Состав САПР. Программное обеспечение САПР

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Состав САПР. Программное обеспечение САПР

Составными функциональными частями САПР являются:

1. Техническое;

2. Математическое;

3. Программное;

4. Информационное;

5. Лингвистическое;

6. Организационное;

7. Методическое обеспечение.

4. Информационное обеспечение САПР представляется в виде БД, содержащей сведения, необходимые для проведения проектирования. В БД входят справочные данные об унифицированных элементах, ГОСТах, сведения о типовых проектных решениях, сведения о предыдущих этапах проектирования, графические данные. Графические данные могут быть сгруппированы следующим образом: геометрия (точки, типы линий, окружности), тексты, способы штриховки и закраски, данные о слоях, ассоциативные данные, которые регулируют соотношения.

Определение геометрической ассоциативности требуется при определении стандартных форм компоновки символов, данных связи, определении способов проектирования компонентов сборки, атрибутных данных, которые связаны с изображением чертежа, но не имеют отображения на дисплее.

5. Лингвистическое обеспечение САПР – есть совокупность языков для записи.

6. Организационное обеспечение – совокупность положений, устанавливающих состав и функции, формы.

8. Методическое – совокупность документов в которых отражены, состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектирования. Этапы технологического проектирования.

Программное обеспечение САПР

· системное

· прикладное

ü Системы 3D моделирования

ü Системы инженерного анализа

ü Системы 2D

ü Системы эргономического анализа

ü Простые приложения

Требования, которым должно удовлетворять ПО САПР

1. Адаптивность, приспособленность к функционированию в различных условиях.

2. Гибкость.

3. Компактность.

4. Мобильность.

5. Надежность.

6. Реактивность – обеспечение быстрого решения задачи при ориентации на пользователя.

7. Модифицруемость – пополнение программами, расширение возможностей системы.

Прикладное ПО

Прикладное ПО обычно представляет собой пакет прикладных программ, реализованных на языках высокого уровня фирмой, которая специализируется на изготовлении такого ПО.

Кроме развитых пакетов для САПР, существуют тысячи простых пакетов. Типичным приложением таких программ является: простой расчет расположения напряжений, нахождение центроидов, вычисление допустимых нагрузок, несложные операции над поверхностями.

1.4 ПО, созданное пользователем (приложение)

1. Генерация параметрических форм.

2. Вычисление размеров компонентов по заданным параметрам, с последующей передачей сгенерированной формы в систему САПР.

3. Составление календарных планов и вычисление затрат по атрибутивным данным проекта, полученным из системы САПР.

Логичным развитием установленного интерфейса пользовательских программ с САПР является разработка средств, позволяющих пользователю самому искать приемы, работающие в рамках ПО САПР. Например, пакет AutoCAD дает возможность пользователю создавать параметрические макросы и функции с использования языка AutoLisp.

Средства двумерного черчения

С помощью 2D пакетов создается большинство конструкторских чертежей изделий в ортогональных проекциях и электрических схем.

Распознавание геометрических форм, определённых точками, прямыми или кривыми только на плоскости. Иногда, чтобы подчеркнуть неразрывность процессов черчения и проектирования, употребляют термин САЧПР. Относительными ограничениями на 2D системы САПР являются:

- системы 2D моделирования распознают геометрические формы, определенные точками, кривыми, или прямыми только на плоскости;

- не умея обрабатывать 3D формы, 2D инструменты не умеют автоматически генерировать дополнительные виды. Произвольный вид компонента можно выполнить лишь как отдельную форму, которая рассматривается системой вне связи с другими изображениями видов.

Основное назначение САПР, включающих обработку 2D информации – это изготовление чертежей с помощью ЭВМ. В зависимости от принципа обработки геометрических элементов различают вариантные системы и генерирующие системы. Сегодня используются системы, построенные на базе комбинации обоих принципов.

