Средства геометрического моделирования и компьютерной графики пространственных объектов для CALS-технологий

Актуальность. Важнейшей задачей для стабилизации и расширения тромышленного производства является переход на безбумажную технологию фоектирования, производства и сбыта продукции. В работах академика З. М. Глушкова и его школы [15] были заложены основы отечественных разработок по безбумажной технологии обработки информации об объектах 1роизводства и технологических процессах на этапах производства и жсплуатации сложных изделий, прежде всего оборонного характера.

По прогнозам [21, 118], после 2000 года невозможно будет реализовать фодукцию машиностроения без электронной документации. Кроме того, арубежными экспертами указанное обстоятельство рассматривается как: редство ограничения доступа на международный рынок продукции тех тран, которые не смогли освоить безбумажную электронную технологию, :оторая именуется CALS — технологией.

Под CALS-технологиями (Computer Aided Acquistion and Life Cicle? upport), составляющими основу безбумажного электронногоокументирования, понимается принципиально новая компьютерная система лектронного описания процессов разработки, комплектации, производства, юдернизации, сбыта, эксплуатации, сервисного обслуживания и утилизации родукции военного, гражданского и двойного назначения, состоящая из омплекса международных и согласованных с ними национальных тандартов и позволяющая интегрировать в единый комплекс материальные информационные потоков, существующие на всех этапах жизненного икла изделия [122, 131, 173].

Существующие на данный момент информационные технологии, тносятся к отдельным этапам проектирования, производства, сбыта и оддержки жизненного цикла продукции.

Крупнейшие европейские автомобильные и аэрокосмические фирмы ыступили с инициативой ПИТ (Передовые информационные технологии), оддержанной Европейским сообществом в виде программы ESPRIT [155, 82, 183], являющейся одной из реализаций CALS — технологий, с целью эвышения конкурентоспособности производств посредством применения зредовых информационных технологий (ПИТ). Аналогичная программа азработана и находится в реализации в Российской Федерации [5, 21, 118].

Также необходимо отметить, что внедрение в науку и промышленное эоизводство новых информационных технологий, какими являются CALS-:хнологии, невозможно без г одготовки в вузах Российской Федерации специалистов, свободно владеющими методами и средствами компьютерной обработки информации, что нашло свое отражение в соответствующих нормативных документах Министерства образования РФ [38, 39].

Целями использования CALS-технологий являются:

• сокращение затрат на реализацию жизненного цикла изделия в целом;

• повышение эффективности и сокращение затрат в бизнес — процессах;

• повышение конкурентоспособности и рыночной привлекательности производимой продукции;

• создание предпосылок для сохранения и расширения рынков сбыта.

Конечной целью CALSтехнологий является появление на рынке стандартизованных инструментов, систем и изделий, которые можно без труда сконфигурировать в соответствии с требованиями потребителя. Одним из заключений пилотной стадии ПИТ было следующим [155, 183]: «будущие системы проектирования должны основываться на цифровой оценке проекта, включая возможности построения комплексных моделей и математического моделирования. «.

Такая оценка и совместное кооперативное проектирование и производство изделия может быть эффективным в случае, если оно базируется на основе единой информационной электронной модели изделия.

Электронной моделью изделия называется комплекс информационных массивов, хранящийся как в памяти ЭВМ, так и на различных электронных носителях, удовлетворяющий требованиям национальных и международных стандартов, и содержащий геометро-графические, текстовые и расчетные данные о проектируемом или производимом изделии.

К геометро-графическим данным относятся различные виды моделей троектируемых и изготавливаемых объектов, сопровождающая их чертежная конструкторская, технологическая и производственно-организационная документация (маршрутные карты и т. п.).

Y. текстовым данным относятся спецификации на производимое 1зделие, извещения об изменениях в конструкции или конкретном заказе на 1зделие, инструкции по эксплуатации и утилизации и другие документы.

К расчетным данным относятся результаты прочностного, гидро-, аэростатического и кинематического расчета объекта, а также управляющие [рограммы для станков с ЧПУ и установок лазерной стереофотолитографии [ аналогичных технологий быстрого прототайпинга [ 3, 182].

Дальнейшим развитием концепции CALS стала концепция ВШГГУАЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ" [64, 120, 121].

Виртуальное предприятие — это группа предприятий, объединенных на контрактной основе, не имеющая юридической организационной инфраструктуры, но объединенные единой информационной инфраструктурой с целью использования компьютерной поддержки жизненного цикла конкретного изделия на основе глобальных вычислительных сетей типа ИНТЕРНЕТ, а также корпоративных локальных: етей, использующих ИНТЕРНЕТ-технологии в рамках одного или нескольких предприятий (ИНТРАНЕТ-технологии) [120, 121].

