Компьютерные технологии проектирования

Компьютерные технологии проектирования

 

КУРС ЛЕКЦИЙ

 

направлений 05100014.62

14040007.62

26080003.62

15070005.62

19070009.62

27080001.62

 

 

 

Невинномысск

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ.. 2

1. ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ЧЕРТЕЖНО-ГРАФИЧЕСКИХ РАБОТ.. 3

1.1.Чертеж и его история. 3

1.2 Машинная графика. 4

1.3 Вычислительная техника в графических работах. 4

1.4 Классификация средств механизации и автоматизации чертежно-графических работ. 4

Контрольные вопросы.. 7

2. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТОРСКОЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ. 7

2.1. Организация производства и системы автоматизированного проектирования. 7

2.2 Технические средства САПР. 11

Контрольные вопросы.. 16

Контрольные вопросы.. 17

3. ОБЗОР ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ САD/CAM СИСТЕМ... 23

3.1 Универсальные системы.. 24

3.2 Основные требования к прикладному программному продукту учебного назначения. 30

Контрольные вопросы.. 31

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Предмет технической графики на ПЭВМ как часть компьютерной графики возник в связи с интенсивным в последние десятилетия развитием вычислительной техники и все более широким использованием ее в промышленном производстве товаров. В настоящее время он стал естественным продолжением курса традиционной технической графики.

Современная организация производства, новая техника, ускоренный технический прогресс требуют глубоких и разносторонних знаний, высокой производственной квалификации рабочих.

Каждый рабочий должен творчески относиться к любой порученной работе. Творческий подход к созданию и чтению технической документации должен сопровождаться анализом технологичности формы изделия, изысканием оптимальной заготовки и наилучшего варианта последовательности всех действий, необходимых для превращения заготовки в готовую деталь. В более полной мере этого можно достичь, основываясь на знаниях, приобретенных при создании конструкторской и технологической документации в режиме диалога с ПЭВМ.

Выпуск чертежей и другой технической документации значительно ускорился, благодаря применению большого количества условностей и упрощений, установленных государственными стандартами, однако разработка и оформление конструкторской документации традиционными способами, даже с применением средств механизации чертежно-графических работ - процесс достаточно трудоемкий, иногда связанный с выполнением рутинной, нетворческой работы, поддающейся в значительной мере автоматизации.

Современный уровень программных и технических средств электронной вычислительной техники позволил перейти от традиционных, ручных методов конструирования и проектирования к новым информационным технологиям с использованием ЭВМ, создавать системы автоматизации разработки и выполнения конструкторской документации, удовлетворяющие стандартам ЕСКД как по качеству исполнения документов, так и по соблюдению требований стандартов.

В диалоге с ЭВМ могут быть созданы чертежи и схемы как с использованием графических элементов таких, как точка, отрезок, окружность и т.п., так и отдельных фрагментов ранее созданных чертежей, графических изображений стандартных крепежных деталей, типовых и унифицированных конструкций, их частей и т.п. При этом, также могут быть сформированы библиотеки групповых чертежей деталей, изображения которых заданы параметрически. Изменяя значение геометрического параметра, можно изменить геометрическую форму и размеры модели детали, обеспечивая многовариантность ее изображения.

Другая форма автоматизации деятельности конструктора заключается в создании трехмерных геометрических моделей проектируемых изделий. Используя такие модели, конструктор проводит прочностные и кинематические расчеты, прорабатывает вопросы компоновки и сборки изделий, технологические аспекты изготовления деталей и т.д.

Наиболее рациональное и эффективное использование ЭВМ для создания, хранения и обработки информации возможно в режиме ее диалога с человеком (т.н. пользователем), когда геометрическое изображение используется многократно или в различных вариациях, а формирование текстовых документов происходит автоматически. Например, с помощью вычислительной техники значительно облегчается оформление конструкторских документов, насыщенных изображениями стандартных, типовых, унифицированных частей (электрических и других принципиальных, функциональных схем; печатных плат, модулей, приборов, электронных блоков, стоек, шкафов, пультов и т.д.); модернизация существующих конструкций (частичное изменение, а не создание принципиально нового); разработка текстовых документов (спецификаций, перечней элементов и др.). На ЭВМ могут быть решены различные геометрические задачи: определение габаритных размеров конструкций, их площадей и об`емов, условий взаимного расположения и др.