Наряду с 2D САПР для изготовления чертежей были созданы системы, элементарными объектами которых являются символические образы. Эти системы используются главным образом там, где требуется представлять функциональные узлы в символическом виде. (CADSYM – программная система для создания схем в режиме графического диалога. Система дает пользователю возможность формировать любые символы, манипулировать ими и связывать их по заданной логике. Система может использоваться при проектировании электрических и гидравлических схем, заводских установок и трубопроводных систем).

Среди систем 2D моделирования можно выделить:

- Graphics CAD Professional 3.0 (возможно создание впечатления рельефности 2D объектов)

- Microsoft Design (для архитекторов, художников, иллюстрирующих технические документы).

D моделирование

3D системы обеспечивают такую дисциплину работы с 3 координатами, при которой любое изменение одного вида автоматически приводит к соответствующим изменениям на всех остальных видах.

Последовательность построений может быть следующей: сначала строится 3D вид, а затем автоматически генерируются 2D виды. Некоторые системы способны преобразовывать сборочные чертежи механизма ортогональной проекции в 3D вид этого изделия в разобранном состоянии.

3D особо успешно применяется для создания сложных чертежей при проектирование размещения заводского оборудования, трубопроводов, различных строительных сооружений.

Неоценимо 3D там, где нужно обеспечить адекватные зазоры между компонентами. Возможность генерировать траектории движения инструмента и имитация функционирования роботов делает 3D моделирование неотъемлемой частью интеграции САПР/АСТПП. В некоторых системах 3D имеются средства автоматического анализа физических характеристик, таких как вес, моменты инерции и средства решения геометрических проблем сложных сопряжений и интерпретации. Поскольку в 3D системах существует автоматическая связь между данными различных геометрических видов изображения, 3D моделирование полезно в тех приложениях, где требуется многократное редактирование 3D образа на всех этапах процесса проектирования.

Методы 3D моделирования делятся на три категории:

1) каркасные (проволочные)

2) поверхностные (полигональные)

3) твердотельные (сплошное, объемное моделирование)

Каркасные модели

Каркасная модель полностью описывается в терминах точек и линий. Это моделирование самого низкого уровня. Имеет ряд серьезных ограничений, большинство из которых возникает из-за недостатка информации о гранях, заключенных между линиями и невозможности выделить внутреннюю и внешнюю область изображения твердого объемного тела. Однако каркасная модель требует меньше памяти и вполне пригодна для решения задач, относящихся к простым. Каркасное представление часто используется не при моделировании, а при отображении моделей как один из методов визуализации.

Широко используются для имитации траектории движения инструментов, выполняющих несложные операции обработки деталей по 2, 5 или 3 осям. " 2, 5 оси" – более простые системы могут моделировать формы только с постоянным поперечным сечением. Такую форму можно построить следующим образом: сначала вводится вид (X, Y), а затем любой точке приписывается третья координата, характеризующая глубину изображения. Такие формы относятся к так называемым " 2, 5 геометрии".

Ограничения каркасной модели:

1) Неоднозначность

Этот эффект может привести к непредсказуемым результатам. Нельзя отличить видимые грани от невидимых. Операцию по удалению невидимых линий можно выполнить только вручную с применением команд редактирования каждой отдельной линии, но результат этой работы равносилен разрушению всей созданной каркасной конструкции, т.к. линии невидимы в одном виде и видимы в другом.

2) Невозможность распознания криволинейных граней

Боковые поверхности цилиндрической формы реально не имеют ребер, хотя на изображении есть изображение некоторых мнимых ребер, которые ограничивают такие поверхности. Расположение этих мнимых ребер меняется в зависимости от направления вида, поэтому эти силуэты не распознаются как элементы каркасной модели и не отображаются на них.

Чтобы пытаться представить криволинейные грани, проводят продольные ребра, прибегают к ряду условностей (интерпретируя поверхность цилиндра плоскими гранями). Формируется условное изображение объекта. Наличие несущих линий может внести еще больше путаницы в чертеж, который и так уже полон неоднозначностей.

3) Невозможность обнаружить взаимное влияние компонентов.

