RU   EN
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Увага! На момент написання даного реферату магістерська робота не завершена. Передбачувана дата завершення - травень 2022 р. Повний текст роботи, а також матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Зміст

Вступ

CATIA набула широкого поширення в промисловості і використовується різними великими виробниками при проектуванні транспортних засобів, установок, машин.

Інновації в програмному забезпеченні САПР продовжують покращувати якість проектування за рахунок більшої точності та зменшення помилок проектування. Програмне забезпечення САПР також здатне вдосконалити технологію створення геометричних об'єктів за допомогою створення шаблонів.

1. Актуальність теми

При створенні моделей часто використовується стандартний набір тіл, в яких змінюються лише параметри, такі як довжина, ширина, висота, діаметр і т.д. для спрощення і скорочення часу проектування складних деталей доцільно створювати шаблони, що застосовуються для всіх або для частини створюваних моделей.

У зв'язку з цим розширення функціональних можливостей підсистеми геометричного проектування в САПР CATIA має покращувати роботу проектувальника за рахунок зменшення витраченого часу на створення геометричних об'єктів при проектуванні складних об'єктів і мати зручний користувальницький інтерфейс.

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Метою роботи є проектування і розробка програми, що моделює побудову простих геометричних об'єктів з використанням програмних шаблонів.

Основні завдання дослідження:

  1. аналіз можливих способів створення шаблонів в САПР CATIA;
  2. аналіз інструменти системи для автоматизації проектування;
  3. представлення загальні методи вирішення поставленого завдання;
  4. розробка структура шаблонів для синтезу геометричних об'єктів;
  5. обґрунтування вимоги до створюваної системи, а також до вхідних параметрів, що вводяться користувачем;
  6. опис алгоритму роботи програми;
  7. реалізація структури шаблонів для синтезу геометричних об'єктів;
  8. представлення організації логічного висновку;
  9. дослідження ефективності застосування технології шаблонів.

Об'єкт дослідження: реалізація надбудови над САПР CATIA.

Предмет дослідження: агрегація прикладних програмних інтерфейсів графіки та інтелектуальних методик проектування в САПР CATIA.

3. Огляд досліджень та розробок

3.1 Огляд міжнародних джерел

Katzenbach A., Bergholz W., Rolinger A. у своїй роботі Knowledge-based Design — An Integrated Approach [1] представляють методологічну концепцію (шаблони), яка стандартизує процес проектування та його подальші процеси. Також представлені та обговорені результати супутнього психологічного дослідження прийняття користувачами.

Gruber T. у своїй статті The role of common ontology in achieving sharable, reusable knowledge bases [2] представляє стратегію створення бібліотек загальних, повторно використовуваних знань, в яких загальні онтології відіграють центральну роль в якості конструкції зв'язку знань. А також виявляє проблеми при проектуванні спільно використовуваних онтологій.

В роботі авторів Harshadeep J., Pooja G., Shraddha S., Sonu M. Automated CAD Modelling of Mechanical Components [3] успішно продемонстровано, як геометричне моделювання САПР може бути повністю автоматизовано, зменшуючи ймовірність помилок та підвищуючи загальну ефективність процесу проектування.

3.2 Огляд національних джерел

В роботі «Інтеграція модуля комп'ютерної графіки в систему CATIА» Барладян Б.Х., Дерябин Н.Б., Шапиро Л.З. [4] розглядають два підходи до інтеграції системи синтезу реалістичних зображень і оптичного моделювання в Системи автоматизованого проектування. Запропоновано підхід, що забезпечує часткову автоматизацію цієї інтеграції.

Дубовик С.Е. и Сошников Д.В. [5] займаються використанням семантичних мереж, розширених деревами та / або для представлення структурно-динамічних знань в інтелектуальних системах. У цій їх статті пропонується модель подання структурно-динамічних знань за допомогою семантичних мереж, розширених деревами та/або. Подібна модель поєднує в єдиному графічному формалізмі структурно-статичні і динамічні знання і дозволяє визначити на запропонованому поданні уніфікований механізм логічного висновку.займаються використанням семантичних мереж, розширених деревами та / або для представлення структурно-динамічних знань в інтелектуальних системах. У цій їх статті пропонується модель подання структурно-динамічних знань за допомогою семантичних мереж, розширених деревами та/або. Подібна модель поєднує в єдиному графічному формалізмі структурно-статичні і динамічні знання і дозволяє визначити на запропонованому поданні уніфікований механізм логічного висновку.

3.3 Огляд локальних джерел

Тема інтелектуальних методик проектування в сучасних САПР цікавить магістрів Донецького національного технічного університету.

