Представление класса технических объектов в виде системы структурно и логически связанных проектных процедур

Библиографическое описание статьи для цитирования:
Цыганков Д. Э. Представление класса технических объектов в виде системы структурно и логически связанных проектных процедур // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2014. – Т. 20. – С. 881–885. – URL: http://e-koncept.ru/2014/54440.htm.
Аннотация. Рассматривается процесс формирования САПР класса технических объектов на основе технологии функционально-адаптивного представления, позволяющей сохранять и передавать структуру принятия проектных решений. Описаны этапы разработки САПР, а также принцип ее функционирования.
Комментарии
Нет комментариев
Оставить комментарий
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы комментировать.
Текст статьи
Цыганков Денис Эдуардович,магистрант кафедры прикладнойматематики и информатики,ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный технический университет», г. Ульяновск.d.tsygankov@ulstu.ru

Представление класса технических объектов в виде системы структурно и логически связанных проектных процедур

Аннотация.Рассматривается процесс формирования САПР класса технических объектов на основе технологии функционально адаптивногопредставления, позволяющей сохранять и передавать структуру принятия проектных решений. Описаны этапы разработки САПР, а так же принцип ее функционирования.Ключевые слова:САПР, проектирование, автоматизация,процесс, модель.

Достижение интероперабельности внастоящеевремяостаетсяпроблемой, обуславливающейневозможностьполноценного обмена результатами проектной деятельности между различными CADсистемами. Однакоподходы, предлагаемые крешениюэтойпроблемы,не могут быть реализованы поцеломуряду причин [1].Представление проектных решений в функционально адаптивнойформе и их программная реализация в виде функционально адаптированных САПР является подходом, который позволяет не только нивелировать проблему интероперабельности в системах 3Dпроектирования, но и обеспечить сохранение структурной и логической целостности проектных решений.При этом,решения описываются как совокупность методов, необходимых для их формирования например, логические, математические операции и пр. [2].Функционально адаптированные системы автоматизированного проектирования ФАСАПР)–это системы проектирования технического объекта либо целого класса объектов, набор функциональности которых позволяет осуществлять проектирование этогообъекта, не требуя выхода за рамки имеющейся функциональности, при этом обеспечивая модифицируемость адаптивностьпроектногорешения в данных рамках [3]. В процессе построения ФА САПР проводится анализ класса проектируемых технических объектов, формируются его формальное представление и процедурная модель.Анализ класса проектируемых устройств проводится с целью выделение ряда проектных параметров –обладающих физическим смыслом и полностью определяющих трехмерныеинформационныеобразыкомпонентов, составляющих класс [3].Рассматривается класс технических объектов«Антенны рупорные волноводные», включающий в себя пять компонентов: открытый конец волновода, рупоры Eи Hсекториальные, а так же клиновидный и пирамидальный рупоры рис.1).

Рис.1.Класс технических объектов«Антенны рупорные волноводные»

