Основные принципы организации обмена геометрическими данными с системой ГеПАРД

Первый класс объектов относится к характеристике коллекции в целом, второй класс - специфицируется относительно структуры документа, составляющего коллекцию.

Очевидно, что введение первого и второго типов объектов, связано с WWW технологией представления информации. Содержательная часть информационных объектов, как правило, хранится в базе данных, однако возможно их хранение и в файловой системе. Объекты подразделяются на:

- простые - объекты, которые не имеют связей с другими коллекциями документов или с другими документами или объектами;

- сложные - объекты, которые такие связи имеют. Использование связей позволяет создавать коллекции с иерархической структурой.

Такие системы имеют трехуровневую структуру:

- документ;

- метаинформация;

- коллекция.

Функционирование электронной коллекции основывается на информационной структуре данной коллекции документов - метаинформации, поэтому каждый информационный объект должен в своем метаописании нести "полную характеристику' как его "использовать". Характеристики внешней структуры документа, описываются в стандарте SGML (XML), что позволяет представлять выходную информацию в любом из используемых в настоящий момент форматах электронных публикаций.

Объектная модель электронной коллекции

Электронная коллекция в нашем понимании - это набор данных, которые содержат фактографическую информацию имеющую одинаковое формальное описание структуры - "паспорт". Работа с любой электронной коллекцией разделяется да две части: работа с описаниями коллекции и документов (работа с метаин-формацией) и работа с содержательной частью коллекции (работа с фактографической информацией). Дадим словесную характеристику основных терминов:

Коллекция характеризуется своим описанием и описанием структуры, входящих в нее документов.

Документ, составляющий коллекцию, также характеризуется своим описанием и описанием структур объектов его составляющих.

Объект определяется описанием типа и описанием его свойств и функций.

Метаинформация и интерфейсные программы хранятся на специализированном сервере метаданных, а фактографическая информация может хранится на любом сервере в сети Интернет под управлениием СУБД, обрабатывающей SQL запросы через TCP/IP порт (например, Oracle, Informix, PostgreSQL, MySQL, SyBase, MSQL, dBase, InterBase, AdabasD, DB2 или MS SQL server). Тип используемой СУБД может повлиять только на некоторые специфические характеристики объектов, например, разные СУБД имеют разные ограничения на размер неструктурированных текстовых полей, максимальный размер которых колеблется от 255 символов до 4 Mb и более.

В системе описания документов могут использоваться простые (элементарные) объекты и сложные объекты: составленные из других объектов или являющееся ссылками на объект или документ [4].

Данная технология создания электронных коллекций геометрических моделей используется в настоящее время при создании САПР нового поколения.

Библиографический список

1. Журавлёв ДА, Грушко П.Я., Яценко O.B. О новых дифференциально-геометрических подходах к автоматизированному проектированию сборок с учётом допусков // Вестник ИрГТУ. - 2002. - №12. - С. 82-92.

2. Журавлёв ДА, Калашников A.C., Гаер М.А. Геометрическое моделирование деталей и сборок с пространственными допусками в САПР нового поколения // Вестник ИрГТУ. -2006. - №4. - С. 17-23.

3. Рындин А. Опыт внедрения комплексных программно-аппаратных решений САПР и электронного архива инженерной документации на предприятиях судостроения. http://www.cadmaster.ru 21.06.07

4. Федотов А., Брюхов Е., Тихонова Е. О технологии создания электронных коллекций, www.ict.nsc,luwse 21,06.07

А.О.Ракин, А.А.Осипчук

Основные принципы организации обмена геометрическими данными с системой ГеПАРД

Основными задачами системы ГеПАРД (система геометрического проектирования, анализа и расчета допусков), разрабатываемой на кафедре технологии машиностроения ИрГТУ, является выявление критических областей сборки и оценки влияния составляющих до-

пусков отдельных компонентов на совокупное качество сборки. Разработка пользовательского интерфейса и визуализация геометрии осуществляется на базе ядра для разработки 3D приложений Open CASCADE.

Для проведения анализа сборочных единиц в системе ГеПАРД возникает необходимость передачи трехмерных моделей созданных с помощью различных CAD систем. Поэтому нам не обходим нейтральный стандарт передачи данных.