Для реализации вышеперечисленных возможностей необходимы технические, программные, информационные средства, обеспечивающие ввод, вывод графической информации, ее хранение в ЭВМ; средства моделирования геометрических объектов и их редактирования и т.д.

Будущие высоквалифицированные рабочие должны их знать как средства постоянно развивающиеся, необходимые для использования с современном промышленном производстве.

Учебное пособие поможет учащимся ПТУ решать задачи получения различных графических изображений и текстов при разработке ими конструкторской и технологической документации автоматизированными методами.

 

ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ЧЕРТЕЖНО-ГРАФИЧЕСКИХ РАБОТ

Чертеж и его история

С незапамятных времен люди пытались передать информацию об окружающем мире с помощью графических изображений. Ещё когда они жили в пещерах, охотились на мамонтов с каменными топорами и добывали огонь трением (то есть задолго до того, как научились писать), люди начали рисовать. Эти ранние формы графики представляли собой своеобразный учебник жизни.

Многие тысячелетия прошли с тех пор. Появились письменность и книгопечатание, человек овладел энергией атомного ядра и вышел в космическое пространство.

Всё или почти всё, что создано человеком и окружает нас, - дома, в которых мы живём, электролампочки, освещающие наши комнаты и улицы, одежда, которую мы носим, и даже ложки, которыми мы едим, - создавалось по заранее разработанным чертежам.

Производственный чертёж, зародившийся в глубокой древности, за многие сотни лет своего существования претерпел и продолжает претерпевать глубокие качественные изменения. От получертежей полурисунков, передававших геометрические формы предметов лишь весьма приблизительно, люди постепенно перешли к составлению чертежей, отражающих форму изображённых на них объектов с большой точностью.

При разработке различных видов изделий большая часть времени и труда уходит на выполнение графических работ. Ручное выполнение чертежей - процесс медленный и трудоемкий. Ускоряют графические операции различные чертёжные инструменты, приспособления и приборы: линейка, треугольник, рейсшина, транспортир, эллипсограф, кульман и другие. Ускоряют процесс черчения и применением трафаретов - тонких прозрачных пластин с отверстиями различной конфигурации, например: окружностей и дуг, эллипсов, шестиугольников для вычерчивания гаек, параллелограммов и прямоугольников для разметки надписей, условных знаков для электрических схем и так далее.

Однако производительность труда конструкторов-чертёжников за последние 100 лет в области чертёжно-графических работ увеличилась всего лишь в полтора раза, хотя в металлообрабатывающей промышленности за то же время она повысилась почти в 15 раз. Большой объём создания новых видов техники и технологической оснастки требует значительного увеличения производительности труда при выполнении чертежно-графических работ. В последнее время разработаны методы, приспособления и целые комплексы, включающие в себя вычислительные машины, позволяющие механизировать и автоматизировать выполнение чертежей.

Машинная графика

Еще десятилетие назад машинная графика и родственная ей машинная (вычислительная) геометрия считались частью системного программирования для ЭВМ. Сейчас это уже вполне самостоятельные, со своими проблемами и спецификой области деятельности. Это - и новые эффективные средства для проектировщиков, конструкторов и исследователей; это - программные системы и машинные языки. Машинная графика и геометрия представлены сейчас целым рядом направлений и разнообразными применениями. Некоторые из них отталкиваются от задачи автоматизации вычерчивания технической документации, другие - от проблем оперативного взаимодействия человека и машины, от задач численной обработки, расшифровки и передачи изображений и т.д. Свои подходы к машинной графике у геодезистов и картографов, у специалистов по космической связи и конструкторов электронной аппаратуры и космичеких летательных аппаратов, у полиграфистов и астрономов, у кинематографистов и разработчиков "Компьютерных игр".

