|
Рефераты Главная Финансовое право Финансовый менеджмент финансовая математика Финансы деньги кредит Французский Компьютерные сети Конституционное право зарубежныйх стран Конституционное право России Краткое содержание произведений Программирование компьютеры и кибернетика Производство и технологии Психология Разное Религия и мифология Трудовое право Туризм Уголовное право и процесс Управление |
Автоматизация производственных системОдномерные геометрические объектыНа плоскостиВекторы Вектор переноса MATRi = TRANS x, yЛинии Простые аналитическиеПрямая (всего 10 способов задания)Прямая, проходящая через две заданные точки Li = Pi, PkОкружность (всего 14 способов задания)Окружность, заданная центром и радиусом Ci = Xx, Yy, RrКривая второго порядка (всего 15 способов задания)Кривая второго порядка, проходящая через три точки с заданным дискриминантом Conic i = P i1, P i2, P i3, dsСоставные Контуры - последовательность сегментов плоских геометрических элементов, начинающихся и заканчивающихся точками, лежащими на первом и последнем элементе соответственно K23 = P1, -L2, N2, R20, C7, P2 Кусочно-полиномиальныеСплайн. Первым параметром в операторе является идентификатор "M", который указывает величину отклонения при аппроксимации отрезками сплайн-кривой. Далее следует начальное условие (прямая или окружность), затем перечисление точек в той последовательности, в которой они должны быть соединены. Заканчивается оператор определением условия на конце сплайн-кривой(прямая или окружность) Ki = Mm, Lt, Pj, Pk,..., Pn, CqАппроксимация дугами Ki = Lt, Pj, Pk,..., PnВ пространстве Векторы Вектор направленияВектор единичной нормали в точке к полусфере P3D i = NORMAL,HSP j,P3D k Вектор единичной нормали в точке к цилиндру P3D i = NORMAL,CYL j,P3D k Вектор единичной нормали в точке к конусу P3D i = NORMAL, Cn j,P3D k Вектор единичной нормали в точке к тору P3D i = NORMAL,TOR j,P3D k Вектор переноса MATRi = TRANS x, y, z ЛинииНезависимые Прямая (всего 6 способов задания)По двум точкам L3D i = P3D j,P3D k Сплайн-кривая CC i = SPLINE,P3D i1,.....,P3D j,mM На поверхности Параметрическая CC n=PARALL,BASES=CCi,DRIVES=CCk,PROFILE=CCp,STEPs Пересечение 2-х поверхностей Контур сечения поверхности плоскостью SLICE K i, SS j, Nk, PL l где N k - номер сечения Линия пересечения 2-х криволинейных поверхностей (результат список пространственных кривых) INTERS SS i,SS j,L,LISTCURV k ; где L - уровень точности; 3<= L <= 9;Проекции на поверхность Проекция пространственной кривой на плоскость с системой координат PROJEC Ki,CC j,PLS m.СоставнаяПроволочные модели Каркас Отображение цилиндра на экране в виде проволочной модели SHOW CYL i Отображение полусферы на экране в виде проволочной модели SHOW HSP iОтображение конуса на экране в виде проволочной модели SHOW CN iОтображение тора на экране в виде проволочной модели SHOW TORДвумерные геометрические объекты (поверхности)Простые аналитические Плоскость (всего 9 способов задания)По точке и прямой PL i = P3D j,L3D kЦилиндр(по двум точкам и радиусу) CYL i = P3D j,P3D k,RКонус Задается по двум точкам и двум радиусам; или по двум точкам, радиусу и углу в вершине CN i = P3D j,R1,P3D k,R2; CN i = P3D j,R1,P3D k,AngleСфера (полусфера) Задается по двум точкам и радиусу HSP i = P3D j,P3D k,RТор Задается по двум точкам и двум радиусам; вторая точка вместе с первой определяет ось тора TOR i = P3D j,R1,P3D k,R1,R2Составные Кинематические Поверхности вращения SS i = RADIAL, BASES = CC j, DRIVES = CC k, STEP sЛинейчатые поверхности SS i = CONNEC, BASES = CC j, BASES = CC k, STEP sФасонные поверхности SS i = PARALL, BASES = CC j, DRIVES = CC k, STEP sКусочно-полиномиальные Поверхности тензорного произведения (сплайновые поверхности по системе точек) CSS j = SS iТаблица 2.2 Геометрические операции в среде спрут
Способы представления и передачи информации о геометрической форме изделияИсходные данные о геометрической форме изделия, могут поступать в САМ-систему в формате Boundary Representation (B-Rep). Изучим этот формат более подробно.Автором были рассмотрены структуры данных геометрического ядра ACIS фирмы Spatial Technology, геометрического ядра Parasolid фирмы Unigraphics Solutions, геометрического ядра Cascade фирмы Matra Datavision и представление модели в спецификации IGES. Во всех четырех источниках представление модели очень схоже, имеются лишь небольшие отличия в терминологии, в ядре ACIS имеются непринципиальные структуры данных связанные с оптимизацией вычислительных алгоритмов. Минимальный список объектов, необходимый для представления B-Rep модели представлен на Рис. 1. Его можно разделить на две группы. В левом столбце представлены геометрические объекты, а в правом топологические.