Введение к работе
Актуальность проблемы
Современный этап развития цивилизации характеризуется тотальным переходом от индустриального общества к информационному. Его основу составляет широкий спектр вычислительной техники(ВТ), телекоммуникационных средств, программных продуктов различного назначения. Прогресс в области компьютерной техники и массовое внедрение в жизнь новых информационных технологий (НИТ) приводят к глубоким и многообразным преобразованиям во всех сферах деятельности человека. Как показала мировая практика, именно информатизация является тем способом, с помощью которого общество и личность могут достаточно быстро и адекватно познать себя в окружающий мир.
В самой информатизации на первый план выходят интегрированные среды (ИС), наиболее важными из которых являются: ИС компьютерного дело— производства(офнсные); ИС автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства (САПР и АСТПП); ИС научных исследований (АСНИ); ИС настолько — издательской деятельности и электронной типографии; ИС мультимедиа и видеографики и т.д. Компьютерная геометрия и графика (КГГ) является одним'из базовых кирпичиков для создания указанных интегрированных сред.
Задачи, связанные с геометрическим моделированием, компьютеризацией графических работ, созданием алгоритмического и программного обеспечения КГГ в САПР, АСНИ имеют свою историю и опираются на работы Фролова С.А., Якунина В.И.,Стародетко Е.А.Осипова В.А.,Зозулевнча Д.М.,Полозова В.С.Сидорука P.M., Горелика А.Г., Банковского Ю.М., Батищева Д.И., Кеткова Ю.Л., Роткова СИ. и других. Среди известных систем компьютерной геометрии и графики (КГГ). языков программирования для КГГ, пакетов геометрического моделирования и автоматизированного проектирования можно отметить: ГРАФОР, ИНКАНЭЛ, ФАП-КФ, ОГРА, СМОГ, КЛЕТАЛ, МОНЖ, КИТЕЖ. КОМПАС, БАЗИС, AUTOCAD, EUGUD, UNIGRAPHICS и другие.
Важнейшую роль в информатизации инженерной, научной и образовательной деятельности играют интеграционные тенденции, опирающиеся на сетевую организацию и бригадные технология выполнения проектов. В понятие "Интегрированная среда" входит также коллектив специально обученных, сертифицированных разработчиков и пользователей НИТ.
Целью работы является:
1. Разработка элементов концепции интегрированных сред КІТ в проектировании, научных исследованиях, образовательной деятельности.
-
Исследования вопросов геометрического моделирования на базе клеточных комплексов.
-
Разработка алгоритмов и программного обеспечения одномерных клеточных систем геометрического моделирования для САПР и научных исследований.
-
Создание интегрированной среды проектирования и исследования изделий горячей штамповки - слесарно—монтажного инструмента (СМИК).
Для реализации поставленной цели в работе решены следующие задачи:
1) Исследованы новые информационные технологии интегрированных
сред КІТ, в том числе:
обоснованы технические платформы ИС KIT;
проведен сбор и анализ информации о программном обеспечении ИС KIT (геометрические моделеры, пре — и постпроцессоры);
представлены образцы интегрированных сред для инженерного дело — производства, САПР и АСНИ, видеографики и мультимедиа, образовательной деятельности.
-
Исследованы новые клеточные геометрические модели и методы.
-
Разработана система геометрического моделирования для одномерных задач САПР, АСНИ, вычислительного эксперимента и. инженерного анализа:
разработаны теоретические аспекты базовых геометрических моделей — одномерных клеточных комплексов;
проведена вычислительная реализация клеточных ГМ в виде СУБД КЛЕТАЛ;
решены задачи аналитической и топологической параметризации пунктированных клеточных комплексов, представления и визуализации ГМ и полей состояний на них;
— описаны постановки типичных задач математической физики,
решаемых на одномерных клеточных комплексах.
4) Созданы компьютерные инженерные банки предметных и
параметрических моделей для слесарно — монтажного инструмента (СМИ).
