Среди задач, решаемых современными САПР, одной из наиболее важных задач является задача параметризации. Суть задачи параметризации состоит в изменении некоторого параметра ранее спроектированного объекта. Модель объекта должна быть построена таким образом, что бы изменение любого параметра готового объекта автоматически приводила к изменению (пересчету) всех прочих параметров объекта, связанных функциональными зависимостями с данным параметром. Таким образом, параметризация предполагает автоматическое построение и последующее решение соответствующей системы уравнений, обеспечивающих перерасчет подмножества параметров модели объекта по части параметров, изменивших свое значение. Т.о., типичная задача параметризации состоит в модификации, реконструкции полученного ранее решения. Специфика конкретных задач параметризации зависит от специфики предметной области и типа задачи: создание нового объекта, модификация известного решения. Разработка средств параметризации для специфических условий применения в той или иной проблемно-ориентированной САПР – это важная и актуальная задача. Цель данной работы – обсуждение специфики решения задачи параметризации в проблемно-ориентированной САПР трубопроводов «СПРУТ», а так же выбор перспективных путей развития САПР «СПРУТ» в данном направлении. Рассмотрим типичные методы решения задачи параметризации в различных современных САПР, а так же специфику решения данной задачи в САПР «СПРУТ». Существует классификация САПР по полноте реализации систем: тяжелые, средние и легкие САПР.
- Тяжелые. Главная особенность “тяжеловесов” состоит в том, что их обширные функциональные возможности, высокая производительность и стабильность достигнуты в результате длительного развития. Все они далеко не молоды: CATIA появилась в 1981 г., Pro/Engineer — в 1988-м, а Unigraphics NX, хотя и вышла лишь несколько месяцев назад, является результатом слияния двух весьма почтенных систем — Unigraphics и I-Deas, приобретенных вместе с компаниями Unigraphics и SDRC. Несмотря на то что тяжелые системы значительно дороже своих более “легких” собратьев, затраты на их приобретение окупаются, особенно когда речь идет о сложном производстве, например машиностроении, двигателестроении, авиационной и аэрокосмической промышленности. Сейчас производители средств автоматизации проектирования возлагают основные надежды на предприятия среднего и малого бизнеса, которых гораздо больше, чем промышленных гигантов.
- Средние. Лидерами этого сегмента являются системы SolidEdge (разработанная фирмой Intergraph, а теперь принадлежащая UGS PLM Solutions (EDS)), SolidWorks одноименной компании (в настоящее время — подразделение Dassault Systemes), а также Inventor и Mechanical Desktop корпорации Autodesk. Это далеко не полный перечень средних САПР. Их популярность среди пользователей постоянно растет, и благодаря этому данная область очень динамично развивается. В результате по функциональным возможностям средний класс постепенно догоняет своих более дорогостоящих конкурентов. Однако далеко не всем пользователям требуется такое разнообразие функций. Тем, кто в основном работает с двумерными чертежами, прекрасно подойдет система легкого класса, которая стоит в несколько раз дешевле.
- Легкие. Программы легкой категории служат для простого двумерного черчения, поэтому их обычно называют электронной чертежной доской. И хотя к настоящему времени “легковесы” обрели и некоторые трехмерные возможности. На рис. 1 приведен список наиболее распространенных САПР этого класса.
По другой классификации САПР делятся на САПР общего назначения и проблемно-ориентированные САПР, реализованные, как правило, на базе САПР общего назначения.
Например, на базе САПР общего назначения AutoCad построены следующие проблемно-ориентированные САПР:
• AutoCAD Architecture 2009 –решение задач архитектурного проектирования и выпуска рабочей документации из программ на платформе AutoCAD;
• AutoCAD MEP 2009 – это решение для проектирования инженерных систем зданий (механических, электрических и санитарно-технических) на платформе AutoCAD.