Рис. 1. Геометрические и топологические объекты. Геометрическими объектами являются поверхность (Surface), кривая (Curve) и точка (Point). Они самостоятельны и не ссылаются на другие составляющие модели, именно они определяют пространственное расположение и размеры геометрической модели. Топологические объекты описывают то, каким образом геометрические соединяются в пространстве. Сама по себе топология описывает структуру или сетку, которая никоим образом не зафиксирована в пространстве. Кривые и поверхности. Как известно, существуют два наиболее общих метода представления кривых и поверхностей. Это неявные уравнения и параметрические функции. Неявное уравнение кривой лежащей в плоскости xy имеет вид: Это уравнение описывает неявное отношение между координатами x и y точек лежащих на кривой. Для данной кривой уравнение уникально. Например, окружность с единичным радиусом и центром в начале координат, описывается уравнением В параметрической форме, каждая из координат точки кривой представляется отдельно как явная функция параметра: , где: - векторная функция от параметра u. Хотя интервал произвольный, он обычно нормализуется до . Первый квадрант окружности описывается параметрическими функциями: , где: . Установим , получим другое представление: где: . Таким образом, представление кривой в параметрическом виде не уникально. Поверхность также может быть представлена неявным уравнением в форме: Параметрическое представление (не уникальное) дается как: . Заметим, что для описания поверхности необходимы два параметра. Прямоугольную область существования всей совокупности точек (u,v), ограниченную условиями и будем называть областью или плоскостью параметров. Каждой точке в области параметров будет соответствовать точка на поверхности в модельном пространстве. Рис. 2. Параметрическое задание поверхности. Зафиксировав u и изменяя v, получаем поперечные линии, зафиксировав v и изменяя u, получаем продольные линии. Такие линии называют изопараметрическими. Для представления кривых и поверхностей внутри B-Rep модели наиболее удобна параметрическая форма. Топологические объекты. Тело (Body) - это ограниченный объем V в трехмерном пространстве. Тело будет корректным в том случае, если этот объем замкнутый и конечный. Тело может состоять из нескольких, не касающихся друг друга кусочков (Lumps), доступ к которым необходимо обеспечить как к единому целому. На рисунке изображен пример тела состоящего из более чем одного кусочка. Рис. 3. Четыре кусочка в одном теле Кусочек (Lump) - это единая область в трехмерном пространстве, ограниченная одной или более оболочками (Shells). Lump может иметь неограниченное количество пустот. Таким образом, одна оболочка кусочка является внешней, остальные внутренними. Рис. 4. Тело, состоящее из двух кусочков Оболочка (Shell) - это множество ограниченных поверхностей (Faces), объединенных между собой посредством общих вершин (Vertexes) и ребер (Edges). Нормали к поверхностям оболочки должны быть направлены от зоны существования тела. Ограниченная поверхность (Face) - это участок обычной геометрической поверхности, ограниченный одной или несколькими замкнутыми последовательностями кривых - петлями (Loops). При этом петля может задаваться кривыми, как в модельном, так и в параметрическом пространстве поверхности. Ограниченная поверхность в своей сути является двухмерным аналогом тела. Она также может иметь одну внешнюю и множество внутренних зон ограничений. Рис. 5. Ограниченная поверхность Петля (Loop) - является участком зоны ограничения Face. Она представляет собой множество параметрических ребер объединенных в двухсвязную цепочку. Для корректного тела она должна быть замкнутой. Параметрическое ребро (Coedge) - это запись, соответствующая участку петли. Оно соответствует ребру геометрической модели. Параметрическое ребро имеет ссылку на двухмерную геометрическую кривую, соответствующую участку зоны ограничения в параметрическом пространстве. Параметрическое ребро ориентировано в петле таким образом, что если смотреть вдоль ребра по его направлению, то зона существования поверхности будет находиться слева от него. Таким образом, внешняя петля всегда направлена против часовой стрелки, а внутренние по часовой. Параметрическое ребро (Coedge) может иметь ссылку на партнера, на такой