Виртуальные предприятия создаются в сжатые сроки, эффективно функционируют и распадаются по завершению совместного проекта. Одно и гаже предприятие может одновременно входить в состав нескольких Зиртуальных Предприятий.

Конструкторско-технологическая информационная модель.

1роектируемого продукта должна базироваться на использовании стандарта SO 10 303 (STEP), которая включает в себя:

— геометрические данные, в том числе: чертежно-конструкторские документымодели проектируемых поверхностеймодели сборок узлов и отдельных деталей, заданных в виде моделей твердого тела в R3- технологические документы и т. д.

— информацию о конфигурации изделия;

— данные об изменениях, согласованиях и утверждениях;

— другие необходимые данные.

Использование стандартного способа представления конструкторскоехнологических данных позволяет решить проблему обмена информацией 1ежду различными подразделениями предприятия, оснащенными >азличными системами проектирования, а также корректную интерпретацию ранимой информации.

Данное направление исследований важно в связи с развитием и недрением в производственную практику средств автоматизированного [роектирования и производства изделий различного предназначения. В роцессе проектирования формируется очень большое количество чертежноонструкторской и технологической документации, которая должна быть огласована как между собой, так и со всеми подразделениями предприятия, акже эта документация должна храниться в течении всего жизненного цикла роизводства изделия (рис.1). Перевод документации в электронную форму акладыззет ряд требований к организации процесса производства и его управления и существенно влияет на конструкторско — технологические процессы, которые могут быть организованы с меньшими затратами сил и средств.

В течение всего жизненного цикла изделия одна и та же геометро-графическая информация используется различными системами проектирования (CAD), изготовления (САМ), инженерных расчетов (САЕ), управления документооборотом (PDM), управления поставками (MRP), и другими. Каждая из этих систем использует как ранее накопленную и введенную в электронный архив, так и создает свою, только ей присущую, информацию, которая и создает в совокупности полную электронную модель проектируемого или производимого изделия. Заметим также, что на основе данных, порождаемых указанными информационными технологиями, становится возможным решение задач, которые ранее не могли быть решены другими средствами, например, в работе [56] сделана попытка разработать математическую модель маркетинга и прогнозирования конкурентоспособности легковых автомобилей ОАО «ГАЗ» .

Работа конструктора, проектировщика, технолога традиционно основывается на применении чертежа как основного носителя информации и документа, определяющего все стадии проектирования, расчета и создания изделия.

Как неоднократно отмечалось [13, 18], процесс создания чертежа изделия требует до 80% рабочего времени инженера и состоит из рутинных эпераций по отображению деталей, входящих в состав изделия. Однако сам 1роцесс создания чертежно-конструкторской документации не есть процесс проектирования изделия. Проектирование объекта включает в себя различные этапы, среди которых основными являются компоновка изделия, -го расчет (прочностной, гидро -, аэро -, баллистический и т. д.), визуализация i анализ результатов расчетов, принятие решения при выборе вариантов. ак отмечено в книге П. П. Орлова «Основы конструирования» [57]: '.Задача конструктора состоит в создании машин, полно отвечающим ютребностям, дающим наибольший экономический эффект и обладающих шиболее высокими технико-экономическими показателями.. В конструкции машин необходимо соблюдать требования технической 1стетики.

1бщие правила конструирования. последовательно выдерживать принцип агрегатностиконструировать узлы в виде независимых агрегатов, устанавливаемых на машину в собранном видеисключать возможность неправильной сборки деталей и узлов, нуждающихся в точной координации один относительно другоговводить блокировки, допускающие сборку только в нужном положении- .Исходными материалами для конструирования могут быть следующие:

— техническое задание, выдаваемое заказчиком и определяющее параметры машины, область и условия ее применения;

— техническое предложение, выдвигаемое в инициативном порядке;

— и т. д.

После выбора схемы и основных показателей агрегата разрабатывают компоновку, на основе которой составляют эскизный, технический и рабочий проекты.

Компонование обычно состоит из двух этапов: эскизного и рабочего. В эскизной компоновке разрабатывают основную схему и общую конструкцию агрегата (иногда несколько вариантов). На основании анализа эскизной компоновки составляют рабочую компоновку, уточняющую конструкцию агрегата.

Компоновку простейших объектов можно разрабатывать в одной проекции, в которой конструкция выясняется наиболее полно. Формы конструкции в поперечном’направлении восполняются пространственным воображением. При компоновке более сложных объектов обязательна проработка во всех необходимых проекциях и сечениях. «.

В этой цитате из настольной книги любого конструктора содержатся все основные проблемы и задачи, которые необходимо автоматизировать с использованием средств вычислительной техники и программного обеспечения.

В самом деле, выполнить вручную изображения достаточно сложной пространственной конструкции бывает затруднительно, а подчас и невозможно, в силу ограниченности возможностей конструктора.