Каркасная модель не несет информации о поверхностях, ограничивающих форму, что обуславливает невозможность обнаружения нежелательных взаимодействий между гранями объекта и существенно ограничивает использование каркасной модели в пакетах, имитирующих траекторию движения инструмента или имитацию функционирования робота, так как при таком моделировании не могут быть выявлены на стадии проектирования многие коллизии, появляющиеся при механической сборке.

4) Трудности при вычислении физических характеристик.

5) Отсутствие средств выполнения тоновых изображений.

Основным принципом техники выполнения тоновых изображений, т.е. обеспечение плавных переходов различных цветов и нанесение светотени, является то что затенению подвергаются грани, а не ребра.

Поверхностное моделирование

Поверхностная модель определяется с помощью точек, линий и поверхностей. При построении поверхностной модели предполагается, что технические объекты ограничены поверхностями, которые отделяют их от окружающей среды. Такая оболочка изображается графическими поверхностями. Поверхность технического объекта снова становится ограниченной контурами, но эти контуры уже являются результатом 2-х касающихся или пересекающихся поверхностей.

Точки объектов – вершины, могут быть заданы пересечением 3 поверхностей.

Поверхностное моделирование имеет следующие преимущества по сравнению с каркасным:

1) способность распознавания и изображения сложных криволинейных граней.

2) способность распознавания грани для получения тоновых изображений.

3) способность распознавания особых построений на поверхности (отверстия).

4) возможность получения качественного изображения. Обеспечение более эффективных средств для имитации функционирования роботов. В основу поверхности положены 2 следующих математических положения:

- любую поверхность можно аппроксимировать многогранником, каждая грань которого является простейшим плоским многоугольником;

- дополнительные поверхности второго порядка и аналитически не описываемые поверхности можно определить с помощью интерпретации или аппроксимации.

Базовые геометрические поверхности:

1. Плоские поверхности, которые можно получить, начертив сначала отрезок прямой, а затем, введя команду, которая разворачивает в 3D пространстве образ этого отрезка на заданное расстояние (получается плоскость или двугранник). Подобным образом разверткой окружностей или дуг могут быть получены цилиндрические и конические поверхности, области поверхностей также могут быть развернуты в 3D объект (область внутри граней остается пустой).

2. Поверхности вращения. Могут быть получены по команде, создающей поверхность вращения плоской грани вокруг определенной оси (круговая развертка).

3. Поверхность сопряжения и пересечений. Плавное сопряжение одной поверхности к другой (часто используется). Доступны средства определений пересечений поверхностей. Возможность построения плавного сопряжения двух поверхностей является наиболее мощным и часто используемым на практике средством поверхностного моделирования. Кроме этого может быть доступно средство определения пересечения поверхности. Например, можно построить плавное сопряжение боковых поверхностей параллелепипеда и цилиндра. Проблема порождения результирующей поверхности в данном случае сводится к задаче построения методом сплайн-интерполяции особых кривых в 3D пространстве, выходящих из квадрата и входящих в автоматически генерируемую кривую на поверхности цилиндра, по которой заданные кривые должны пересекаться.

4. Аналитические поверхности. Такие определяются одним математическим уравнение с неизвестными X, Y, Z. Эти неизвестные обозначают искомые координаты поверхностей, т.е. чтобы изобразить любую аналитическую поверхность, необходимо знать математическое уравнение, которым она описывается.

5. Скульптурные поверхности (СП). Очень сложные. Поверхности свободных форм или произвольные поверхности. Методы геометрического моделирования скульптурной поверхности сложной формы применяют в областях, где проектируются динамические поверхности, т.е. поверхности, которым предъявляются повышенные эстетические требования. Используются при проектировании корпусов машин, самолетов. Динамические подразделяются на 2 класса:

· Омываемые средой (внешне обод самолетов, судов и т.д.)

· Трассирующие – направляющие среды (воздушные гидравлические каналы).

СП используют в основном каркасно-кинематический метод, основанный на перемещении некоторых образующих каркасов по направляющим, или путем построения сплайнов продольных образующих кривых между 3D точками. Каркас задается либо множеством точек, либо ломанными через эти точки.