Вначале выделяются проектные параметры, общие для всех компонентов класса. Для рупорных волноводных антенн это высота и ширина сечения волновода (a×b, тип фланца Tf, длина участка волновода Lw, толщина стенок волновода tw), материал m и тип напыления sm. Затем выделяются параметры, свойственные некоторым объектам. Для секториальных и клиновидного рупоров это ширина рупора в Eи Hплоскости rE, rH, а так же длина рупора в соответствующей плоскости lE, lH. Для рупора пирамидального это те же параметры, но вместо длины рупора в конкретной плоскости имеется параметр длины рупора в обеих плоскостях l).После выделения всей совокупности проектных параметров, ставится вопрос о принимаемых ими значениях. Дело в том, что одни параметры могут принимать целые интервалы значений, а другие –лишь дискретные значения. Так как всевходные параметры задаются пользователем, то на них накладываются различного рода условия [3]. Свободные значения интерактивно вводятся пользователем, при условии попадания задаваемого значения в диапазон [Pmin…Pmax]отличие двух ближайших значения зависит от введенного шага дискретизации Δt; а дискретные значения интерактивно выбираются пользователем из предварительно заданныхзначений, условие для них –строгое соответствие выбранного варианта предлагаемым.Нормализованные значенияпроектных параметровопределяются постандартам, а так жесправочной и научнотехнической литературе, применимымк проектируемому техническому объекту. Рупорныеантеннывходят в состав волноводного тракта СВЧ, а следовательно, значения нормализованных проектных параметров определяются в соответствии с ГОСТ 2090075и ГОСТ 1331789.В таблице1представлены выделенные проектные параметры компонентовкласса «Антенны рупорные волноводные», их буквенное обозначение, а так же тип ввода их значений.Таблица 1Проектные параметры класса «Антенны рупорные волноводные»Проектный параметрОбозначениеТип вводаВысота и ширина сечения волноводаa×bВыбор нормализованных значений проектных параметровТип фланцаTfМатериалmТип напыленияsmТолщина стенок волноводаtwДлина участка волноводаLwИнтерактивный ввод значений проектных параметровШирина рупора в EплоскостиrEШирина рупора в HплоскостиrHДлина рупора в EплоскостиlEДлина рупора в HплоскостиlHДлина рупора в обеих плоскостяхlПосле указания типа ввода значений входных параметров, формируется формальное представление класса объектов, представляющее собой последовательность проектных процедур, составляющих процесс проектирования [4]. Формальное представление класса рупорных волноводных антенн имеет следующий вид: (1)где:FrMdAnt.Horn–множество проектных процедур, участвующих в процессепроектирования компонентов класса «Антенны рупорные волноводные»;dii–порядковый номер выполнения iтой проектной процедуры i 1…16);dvi–номер ветви альтернативы, к которой принадлежит iтая проектная процедура;Dpсi–проектная процедура выбора нормализованных значений входных проектных параметров a×b,Tf, m, sm, tw, при i 1…5соответственно;Dpei–проектная процедура интерактивного ввода значений входных проектных параметров Lw, rE, rH, lE, lH, l, при i 6…11соответственно;Dpbi–проектная процедура построения трехмерного информационного образа компонентов класса «Антенны рупорные волноводные»: открытого конца волновода при i= 12, рупоров Eи Hсекториального при i= 13, 14соответственно,а такжерупоров клиновидного и пирамидального при i= 15, 16 соответственно.Номер ветви альтернативы dvi уникален для каждого компонента класса; он определяет проектный маршрут. Для«общих»проектных процедур, dvi= 0.Проектная процедура выбора нормализованных значений параметров Dpсi) представляет собой функцию, на выходе которой могут быть лишь дискретные значения проектных параметров. Например, при интерактивном вводе значения длины волны λ, данная процедура подбирает соответствующие высоту и ширину сечения волновода a×b, что представлено на рис.2. При этом число возможных дискретных значений(Sia×b), соответствующих отдельным проектным маршрутам, на выходе процедуры ограничено.

Рис.2.Структура проектной процедуры выбора нормализованных значений параметровПроектная процедура интерактивного ввода значений параметров Dpei) –это функция, на выходе которой может быть получено множество значений параметров, при этом их число контролируется шагом дискретизации Δt–численноймерой, отличающей два ближайших значения. Например, при задании длины участка волновода tw, пользователь может ввести значения от 0равноценно отсутствию участка волновода до twmax. При этом все значения, получаемые на выходе процедуры, относятся к единому проектному маршруту, но делают уникальным итоговое проектное решение. На рис.3представлены проектные решения, соответствующие одному проектному маршруту, и отличающиеся только значением проектного параметра –ширины раскрыва рупора в Hплоскости rH).

Рис.3.Проектные решения, соответствующие одной ветви проектного маршрутаПроектная процедура построения трехмерных информационных образов Dpbi) является основной при программной реализации, так как она отображает принцип функционирования ФА САПР [3]. IDEF0модель проектной процедуры построения трехмерного информационного образа представлена на рис.4.

