Ввод – вывод графических данных в сапр.

Технические средства (ТС) и общее системное программное обеспечение (ПО) является инструментной базой САПР. Они образуют физическую среду, в которой реализуются другие виды обеспечения САПР (математическое, лингвистическое, информационное и пр.). Инженер, взаимодействуя с этой средой и решая различные задачи проектирования, осуществляет автоматизированное проектирование технических объектов. Технические средства и общее программное обеспечение в процессе проектирования выполняют разные, но взаимосвязанные функции по обеспечению преобразования информации и передаче ее в пространстве и времени.

Периферийные устройства - устройства ЭВМ, используемые для ввода, вывода, подготовки данных и запоминания больших объемов информации. Отличительная особенность ПУ в том, что они в процессе работы преобразуют форму представления информации, не изменяя ее содержания.

Устройства ввода информации преобразуют вводимую информацию, заданную в той или иной форме (кодов на перфоносителе, текстов, графических изображений и т.п.), в электрические сигналы, поступающие чрез каналы в ОЗУ. Наибольшее распространение в ЭВМ получили устройства ввода с перфоносителей (перфолент и перфокарт), однако значение их в САПР невелико. Для ввода графической информации используются специальные устройства считывания графической информации.

На этапах конструкторского проектирования информация об объекте представляется в графической форме, а процесс проектирования заканчивается выпуска комплекта конструкторских документов, обеспечивающих изготовление, контроль и эксплуатацию изделий. К конструкторским документам относят чертежи габаритные, сборочные, деталей, а также таблицы, схемы, спецификации. Основные затраты труда конструктора связаны не с принятием тех или иных технических решений, а с выпуском конструкторской документации. Автоматизация этого процесса существенно сокращает сроки проектирования и снижает количество ошибок, неизбежных при ручном изготовлении чертежей.

Для автоматизации конструкторского проектирования требуется преобразование (кодирование и декодирование) графической информации, т.к. ЭВМ использует информацию в числовой форме.

Процесс преобразования графической информации (ГИ) в цифровую форму состоит из этапов:

1. считывания; 2. кодирования.

Считывание - распознавание графического элемента (точка, линия, элементарный фрагмент) и определение его координат в принятой системе координат.

Кодирование - преобразование считанной информации в цифровой код по установленным правилам.

По степени участия человек в процессе считывания устройства ввода ГИ разделяют на автоматические и полуавтоматические.

Автоматические устройства ввода ГИ используют следящий или развертывающий (сканирующий) метод преобразования. В первом случае рабочий орган отслеживает границу заданной кривой, перемещаясь с постоянной скоростью по оси абсцисс (преобразуемая кривая представляется в виде числовых значений отклонений рабочего органа по оси координат). Во втором случае осуществляется сканирование изображения рабочим органом с некоторым шагом по оси абсцисс. При этом фиксируются координаты точек пересечения сканирующим лучом заданной кривой. Автоматические устройства ввода ГИ применимы только для кодирования несложных рисунков, например, графиков однозначных функций одного аргумента, поскольку при вводе сложных изображений, возникают различные трудности при распознавании изображений.

Полуавтоматические устройства ввода используются для представления сложных графических изображений, например, машиностроительных чертежей. В них считывание ГИ осуществляется оператором, посредством щупа или визира. Считанная информация принимается и кодируется электронным блоком. Она может быть записана на промежуточный носитель, например МЛ, или передана в ЭВМ через блок сопряжения с каналом.

Устройства ввода ГИ имеют рабочее поле - планшет, на котором помещается документ, а также алфавитно-цифровую и функциональную клавиатуру для ввода алфавитно-цифровой информации.

По способу получения кодов, характеризующих координаты рабочего органа на планшете, устройства ввода ГИ можно разделить на оптико-механические, сеточные и пр.

В оптико-механических устройствах используется подвижная координатная система. Регистрирующий орган - визир в виде линзы с перекрестием - перемещается по рабочему полю с помощью двух кареток. С визиром связан вращающийся диск с прорезями. Фотоэлектрический датчик вырабатывает импульсы, число которых пропорционально перемещению визира. Количество импульсов, соответствующих перемещению по координатам X и Y, подсчитывается счетчиками. По окончании движения каретки коды, зафиксированные в счетчиках, будут соответствовать значениям координат. Рассматриваемые устройства обеспечивают точность измерения координат 0,25-0,4 мм. К их недостаткам относится сложность механических узлов.