Чертежные приборы.

В конце девятнадцатого и начале двадцатого столетия инженеры и техники начали проявлять повышенный интерес к инструментам и приборам, ускоряющим процесс черчения. Уже в то время были созданы и использовались готовальни, рейсшины, пантографные чертёжные приборы и т.д. Эти приборы и методика выполнения чертежей до 50-х годов нашего столетия совершенствовались и изменялись сравнительно мало. Чертёжные приборы представляют собой механические системы и обладают большой надежностью в работе. Но они лишь частично механизируют ручной труд при черчении, поэтому чертёжная работа остаётся пока очень трудоёмкой и малопроизводительной.

Вычислительные машины.

Примерно четыре десятилетия назад аббревиатура "ЭВМ" была известна лишь узкому кругу специалистов. Однако за короткое время успели появиться на свет несколько поколений электронных машин, на каждое из которых уходило примерно десять лет. Сегодня ЭВМ стали обычным каждодневным явлением даже в школах и детских садах.

Каждое новое поколение электронных вычислительных машин качественно отличалось от предыдущего своими физико-технологическими принципами.

ЭВМ первого поколения - это ламповые гиганты, вобравшие в себя все премудрости электроники сороковых и начала пятидесятых годов двадцатого века. Быстродействие машин первого поколения составляло десятки тысяч арифметических действий в секунду, оперативная память - 1000...10000 бит. Набор средств ввода-вывода информации был очень беден.

В машинах второго поколения основную роль играют полупроводники. Повысились надежность и быстродействие. Значительно уменьшились и габариты. Переход на полупроводники дал возможность программирования на так называемых алгоритмических языках. ЭВМ вторго поколения имели более совершенную систему ввода- вывода информации, появились бысродействующие читающие устройства, алфавитно-цифровые печатающие устройства и графопостроители. Все это дало возможность менять форму выдачи результатов: печатать в виде таблиц и готовых графиков.

Элементной базой машин третьего поколения стали интегральные схемы: несколько транзисторов и диодов размещались на одном кристалле полупроводника площадью всего в несколько квадратных миллиметров. Значительное уменьшение габаритов дало возможность увеличить быстродействие ЭВМ до десяти и более миллионов операций в секунду а емкость оперативной памяти до ста миллионов бит.

Основным отличием машин третьего поколения явилось то, что они научились не только считать, но и работать с буквенно-цифровой информацией, то есть перерабатывать не только числа, но и слова.

Изменился состав периферийных устройств ввода-вывода информации. Появились устройства знако-цифрового и графического отображения данных на электронно-лучевых трубках, устройства связи пользователей ЭВМ по телефонно-телеграфным линиям, графопостроители.

Чтобы получить изображение с помощью графопостроителя информацию о чертеже представляли в виде математических соотношений между размерами детали, позволяющими определить координаты всех опорных точек, ограничивающих элементарные участки изображения. Информацию о чертеже вводили в ЭВМ с помощью расчетной и графической программ, составленных на одном из алгоритмических языков программирования (например, ФОРТРАН) с использованием подпрограмм какого-либо графического языка (например, ГРАФОР). Расчетная и графическая программы обрабатывались на ЭВМ и на выходе получали команды управления чертежным автоматом, записанные на перфокарты (перфоленту) или магнитную ленту, либо передаваемые на чертежный автомат (графопостроитель) по каналу связи с ЭВМ.

На первый взгляд элементная база машин четвертого поколения осталась прежней - интегральные схемы, но значительно повысилась степень интеграции электронных схем, появились большие интегральные схемы.

Современные ЭВМ по своему быстродействию делятся на несколько классов.

Супер-ЭВМ - самые большие, сложные и дорогие машины, способные выполнять до десяти миллионов операций в секунду - предназначены для решения сверхсложных научно-технических задач ядерной физики и энергетики, аэродинамики и космической баллистики, планирования и управления экономикой и производством.

Габариты мини-ЭВМ вместе с устройствами ввода-вывода и внешней памяти не больше размеров обычного письменного стола. Быстродействие порядка сотен тысяч операций в секунду. Это машины массового применения, широко распространенные в науке и технике.