Сегодня большинство существующих систем поддерживает по нескольку нейтральных стандартов, выбор которых делается на основании типа передаваемых данных и типов обменивающихся систем. К числу наиболее известных нейтральных стандартов относятся:

- IGES (Inilia! Graphics Exchange Specification);

- SET (Standard d'Echange at de Transfert);

- DXF (Drawing exchange Formal);

- STEP (STandard for the Exchange of Product data).

Основным критерием при выборе обменного формата является тип передаваемых данных. Чертежи и двумерную геометрию можно передавать через форматы DXF и IGES; второй из них включает поддержку специальных символов и его использование является предпочтительным. DXF следует использовать при выполнении обмена данными с программой AutoCad и передачей простейшей геометрии. Если в геометрических описаниях имеются сплайны, то возможно они будут преобразованы в полилинии, что приведет к потере точности. Любая геометрия, содержащая что-либо помимо линий, дуг и окружностей, должна передаваться с использованием IGES. Стандарт DFX как неотъемлемая часть AutoCad используется достаточно широко, однако он не полностью соответствует требованиям машиностроительного производства, но прекрасно подходит для выполнения архитектурных чертежей.

¡GES (International Graphics Exchange Standard) -стандарт, разработанный Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST) - наиболее распространённый формат для хранения геометрии сложных поверхностей. На сегодняшний день это достаточно хорошо проработанный формат, используемый для передачи двумерных чертежей, геометрии, проволочных и поверхностных трехмерных моделей. Набор сущностей, содержащихся в IGES, достаточен для описания твердых тел и обеспечения потребностей всех производителей CAD систем. В то же время IGES имеет определенные недостатки, одним из которых является большой объем файла. Спецификация IGES огромна и практически не существует систем, которые бы поддерживали полный набор сущностей, описанных в ней. Один из способов решения этой проблемы - использование ограниченного и согласованного набора сущностей в рамках определенного подмножества.

Совокупность проблем и недостатков, свойственных стандартам группы IGES, потребовала разработки нового формата, которым стал STEP. Работа над ним началась в середине 80-х годов. Основным достоинством данного стандарта стало то, что он поддерживает данные об изделии на всех этапах его жизненного цикла. Его применение охватывает дизайн и черчение, управ-

ление жизненным циклом, планирование сборок, тестирование и производство, а также многие другие области. Главным его преимуществом является то, что описание предметных областей осуществляется на специальном языке EXPRESS, а не в терминах обменного файла, как это делается в IGES. Поэтому любая передаваемая информация является однозначно машиночитаемой.

Основные преимущества стандарта STEP перед IGES это:

- точная машинная спецификация чтения;

- пунктуально определенное согласование классов;

- поддержка полного набора данных об изделии;

- точная поддержка твердотельных моделей.

На сегодня STEP ISO признан международным стандартом ISO 10303 и именно он является наиболее эффективным и перспективным средством обмена геометрической информацией, а также любой иной информацией об изделии.

Цель стандарта ISO 10303 - дать нейтральный механизм описания данных об изделии на всех стадиях его жизненного цикла, не зависящий от конкретной системы. Природа такого описания делает его подходящим не только для нейтрального файла обмена, но и в качестве базиса для реализации и распространения баз данных об изделии, а также для архивирования. Стандарт STEP состоит из множества томов, разработанных и опубликованных по отдельности. Даже утвержденные тома, доля которых невелика, в печатном виде занимают тысячи страниц.

Твердотельную модель, описанную в обменном файле STEP, можно представить в виде декомпозиции составляющих её компонентов. Полная иерархия модели, как правило, выглядит подобно декомпозиции, представленной на рис. 1.

Большинство современных САПР используют свой собственный формат представления геометрии системы. Далее мы рассмотрим, как с помощью обменного файла STEP осуществляется обмен информацией с системой ГеПАРД. В системе ГеПАРД геометрия задается с помощью карт, описывающих элементарные поверхности. К элементарным поверхностям в нашем случае относятся: цилиндр, сфера, плоскость, ограниченная прямоугольником, и конус.

Рассмотрим, какая информация необходима для задания поверхностей в системе ГеПАРД.

Цилиндр, для задания которого необходимо знать:

- трехмерный репер, определяющий положение цилиндра. Трехмерный репер {R0,E1,E2,E3} задаёт координаты положения центра цилиндра и вектора El, Е2, ЕЗ в соответствие с рис. 2;

- радиус цилиндра R;

- высоту цилиндра.

