Моделирование и проектирование

 

 

Д ля обеспечения потребностей моделирования и проектирования сложных объектов разработано множество программ под общим названием САПР, обеспечивающих работу с визуальной, графической информацией, включающих в себя и звуковую (сигнальную) поддержку диалога. Технология мультимедиа в моделировании и проектировании направлена не столько на улучшение тех или иных возможностей САПР, сколько на создание принципиально новой возможности обеспечения работ - переходу к обеспечению моделирования виртуальных объектов и созданию виртуальной действительности в кибернетическом пространстве.

Программы моделирования такого рода позволяют довольно естественно представить виртуальную реальность с обеспечением нахождения в ней проектируемого объекта с необходимыми физическими характеристиками, проектировщика, имеющего возможность находиться в любой точке объекта и управлять любыми его параметрами. Звук, видео, неограниченные скорости перемещения точки взгляда проектировщика и возможности изменения проектируемого объекта, ограниченные лишь вычислительными мощностями существенно ускоряют процессы проектирования. В ряде случаев для особо сложных объектов, это единственная возможность обеспечить проектирование в необходимые сроки (например, создание эффективной системы обороны при получении тактико-технических сведений об оружии предполагаемого противника, проектирование на молекулярном уровне, генная инженерия и многое другое).

От первых попыток реализации таких возможностей в “домультимедийное” время, наука и техника перешли к обеспечению для проектировщика довольно комфортных условий работы в виртуальной реальности. Специальный шлем, состоящий из наушников и двух видеокамер комфортно прилегающий к голове оператора обеспечивает аудио и видео погружение в кибернетическое пространство представляя его полный электронный обзор. Если оператор поворачивает голову, изображение на видео камерах отслеживает смену направления взгляда, соответственно меняется и направленность звуковых источников.

Перчатки с датчиками или усовершенствованный джойстик дополняют возможности проектировщика как в части выдачи управляющих команд, так и получения тактильного контакта с объектами виртуальной реальности. Это происходит за счет преобразования движения руки и отдельных пальцев в соответствующие импульсы. Датчики регистрируют положение рук и направление их движения. Кабель из стекловолокна, проложенный внутри перчаток обеспечивает передачу комплексного движения виртуальной руке в компьютере. Перчатки, снабженные исполнительными механизмами передачи усилий, могут обеспечить вполне реальное впечатление контакта с виртуальным предметом.

Дальнейшее развитие идея перчаток нашла в разработке ауры - полностью укомплектованного датчиками костюма. Главным образом поддержку этим работам оказывало американское космическое ведомство, заинтересованное не столько в виртуальной реальности, сколько в совершенствовании управленческих возможностей космонавтов. Однако идея ауры оказалась гораздо шире и в ближайшее время ее ждет бурное развитие.

Здесь надо отметить, что в психологическом плане исследователя в виртуальном пространстве поджидают значительные трудности. Хорошо имитированный взрыв самолета, которым вы управляете, или двигателя, который вы проектируете, может надолго вывести вас из строя. Как пишут в компьютерных журналах, “после удара виртуальным камнем” reset, возможно, вам не поможет.

Другой аспект применения мультимедиа для моделирования и проектирования дает пример программного комплекса LabWiev. Это почти идеальное решение стоимостных проблем, возникающих для каждого серьезного проекта. Действительно, каждая разработка требует значительного числа приборов и других лабораторных устройств для обеспечения проектирования и эксперимента. В каждой новой разработке параметры этих устройств в общем случае должны быть различны. Зачастую дорогостоящее оборудование может быть полезно использовано только в одном эксперименте.

Представим, что аппаратное обеспечение лаборатории состоит только из датчиков и функциональных моделей (возможно и описательных), а собственно измерители, регуляторы и прочие подобные устройства, включая блоки обработки и представления данных хранятся в компьютере в виде программных модулей и библиотек динамической компоновки. Удобный графический интерфейс и возможности мультимедиа дают возможность пользователю за считанные часы переконфигурировать имеющуюся лабораторную установку и даже сконструировать новую. При этом хранящиеся в виде машинных команд и данных измерительные приборы и средства контроля будут выглядеть на дисплее точно так же, как если бы они стояли на вашем лабораторном столе. Вы можете пользоваться теми же экранами, шкалами, переключателями и ручками настройки.

Таким образом, в распоряжении исследователя сразу оказывается огромный виртуальный арсенал современного оборудования, которое гораздо дешевле, компактнее и надежнее своих реальных аналогов. Именно поэтому компания National Instruments, разработчик LabWiew, назвала такой подход концепцией виртуальных приборов.

Программы в LabWiew строятся из достаточно большого набора элементов, многие из которых объединены заранее. Это, в частности, переменные и константы, операции - арифметические, сравнения, обмена с файлами, датчики случайных чисел, драйверы для работы с лабораторным оборудованием, различные фильтры и преобразователи. В качестве элементов могут выступать и ранее созданные программистом виртуальные инструменты.

Каждому элементу соответствует своя пиктограмма, похожая на используемые в Windows. Пиктограммы мнемоничны: например, все пиктограммы относящиеся к целым числам имеют одинаковый цвет и указание на формат.

Все доступные для использования элементы могут быть выбраны из меню, содержащего описания групп. При перемещении по меню указателя мыши при нажатой левой кнопке появляется окно с набором элементов. После того как элемент выбран, он появляется в окне программы и его можно перемещать, подключать к другим и изменять его размеры.