Широкое применение в технологическом оснащении производства различных видов изделий нашли микро-ЭВМ, главным преимуществом которых являются: малые габариты, небольшая протребляемая мощность и более низкая материалоемкость и стоимость.

В начале 80-х годов появляются первые сообщения о персональных ЭВМ. Начать работу с этим компьютером может практически любой человек, даже не имеющий никакой компьютерной подготовки, так как структура математического обеспечения такова, что обращаться с ним также просто как с телевизором и пишущей машинкой.

В настоящее время на рынке ПЭВМ преобладают три вида компьютеров: IBM PC AT; ПЭВМ, совместимые с вычислительными машинами фирмы IBM; машины фирмы Apple Computer семейства Mac II.

Персональные компьютеры способны на экране дисплея, работающего в растровом режиме, давать не только буквенно-цифровую информацию, но и графические изображения. В качестве дополнительного оборудования к ним могут быть предложены джойстик, "мышь", световое перо для ввода информации и графопостроитель, принтер или плоттер для получения чертежей и других видов изображений.

Эти компьютеры очень удобны для организации учебного процесса по черчению и начертательной геометрии не только в вузах и техникумах, но и в профессионально-технических училищах и даже в школах.

Контрольные вопросы

1. Через сколько поколений прошло развитие ЭВМ? Чем каждое новое поколение ЭВМ отличается от предыдущего?

2. На какой элементной базе были созданы ЭВМ первого поколения?

3. Сравнить быстродействие ЭВМ первого и второго поколения.

4. Как называются электронные устройства, составляющие основу элементной базы ЭВМ третьего поколения?

5. Чем отличаются автоматические чертежные машины от чертежных и преобразующих приборов?

6. На основе каких приборов были созданы первые графопостроители?

7. Назовите преобразующие чертежные приборы.

8. На какие виды делятся преобразующие приборы?

9. На какие группы, классы и виды подразделяются средства для выполнения чертежно-графических работ?

10.Какие графические элементы можно изображать с помощью трафаретов?

11.Для проведения какого типа линий предназначены лекала?

 

Что такое САПР?

Известно, что аббревиатуру САПР, являющуюся смысловым эквивалентом английского CAD (сокращенное английского Computer Aided Design) впервые использовал основоположник этого научного направления Айвен Сазерленд в своих лекциях прочитанных в Массачусетском технологическом институте в начале 60-х годов.

САПР означает проектирование с помощью ЭВМ. Человеку в этом процессе отводится активная роль. САПР как система включает в себя технические средства, системное программное обеспечение, прикладное программное обеспечение проектировщика.

К техническим средствам САПР относятся ЭВМ с внешними устройствами. Производительность ЭВМ, ее архитектура, связаны с другими ЭВМ, количество и номенклатура внешних устройств определяют техническую производительность САПР.

Системное программное обеспечение управляет организацией вычислительного процесса на ЭВМ и обменом данными между различными устройствами и должно в первую очередь удовлетворять требованиям организации режима диалоговой обработкой информации.

Эффективность САПР в значительной мере определяется возможностями прикладного программного обеспечения, под которой обычно понимают набор программ, реализующих решение на ЭВМ конкретных задач проектирования.

Анализ использования систем автоматизированного проектирования показывает, что в них преобладают задачи создания объемных и плоских геометрических моделей, изготовления рабочей конструкторской документации, выполнения инженер расчетов и оформления документов технологической подготовки производства.

Удобство САПР в значительной мере определяется видом связи с проектировщиком. Наиболее эффективный вид связи - графический диалог, который обеспечивает большую наглядность при передаче информации и позволяет оптимально разграничение функции между человеком и ЭВМ при одновременном улучшении качества принимаемых человеком решений.

Гибкость САПР с точки зрения расширения возможностей ее использования может быть увеличена, если программ обеспечение является универсальным и открытым.