Рис.4.Проектная процедура построения информационных 3DобразовДанная процедура(Dpbi)представляет собой упорядоченную последовательность проектных операций, являющихся функциями от значения входных или промежуточных проектных параметров [5]. При этом каждая процедура имеет порядковый номер выполнения и номер ветви альтернативы.Выделение проектных операций, входящих в состав процедуры построения информационных 3Dобразов, происходит на основании структурного анализа всех компонентов, составляющих класс, цель которого –выделение общих и уникальных составных частей, обладающихфизическим смыслом.У компонентов классаволноводных рупорных антенн выделяются пять составных частей. Общие части: фланец и участок волновода; уникальные части: секториальный рупор, пирамидальный рупор и клиновидный рупор. Разделение рупоров объясняется различным набором входных параметров и необходимых для их построения проектных операций. После выделения составных частей проектируемых устройств,формируется процедурная модель.Процедурная модель построения трехмерных информационных образов компонентов класса «Антенны рупорные волноводные» имеет следующий вид: (2)где:PrcMdAnt.Horn–множество проектных процедур, участвующих в построенииинформационных 3Dобразов компонентов класса «Антенны рупорные волноводные»;DpfFl–проектная процедура построения фланца;DpfWg–проектная процедура построения участка волновода;DpfSh–проектная процедура построения секториального рупора;DpfPh–проектная процедура построения пирамидального рупора;DpfWh–проектная процедура построения клиновидного рупора.Для каждой из составных частей формируется собственнаяпрограммнаяфункция, аргументами которой является фиксированныйнабор проектных параметров, определяющих ее 3Dмодель.Таким образомпроисходит распределениеисходных проектных параметров на процедуры, для выполнения которых они необходимы. При этом, проектные параметры могут быть входными как для всех, так и для единичныхпроектныхпроцедур.На основе процедурной модели строится структура принятияпроектного решения. Так, в зависимости от выбранного компонента, проектное решение DSol3DHorn) формируется по следующей формуле: (3)Как видно, в результате проектирования, на выходе может быть получено пять различных типов проектных решений, соответствующих числу компонентов класса, представленных на рис.1. При этом,в ряде случаев, решения на различных проектных маршрутах могут быть идентичны. Например, представленная на рис.5трехмерная модель соответствует одновременно клиновидному рупору с условием lE= lHи пирамидальному рупора с условием l= lH= lЕ.

Рис.5.Проектное решение, соответствующее двум различным ветвям проектных маршрутовНесмотря на то, что трехмерные информационные образы идентичны, проектные решения относятся к различным ветвям проектных маршрутов, однако,значения выходных проектных параметров таких как ширина диаграммы направленности, коэффициент усиления, входное сопротивлениеи др. будут совпадать, подтверждая эквивалентность этих решений.На основе формального представления, программным путемразрабатываются окно отображения элементовкласса, в котором,после выборапроектируемогокомпонента, выводится панель задания значений проектных параметров, на основании которых формируется проектное решение. Программная реализация процедурной модели представляет собой код проектных процедур и входящих в их состав проектных операций, и их дальнейшее выстраивание внужномпорядке, определяемом выбранным элементом класса.Структурнологическое связывание проектных процедур, происходящее в ходе программной реализацииФА САПР, позволяет осуществлять проектирование класса технических объектов,при этом оставаясь в строгих рамках правил и алгоритмов, определяемых стандартами и техническими требованиями. Следовательно, достаточно задать исходные данные –техническое задание, чтобы получить на выходе решение,полностьюудовлетворяющее как ему, так и НТД.Полученные в результате функционирования разработанной ФАСАПР 3Dмодели могут быть экспортированыв формате ISO 10303 STEP[4], обеспечивающем их дальнейшее открытие, обработку и сохранение в любых современных САПР.

Ссылки на источники1.Hamilton P. Азбука технологий моделирования в MCADсистемах. Часть III. Как технологии MCAD влияют на процесс разработки изделия // CAD/CAM/CAE Observer,2008. –№ 2(38). –C. 3436.2.Горбачев И.В. Структура формального представления процесса проектирования в функционально адаптированной САПР / И.В. Горбачев, А.Ф. Похилько // Инфокоммуникационные технологии. –2010. –Т. 8, № 1.–С. 7578.3.Цыганков Д.Э. Формальное описание класса технических объектов функционально адаптированной САПР «Антенны рупорные волноводные» / Д.Э. Цыганков, С.В. Рябов // Научнотехнический вестник Поволжья. –2014.–№ 1. –С. 181184.4.Цыганков Д.Э. Формирование функционально адаптированных САПР классов технических объектов / Д.Э. Цыганков // Междисциплинарные исследования в области математического моделирования и информатики:материалы научнопрактической internetконференции. –Ульяновск: SIMJET, 2013. –С. 140144.5.Горбачев И.В. Представление процессов проектирования в функционально адаптируемой форме для хранения классов проектных решений / И.В. Горбачев, А.Ф. Похилько // Программные продукты и системы. –2013. –№1 101. –С. 7782.

TsygankovDenisEduardovich,MasterstudentofDepartmentofAppliedMathematicsandInformaticsUlyanovskStateTechnicalUniversity, Ulyanovsk.Representation of the technical objects class in the form of system of structurally and logically related project proceduresAbstract.This article is about the formation process of CAD systems of objects classes based on technology functionally adaptiverepresentation. This technology allows preserve the design decisions structure. The stages of the formation of CAD systems and the principle of its operation are presented.Keywords:CAD, designactivity, automation, process, model.