Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В
ПРОЦЕССЕ ВЫПОЛНЕНИЯ ИНЖЕНЕРНО-ГРАФИЧЕСКИХ РАБОТ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ 12
-
состояние проблемы . 12
-
сравнительный лі 1ллиз существующих систем автоматизированного конструирования , 16
-
Этапы моделирования на сазе компьютерных технологий 23
-
Этапы стаі ювления и приі типы создания систем автоматизированного конструирования . . 26
1.5. постановка целей и задач диссертационной работы 29
Выводы но главе 1 30
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА
ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НА БАЗЕ НАБОРА ТИПОВЫХ ТАБУЛИРОВАННЫХ
ПРОГРАММНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ 32
2. (.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ . . 32
-
СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ и технология создания интерактивной компьютерной тренинг-системы . 37
-
Классификация фуі ікциональньіх возможі юстей компьютерной трениі ir-систшы 47
-
основы геометрического моделирования на плоскости 56
-
Трехмерное геометрическое моделирование : Г. „, 65
-
организационное, методическое, информационное и программное оьтсппченик
автоматизации процесса инженерной графики 79
Выводы по главе 2 81
ГЛАВА 3. СОЗДАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ МНОГОВАРИАНТНОГО
ПАРАМЕТРИЧЕСКИ-УПРАВЛЯЕМОГО ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И
КОНСТРУИРОВАНИЯ 82
-
Основы алгоритмизации в многовариантном моделировании и конструировании 82
-
анализ и выбор языковой среды 87
-
методы и алгоритмы параметризации в геометрическом моделировании 93
-
параметрически-управляемое геометрическое моделирование в трехмерном ирострлнсгнк 106
-
Технология разработки объектно-ориентированного пользовательского иі (терфейса ПО
3.6. исследования структуры объектно-ориентированных падающих и диалоговых
пиктографических меню 115
ВЫВОДЫ по главе 3 131
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ
РЕЗУЛЬТАТОВ. ПРИМЕРЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И КОНСТРУИРОВАНИЯ
РЕАЛ ЬНЫХ О БЪЕ КТОВ 132
-
ОЫ ЦИК ПОДХОДЫ К РАЗРАБОТКЕ КО! (СТРУКТОРСКОИ ДОКУМЕНТАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ СИСТЕМ 132
-
Геометрическое моделирование и конструирование реальных объектов 137
-
КОМПЬЮТЕРНЫЕ технологии в трехмерном моделировании реальных объектов 154
-
ОЬТЦАЯ 01IEHKA ЭФФЕКТИВНОСТИ і ІРИМЕІІКНИЯ ПРЕДЛОЖИ І! 1ЫХ МЕТОДОВ КОНСТРУИРОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ СИСТЕМ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИ-УПРАВЛЯЕМОГО ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 174
Выводы мо главе 4 177
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 178
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 180
ПРИЛОЖЕНИЯ 190
Приложение 1. Акты ьнедрения 191
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ФРАГМЕНТЫ ТЕКСТОВ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОБЪЕКТ! Ю-
ОРИЕМТИРОВАНІІЬІХ СИСТЕМ 194
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ПРИМЕРЫ ТИПОВЫХ ТАБУЛИРОВАННЫХ ПРОГРАММНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ 203
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ФРАГМЕНТЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТРЕНИНГ-СИСТЕМЫ ИЗУЧЕНИЯ ТИПОВЫХ
ТАБУЛИРОВАННЫХ ПРОГРАММНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ ВАЗОВОЙ ГРАФИЧЕСКОЙ СРЕДЫ 209
Введение к работе
Актуальность темы. Постоянно растущий уровень компьютерных технологий, динамичное развитие программных и аппаратных средств влекут за собой бурный переход от традиционных, методов ведения проектно-конструкторских работ к использованию новых автоматизированных систем разработки и выполнения конструкторской документации. На сегодняшний день производство продукции мирового класса возможно только на соответствующем оборудовании и с использованием современных средств автоматизации. Ни одно предприятие, ведущее разработки сложных технических объектов, теперь не обходится без использования компьютеров и мощного программною обеспечения, позволяющего гармонично сочетать форму и содержание проекта, оптимизировать процесс разработки и выполнения конструкторской документации при многократном использовании имеющихся данных. Базовые графические системы обогащают, но не усложняют возможности творческого поиска конструкторов, поскольку обладают высокотехнологичными и удобными, простыми в обращении инструментами, при помощи которых в одном проекте реализуются замыслы целой команды проектировщиков и требования заказчиков. На базе универсальных графических систем разрабатываются автоматизированные рабочие места (АРМ) конструкторов, технологов, архитекторов, схемотехников и многих других разработчиков.