же Coedge, лежащий в другой петле, но соответствующий тому же пространственному ребру. Поскольку в корректном теле, каждое ребро касается строго двух поверхностей, поэтому оно будет иметь строго два параметрических ребра. Рис. 6. Ребра, параметрические ребра и вершины Ребро (Edge) - топологический элемент, имеющий ссылку на трехмерную геометрическую кривую. Ребро ограничено с обеих сторон вершинами. Вершина (Vertex) - топологический элемент, имеющий ссылку на геометрическую точку (Point). Вершина -это граница ребра. Все другие ребра, которые приходят в конкретную вершину, могут быть найдены через указатели параметрических ребер. Рис. 7. Объектная реализация геометрической модели В данной диаграмме фигурируют еще два неописанных объекта. Система координат тела (Transform). Как известно система координат может задаваться матрицей преобразований. Размерность матрицы . Если координаты точки представить в виде вектора-строки, в последнем столбце которого лежит единица, то умножив этот вектор на матрицу преобразований получим координаты точки в новой системе координат. Матрица может отражать в себе все пространственные преобразования, такие как: поворот, перенос, симметрия, масштабирование и их композиции. Как правило, матрица имеет следующий вид. Габаритные размеры (Box) - структура данных, описывающая параметры прямоугольного параллелепипеда со сторонами параллельными координатным осям. Фактически это координаты двух точек, расположенных на концах главной диагонали параллелепипеда. Кривые и поверхности NURBSВ настоящее время наиболее распространенным способом представления кривых и поверхностей в параметрической форме являются рациональные сплайны или NURBS (non-uniform rational b-spline). В виде NURBS с абсолютной точностью могут быть представлены такие канонические формы как отрезок, дуга окружности, эллипс, плоскость, сфера, цилиндр, тор и другие, что позволяет говорить об универсальности данного формата, и исключает необходимость использования иных способов представления.Кривая в таком виде описывается следующей формулой:ЗдесьW(i) - весовые коэффициенты (положительные действительные числа),P(i) - контрольные точки,Bi - B-сплайновые функцииВ-сплайновые функции степени М полностью определяются множеством узлов. Пусть N=K-M+1, то множество узлов представляет собой последовательность не уменьшающихся действительных чисел:T(-M),…,T(0),…,T(N),…T(N+M).Рис. 8. (a) кубические базисные функции ; (b) кубическая кривая, использующая базисные функции с (a) Сегмент кривой, представленной в виде NURBS, может быть преобразован в полиномиальную форму без потери точности, то есть представлен выражениями:
, где и являются полиномами степени кривой. Способы преобразования кривых из NURBS в полиномиальную форму и обратно подробно описаны в /1/. Поверхности NURBS представляются аналогичным образом: Рис. 9. В-сплайновая поверхность: (a) сетка контрольных точек; (b) поверхность Как видно из рисунков, сложность геометрической формы кривой или поверхности можно оценить по контрольным точкам. Сегмент поверхности NURBS также может быть представлен в полиномиальной форме: , где и являются полиномами двух переменных и могут быть представлены в виде: . Более подробно свойства NURBS кривых и поверхностей описаны в /1,2/. Для любой двумерной параметрической кривой , , где , и - полиномы существует уравнение , где также полином, которое точно определяет ту же самую кривую. Для любой параметрической поверхности заданной выражением (6) существует уравнение , где также полином, которое точно определяет ту же самую поверхность. Способы получения неявной формы параметрически заданной кривой или поверхности описаны в /33/. Стандарты передачи геометрической моделиДля сквозной автоматизации процесса подготовки производства, необходимо использование CAD-систем в конструкторских отделах и CAM-систем в технологических. В случае если проектирование ведется на одном предприятии, а изготовление на другом, возможны варианты использования различного программного обеспечения. При этом основной проблемой является несовместимость форматов геометрической модели систем разных фирм. Наиболее часто для решения этой проблемы проектировщик формирует весь набор технической документации в бумажном виде, а изготовитель по полученным чертежам восстанавливает электронную модель изделия. Такой подход очень трудоемкий и сводит на нет все достоинства автоматизации отдельных этапов. Решение подобных задач производится либо посредством программы-конвертора, либо посредством приведения данных к единому стандарту.