В то же время все расчетные задачи требуют наличия одних и тех же данных о геометрии создаваемой конструкции. Объединение информации для различных этапов проектирования и производства изделия возможно лишь при использовании различных информационных технологий, совокупность которых и составляет сущность CALS, получающих широкое распространение в расчетной практике различных организаций. Однако системы [31, 139, 140, 141, 144, 152, 153, 177 184], реализующие отдельные этапы CALS, созданы различными разработчиками на совершенно различных идеологических и алгоритмических подходах к решению тех или иных расчетных задач, требуют от инженера совсем другого уровня подготовки и образа мышления, что приводит к сложностям при внедрении автоматизированных рабочих мест и систем автоматизированного проектирования.

Одной из проблем при внедрении новых информационных технологий является противоречие между старой, ручной, технологией проектирования и получения изображений конструкции и, следовательно, привычным образом мышления проектировщика, и требованием ввода в память ЭВМ данных о пространственной конструкции для автоматизированного расчета и изображения.

Работы по преодолению этого противоречия ведутся как у нас в стране [1, 5, 16, 17, 40, 65, 66, 123], так и за рубежом [142, 143, 145, 148, 150 ]. Наиболее разработанными являются в настоящее время вопросы создания и эксплуатации систем геометрического моделирования на плоскости (2D системы) [16, 17, 23, 40, 71, 120], позволяющие автоматизировать большой объем работ по автоматизированной подготовке чертежно-конструкторской документации. В последнее время среди проектировщиков появился спрос на средства и системы моделирования и отображения пространственных объектов [1, 17, 33, 34, 35, 164], дающих пользователю возможность решения более широкого класса прикладных задач, в частности, получения статических и динамических изображений объекта при различных аппаратах проецирования и освещения, подсчет масс-инерционных характеристик, площадей поверхностей, разверток и др.

Эффект от использования упомянутых средств достигается только лишь при условии их интеграции в единую систему автоматизированного проектирования, в которой все алгоритмы и программы решения тех или иных задач работают на единую математическую модель объекта проектирования [136, 175] с единым графическим интерфейсом пользователя [163, 175], при устранении философских противоречий между конечным пользователем и разработчиком алгоритмического и программного обеспечения.

В разработке интегрированных систем автоматизированного проектирования как одной из составляющих CALS-технологий становится актуальной проблема генерации геометрических моделей пространственных конструкций сложных технических форм и структур [1, 6, 17, 66, 59], в том числе по характерным для ручной технологии проектирования плоским (двумерным) изображениям, и генерации любых изображений конструкции при произвольном аппарате проецирования для последующего использования при формировании чертежно-конструкторской документации и анализе работы изделия. Решение этой проблемы позволит вносить коррективы в модель объекта, редактируя его изображения.

Целью работы является исследование методов и средств генерации геометро-графических данных для различных этапов применения САЬ8-технологий, в частности:

— исследование, разработка и создание алгоритмов синтеза моделей пространственных объектов по их плоским изображениям как методов решения обратной задачи начертательной геометрииразработка алгоритмов визуализации сложноструктурированных пространственных объектов как метода решения прямой задачи начертательной геометрииразработка и создание программного обеспечения системы геометрического моделирования и компьютерной графики, объединяющей в себе, в отличие от известных систем, методы и средства решения прямой и обратной задачи одновременно. Научная новизна состоит:

— в разработанных алгоритмах: синтеза модели пространственного объекта по его ортогональным проекциям, в которых могут быть линии первого и второго порядка (прямые, дуги окружностей, эллиптические дуги);

— теоретико — множественных операций над составными пространственными объектамиаппликационного метода синтеза моделей составных пространственных объектовавтоматического вычисления параметров формы и положения —автоматизированного формирования изображения модели составного пространственного объекта в виде «растянутой аксонометрии» — синтеза модели пространственного объекта по набору его плоских сечений;

— в архитектуре системы геометрического моделирования и компьютерной графики сложноструктурированных пространственных объектов КИТЕЖ.

Практическая ценность работы состоит в программной реализации разработанных алгоритмов, составляющих систему геометрического моделирования и компьютерной графики КИТЕЖ и ее дальнейших вариантов, разработанной в НИИ Механики Нижегородского государственного университета под руководством и при личном участии автора диссертации.

Система КИТЕЖ является законченным промышленным программным продуктом и используется в различных организациях в проектных и исследовательских работах для моделирования и отображения геометрии проектируемого объекта на различных стадиях проектирования, а также моделирования технологии сборки конструкции.