В последнее время все больше утверждается оригинальный подход к автоматизации конструкторской деятельности, в основе которого — создание трехмерных геометрических представлений графических моделей изделий. Современный уровень развития компьютерных технологий позволяег создавать пространственные модели объектов с практически неограниченными возможностями, обеспечивая большую достоверность решения геометрических и других задач для пространственной модели, что позволяет перейти на качественно новый уровень разработки. Кроме того, возможно использование пространственной модели для расчетов, а также применение математического моделирования конструируемых изделий и процессов, включая кинематические схемы. Это еще больше сокращает временные, кадровые и материальные затраты на разработку.
В настоящее время существует множество графических редакторов и систем геометрического моделирования: AutoCAD, Компас, T-flex, Solid-Works и др. Но какой универсальной и совершенной іти была бы базовая графическая среда, задача перехода на новую технологию проектно-конструкторских работ требует современных методик обучения конструкторов и разработчиков объектно-ориентированных систем автоматизированного конструирования, в которых центральное место занимают методы компьютерного моделирования, как нового используемого инструмента. Важной проблемой при решении этой задачи является разработка подхода, методики и технологии создания структуры объектно-ориентированных систем, их информационной среды, интерфейса пользователя, специализированных инструментов, а также методов и алгоритмов программирования при параметрически управляемом геометрическом моделировании.
Такой подход к проблеме автоматизации вовлекает разработчика в мир конструирования без границ, предоставляя ему среду, работа в когорой становится более производительной и творческой.
В последнее время опубликовано значительное количество работ, посвященных проблеме автоматизации конструирования изделий в различных отраслях промышленности. Пути их решения освещены в работах как отечественных ученых - Б.Н.Добренько, А.В.Россоловского, Г.Г.Казеннова, И.Н.Норепкова, В.А.Селютина, Д.И.Томашевского, Г.П.Вяткина, Н.Н.Крылова, А.А.Чекмарева, так и зарубежных - Э.Финкельштейн, Дж. Лича, И.Гардана и МЛюка, Дж. Фоли, и др. [1- 8].
В работах Г.Г.Казеннова на системном подходе изложены принципы построения высокопроизводительных автоматизированных систем проектирования, рассматривается их общая структура и основы построения. Освещаются методологические проблемы создания систем автоматизированного проектирования и автоматизированных систем технологической подготовки производства, описываются их важнейшие составляющие: технические средства, прикладное и системное программное обеспечение, информационное, лингвистическое и организационное обеспечение. [1, 2].
Работы И.ШІоренкова посвящены основам теории и проектирования систем автоматизированного проектирования технологических объектов. Основное внимание уделяется принципам проектирования, моделям, алгоритмам и методам, применимым во многих областях техники. Общие положения иллюстрируются конкретными примерами использования методов и средств автоматизированного проекгирования.
Интерес представляют работы Н.Н.Голованова, в которых излагаются мегоды построения математической модели геометрических объектов с помощью компьютерных технологий, приводятся основные сведения из дифференциальной геометрии, топологии, вариационного исчисления, численных методов, а также теория ZJ-сплайнов. Большое внимание автор уделяет методам моделирования различных кривых, поверхностей и тел, алгоритмам выполнения операций над ними и вычислениям их геометрических характеристик. Автор также описывает принципы установления вариационных зависимостей параметров геометрических объектов [9].
Большую практическую ценность имеют работы А.Потемкина, ориентированные на решение проблем, связанных с разработкой конструкторской документации с помощью систем автоматизированного проектирования. Большое внимание автор уделяет современным методам трехмерного твердотельного моделирования механических деталей на персональном компьютере [10,11].