Сеточные устройства ввода ГИ не имеют сложных подвижных механических узлов. Плоскость планшета дискретизируется взаимно-перпендикулярными шинами, электрически изолированными друг от друга. Связь между регистрирующим органом (щупом) и проводниками сетки могут быть емкостная, индуктивная и контактная. В первых двух случаях шины сетки последовательно возбуждаются импульсами тока. В тот момент, когда возбуждается шина, лежащая под щупом, в датчике щупа наводится ЭДС. Этот сигнал поле усиления прекращает процесс заполнения счетчика. Код, зафиксированный в счетчике, будет соответствовать значению координаты. В контактных устройствах нажатием щупа замыкаются проводники сетки. Точность измерения координат в сеточных устройствах ввода определяется шагом сетки и обычно состоит 0,25-0,5 мм.

К прочим устройствам относятся акустические и резистивные устройства. Принцип работы акустических устройств основан на измерении времени распространения звука от источника (рабочего органа) до приемника. Недостатки акустических устройств - низкие помехоустойчивость и точность. В резистивных устройствах используется планшет из проводящего материала с равномерной проводимостью. Стороны планшета последовательно подключаются к стабильному источнику питания. Носитель информации прокалывается зондом до касания с резистивным слоем. При этом направлении на зонде пропорционально соответствующей координате. Из-за низкой точности и необходимости прокалывать чертеж такие устройства не нашли широкого применения.

Современные системы автоматизированного проектирования предусматривают в качестве аппаратной поддержки ввода-вывода использование широкоформатных сканеров, графопостроителей и принтеров. При этом наиболее важным из перечисленного является, безусловно, вывод на печать готовой продукции САПР, то есть чертежной документации и отчетов. Поскольку с точки зрения аппаратных средств для вывода отчетов САПР особой специфики нет, особо актуальной задачей является вывод на печать широкоформатных чертежей, схем и т.д.

Вывод чертежей на печать

Вывод чертежей на печать традиционно выполняется в двух видах: собственно продукции и презентационной графики для совещаний. В подавляющем большинстве случаев в цвете выполняется только презентационная графика; проектно-конструкторская документация (ПКД) обычно создается в черно-белом варианте для последующего тиражирования средствами копировальной техники. Соответственно существуют две группы оборудования для вывода чертежей: цветные принтеры-плоттеры (перьевые и струйные) для цветной печати и монохромные широкоформатные принтеры.

Для цветных принтеров характерны следующие особенности с точки зрения экономики САПР:

- Способность цветной печати.

- Высокая стоимость одного отпечатка.

- Крайне низкая скорость вывода и, как следствие, невозможность печати нескольких копий.

- После цветной печати выполнение качественных копий на электростатических копировальных машинах не всегда возможно из-за неконтрастности оригинала и специфики сканирования цветного оригинала.

- Часто нестабильное изображение на отпечатке с невозможностью долгого хранения без потери качества.

Для монохромных принтеров соответственно:

- Выполнение только монохромных отпечатков.

- Низкая стоимость одного отпечатка для электростатических (лазерных и светодиодных) плоттеров и средняя стоимость для термопринтеров.

- Высокая скорость вывода.

- Возможность множественной печати вместо последующего копирования.

- Высококонтрастный невыцветающий отпечаток со стабильным изображением.

 

Кроме упомянутых, существуют также скоростные цветные электростатические плоттеры (принтеры), которые не получили распространения вследствие чрезвычайно высокой стоимости, к тому же стоимость отпечатка на подобных устройствах также очень высока.

Таким образом, для презентационной печати — и только для нее — используются струйные и перьевые плоттеры, а для основной монохромной печати — электростатические и термографические принтеры.

Сканирование чертежей

Для сканирования графической информации используются монохромные и цветные сканеры и программное обеспечение сканирования, а также программное обеспечение постобработки отсканированных файлов.

Ввод графических данных с бумажных носителей призван решать два вида задач:

Создание электронных архивов проектов.

Ввод графической информации для последующей обработки в САПР.

Для первой группы (архивация) характерны следующие особенности:

Оригиналы, подлежащие вводу, являются черно-белыми и часто имеют невысокое качество.

Главной целью работ является создание структурированного удобного в использовании электроннного архива проектов, позволяющего с максимальной надежностью быстро распечатать нужный лист чертежа.

Для ведения архивов используется специальное программное обеспечение архива, позволяющее быстро обрабатывать файлы чертежей, имеющих, как правило, большие размеры, что затрудняет их обработку обычными средствами. Кроме того, программное обеспечение архива позволяет вести учет состава хранимых проектов и быстрый поиск информации в архиве.

Для второй группы (ввод чертежей для модификации) характерны следующие особенности:

Графическая информация чертежей после сканирования имеет растровый формат и должна быть преобразована в векторный формат САПР, обычно DXF.

Для постобработки информации используются программное обеспечение векторизации изображений и последующая ручная правка.

Для сканирования ветхих оригиналов используются специальные средства (конверты из антибликового пластика).