Разработка алгоритмов и программ, входящих в систему КИТЕЖ, проводилась по заданию директивных органов, в частности, по теме «Разработать и ввести в эксплуатацию пакет прикладных программ с графическим представлением информации о пространственных объектах для ПЭВМ (ППП КИТЕЖ)» (ГР N 1 890 070 078, НИИ Механики ННГУ) по тематическому плану работ МНТК «Персональные ЭВМ», по фундаментальной НИР «Разработка теоретических основ, алгоритмов и программ геометрии и графики для параллельных технологий проектирования» (ГР № 1 970 004 538, Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет), по теме «Разработка теоретических основ, алгоритмического и программного обеспечения геометрического моделирования и компьютерной графики сложноструктурированных пространственных объектов» (ГР N, Нижегородская государственная архитектурно-строительная академия), а также по договорам с различными организациями.

На основе исследований и разработок автором диссертации подготовлен и прочитан специализированный курс лекций «Геометрическое моделирование и компьютерная графика в САПР и АСНИ» на кафедре численного моделирования физикомеханических процессов механико-математического факультета и кафедре математического обеспечения ЭВМ факультета вычислительной математики и кибернетики Нижегородского государственного университета, на кафедре начертательной геометрии и компьютерной графики Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета, на кафедре начертательной геометрии и черчения СанктПетербургского государственного технического университета, на кафедре начертательной геометрии и инженерной графики Кубанского государственного технологического университета.

Апробация. Материалы диссертации докладывались на следующих конференциях:

— 1, 2, 3 Всесоюзных конференциях по методам и средствам отображения сложноструктурированной графической информации, (Горький, 1983, 1985,1988 г.);

— 3, 4, 5 Всесоюзных конференциях по проблемам машинной графики (Владивосток, 1985, Протвино, 1987, Новосибирск, 1989);

— Международной конференции по компьютерной графике и визуализации «ГРАФИКОН-92» (Москва, 1992), «ГРАФИКОН-93» (С. — Петербург, 1993), «ГРАФИКОН-94» (Нижний Новгород, 1994), «ГРАФИКОН-95» (С.

Петербург, 1995), ТРАФИКОН-96 «(С. -Петербург, 1996), ТРАФИКОН-97» (Москва, 1997) — '.

— Международной конференции по визуальному анализу и интерфейсу (Новосибирск, 1991);

— 1,2 Всесоюзных школах — семинарах по проблемам машинной графики (Цахкадзор, 1983, 1987);

— Всесоюзной школе — семинаре по автоматизированному проектированию и машинной графике в радиоэлектронике (Челябинск, 1991);

— Всесоюзной конференции по автоматизированному проектированию (Ростов на Дону, 1983);

— Всесоюзной школе — семинаре по автоматизированному проектированию (Таллинн, 1983);

— Республиканской конференции по проблемам ЦИПС (Ленинград, 1987);

— Республиканской конференции по проблемам начертательной геометрии (Ленинград, 1984);

— Отраслевом совещании по визуализации в научных исследованиях (Протвино, 1991);

— Всесоюзных конференциях, посвященных дням Науки на ВДНХ (Москва, 1984; 1990).

Внедрение. Разработанное программное обеспечение демонстрировалось на Международных выставках:

— «Автоматизация-83», «Автоматизация-89» ,.

— «Информатика-89», «Информатика-92» ,.

— «Softool-90», «Softool-91», «Softool-92» и других.

Внедрено в расчетную практику в ЛФТИ (С. — Петербург), НПО ПМ (г.Красноярск-26), ВНИИЭФ (г.Арзамас-16), ОКБМ, ЦКБ по СПК, ЦКБ «Лазурит», ОАО «ГАЗ» (все г. Нижний Новгород) и других организациях (всего 37).

Материалы работы использованы в учебном процессе в ННГУ, ННГАСУ, СПбГТУ, ВолгПИ, Ростовском архитектурном институте и других вузах.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 62 печатных работах.

1. Полозов B.C., Будеков O.A., Ротков С. И., Широкова Л. В. Автоматизированное проектирование. Геометрические и графические задачи. М., Машиностроение, 1983, 280 стр.

2. Митин C.B., Полозов B.C., Ротков С. И. Информационная связь изображений в проекционной машинной графике. // В сб. Методы и средства обработки графической информации. Горький, 1986.

3. Ротков С. И. Анализ некоторых систем геометрии и графики пространственных объектов. //В сб. Проблемы информационных систем. M., МЦНТИ, 1988, п. 5.

4. Ротков С. И., Шишова H.A. Теоретико — множественные операции над многогранными объектами сложных структур. //В сб. Автоматизация обработки сложной графической информации. Горький, 1987.

5. Ротков С. И., Шишова H.A. Теоретико — множественные операции над произвольными многогранниками. // В сб. Материалы 9-ой конференции молодых ученых ГГУ и НИИ Механики. Деп. в ВИНИТИ, 15.01.85,п.391.