Существуют так называемые локальные САПР, ориентированные на решение конкретных задач, например, только изготовление конструкторской документации. Они часто используются в производственной практике на начальной ста внедрения САПР и могут быть реализованы в виде системы автоматизации разработки и выполнения конструкторской документации со структурой и принципами построения, аналогичными интегрированной САПР.

В интегрированной системе объединяются подсистемы конструирования, геометрического моделирования, разработки технологии изготовления проектируемых изделий. Современный конструктор по предварительно выполненным проектным расчетам создает геометрическую модель будущего изделия, содержащую функциональную и вспомогательную информацию о геометрии. Информацию о геометрических характеристиках он использует как для получения графического изображения, так и расчета различных характеристик объекта и технологических параметров его изготовления. Таким образом геометрическое моделирование является фундаментом автоматизированного конструирования и технологической подготовки производства. Разработка технологии изготовления проектируемых изделий превращает эту информацию в готовое изделие.

Технические средства САПР

САПР с целом, как уже ранее отмечалось, состоит из компонентов технических средств и программного обеспечен Управление САПР в конечном счете осуществляет центральная ЭВМ (сервер), которая является главным элементом компьютерной сети и частью ее технического обеспечения. На рис.2.4 показана типичная САПР. Составными част технического обеспечения любой САПР являются сервер, несколько персональных электронно-вычислительных машин (ПЭВМ периферийные устройства.

Центральная ЭВМ.

Работа центрального процессора (см. рис.2.4) обычно поддерживается менее мощными процессорами каждой ПЭВМ. В составе сервера обычно имеются три основных элемента:

- устройство управления, которое переводит каждую компьютерную инструкцию в корректную последовательно интерпретирует инструкции и передает соответствующие сигналы, которые активизируют другие части компьютера;

 

- арифметико-логическое устройство (процессор), которое обрабатывает элементарные операции сложения и вычитания являющиеся основой всех математических операций, выполняемых компьютером;

- оперативное запоминающее устройство, в которое помещаются программы и данные по мере их использования. постоянного хранения информации и повышения объема памяти используется память периферийных устройств, таких, дисководы и магнитофоны.

Персональные ЭВМ.

Обычно в состав ПЭВМ входят: системный блок; дисплей, на экран которого выводится информация в виде графических изображений и текстов; клавиатура; устройства управлением курсором. Системный блок ПЭВМ конструктивно включает в себя материнскую плату, определяющую тип и производительность ПЭВМ в целом, на которой установлены процессор и сопроцессор устройства оперативной памяти; устройство для хранения больших объемов программного обеспечения и текущих дан (жесткий диск или винчестер), устройства для считывания информации с гибких дисков (дисководы), устройство, обеспечивающее работу дисплея (видеокарта) и др.

В ранних разработках САПР упор делался на центральный (главный) компьютер в сети, который предоставлял огромную память и обеспечивал возможности графических команд. Периферийные ПЭВМ тогда фактически были просто "молчаливы (неинтеллектуальными) терминалами с небольшими (если они имелись) средствами процессирования. С появлением растровых ЭЛТ и благодаря непрерывному развитию графических средств начали использоваться "интеллектуальные" ПЭВМ со своими собственными локальными процессорами.

Процессор представляет собой компьютер внутри каждой ПЭВМ, который помогает процессору сервера повысить скоро формирования графических изображений, используя при этом его память. Такие сложные средства, как трехмерное моделирование, существенно нуждаются в большой памяти сервера. Эти средства становятся все более популярными.

Дисплеи.

Графическая и текстовая информация САПР может быть отображена на экране устройства, называемого дисплеем, кото является электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ).

ЭЛТ - это вакуумированная стеклянная трубка, в которой имеется элекронная пушка, испускающая пучок электронов в экране люминофорным покрытием, в результате чего на экране появляется светящийся след. Поскольку люминофор в обычных труб сохраняет свечение лишь в течение нескольких милисекунд, изображение необходимо все время возобновлять (30,50,60 ра секунду). Это называется регенерацией. При выводе сложных изображений частота регенерации может снижаться; если снижение существенно, то возникает неприятное мигание экрана.