-
Разработаны информационные интерфейсы для отдельных подсистем САПР СМИК, создана диалоговая пользовательская среда инженера — конструктора, расчетчика СМИ.
-
Для типовых изделий СМИ решены практически важные задачи тепловой усадки при горячей штамповке и расчета на прочность готового изделия.
Методы исследования включают аппарат аналитической и вычислитель — ной геометрии, топологии, теории групп, векторной и матричной алгебры, численных методов и МКЭ, теории графов, программирования, научной визуализации изображений.
На зашиту выносятся новые научные результаты:
— в разработке элементов концепции интегрированных сред
компьютерной геометрии и графики в САПР и АСНИ;
в создании клеточных геометрических моделеров, их вычислительной реализации, использовании в качестве пре— и постпроцессоров в САПР и научных исследованиях;
в использовании идей и методов новых информационных технологий и массовых промышленных интеграционных платформ для разработки интегрированных САПР.
Практическая ценность а реализация работы Работа выполнялась в рамках программы "Перспективные информационные технологии", подпрограммы "Системные модели" (Головная организация — ИПМ им. М.В.Келдыша, руководитель акад. АА. Самарский); республиканской научно—технической программы "Информатизация образования", подпрограммы "Информатизация проектирования "(Ивановский
Государственный Энергетический университет, руководитель — Проф., Д.Т.Н.,
засл. деят. науки и техники В.Н.Нуждин); межвузовского научно—технического проекта"Компьютерная геометрия и графика" (Нижегородский областной центр новых информационных технологий, руководитель — K.T.H., с.н.с. P.M. Сидорук); а также в рамках хозяйственных договоров с предприятиями.
Практическая ценность заключается в разработке систем геометрического моделирования и визуализаторов результатов вычислительных экспериментов над элементами промышленных установок, создании и внедрении системы автоматизированного проектирования изделий СМИ на предприятии— заказчике. Система СМИК внесена в каталог программных продуктов Высшей школы России и каталог фирмы Autodesk за 1993г., сдана в ОФАП Российского координационного центра информационных технологий в образовании Госкомвуза РФ, демонстрировалась на Международных и республиканских выставках "Autodesk Ехро-93", "КОГРАФ-93", ТРАФИКОН-94й и др. Система СМИК внедрена в учебный процесс на факультете автоматизации машиностроения (ФАМ) Нижегородского государственного технического университета.
Апробация ggffomn
Основные результаты работы докладывались на следующих всесоюзных, республиканских и международных конференциях и семинарах:
Всесоюзных конференциях по проблемам машинной графики ' (Новосибирск -1981, Владивосток - 1985, Протвино — 1987);
7—ом Всесоюзном семинаре по комплексам программ математической физики (Новосибирск — 1982);
2 —ом Всесоюзном совещании по решению оптимизационных задач
на графах и сетях (Улан —Уде — 1982);
Всесоюзных конференциях "Численная реализация физико — механических задач прочности" (Горький — 1983, 1987);
семинаре "Прикладная геометрия и инженерная графика" (МАИ — 1987);
Всесоюзных конференциях, посвященных Дням Советской науки на ВДНХ (Москва -1987, 1988);
Республиканской конференции "Вопросы геометрического моделирования в САПР" (Свердловск — 1987);
Всесоюзных и республиканских выставках - семинарах "К.ОГРАФ — 91,-92,-93" (Н.Новгород - 1991, 1992, 1993гг.);
— Международной конференции "ГРАФИКОН—94" (Н.Новгород - 1994г.)
Публикации По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ.
Объем truccepmauuu Диссертационная работа состоит из введения, четырех
глав, заключения, 3-х приложений, включает 173 страницы машинописного текста, 30 рисунков, 138 наименований использованной литературы. Набрана и сверстана в компьютерной настольно—издательской системе PageMaker v.5.0 (Russ).