Плоскость, ограниченная прямоугольником. Для задания плоскости необходимы:

-трёхмерный репер {R0,E1,E2,E3}, определяющий положение плоскости;

Рис. 1. Топология твердотельной модели, заданной в обменном файле STEP

Рис. 4. Определение сферической поверхности

Рис. 5. Определение конической поверхности

Рис. 2. Определение цилиндра

Рис. 3. Определение плоскости, ограниченной прямоугольником

- ширина плоскости В;

- длина плоскости А.

Сферическая поверхность. Для задания сферической поверхности необходимы:

-трёхмерный репер {R0,E1,E2,E3}, определяющий положение сферы;

- радиус сферы R.

Коническая поверхность. Для задания конической поверхности необходимы:

-трехмерный репер, определяющий положение конуса {R0,E1,E2,E3};

- радиус основания конуса А;

- высота конуса В;

- коэффициент уклона конуса С.

В качестве инструмента для решения задачи можно использовать язык объектно-ориентированного программирования Microsoft Visual С+ + 6.0.

Во-первых, для группировки всех функций и данных, относящихся к работе с файлами STEP, необходимо создать специальный класс CSTEPFILE. Этот класс унаследует функции от MFC-класса CFile, который позволяет манипулировать двоичными файлами на диске, инкапсулируя дескриптор файла, поддерживаемый операционной системой, и предоставляя функции-члены, служащие для открытия, чтения, записи и закрытия файлов. CSTEPFILE класс дополнится следующими функциями:

void CSTEPFILE:: OpenFileQ - функция открытия

файла;

int CSTEPFILE:: inioialQ - функция инициализации нового объекта CSTEPFILE;

void CSTEPFILE:: FillMatris() - функция заполнения индексированной структуры StepSíruclure, для полей EntilyNum и EntityName;

- long CSTEPFILE:: FindTex1lnFile(CS1ring str, BOOL flag) - функция нахождения положения строки в файле путем его просмотра, возвращает позицию строки в файле;

- long CSTEPFILE:: FindSymbollnFile(char cha, BOOL flag) - функция нахождения положения символа в файле путем его просмотра, возвращает позицию данного символа в файле;

long CSTEPFILE:: FindSymboilnFileComeBack(char cha, BOOL flag) - функция нахождения символа в файле (обратный поиск);

• CString CSTEPFILE:: GetStringFromFile(char ch) -функция получения строки из файла с текущей позиции до указанного символа;

int CSTEPFILE:: GetCountParameter(CString *AnalizeString) - функция определения числа параметров в строке;

- CString CSTEPFILE:: GetOneParameter(CString *allstring, unsigned int adr) - функция получения конкретного параметра из строки;

- int CSTEPFILE:: WhatKindOfParameter(CString *Parameter) - функция определяет тип параметра (ко-

нечное значение, вложенный список, ссылка на другую сущность);

void CSTEPFILE:: Rekurs(unsigned long Eni,unsigned long Num,unsigned long &Count, CString * Parameter) - рекурсивная функция просмотра вложенных списков. Входными параметрами функции для поиска являются номер сущности позиция остановки, остальные параметры для заполнения массива вложенных списков;

int CSTEPFILE:: CreaforO - функция заполняет в структуре GPDSurface поля NumberSolid(HOMep тела в сборке) и NumberSurface(HOMep поверхности в теле), в зависимости от типа поверхности она вызывает одну из функций CreateOX;

• int CSTEPFILE:: CreaieOl (unsigned long Nu-ment,unsigned int SOLID, unsigned int SURFACE) - функция для задания плоских поверхностей, заполняет элементы структуры GPDSurface;

• int CSTEPFILE:: Creale02(unsigned long Nument, unsigned int SOLID, unsigned int SURFACE) - функция для задания цилиндрических поверхностей, заполняет элементы структуры GPDSurface;

Аналогичные функции создаются для задания других поверхностей.

Во-вторых, индексная структура размещения объектов - универсальное средство и должно содержать следующие поля:

Struct SlepStructure {

unsigned long EnlityNum; CString EntityName; irrt Type;

StepStructure **parent; StepStructure **child;

UINT parent;

UINT child; }

Для придания этой структуре возможности сетевой компоновки помещены указатели на родителей и на потомков этой структуры; естественно, понадобятся две переменные для хранения количества родителей и потомков.