6. Ротков С. И. Синтез моделей пространственных объектов. // В сб. докладов Всесоюзного научно-технического семинара «Машинная графика и автоматизация проектирования в радиоэлектронике», Челябинск, 1990.

7. Ротков С. И. Аппликационный метод формирования моделей пространственных объектов. //В сб. тезисов 5-ой Всесоюзной конференции по проблемам машинной графики, Новосибирск, 1989.

8. Зудин A.A., Ротков С. И. Диалоговый синтез моделей пространственных объектов. // В сб. тезисов 4-ой Всесоюзной конференции по проблемам машинной графики, Протвино, 1987.

9. Ротков С. И. Методика построения графических редакторов. // В сб. тезисов 3-ей Всесоюзной конференции «Методы и средства обработки сложной графической информации», Горький, 1988.

10. Зудин A.A., Ротков С. И. Графические диалоговые средства построения конечно-элементных сеток в системе «КИТЕЖ» .//В /сб. Прикладные проблемы прочности и пластичности. Численное моделирование физико-механических процессов. Горький, 1988.

11. Митин C.B., Нагорный A.B., Ротков С. И. Операция отсечения для пространственных объектов. // В сб. тезисов 2-ой Всесоюзной конференции «Методы и средства обработки сложной графической информации», Горький, 1985.

12. Ротков С. И., Шишова H.A. Теоретико — множественные операции над объектами сложных технических структур. // В сб. тезисов 2-ой Всесоюзной конференции «Методы и средства обработки сложной графической информации», Горький, 1985.

13. Ротков С. И., Вышинская E.H., Лапшин А. Б. Синтез моделей пространственных объектов, заданных набором последовательных сечений. // В сб. тезисов 2-ой Всесоюзной конференции «Методы и средства обработки сложной графической информации», Горький, 1985.

14. Ротков С. И., Лапшин А. Б. Изображение пространственных объектов, заданных сечениями. // В сб. тезисов 2-ой Всесоюзной конференции «Методы и средства обработки сложной графической информации», Горький, 1985.

15. Ротков С. И., Угодчиков А. Г. Тополого — графическое обеспечение АСНИ. // В сб. тезисов 2-ой Всесоюзной конференции «Методы и средства обработки сложной графической информации», Горький, 1985.

16. Бредихин А. Э., Ротков С. И. Использование стандарта IGES в задачах МКЭ. // В сб. Прикладные проблемы прочности и пластичности. Анализ и оптимизация деформируемых конструкций. Горький. 1988.

17. Бредихин А. Э., Ротков С. И. Реализация транслятора IGES. // В сб. тезисов 5-ой Всесоюзной конференции по проблемам машинной графики. Новосибирск, 1989.

18. Зудин A.A. Ротков С. И. Новая технология геометрического моделирования твердых тел. // В сб. тезисов Международной конференции «VAI-91». Новосибирск, 1991.

19. Ротков С. И., Шубин В. П. Система геометрического моделирования пространственных объектов СПИЧ/СМ как средство создания чертежно — конструкторской документации. // В сб. тезисов 3-ей Всесоюзной конференции по проблемам машинной графики. Владивосток, 1985.

20. Ротков С. И. Автоматизированное построение сборочных чертежей. // В сб. трудов Всесоюзной школы-семинара по проблемам машинной графики. Цахкадзор, 1987.

21. Ротков С. И., Файтельсон Ю. Ц. Формирование аксонометрических изображений монтажного чертежа в автоматизированных системах проектирования. // В сб. тезисов Международной конференции «VAI-91». Новосибирск, 1991.

22. Ротков С. И. Программное обеспечение системы проекционной машинной графики для САПР и АСНИ. // В сб. трудов Всесоюзной школы-семинара по проблемам машинной графики. Цахкадзор, 1983.

23. Зудин A.A., Ротков С. И. Моделирование пространственных объектов с криволинейными поверхностями методом чтения чертежа. // В сб. докладов Всесоюзного научно-технического семинара «Машинная графика и автоматизация проектирования в радиоэлектронике», Челябинск, 1990.

24. Митин C.B., Орлов А. Г., Ротков С. И. Автоматическое построение разрезов пространственных объектов. //В сб. тезисов 1-ой Всесоюзной конференции «Методы и средства обработки сложноструктурированной семантически насыщенной графической информации». Горький, 1983.

25. Ротков С. И. Система подготовки информации для чертежей пространственных объектов. //В сб. тезисов 1-ой Всесоюзной конференции «Методы и средства обработки сложноструктурированной семантически насыщенной графической информации. Горький, 1983.

26. Бредихин А. Э., Ротков С. И. Основные принципы разработки транслятора IGES. // В сб. тезисов 3-ей Всесоюзной конференции «Методы и средства обработки сложной графической информации», Горький, 1988.