За последние 30 лет было разработано несколько типов ЭЛТ. Наиболее известные из них следующие:

- запоминающая трубка с непосредственным воспроизведением информации (ЗЭЛТ);

- ЭЛТ с векторной регенерацией (возобновлением) изображения;

- ЭЛТ с растровой регенерацией изображения.

Как ЗЭЛТ, так и дисплеи с векторной регенерацией работают по принципу создания на экране образов из отрезков прямых между двумя фиксированными точками (векторов). Кривые линии строятся из коротких отрезков прямых.

В начале своего развития большинство САПР были оборудованы дисплеями с ЗЭЛТ. Основной принцип работы ЗЭЛТ состоит в том, что графическая информация посылается только на экран и постоянно высвечивается.

Кроме стандартной электронно-лучевой пушки и системы отклонения для локализации пучка на экране ЗЭЛТ содержит та лавинные пушки, располагаемые между главной электронной пушкой и экраном.

Лавинные пушки непрерывно бомбардируют экран электронами, которые не обладают достаточной интенсивностью, что создать какой бы то ни было графический образ. Когда главный пучек электронов ударяется в экран, лавинные электр притягиваются к области, где должен появиться образ, и в результате дают "свечение" изображения, которое сохраняется до пор, пока главный пучок не переместится в другое место. На рис.2.5. показана упрощенная схема функционирования ЗЭЛТ.

Графические дисплеи с ЗЭЛТ привлекательны высоким качеством изображения линий. Однако удаление любого элемента чертеже возможно лишь путем управления лавинными пушками, что автоматически ведет к стиранию всего изображения. Та образом, невозможность удаления или редактирования части чертежа является существенным недостатком работы с изображен в системе ЗЭЛТ.

Другое неудобство ЗЭЛТ заключается в том, что изображение на экране недостаточно яркое для эффективной работы с ним дневном свете. Поэтому дисплеи с ЗЭЛТ должны устанавливаться в затемненном помещении или снабжаться козырьком.

Работа с цветными изображениями тоже не всегда возможна на ЗЭЛТ. Это ограничение может оказаться существенным особе при проектировании размещений предметов в пространстве. На ЗЭЛТ также весьма трудно обеспечить синтез (объединен подвижных изображений, который представляет собой мощное средство моделирования траектории движения инструмент динамического анализа механизмов. Наконец, так как ЗЭЛТ является векторной ЭЛТ, на ее экране нельзя эффективно вычерчивает заштрихованные (закрашенные) области чертежа.

Эти ограничения привели к решительному отказу от использования ЗЭЛТ в современных САПР. Дисплей с векторной регенерацией (возобновлением) изображения разработан с целью устранения большинства недостатков ЗЭ при сохранении концепции изображения вектора, представляющего собой отрезок прямой линии между двумя точками. В отличии от ЗЭЛТ векторные ЭЛТ все время (с интервалом, равным долям секунды) под управлением центрального процессора обновляет изображение на экране. Иначе говоря, системы с регенерацией векторов имеют более простое устройство ЭЛТ: в ней нет лавин пушки и пучка электронов, непрерывно сканирующего (облучающего) экран. На рис.2.6 показана базовая ЭЛТ, которую мо использовать в системах как с векторной, так и с растровой регенерацией.

Регенерация позволяет устранить основной недостаток ЗЭЛТ, так как она предусматривает возможность быстрого удаления любого элемента изображения, причем исправленный чертеж сразу же высвечивается на следующем цикле регенерации экрана.

Дисплеи с векторной регенерацией изображения воспроизводят яркий и четкий образ, обладают высоким качеством лини большой скоростью черчения.

Основными недостатками ЭЛТ с векторной регенерацией являются их сравнительно высокая цена и мерцание изображения выводе на экран сложных чертежей, если время регенерации становится больше времени мигания глаз.

Растровая ЭЛТ (растровый дисплей), как и при векторной регенерации, непрерывно обновляет изображение на экране, но ме растра значительно отличается от векторного способом построения графического изображения на экране.