При каркасно-кинематическом методе каркас задается как множеством характерных точек, так и ломанными линиями, проходящими через эти точки. Существуют системы, в которых задача построения модели поверхности решается на множествах точек, координаты которых вычисляются в прикладной программе. При решении задач представления скульптурных поверхностей и гладких сплайновых кривых возникают задачи аппроксимации, интерполяции и сглаживания исходных данных. Задача аппроксимации, т.е. приближенного представления, возникает при замене кривой или поверхности, описываемых сложными функциями, другими объектами, описываемыми более простыми уравнениями без потери необходимой точности. Задача интерполяции, т.е. приближенного восстановления, связана с поиском гладких кривых – сплайнов, или поверхностей, проходящей через множество заданных точек. Задачи сглаживания возникают, когда необходимо, чтобы искомая кривая или поверхность описывались функцией, обеспечивающей, например, необходимую степень дифференцирования. В системах автоматизации проектирования наибольший интерес представляют методы интерполяции, обеспечивающие необходимую точность задания проектируемых поверхностей. Для интерполяции кривых используют различные методы, среди которых наибольшее распространение получили методы интерполяции локальными сплайнами нечетных степеней и кубическими сплайнами, с помощью В-сплайнов, аппроксимация кривых методом Безье: перечисленные способы основаны на предположении, что известен набор функций или точек, описывающих исходные данные об объекте проектирования. Эти данные могут быть сформированы эвристически на основе опыта проектировщика, получены в результате физических экспериментов, или вычислены в результате решения промежуточных задач.

Методы отображения скульптурных поверхностей в значительной степени связаны с возможностями графических устройств. Следует отметить, что отображение самой поверхности не играет существенной роли, так как основное назначение этих методов – визуальная проверка корректности, гладкости, эстетичности полученной поверхности. В настоящее время модели скульптурных поверхностей широко используются при проектировании и производстве корпусов автомобилей, самолетов, предметов домашнего обихода.

6. Составные поверхности

В развитых системах поверхностного моделирования составную поверхность можно полностью определить, покрыв ее сеткой четырехугольных кусков, т.е. участками ограниченной продольными и поперечными линиями на поверхности. Каждый кусок имеет геометрическую форму топологического прямоугольника, который отличается от обычного тем, что его стороны не обязательно прямые и попарно перпендикулярные. Границы кусков представляют собой непрерывные кривые, что обеспечивает гладкость поверхности, натянутой на сетку. Внутренняя область каждого куска определяется методом интерполяции. Изображение составной поверхности, реализованное указанным способом, может быть получено на экране дисплея, либо с помощью построения по точкам сплайновых кривых, либо путем создания многогранного каркаса, на который система будет автоматически аппроксимировать натяжение гладкой криволинейной поверхности.

C-REP.

Этот метод состоит в построении твердотельных моделей из базовых составляющих элементов, называемых твердотельными примитивами, и определяемыми формой, размерами, точкой привязки и ориентацией. Типичные примеры: параллелепипеды, сферы.

Булевы операции являются существующим инструментарием для построения модели C-REP при определении взаимоотношений между соседними примитивами. Булевы операции базируются на понятиях алгебраической теории множеств, и имеют обычный смысл, когда применяются к твердотельным объектам. Наиболее часто используются следующие операции: пересечение, объединение и разность.

Модель конструктивной геометрии представляет собой бинарный древовидный граф G = (V, U), где V – множество вершин – базовые элементы формы – примитивы, из которых конструируется объект, а U – множество ребер, которые обозначают теоретико-множественные операции, выполняемые над соответствующими базовыми элементами формы. Каждый примитив модели задан множеством атрибутов A = < x, y, z, ax, ay, az, Sx, Sy, …, Sn>, где x, y, z – координаты точки привязки локальной системы координат примитива к системе координат синтезируемого объекта, ax, ay, az – углы поворота примитива вокруг соответствующих осей координат, Sx, Sy, …, Sn – метрические параметры объекта.