27. Ротков С. И., Аристова Е. В., Зудин A.A., Митин C.B., Шубин В. П. КИТЕЖ — система геометрии и графики пространственных объектов. // В сб. тезисов 5-ой Всесоюзной конференции по проблемам машинной графики. Новосибирск, 1989.

28. Зудин A.A., Митин C.B., Ротков С. И., Шубин В. П. Использование системы «КИТЕЖ» для моделирования пространственных объектов сложных технических форм и структур. // В сб. тезисов докладов Всесоюзного научно-технического семинара «Опыт разработки и внедрения САПР объектов химического и нефтяного машиностроения». М., 1988.

29. Зудин A.A., Ладилов C.B., Пахомов В. А., Ротков С. И. К автоматизации расчета типовых элементов конструкций в трехмерной постановке. // Численная реализация физико-механических задач прочности. Тез. докл. Всесоюзной конференции/ Горький, 1987, стр. 102 103.

30. Программное обеспечение системы геометрического моделирования и машинной графики пространственных объектов для ЕС ЭВМ и АРМ. // Отчет НИИ Механики ГГУ, N гр. 1 850 027 434, Горький, 1985.

31. Митин C.B., Ротков С. И. Организация информационной связи между изображением и объектом. // В сб. тезисов докладов 5-ой Всесоюзной конференции по проблемам машинной графики. Новосибирск, 1989.

32. Ротков С. И., Файтельсон Ю. Ц. Формирование аксонометрических изображений монтажного чертежа в автоматизированных системах проектирования. // Компьютерная графика, 1992, п. 2, стр.23−27.

33. Малков В. П., Бурина Н. С., Любимов А. К., Медведев A.A., Ротков С. И. Автоматизация прочностного проектирования шасси самолета.// В сб. Прикладные проблемы прочности и пластичности. Анализ и оптимизация конструкций. Н. Новгород, 1991, вып.48. стр.4−11.

34. Митин C.B., Полозов B.C., Ротков С. И. Алгоритм удаления невидимых на изображении линий. // В сб. тезисов докладов Всесоюзной конференции «Современные вопросы математики и механики и приложения». М., ВДНХ, 1983.

35. Ротков С. И., Бредихин А. Э., Шубин В. П. Специализированная СУБД для хранения геометрической и графической информации. // В сб. тезисов докладов 2-ой Всесоюзной конференции по обработке сложноструктурированной графической информации. Горький, 1985.

36. Ротков С. И., Шубин В. П. Некоторые алгоритмы теоретико-множественных операций над моделями тел вращения. // В сб. тезисов докладов Всесоюзного семинара по автоматизированному проектированию. Ростов, 1983.

37. Ротков С. И. Управление выводом графической информации в САПР и АСНИ. //В сб. тезисов докладов Всесоюзной конференции «Современные проблемы математики и механики и приложения.» M., ВДНХ, 1983.

38. Rotkov S.I., Faitelson Yu.Ts. Formation of Axonometrie Assembly Drawing in CAD Systems. // International Symposium on Visual Analysis and Interface. Novosibirsk, 1991.

39. Rotkov S J., Zoudin A.A. A Nouvel Technique for Solid Modelling. // International Symposium on Visual Analysis and Interface. Novosibirsk, 1991.

40. Ротков С. И., Файтельсон Ю. Ц. Методика преподавания дисциплины «Геометрическое моделирование и машинная графика» для разработчиков САПР и АСНИ. // Программирование, 1991, п. 4.

41. Ротков С. И. Анализ отечественных и зарубежных систем геометрии и графики. // 'Отчет НИИ Механики ГГУ, 1989 г., N гр. 1 890 070 078, 75 стр.

42. Ротков С. И., Файтельсон Ю. Ц., Владимиров В. В. Геометрическое моделирование пространственных объектов на АРМ. // Лабораторная работа. Методические указания. Волгоград, 1990.

43. Дроздов И. В., Кочин В. Н., Ротков С. И. Графические стандарты. //Труды 3-ей Международной конференции по машинной графике «ГРАФИКОН-93», С. — Петербург, 1993 г.

44. Ротков С. И. Интеграция 2D и 3D систем геометрии и графики. // Труды 3-ей Международной конференции по машинной графике «ГРАФИКОН-93», С.- Петербург, 1993 г.

45. Ротков С. И. Синтез моделей пространственных объектов по многовидовому чертежу. // Труды 4-ой Международной конференции по компьютерной графике и визуализации ГРАФИКОН-94. Нижний Новгород, 1994.

46. Ротков С. И., Иванов A.A. Сравнение форматов графического обмена в чертежных системах. // Труды 4-ой Международной конференции по компьютерной графике и визуализации ГРАФИКОН-94. Нижний Новгород, 1994.