В известной мере катодная лучевая трубка в растровом дисплее представляет собой сильно усложненный вариант кинеск домашнего телевизора. В отличие от изображения, построенного векторным способом, когда графический элемент полнос определяется несколькими точками, растровое изображение состоит из тысяч светящихся точек, называемых пиксела Управление ими осуществлется электронным лучем, который последовательно пробегает весь экран. Луч всегда начинает двигат от верхнего левого угла экрана и независимо от того, какое изображение нужно нарисовать, добегает до правого ко горизонтальной строки пикселов, спускается на одну строку ниже, возвращается к ее левому краю и движется уже по этой но строке. Как только луч достигает правого нижнего угла экрана, изображение полностью построено. Затем эта процедура сн повторяется с левого верхнего угла, тем самым всякий раз регенерируя изображение. Каждый цикл регенерации длится около секунды.

Качество изображения зависит от разрешающей способности (разрешения) экрана, т.е. от числа пикселов, которое составляе 320х 240 пикселов (экраны с низкой разрешающей способностью) до более чем 1024х1024 пикселов (экраны с высо разрешением). Последовательность построения растрового изображения не зависит от порядка, в котором оно строил пользователем. Качество растрового изображения в общем случае хуже качества векторного изображения, потому что диапа пикселов не является непрерывным, а это проявляется в "ступенчатом" эффекте, который возникает при изображении как прям так и кривых линий. На рис. 2.7 сравнивается результирующий эффект получения изображения, выполненного векторны растровым методами.

Последовательность светящихся точек (пикселов) и их яркость должны быть вычислены в каждой регенерируемой строке; та образом, растровая система предъявляет высокие требования к емкости памяти. По этой причине работа растровых диспл контролируется достаточно мощной интеллектуальной ПЭВМ. Растровая графика сама по себе является довольно груб инструментарием, что создает проблемы при трехмерном моделировании и синтезе подвижных изображений.

В растровых дисплеях, также как и в векторных не возникает трудностей с удалением отдельных элементов изображения. Н отличие от векторного растровый дисплей свободен от мерцания, и по этому на нем легко получить закрашенные обла изображения. Растровое изображение (цветное или монохромное) отличается яркостью и чистотой. Благодаря дешевизн многофункциональности растровые дисплеи получили широкое распространение. На растровом принципе формирова изображений работают плазменные экраны и экраны на жидких кристаллах. Те и другие компактны (имеют небольшую толщи Контрастность экранов на жидких кристалах ограничена, но они удобны для портативных ПЭВМ, где удается вмонтировать экр откидную крышку, прикрывающую клавиатуру.

Системы с растровыми дисплеями совместимы с большинством принтеров, предназначенных для изготовления твердых ко чертежей на бумаге, так как их принципы функционирования схожи.

У векторных экранов высвечивание точек и векторов выполняется в системе координат устройства, которую в каком-то смы можно сравнить с условным растром. Но количество точек (здесь они называются адресуемыми точками) по горизонтал вертикали может быть выбрано достаточно большим, например 1024х1024 или 4096х 4096 точек. Тем не менее добиться точ установки луча в эти точки и стыковки соседних векторов удается не всегда, линии изображения при его увеличении начин "разъезжаться".

Отличительной чертой цветного растрового дисплея является то, что цветная ЭЛТ имеет три электроннные пушки, тогда к монохромной ЭЛТ - только одна. Каждая из трех пушек соответствует оттенку (красному, синему и зеленому). Экран цветной Э состоит из тысяч люминофорных пятен, сгруппированных по три (каждому из них соответствует основной цвет). При попада луча от соответствующей электронной пушки на каждое такое пятно оно будет светиться соответствующим ему оттенком и самым создавать цветной пиксел. Три луча разделяются крошечными отверстиями в металлической пластинке, называе теневой маской, которая располагается с обратной стороны экрана.

При комбинировании двух из трех основных световых пятен можно создать три вторичных оттенка, а при одновремен сочетании всех трех - белый цвет. Другие комбинации могут быть получены изменением интенсивности лучей. Таким образо помощью программного управления интенсивностью можно получить тысячи различных цветовых оттенков.