Разделение программы на переднюю панель и блок-схему выглядит очень удобным. Ведь при создании любой программы, которая что-то выводит на экран, приходится думать об интерфейсе. Если необходимо, чтобы пользователь передал в программу, например, текстовое сообщение, то достаточно поместить в переднюю панель элемент типа “строка” и снабдить его заголовком. После этого в окне программы появится пиктограмма с тем же самым заголовком. Если вам потребуется вывести график, то, поместив в переднюю панель элемент типа “график”, вы получите возможность передать в него данные через соответствующую пиктограмму в окне программы.

Набор элементов, которые можно использовать в первом окне, содержит некоторые достаточно необычные, с точки зрения программистов, способы ввода и вывода: например, в нем есть ручки, которые можно вращать с помощью мыши, и соответственно изменять значение переменной. Для ввода логического значения можно использовать лампочку, которая будет зажигаться и гаснуть. Кроме того, существуют элементы, которые не связаны ни с какими переменными, они выполняют исключительно декоративную функцию - стилизацию под дизайн, принятый для соответствующих типов приборов. Все это можно произвольно перемещать, снабжать надписями, изменять размеры и цвета. Усилий немного, а результаты весьма впечатляющие.

Разработчики пакета сделали передние панели демонстрационных виртуальных инструментов похожими на реальные лабораторные приборы и создание такого эффекта доступно для вновь разрабатываемого оборудования. Для проектировщиков и исследователей такой вид будет наиболее естественным, а программу можно считать мультимедийной начинкой виртуального прибора.

 

Существует российская интегрированная CAD/CAM/CAPP, предназначенная для автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП)- система ADEM (Automated Design Engineering Manufacturing)

Разработка системы была начата в 90-х годах двумя основными группами разработчиков из Москвы (конструкторский САПР "CherryCAD" - лауреат премии Совета Министров СССР 1990 года) и Ижевска (технологический САПР "Катран").

ADEM был создан, как единый продукт, включающий в себя инструментарий для проектантов и конструкторов (CAD), технологов (CAPP) и программистов ЧПУ (CAM). Поэтому он содержит не-скольких различных предметно-ориентированных САПР под единой логикой управления и на единой информационной базе.

 

ADEM позволяет автоматизировать следующие виды работ:

 

-Компьютерная обработка бумажных чертежей

-Плоское моделирование, черчение

-Оформление конструкторской документации

-Оформление спецификаций

-Работа с архивами, документооборот

-Объемное твердотельное моделирование

-Объемное поверхностное и гибридное моделирование

-Получение чертежей от объемной модели

-Анализ геометрии и корректности конструкции

-Проектирование и планирование техпроцессов

-Плоское фрезерование 2x-2,5x

-Объемное фрезерование 3x-5x

-Квазиобъемное фрезерование (Z-level)

-Карандашная обработка

-Фрезерование недоступных зон

-Зонная и комбинированная обработка

-Токарная обработка

-Электроэрозия 2x-4x

-Листоштамповка

 

Можно сказать, что ADEM эквивалентен комплексу из шести профессиональных специализированных систем, которые имеют единые математическое ядро и инфраструктуру.

На самом деле, если и можно скомпоновать аналог ADEM из нескольких систем, то, скорее всего, это получится очень дорогостоящий и значительно более сложный в обучении и внедрении продукт. Причем такой степени интеграции между составляющими как в системе ADEM вряд ли удастся достичь.

Еще одной важной компонентой системы является более чем тридцатилетний опыт автоматизации отечественных и зарубежных машиностроительных предприятий, который в сплаве с современными информационными технологиями определяет высокую надежность и эффективность системы.

В части проектирования и конструирования система ADEM имеет самый современный инструментарий объемного и плоского гибридного моделирования. Система содержит обширные библиотеки отечественных и зарубежных стандартов оформления конструкторской документации и стандартных изделий.

Для автоматизации проектирования технологических процессов система ADEM поддерживает практически все существующие виды технологий, включая технологии механообработки, сборки, сварки, термической обработки и прочие.

При этом выпуск технологической документации может осуществляться как на стандартных картах и формах (ГОСТ), так и на картах и формах предприятия (СТП).

В качестве важного дополнения выступают подсистемы нормирования и оснащения, а также библиотеки материалов, оборудования и инструментов. Особую роль интегрированная система ADEM играет для подготовки технических кадров, так как охватывает все важнейшие этапы конструкторско-технологической подготовки производства от первого эскиза до выпуска детали на станке.

 

Опыт внедрения системы в авиастроении, аэрокосмической, приборостроительной и атомной промышленности показывает высокую эффективность использования оборудования, кратчайшие сроки его запуска и быструю окупаемость уже с первых дней эксплуатации системы ADEM.

 

Среди пользователей системы такие известные компании как РКК "Энергия", ПК1 и ПК2 ФГУП "РСК "МиГ", ОАО "Авиаагрегат", ОАО "Моторостроитель", МРК Магнитогорского Комбината, НПО Машиностроения, ГКНПЦ им Хруничева, ОАО "Мотор-Сич", ИЭМЗ "Купол", ОАО "Аксион", ДОАО "Ижевский оружейный завод", "ЧМЗ"(г. Глазов), МКБ "Радуга", ТМКБ "Союз", ХГАПП, корпорации Apple и многие другие.