47. Дергунов В. И., Лапшин М. Л., Ротков С. И., Митин C.B., Зудин A.A. Программно — ' методическое обеспечение лабораторной работы «Моделирование и отображение пространственных объектов в системе КИТЕЖ» // Труды 4-ой Международной конференции по компьютерной графике и визуализации ГРАФИКОН-94. Нижний Новгород, 1994.

48. Аристова Е. В., Зудин A.A., Лабутин С. Е., Митин C.B., Ротков С. И., Шубин В. П. Система геометрического моделирования пространственных объектов КИТЕЖ. // Труды 4-ой Международной конференции по компьютерной графике и визуализации ГРАФИКОН-94. Нижний Новгород, 1994.

49. Ротков С. И., Тюрин A.C. Моделирование топографических и специальных поверхностей. // Труды 5-ой Международной конференции по компьютерной графике и визуализации ГРАФИКОН-95. С. — Петербург, 1995.

50. Пятницына М. Н., Ротков С. И. Алгоритмы синтеза сложноструктурированного пространственного объекта. // Труды 5-ой Международной конференции по компьютерной графике и визуализации ГРАФИКОН-95. С. — Петербург, 1995.

51. Куканов A.C., Ротков С. И. Формирование каркасной модели пространственного объекта по набору видов. // Труды 6-ой Международной конференции по компьютерной графике и визуализации ГРАФИКОН-96, т. 2, С. — Петербург, 1996.

52. Ротков С. И., Тюрина В. А. Преобразование каркасной модели трехмерного геометрического объекта в конструктивную модель.//Труды 6-ой Международной конференции по компьютерной графике и визуализации ГРАФИКОН-96, т. 2, С. — Петербург, 1996.

53. Ротков С. И., Тюрина В. А. Автоматическое определение ложных граней в задаче преобразования каркасной модели пространственного объекта в граничную модель.// Труды 7-ой Международной конференции по компьютерной графике и визуализации ГРАФИКОН-97, Москва, 1997.

54. Локшин С. М., Ротков С. И. STEP — стандарт обмена данными о промышленной продукции в условиях виртуального предприятия. //В сб. Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика. Международный межвузовский сборник трудов кафедр графических дисциплин. Вып. 4. Н. Новгород, 1999 г., стр. 102 — 108.

55. Ротков С. И., Тюрина В. А. Информационная модель каркаса трехмерного геометрического объекта для задачи синтеза 3D объекта по ортогональным проекциям. // В сб. Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика. Международный межвузовский сборник трудов кафедр графических дисциплин. Вып. 4. Н. Новгород, 1999 г., стр. 149 -156.

56. Ротков С. И., Иванов A.A. Параллельный процесс контроля геометрических построений в чертежноконструкторских редакторах. // В сб. Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика Международный межвузовский сборник трудов кафедр графических дисциплин. Вып. 4. Н. Новгород, 1999 г., стр. 201−207.

57. Ротков С. И., Локшин С. М. CALSинформационная магистраль поддержки жизненного цикла изделия. // В сб. Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика. Международный межвузовский сборник трудов кафедр графических дисциплин. Вып. 4. Н. Новгород, 1999 г., стр. 207−217.

58. Ротков С. И. Распараллеливание некоторых векторных алгоритмов компьютерной графики. // В сб. трудов Всероссийского семинара «Информатизация наукоемких технологий образования». Ростов на дону, РАИ, 1999 г. стр. 35 — 37.

59. Ротков С. И., Широкий Г. Б. CALSтехнологии и геометро-графические проблемы. // В сб. трудов Международной конференции «Информационные технологии в инновационных проектах», Ижевск, ИжГТУ, 1999, стр. 5−8.

60. Петров М. Б., Ротков С. И. Широкий Г. Б. Структура хранения данных при построении математических моделей топографических и специальных поверхностей. // В межвузовском сборнике «Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика» Поволжского научнометодического совета по графическим дисциплинам Министерства общего и профессионального образования РФ, Н. Новгород, 1998.

61. Желтов С. Ю., Князь В. А., Ротков С. И., Широкий Г. Б. Автоматизация бесконтактного ввода геометрических данных об автомобильных поверхностях.// В межвузовском сборнике «Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика» Поволжского научно — методического совета по графическим дисциплинам Министерства общего и профессионального образования РФ, Н. Новгород, 1998.

62. Ротков С. И., Широкий Г. Б. Технология бесконтактного ввода и моделирования автомобильных поверхностей. // В сб. тезисов докладов Всероссийской научно — практической конференции «КОГРАФ — 98», Н. Новгород, 1998.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. В диссертации всего 287 стр. текста, 124 рисунка, 11 таблиц.