Универсальные системы

Чтобы составить представление об имеющихся в настоящее время прикладных программных продуктах, рассмотрим структуру и возможности некоторых современных зарубежных и отечественных интегрированных САD/CAM систем. Начнем с систем низкого уровня.

Autodesk Mechanical Desktop (AMD) продукт американской компании Autodesk - объединяет новые версии нескольких программных продуктов:

- AutoCAD R13 - базовый графический пакет, включающий твердотельное моделирование;

- AutoCAD Designer 2.0 - параметрическое моделирование трехмерных твердотельных объектов;

- AutoSurf 3.0 - моделирование однородных и неоднородных трехмерных поверхностей;

- Assembler - средство создания сборочных единиц;

- AutoCAD IGES - транслятор обмена файлами графических данных с другими системами САПР.

Идеология работы в AMD базируется на использовании параметрических объектов. Основу такого объекта составляет набросок, выполненный средствами AutoCAD, - вид изделия, наиболее полно отражающий будущую конструкцию. В дальнейшем AMD откорректирует этот набросок-эскиз: линии почти вертикальные или почти горизонтальные станут таковыми, почти соосные окружности станут соосными и т.д. Конструктору остается лишь внести дополнительные логические связи между отдельными элементами эскиза или изменить те, которые система внесла сама, а также проставить необходимые размеры или зависимости. Они могут быть заданы в виде конкретных значений, формул; значения одних параметров могут быть выражены через другие; параметры могут быть глобальными - в этом случае они доступны для всех разрабатываемых деталей. Изменение любого размера приводит к модификации всей конструкции, а не только отдельного элемента, как было в AutoCADе более ранних версий.

После того, как эскиз нарисован, приступают к разработке твердотельной модели. "Тело" образуется либо "выдавливанием" эскиза в третье измерение, либо вращением, либо его перемещением вдоль заданной кривой. В дальнейшем базовый элемент конструкции можно с помощью логических (булевых) операций объединить с другими деталями или, наоборот, удалить отдельные части. Набросок строится в определенной плоскости, что помогает достраивать модель, изменять внешний вид любой детали. Некоторые конструктивно-технологические элементы (фаски, скругления, отверстия под болты - сквозные и глухие, гладкие, зенкованные, под головку впотай, резьбовые) могут быть внесены непосредственно в твердотельную модель. Каждый выбранный элемент отображается в окне диалога, где наглядно показывается, какие изменения произойдут после его внесения в конструкцию. Построив твердотельную модель, конструктор может определить ее массу, площадь поверхности, инерционные характеристики.

AMD предлагает простой механизм получения отдельных видов, разрезов, сечений готовой твердотельной модели. Любое изменение размера в модели отразится в чертеже, и наоборот. Использование глобальных параметров при образмеривании модели позволяет создавать варианты однотипных сборочных узлов.

AMD обеспечивает также взаимодействие твердых тел с поверхностями и формирование сборочной конструкции на основе отдельных деталей. Операция сборки похожа на ту, которая применяется на практике: на экране монитора, как на столе, выкладывается необходимое количество деталей, которые необходимо включить в сборочный узел изделия. Каждая деталь при этом характеризуется пространственными степенями свободы. Первая является базовой, к ней подсоединяются все остальные. После того как все детали установлены на свои места, конструктор получает сборочный чертеж всего узла в разных проекциях с необходимыми разрезами и сечениями. Дополнительно можно создать спецификацию на этот сборочный чертеж с автоматическим включением всех деталей сборки. При генерировании рабочих чертежей происходит автоматическое удаление штриховых и невидимых линий.

Рабочие чертежи могут быть получены в строгом соответствии с международными промышленными стандартами и ЕСКД.

CAM часть в AMD отсутствует.

Требования AMD к аппаратной части следующие:

- для обучения - IBM PC 486/66, RAM 16 Мбайт;

- для создания моделей и чертежей деталей небольших сборочных един