І.О. Зимонін займався дослідженням методів розробки графічних редакторів у CAD-системах на прикладі САПР [6]. У своїй роботі він проаналізував принципи створення, склад і структуру САПР, існуючі програмні продукти, виявив стратегію подальшої розробки оптимального комплексу методів побудови CAD-системи в САПР трубопроводів. А також виконав оцінку ефективності обраного комплексу та обґрунтування обраних методів і технологій розробки актуальної сучасної системи.

У магістерській роботі О.В. Малявки «Дослідження способів організації побудови інструментальної інтелектуальної оболонки для проектування складних об'єктів на базі експертних методик» [7] проведено аналіз існуючих інструментальних засобів побудови САПР, вдосконалено існуючі алгоритми. Здійснено оцінку їх ефективності та побудовано з їх допомогою інструментарій для автоматизації створення проблемно–орієнтованих САПР.

Також К.В. Ржевський займався схожим дослідженням. Тема його роботи:» Дослідження методів створення інтелектуальних надбудов над графічними редакторами на прикладі САПР-трубопроводів" [8].

В.А. Болотова займалася інструментальними засобами створення баз знань на основі системи онтологій [9]. А. а. Фоменко досліджував інструментальні засоби створення інтелектуальних САПР на основі семантичних продукцій, визначених над формальними граматиками [10].

4. Недоліки засобів графіки

Незважаючи на багатофункціональність і великий інструментарій для створення креслень, CAD CATIA все ж має свої недоліки.

Перш за все, це складний пошук необхідного інструменту для створення об'єктів в ескізі. Це пов'язано з тим, що всі панелі інструментів в програмі не можуть бути одночасно розміщені у вікні роботи з програмою.

Оновлення існуючого ескізу може доставити труднощі. Наприклад, ви повинні перепризначити всі радіуси, навіть якщо вони трохи зрушилися.

У CATIA реалізовані складні операції для роботи з мишею. Наприклад, збільшення розмірів креслення на екрані недоступно за допомогою прокрутки коліщатка миші. Обертання об'єктів проводиться натисканням миші на певну область.

Варто відзначити, що в CATIA Неможливий імпорт моделей інших типів, створених в інших програмах. Причому при імпорті об'єктів того ж типу в CATIA доступні не всі функції для роботи з такими об'єктами, а лише частина з них [11].

5. Інструменти САПР для автоматизації проектування

Для автоматизації проектування в САПР CATIA використовують як мовні засоби, які взаємодіють з системою і можуть доповнювати її, так і вбудовані інструменти системи. Вони здатні полегшити роботу проектувальника при роботі з ескізами в САПР.

Розглянемо мови програмування, що використовуються для автоматизації проектування в САПР CATIA.

CAD CATIA V5, що працює на Windows, можна автоматизувати за допомогою будь-якої програми, яка може підключатися до компонентної об'єктної моделі Windows (COM), включаючи VBA (Excel, Word, CATIA тощо), VBScript, JavaScript, Visual Basic 6.0, Microsoft Developers Studio.NET та інші. Для CATIA V5, що працює на UNIX, емулятори дозволяють запускати сценарії VBScripts без інструментів для створення інтерфейсу.

Додатки для CATIA можна писати у вигляді:

1) макросів *.catvba, скриптів *.CATScript;

2) автономних додатків, скомпільованих в *.exe-файл;

3) у вигляді додатків, плагінів, використовуючи CAA-RADE - на С++.

5.1 API в CATIA

Для створення автономних додатків можна використовувати будь-яку мову програмування, наприклад, VB6, C#, Delphi. При цьому взаємодія з CATIA відбувається як з COM-об'єктом, і для цього використовуються можливості API.

API-це набір визначень та протоколів для створення та інтеграції прикладного програмного забезпечення. API означає інтерфейс прикладного програмування.

API використовується в САПР для:

1) автоматизації креслень;

2) спрощення створення і редагування креслень.

API дає можливість повністю контролювати вихідний код, оперативно виправляти помилки і нарощувати функціонал. Це в своїх системах використовують розробники CATIA, NX, Creo Elements/Pro, Solid Edge, Autodesk Inventor, think3, КОМПАС-3D.

Нова розробка, що отримала кодове ім'я CNext, в 1998 році стала відомою всьому світу під назвою CATIA V5. Вона має відкриту архітектуру-в неї можна вставити власні напрацювання і програми (наприклад, тепловий розрахунок і т. д.), функції, необхідні для розширення можливостей спеціалізованих модулів [12].

Використання програмування на мовах VB CATIA, Java, C++, VBA, Basic Script дозволяє автоматизувати весь процес проектування. API для CATIA називається " CAA " - скорочення від component Application Architecture. Цей API написаний на C ++. CATIA має інші API, засновані на Microsoft Visual Basic та Java, але вони не такі повнофункціональні та не такі гнучкі, як API CAA C++. Замість застарілого Fortran в якості мови програмування був обраний С++, а геометричне ядро нової системи отримало назву CGM – CNext/CATIA Geometric Modeler [13]. Особливості роботи з інтерфейсом прикладного програмування прописуються в технічній документації. Тут же вказується, які значення необхідно подавати на вхід конкретної функції, щоб отримати на її виході коректні значення, згідно призначенню даної функції.