Тем не менее, непрерывное совершенствование математического и программного обеспечения систем автоматизированного конструирования требуют развития подходов и методов к проблеме автоматизации конструирования па базе компьютерных технологий. Проведенный автором диссертации анализ множества публикаций показал, что практически отсутствуют материалы и разработки, посвященные автоматизации инженерно-графических работ на базе типовых табулированных инструментов и автоматизированных объектно-ориентированных систем с использованием параметр ически-управляемо го геометрического моделирования. Поэтому разработка методики и технологии автоматизации инженерно-графических работ, включающая создание структуры и сценария интерактивной компьютерной тренинг-системы на базе типовых табулированных программных инструментов, а также, разработка подхода к созданию объектно-ориентированных систем и специализированных инструментов с использованием параметрически управляемого геометрического моделирования представляет собой сложную научную проблему, решение которой является своевременным и актуальным.
Работа над данной проблемой ведется автором диссертации непрерывно в течение многих лет. Научные исследования и практические разработки соискателя нашли применение и внедрены как в производственный, так и в учебный процесс.
Целью диссертации являются исследование и разработка эффективных методов и алгоритмов автоматизация инженерно-графических работ на базе типовых табулированных программных инструментов и параметрически-управляемого геометрического моделирования.
Реализация поставленной цели обеспечивается решением следующих задач:
Создание и реализация структурной модели мультимедийной интерактивной компьютерной тренинг-системы на базе типовых табулированных программных инструментов.
Разработка методов, алгоритмов и технологии программирования при параметрически управляемом геометрическом моделировании;
Определение подхода и методики создания структуры и реализации объектно-ориентированных систем, их информационной базы, интерфейса пользователя, а также специализированных инструментов.
Разработка учебно-методического комплекса, обеспечивающего внедрение средств автоматизации в очный и заочный дистанционный учебно-производственный процесс выполнения инженерно-графических и конструкторских работ па базе компьютерных технологий;
Весь этот комплекс актуальных задач характеризуется как теоретическое обобщение и решение научно-технической проблемы, направленной на повышение эффективности математического, программного и информационного обеспечения автоматизации инженер но- графических и конструкторских работ.
Методы исследования. При исследовании проблем, сформулированных в диссертационной работе, и решении поставленных задач автоматизация инженер но-графических работ на базе типовых табулированных программных инструментов и параметрически-управляемого геометрического моделирования использовались методы объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке методики и технологии автоматизации инженерно-ітшфических работ на базе типовых табулированных программных инструментов и параметрически-унрашшемого геометрического моделирования.
Ниже приводятся наиболее важные, научно обоснованные достижения автора диссертации:
Предложенные автором подход, структура и технология создания мультимедийных интерактивных компьютерных тренинг-систем на базе типовых табулированных программных инструментов.
Разработанные методы, алгоритмы и технология создания параметрически управляемых геометрических моделей.
Впервые разработанные методические и практические основы создания структуры и реализации автоматизированных объектно-ориентированных систем, их информационной базы, интерфейса пользователя, а также специализированных инструментов.
Модель учебно-методического комплекса, обеспечивающего внедрение средств автоматизации в учебно-производственный процесс выполнения инженерно-графических работ на базе компьютерных технологий, включающий методическое, организационное, информационное и программное обеспечение.
Практическая значимость и внедрение результатов работы. Практическая ценность работы заключается в том, что предложенные подходы, методики, алгоритмы и разработки позволяют существенно поднять уровень и эффективность выполнения инженерно-графических работ, автоматизировать технологический учеб но-производственный процесс разработки и выполнения конструкторской документации на базе компьютерных технологий. Л следовательно, снизить экономические, временные затраты и кадровые ресурсы, а также повысить качество разрабатываемых изделий.
Основные результаты диссертационной работы были использованы в НИР [12-23], что подтверждено соответствующими актами внедрения.
Материалы диссертационной работы, а также мультимедийная интерактивная компьютерная тренинг-система изучения базовой графической среды использованы в учебном процессе МИЭТ (ТУ) (в лекционных курсах, лабораторных работах, курсовых и дипломом проектированиях), что подтверждено актом внедрения.
Результаты диссертационной работы использованы при проведении 11 научно-исследовательских работ, что отражено в отчетах [12-23]. Результаты исследований нашли широкое внедрение и практическое использование па предприятиях и в вузах. Так внедрены: объектно-ориентированная система автоматизированного конструирования и выпуска конструкторской документации на электронные устройства с унифицированными свинчиваемыми конструкциями [12, 18, 19]; компьютерная тренинг-система изучения базовой графической среды AutoCAD [23-28]; учебно-методический комплекс, обеспечивающий автоматизацию технологического учебно-производственно го процесса разработки и выполнения конструкторских работ на базе компьютерных технологий, включающий методическое, организационное, информационное и программное обеспечение [29-39].