Средства решения задачи параметризации САПР перечисленных классов имеют много общего, разнясь в тонкостях реализации. Рассмотрим типичные методы решения задач параметризации на примере ее выполнения в системе T-flex. В основе любой параметрической модели лежат, во-первых, ограничения и взаимосвязи, налагаемые на ее элементы, а во-вторых, возможность и удобство задания параметров (переменных) модели. Рассмотрим более подробно, как реализованы оба этих подхода в системе T-FLEX CAD. Параметрическая модель T-FLEX состоит из двух частей — элементов построения и элементов изображения. Первые непосредственно задают параметрические связи и аналогичны тонким карандашным линиям, которые затем обводятся тушью (линиями изображения). Ко вторым относятся сами линии изображения T-FLEX, а также элементы оформления: размеры, надписи, шероховатости, штриховки и т.д. При задании ограничений и взаимосвязей конструктор использует широкий набор линий построения, предоставляемых системой. К тому же наряду с самыми простыми взаимосвязями (параллельные прямые, концентрические окружности) система позволяет создавать весьма сложные параметрические объекты, такие как эквидистанты к сплайнам, полилинии и линии, заданные с помощью явных формул, использующих различные математические функции. Одни элементы построения могут зависеть от других элементов построения. Так, прямая, перпендикулярная другой прямой и проходящая через узел, зависит от исходных прямой и узла. Элементы построения могут содержать и параметры (как, например, радиус окружности или угол наклона прямой). При изменении одного из элементов модели все зависящие от него элементы перестраиваются в соответствии со своими параметрами и способами их задания. Такой способ пересчета ассоциативной модели в зависимости от положения родительских элементов и параметров называется геометрической параметризацией. Данный подход имеет ряд преимуществ: разделение линий изображения и линий построения; обеспечение высокой скорости и надлежащего уровня надежности пересчета модели в процессе ее редактирования; возможность встраивать в процесс пересчета обращения к базам данных, прикладным модулям; возможность быстрого выявления причин возникновения ошибок пересчета; интуитивность и удобство задания ограничений.
Система СПРУТ – это проблемно-ориентированный САПР, который позволяет строить и модифицировать различного рода трубопроводы. Для представления и хранения моделей в СПРУТ используются способ хранения данных в виде S-выражений языка ЛИСП. В СПРУТ реализован процесс параметризации методом динамических недоопределенных вычислительных сетей. Этот метод заключается в том, что при изменении одного из значений ветки нашего трубопровода – начинается пересчет всех значений. То есть, если мы поменяем размер трубы в средине трубопровода, то соответственно изменится и размер трубы или размер узла, соединяющего эти трубы. А если изменится размер узла, то изменяется и следующая труба. Этот процесс идет до тех пор, пока система не стабилизируется. В принципе, процесс пересчета можно начинать из любой точки или места, но рекомендуется начинать его в начала или с конца. На рис. 2 приведен пример S-выражений языка ЛИСП, описывающих некоторый трубопровод. Имеются разделы: точек стыка (POINT), труб (TRUB’S), арматуры (ARM) и оборудования (OBR). Часть параметров трубопроводов может быть неопределенна (nil).
Можно заполнить nil определенными значениями, используя процесс параметризации. Можно выполнять параметризацию в процессе создания нового объекта, уточняя зависимые параметры. Недостаток метода динамических недоопределенных вычислительных сетей заключается в том что, nil – это неопределенное, но конкретное число. Более совершенные методы параметризации (метод интервальной арифметики и fuzzy logic) позволяют задавать интервал или список значений, что соответственно делает систему более гибкой и удобной. Задача предлагаемой работы состоит в реализации метода динамических недоопределенных вычислительных сетей, а так же внедрение и модификации работы с использованием более современных и улучшенных методов.
1. Корячко В.П. Теоретические основы САПР- М. Наука – 1987- 400с.
2. Интернет журнал «САПР и графика».
3. www.bentley.com сайт фирмы разработчика.