Таким чином, API дозволяє абстрагуватися від реалізації окремих програмних блоків при розробці додатків. Найбільш явно ця концепція розкривається на прикладі чорного ящика (рисунок 1).

Чорний ящик

Рисунок 1 – «Чорний ящик»

Фізично API-функції представляються у вигляді окремого програмного модуля, який динамічно підключається ззовні до основного проекту у форматі DLL-бібліотеки [14].

5.2 Макроси

Якщо завдання необхідно виконувати неодноразово, можна скористатися макросом для автоматизації завдання. Макрос-це набір функцій, написаних мовою сценаріїв, які групуються в одну команду для автоматичного виконання запитуваного завдання. Макроси використовують програмування, але для їх використання не потрібно бути програмістом або мати знання з програмування. Макроси використовуються для економії часу та зменшення ймовірності людських помилок шляхом автоматизації повторюваних процесів, стандартизації, підвищення ефективності, розширення можливостей CATIA та оптимізації завдань.

Усі мови сценаріїв (VBScript, CATScript та VBA) взаємодіють з CATIA через динамічно пов'язані бібліотеки (DLL). Файл DLL-це тип файлу, який містить інструкції, які можуть викликати інші програми для виконання певних дій. Таким чином, кілька програм можуть спільно використовувати можливості, запрограмовані в одному файлі, і навіть робити це одночасно. На відміну від виконуваних програм, таких як програми з розширенням EXE, файли DLL не можна запускати безпосередньо, натомість їх повинен викликати інший вже запущений код.

CATIA зберігає макроси в бібліотеках макросів. Їх можна зберігати в одному з трьох місць: у папках (макроси VBScript та CATScript), у файлах проекту або в документах, таких як CATParts, CATProducts та CATDrawings. CATIA дозволяє одночасно використовувати лише одну бібліотеку макросів [15].

CATIA дозволяє використовувати кілька різних мов сценаріїв для написання макросів. Взагалі кажучи, мови сценаріїв легше і швидше кодувати, ніж структуровані, скомпільовані мови, такі як C, але вони трохи повільніші, ніж скомпільовані мови. Але, природно, швидкість не є проблемою, оскільки макроси зазвичай використовують лише кілька рядків коду.

VBScript-це підмножина мови програмування Visual Basic (VBA). Усі елементи VBScript присутні у VBA, але деякі елементи VBA не реалізовані у VBScript. Мови сценаріїв легше та швидше кодувати, ніж більш структуровані, скомпільовані мови, такі як C + та C ++. Код, специфічний для CATIA, зберігається, як файл .CATScript.

CATScript - це портативна версія VBScript, розроблена Dassault Systemes. CATScript дуже схожий на VBScript. Це послідовна мова сценаріїв без графічного інтерфейсу, яку можна написати за допомогою простих програм. Він має ті ж переваги та недоліки, що і VBScript.

Visual Basic підмножина Visual Basic. Visual Basic для додатків, скорочено VBA, - це мова сценаріїв, яка вбудована в окрему програму Microsoft, таку як Excel або Access. Використовуючи VBA, можна створювати макроси або невеликі програми, які виконують завдання в додатку Microsoft. VBA має власний редактор, налагоджувач та переглядач довідкових об'єктів. Усі версії CATIA після V5R8 підтримують макроси, розроблені за допомогою VBA [16].

6. Шаблони в мовах програмування

Інженерні шаблони, засновані на знаннях, - це «інтелектуальні» моделі або функції, які можуть зберігати дизайнерські задуми і знання про створення продукту. Потім вони можуть відновити знання, адаптуючи їх до контекстів дизайну, тобто середовищ, в яких шаблон використовується, наприклад, модель збірки автомобіля або модель крила літака.

Шаблони-це параметричні моделі, створені за допомогою елементів KBE, таких як формули, правила та автоматизація. Елементи KBE дозволяють змінювати вміст шаблону (наприклад, конфігурацію або геометрію) відповідно до заданих вхідних даних.

Процес виклику шаблону KBE в конкретному контексті називається "створення екземпляра" і призводить до створення копії шаблону, який буде поміщений в заданий контекст. Ця копія називається "екземпляр". Відповідно до вхідних даних, екземпляр буде налаштований відповідно до конкретного контексту. Екземпляри мають окремий життєвий цикл, а це означає, що будь-які зміни, внесені до визначення шаблону, не змінять його існуючі екземпляри [17].

