользователем данных геометрии аналога и его элементов, которые будут использованы для построения ТГМ изделия (СВДГ), понимается программный модуль (программа), позволяющий пользователю в диалоговом режиме осуществить выбор данных геометрии аналога и его элементов с заданного носителя (файл на жестком диске персонального компьютера, локальная компьютерная сеть, сетевая база данных и т.д.)
Под средством автоматического чтения числовых данных, содержащих значения геометрических параметров аналога (САЧДА), понимается программный модуль (программа), выполняющий автоматическое чтение данных геометрии аналога.
Под средством автоматического преобразования числовых данных в значения геометрических параметров элементов ТГМ аналога (САПДА) понимается программный модуль (программа), преобразующий числовые данные в значения геометрических параметров ТГМ элемента.
Под КММ элемента конструкции аналога (КММЭ) понимается программа математической модели, позволяющая определять размеры элемента аналога с учетом соотношений между размерами геометрической модели этого элемента и рассчитываемыми геометрическими параметрами с помощью КММ изделия. Используется в тех случаях, когда эти размеры не рассчитываются средствами КММ изделия.
Под средством автоматического определения новых значений геометрических параметров элементов аналога (САОР) понимается программный модуль (программа), преобразующий данные КММЭ в значения геометрических параметров элементов аналога. Средство используется в тех случаях, когда размеры и элементы аналога отсутствуют в КММ изделия.
Под средством выбора моделей элементов аналога (СВМЭ) понимается программный модуль (программа), позволяющий выбирать элементы аналога, которые будут использоваться для построения ТГМ изделия.
Под средством взаимодействия с БД моделей аналога и его элементов (СВБД) понимается программный модуль (программа), преобразующий запросы на копирование моделей элементов аналога в формат БД.
Под средством изменения значений геометрических параметров элементов в соответствии с данными, рассчитанными по КММЭ (СИЗП) понимается программный модуль (программа), позволяющий изменять значения параметров элементов аналога, скопированных из БД.
Под базой данных аналога и его элементов (БД) понимается предварительно созданная база, в которой хранятся модели аналога и его элементов.
Под средством задания последовательности операций перестроения ТГМ элемента аналога (СЗПО) понимается программный модуль (программа), позволяющий задать последовательность операций автоматического построения ТГМ элемента с новыми значениями параметров.
Под средством перестроения элемента аналога (СПЭА) понимается программный модуль (программа), позволяющий перестраивать модель элемента аналога в соответствии с новыми значениями, полученными посредством изменения значений геометрических параметров элемента.
Под средством автоматического построения ТГМ изделия в виде отдельной сборки, включающей измененные элементы ТГМ аналога (САМПС) понимается программный модуль (программа), осуществляющий автоматическое построение ТГМ изделия в виде отдельной сборки в соответствии с заданной последовательностью операций и наложением на них сопряжении, фиксирующих их положение в сборке.
Указанная КММ, поз.1, представляет собой компьютерную программу для математического моделирования проектируемого изделия, разработанную ранее и функционирующую независимо от средств способа автоматического построения ТГМ изделия в системе геометрического моделирования и самой системы геометрического моделирования.
Указанные КММЭ, поз.8, представляют собой разработанные ранее компьютерные программы (модули) расчета размеров элементов конструкции (аналога) с коэффициентами, позволяющими рассчитывать размеры элементов при изменении размера аналога. Правило расчета коэффициентов определяет пользователь. КММЭ независимы от системы геометрического моделирования.
Автоматическое построение ТГМ осуществляется следующим образом: вначале пользователь при помощи СВДМ, поз.2, выбирает, какие данные КММ будут использованы для построения ТГМ изделия. Далее при помощи САЧД, поз.3, осуществляется автоматическое чтение данных компьютерной математической модели, выбранных пользователем. Используя заранее определенную последовательность операций построения САПД, поз.4, осуществляется автоматическое преобразование выбранных числовых данных компьютерной математической модели в значения геометрических параметров элементов ТГМ изделия.
Далее пользователь при помощи СВДГ, поз.5, выбирает, какие геометрические данные ТГМ аналога и его элементов будут использованы для построения ТГМ изделия. Затем при помощи САДЧА, поз.6, производится автоматическое чтение числовых данных, содержащих данные о геометрических параметрах элементов аналога, выбранных пользователем. Затем, используя заранее определенную последовательность операций, САПДА, поз.7, осуществляет автоматическое преобразование выбранных данных в значения геометрических параметров. Далее с помощью КММЭ, поз.8, определяют числовые данные размеров каждого элемента аналога, выбранного пользователем.
После чего при помощи САОР, поз.9, преобразуются данные КММЭ в значения геометрических параметров элементов аналога. Если значение геометрического параметра элемента аналога определяется КММ изделия, то оно присваивается этому параметру.
Далее с помощью СВМЭ, поз.10, СВБД, поз.11, осуществляется копирование и выбор из базы данных БД, поз.12, моделей элементов аналога, значения размеров которых будут изменены на новые, с помощью СИЗП, поз.13, осуществляется изменение значений размеров элементов аналога, затем с помощью СЗПО, поз.14, задается последовательность построения ТГМ моделей элементов с новыми значениями параметров, а с помощью СПЭА, поз.15, производится построение модели элементов с новыми значениями параметров.
Далее с помощью САМПС, поз.16, полученные ТГМ элементов изделия помещаются в ТГМ сборки изделия в соответствии с заданной последовательностью построения ТГМ сборки и наложением сопряжений, фиксирующих положение каждого элемента изделия в сборке посредством автоматического построения ТГМ изделия в виде сборки, состоящей из ТГМ элементов сборки.
Все программные модули, входящие в реализацию способа автоматического построения ТГМ изделия в системе геометрического моделирования на основе КММ изделия, ТГМ аналога и КММ элементов аналога выполняют свою функцию либо во взаимодействии с СГМ, поз.17, либо тесно с ней связаны, что показано пунктирным блоком, охватывающим описанные программные модули.
Способ автоматического построения ТГМ в системе геометрического моделирования программно реализован и использован в системе проектирования летательных аппаратов и его элементов: габаритно-массовой и аэродинамической компоновки ракеты, планера, двигателя, привода и т.д. Применение предложенного способа позволило существенно усовершенствовать процесс проектирования благодаря устранению множества промежуточных операций и использованию ранее созданных ТГМ аналогов и их элементов.