Разработанные в диссертации подходы и методики, направленные на повышение качества инженерно-графических и конструкторских работ, реализованы в объектно-ориентированных системах автоматизированного конструирования ряда установок: модуля магнетронной распылительной системы; установки термокомпрессионной сушки фоторезиста; установки автоматизированного оптического контроля печатных плат; установки нанесения слоев фоторезиста; роботизированного модуля заірузки полупроводниковых пластин; вибрационного загрузочного устройства с круговым лотком и др. А также в НИР по программе «Научные исследования высшей школы в области производственных технологий» на 2000-2001 г.г., проводимом Министерством образования Российской Федерации [20]. Так, получен и реализован заказ по теме «Разработка и создание электронных систем очного и дистанционного обучения автоматизации выполнения конструкторской документации в области автоматики, электропики, микроэлектроники, радиотехники и др.» (соискатель являлся ответственным исполнителем). Проводимая автором диссертации научно- исследовательская работа получила грант Минобразования России по фундаментальным исследованиям в области технических наук 2001 года в разделе «Автоматика и телемеханика, вычислительная техника, связь, метрология» (соискатель являлся ответственным исполнителем).
Таким образом, основные теоретические результаты предлагаемой работы обобщены и доведены до удобного для практического использования вида.
Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие основные результаты:
Методы и технологии автоматизации процесса инженерной графики па базе типовых табулированных элементов и параметрически-управляемого геометрического моделирования.
Методы, алгоритмы и технология программирования при параметрически управляемом геометрическом моделировании.
Модель и технология разработки мультимедийной интерактивной компьютерной тренинг-системы на базе типовых табулированных программных инструментов.
Методические, практические основы и технологии создания структуры и реализации автоматизированных объектно-ориентированных систем, их информационной базы, а также интерфейса пользователя, включающего объектно-ориентированные падающие, пиктографические меню, диалоговые окна, специализированные инструменты, слайд-библиотеки.
Модель методического комплекса, обеспечивающего внедрение средств автоматизации в учебно-производственный процесс выполнения инженерно-графических работ на базе компьютерных технологий, включающий методическое, организационное, информационное и программное обеспечение.
Результаты внедрения теоретических исследований в промышленное производство, подтвержденное соответствующими актами.
Вклад автора в разработку проблемы. Все теоретические и практические результаты диссертационной работы разработаны и получены лично автором.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались автором и обсуждались на всесоюзных, Российских и отраслевых конференциях [39-53], получили положительную оценку и успешно использовались как в производстве на предприятиях, так и в учебных процессах вузов.
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 39 печатных работ, в том числе: 11 в центральных издательствах , 5 без соавторов; 1 из которых - учебник для вузов, по направлениям "Информатика и вычислительная техника", "Конструирование и технология электронной аппаратуры" и специальностям "Системы автоматизированного проектирования", ''Электронное машиностроение", "Радиотехника" с грифом Министерства образования Российской Федерации ("Инженерная и компьютерная графика"); 2 - учебные пособия для электротехнических, приборостроительных специальностей вузов с грифами Государственного комитета СССР по народному образованию и Министерства образования Российской Федерации ("Автоматизация разработки и выполнения конструкторской документации", "Компьютерная технология инженерной графики в среде AutoCAD 2000. AutoLISP"); 8 монографий. Помимо перечисленного издано: 7 статей в журналах и сборниках; 11 тезисов докладов на конференциях; 1 учебник; 8 учебных и методических пособий и указаний; 1 Межвузовский сборник «Научные основы технологий, материалов, приборов и систем электронной техники» под редакцией автора диссертации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы из 127 наименований и 4 приложений. Общий объем работы 215 страниц, из них 189 страниц основного текста, в том числе 50 страниц таблиц и рисунков, 9 страниц текстов программ. Приложения на 26 страницах содержат акты внедрения, фрагменты программного обеспечения, таблицы табулированных элементов и тренинг-системы.