Системи САПР за способом організації діалогу з користувачем з використанням [15]:

Життєвий цикл шаблону-це ітеративний процес. Перед розгортанням шаблону для кінцевих користувачів він повинен бути розроблений на основі вимог, протестований і розгорнутий з необхідними документами (документація, таблиці конфігурації, супутні CAD-моделі і т.д.). Після розгортання шаблони підтримуються і оновлюються для виправлення можливі помилки або додавання нових функцій [18].

Схема життєвого циклу шаблону представлена на малюнку 2.

Життєвий цикл шаблону

Рисунок 2 – Життєвий цикл шаблону
(анімація: 13 кадрів, 14 кілобайт)

Основними драйверами практично всіх патернів в автоматизації проектування є такі фактори: надійність, зрозумілість, гнучкість, підтримуваність, стабільність і ін.

Таким чином, чим краще створений шаблон дизайну, тим довше триває його життєвий цикл.

Висновок

У ході даної роботи проведено аналіз інструментів системи для автоматизації проектування і можливих способів створення шаблонів в САПР CATIA і аналіз інструментів системи для автоматизації проектування.

За результатами дослідження можна зробити висновок, що тема магістерської дисертації є актуальною і мало вивченою, тому ця область є перспективним напрямком для досліджень і розробок.

Автоматизація процесу проектування є актуальним завданням, оскільки дозволяє істотно скоротити час розробки кінцевого продукту.

Список джерел

  1. Katzenbach A., Bergholz W., Rolinger A.: Knowledge-based design – an integrated approach, in: S.B. Heidelberg (Ed.), The Future of Product Development, 2007, pp. 13-22.
  2. Gruber T. “The Role of Common Ontology in Achieving Sharable, Reusable Knowledge Bases.” KR, 1991.
  3. Harshadeep J., Pooja G., Shraddha S., Sonu M. (2017). Automated CAD Modelling of Mechanical Components. 10.2991/iccasp-16.2017.37.
  4. Барладян Б.Х., Дерябин Н.Б., Шапиро Л.З. Интеграция модуля компьютерной графики в систему CATIA // Новые информационные технологии в автоматизированных системах. 2013. №16.
  5. Дубовик С.Е., Сошников Д.В. Использование семантических сетей, расширенных деревьями И/ИЛИ для представления структурно-динамических знаний в интеллектуальных системах [Электронный ресурс] // Сборник научных трудов МАИ — Режим доступа: Ссылка.
  6. Исследование методов разработки графических редакторов в CAD-системах на примере САПР трубопроводов [Электронный ресурс] // Портал магистров ДонНТУ. — Режим доступа: Ссылка.
  7. Исследование способов организации построения инструментальной интеллектуальной оболочки для проектирования сложных объектов на базе экспертных методик [Электронный ресурс] // Портал магистров ДонНТУ. — Режим доступа: Ссылка.
  8. Исследования методов создания интелектуальных надстроек над графическими редакторами на примере САПР-трубопроводов [Электронный ресурс] // Портал магистров ДонНТУ. — Режим доступа: Ссылка.
  9. Инструментальные средства создания баз знаний на основе системы онтологий [Электронный ресурс] // Портал магистров ДонНТУ. — Режим доступа: Ссылка.
  10. Инструментальные средства создания интеллектуальных САПР на основе семантических продукций, определенных над формальными грамматиками [Электронный ресурс] // Портал магистров ДонНТУ. — Режим доступа: Ссылка.
  11. Бондаренко Е.С. Исследование API САПР CATIA V5 и перспективы развития создания приложений в ней [Электронный ресурс] / Е.С. Бондаренко, А.В. Григорьев // Материалы студенческой секции X Международной научно-технической конференции «Информатика, управляющие системы, математическое и компьютерное моделирование» (ИУСМКМ - 2019). – Донецк: ДОННТУ, 2019. –с. 105-109.
  12. Зитен Д. Программирование макросов CATIA V5 с помощью скрипта Visual Basic, McGraw-Hill, 2013.
  13. Ledermann C., Hanske C., Wenzel J., Ermanni P., Kelm R. ”Associative parametric CAE methods in the aircraft pre-design”, Journal of Aerospace Science and Technology, Vol. 9, Issue 7, October 2005, pp. 641-651, Elsevier.
  14. Басов К.А. CATIA V5. Геометрическое моделирование. – М.: ДМК Пресс, 2008. – 272 с., ил. (Серия «Проектирование»).
  15. Ходосов В.В. Основы создания деталей в САПР CATIA V5: учебное пособие / В.В. Ходосов; Балт. гос. техн. ун-т. – СПб., 2019. – 66 с.
  16. Koh J. CATIA V5 Design Fundamentals A Step by Step Guide. – ONSIA.
  17. Малюх В.Н. Введение в современные САПР, М.: ДМК Пресс, 2010.
  18. Harris T. CATIA V5 R12. 2004.