5.6. Выводы по главе 5.

1. На основании исследований автора разработана и внедрена методика преподавания курса «Геометрическое моделирование и компьютерная графика» для программистов-разработчиков САПР и АСНИ как составляющих частей CALS.

2. На основе программ системы КИТЕЖ под руководством и при личном участии автора разработаны препроцессор для подготовки и отображения геометро-графической информации для прочностного анализа конструкции по методу конечных элементов и постпроцессор для отображения результатов расчета.

3. Программы системы КИТЕЖ были использованы при разработке технологии бесконтактного ввода геометрической информации с пластилиновой модели поверхностей автомобиля «Волга» ГАЗ-3111.

4. На основе системы КИТЕЖ разработан и внедрен в промышленную эксплуатацию блок графического отображения экологической обстановки в промышленной и жилой зонах крупного машиностроительного предприятия.

5. На основе системы КИТЕЖ разработан и внедрен программный комплекс для подготовки данных и управления установкой лазерной стереофотолитографии как одной их технологий быстрого прототайпинга, входящих в CALS.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

С целью разработки и внедрения CALS-технологий в производство и учебный процесс в диссертационной работе получены следующие результаты.

1. Проведен анализ архитектуры и функциональных возможностей различных систем геометрического моделирования и компьютерной графики, используемых на различных этапах CALS. На основании анализа показано, что имеющиеся системы обладают близкими функциональными возможностями и решают прямую задачу начертательной геометриисоздание проекционных изображений пространственного объекта путем преобразования R3 в R2.

2. Предложена концептуальная модель системы, в которой работа с геометрической и графической информацией идет одновременно в двух пространствах R2 и R3. При этом решается как прямая, так и обратная (синтез модели пространственного объекта) задачи начертательной геометрии.

3. Показано, что работа с геометрическими элементами, составляющими модель объекта и его чертежно-конструкторскую документацию, только в R3 приводит к нерациональному построению вычислительных алгоритмов и требует повышенной вычислительной мощности ЭВМ.

4. Разработаны алгоритмы синтеза моделей пространственных объектов класса напроизводных фигур по их плоским изображениям как решения различных вариантов обратной задачи начертательной геометрии:

— осесимметричных тел и обобщенных цилиндров;

— сложных поверхностей функций двух переменных по линиям равного параметра (уровня, освещенности и т. п.);

5. Разработан алгоритм синтеза модели объекта по его ортогональным проекциям на многовидовом техническом чертеже. При этом, в отличие от других разработок, в каждой из проекций могут быть линии первого и второго порядка (окружности, эллипсы и их дуги), что позволяет создавать модель пространственного объекта, ограниченную отсеками поверхностей первого и второго порядка.

В алгоритм синтеза модели включены:

— блок анализа и контроля входной геометрической информации, позволяющая локализовать и указать пользователю его ошибки построения.

— блок определения ложных геометрических элементов в модели пространственного объекта, основанный на понятии фундаментального набора циклов в графе.

6. Разработаны алгоритмы синтеза моделей составных пространственных сложноструктурированных объектов:

— алгоритм теоретико-множественных операций объединения, пересечения и вычитания для составных фигур;

— алгоритм операции отсечения части фигуры N плоскостями общего положенияалгоритм автоматического вычисления параметров положения непроизводных фигур в создаваемой сцене;

7. Разработан аппликационный метод синтеза составных фигур, позволяющий моделировать составные объекты по их проекционным изображениям.

8. Разработана архитектура генератора проекционных изображений для различных этапов САЬБ-технологий, обеспечивающий возможность обратной информационной связи между проекционным изображением объекта и его моделью для решения метрических и позиционных задач.

9. Предложен и разработан алгоритм удаления невидимых линий и поверхностей на изображении пространственного составного объекта, основанный на принципах диакоптики — обработки информации по частям — и допускающий возможность распараллеливания вычислительного процесса на нескольких ЭВМ.

10. Разработан алгоритм получения проекционного изображения составной фигуры в режиме «растянутой аксонометрии» для генерации изображения для заДач моделирования технологии сборки, эксплуатационной документации, каталогов узлов и деталей различных изделий машиностроения и строительства.

11. Предложенные алгоритмы составляют основу программного обеспечения системы геометрического моделирования и компьютерной графики КИТЕЖ, которая является законченным отечественным и лицензионно чистым промышленным программным продуктом.

12. Система КИТЕЖ и ее варианты применяются в различных организациях для проведения проектно-конструкторских и исследовательских работ, и высших учебных заведениях для подготовки инженерно-педагогических кадров по новейшим информационным технологиям. Работоспособность системы КИТЕЖ подтверждена примерами моделирования реальных объектов. Получены соответствующие акты о внедрении.