В-третьих, заполняется структура описания поверхности:

Struct GPDSurface {

double А,В,С; // Параметры поверхности

bool normal; // Направление нормали -

false - внутрь

II Номер сущности II Название сущности II Тип 0 - сущность 1 - вложенный список (может быть как списком сущностей, так и списком конечных чисел) 2 - конечное число или иной тип данных

II Указатель на 51ер51гис1г-ы "родители"

II Указатель на 51ер51гис1г-ы "потомки"

II Количество родителей II Количество потомков

II - true - наружу II Ограничения расчетной карты

II Репера поверхности II Вариативный репер II Тип поверхности II Уникальный номер

unsigned long NumberSolid;// Номера тела в сборке (по

порядку загрузки) unsigned long NumberSurface; // Номера поверхности в теле

};

Предложенные методы и функции для обмена графическими данными с помощью нейтрального формата STEP были успешно применены и использованы при экспорте модели из системы Unigraphics в систему ГеПАРД.

Библиографический список

1. ГОСТ Р ИСО 10303-203-2003 Представление данных об изделии и обмен этими данными.

2. ГОСТ Р ИСО 10303-11 Руководство по языку EXPRESS.

3. Райан Д. Инженерная графика в САПР. - М.: Мир, 1989.

4. Холзнер С. Visual С++: учебный курс. - Спб: Питер, 2001. - 576 с.

double uQ,ul,vO,vl;

GPDReper reper, reperO; GPDReper repervarial; unsigned irrt Typelndex; unsigned long UIN;

И.С.Шибанова

Проблемы автоматизации построения и анализа конструкторско-технологических размерных цепей в трехмерном пространстве

В настоящее время, при конструкторско-технологической подготовке производства, общемировой практикой становится представление изделий и деталей в виде трехмерных математических моделей, а не в привычных двухмерных чертежах. Изменения в деятельности конструкторских подразделений, естественно, не могли не отразиться на задаче назначения рациональных допусков на изготовление деталей и сборку машин.

Традиционный размерный анализ является рутинным и трудоемким процессом, который очень сложно выполнить без использования средств автоматизации. Для решения одной цепи необходимо применить несколько десятков формул, и даже для простых деталей число связанных цепей обычно составляет более 10. Кроме того, расчет выполняется многократно, так как найти корректное решение с первого раза не удается. Связанные цепи решаются не в порядке их выявления, а в зависимости от наличия условия решения цепи. Возможность решения цепи определяется наличием в ней только одного замыкающего размера и одного размера с неизвестным номиналом.

Для создания оптимальной модели технологии производства каждого конкретного изделия основным условием, которому должны отвечать технологические маршруты, производящие годные детали, является выражение следующего вида:

60 дет - Асо ,шг < Одет ,

где 8дет - вектор допусков на размеры готовой дета-ли; созж - вектор погрешностей размеров заготовки;

со дет - вектор погрешностей размеров готовой детали;

А - матрица, содержащая функции передаточных отношений различных вариантов технологического оснащения.

Элементы матрицы А являются функциями от структуры процесса. Под структурой процесса подразумевается граф механической обработки или совокупность технологических размерных цепей второго рода. Дальнейшее нахождение оптимального технологического маршрута производится путем выполнения различных операций над данными структурами.

В соединении новых подходов к проблеме выбора оптимального технологического маршрута и теории пространственных цепей и находится ключ к решению задачи полноценного использования трехмерной модели изделия при технологическом проектировании.

Качественные выводы из теории плоских размерных цепей, которые отмечал Б.С. Балакшин, указывая на особую роль погрешностей углового расположения и трудности в решении задач достижения требуемой точности, состоят в признании эффекта накопления линейных погрешностей за счет угловых и независимости угловых погрешностей от линейных. Подобные заключения являются прямым следствием использования двухмерного представления изделий и отдельных деталей. Действительно, моделью, описывающей погрешности относительных перемещений и поворотов реальных, то есть существующих в трехмерном пространстве поверхностей, служили их проекции на плоскость чертежа. Значительная потеря эффективности конструкторского проектирования показывалась во многих работах,