Одним из таких стандартов является IGES[4] (Initial Graphics Exchange Specification). Этот стандарт обеспечивает передачу любой геометрической информации, включая аналитические и NURBS поверхности и твердотельные модели в представлении B-Rep. В настоящее время стандарт IGES является общепризнанным и обеспечивает передачу любой геометрической информации. Его поддерживают все наиболее развитые системы автоматизированного проектирования и производства. Тем не менее для решения некоторых производственных задач передачи только геометрической информации недостаточно. Необходимо хранение всей информации об изделии в течение всего его жизненного цикла. Передача подобной информации может быть осуществлена с помощью совсем нового стандарта ISO 10303 STEP, являющегося непосредственным развитием IGES. Однако в России спрос на системы, совместимые со STEP, практически отсутствует. Геометрическая модель может быть передана также и формате STL (формат для стереолитографии). В таком представлении модель представляется как совокупность плоских треугольных граней. Однако представление модели в таком виде, несмотря на очевидную простоту, имеет серьезный недостаток связанный с большим увеличением объема памяти требуемой для хранения модели при небольшом увеличении точности.Помимо указанных существуют корпоративные форматы хранения и передачи информации о геометрической форме изделия. К ним относятся, например, формат XT ядра Parasolid фирмы Unigraphics Solitions или формат SAT ядра ACIS фирмы Spatial Technology. Ключевым недостатком этих форматов является их ориентированность на продвигающую их фирму, и соответственно, зависимость от нее.Таким образом, в настоящее время наиболее приемлемым форматом для передачи геометрической информации о форме изделия из одной системы в другую является IGES.3. Язык функционального моделирования систем IDEF0Исследование или разработка любой сложной системы должна начинаться с функционального анализа и моделирования системы в целом и всех ее подсистем. Для этой цели разработана методология IDEF0[1], представляющая собой совокупность методов, правил и процедур, предназначенных для построения функциональной структуры сложных иерархических систем. Эта методология может использоваться как для определения требований и функций на начальных этапах проектирования АС, так и при разработке рабочих проектов систем, специфицированных с помощью IDEF0. Методология IDEF0 позволяет повысить производительность и уменьшить вероятность появления ошибок при анализе систем. В основе IDEF0 лежат следующие концепции: - графическое представление модели в виде иерархии блок-схем, обеспечивающее компактность информации; - максимальная коммуникативность, т.е. доступность для понимания широким кругом специалистов; - строгость и точность, обеспечивающие качество модели; - пошаговые процедуры, обеспечивающие эффективные процессы разработки модели, ее просмотра и объединения; - отделение организации от функции, т.е. исключение влияния организационной структуры объекта на его функциональную модель. Основной принцип, заложенный в функциональное моделирование систем, состоит в их пошаговой нисходящей декомпозиции до уровня, необходимого для целей моделирования. Каждый шаг декомпозиции соответствует некоторому уровню абстрактности представления системы. Язык спецификации функциональной модели представляет набор графических знаков, помеченных предложениями на естественном языке, и правил их применения. Функциональная модель системы - набор графических диаграмм на языке функционального моделирования (ЯФМ), описывающих систему на одном или нескольких уровнях абстрагирования. На диаграммах функции отображаются в виде блоков, а их связи - в виде стрелок. Каждая функция-блок одного уровня может быть декомпозирована в виде диаграммы из 3-6 подфункций на следующем уровне. Основным графическим элементом ЯФМ является блок - прямоугольник, обозначающий выделенную проектировщиком функцию (рис.3.1). Каждая из четырех сторон блока имеет определенное назначение: левая - входы, правая - выходы, верхняя - управление, нижняя - механизмы. Все стрелки имеют метку, т.е. стрелочную надпись. Рис.3.1 Функциональный элемент IDEF0 Внутри блока записывается его наименование, содержащее отглагольное существительное, определяющий действие, выполняемое блоком, а также существительное, определяющее предмет, на который направлено действие, и возможно дополнительная уточняющая информация. Каждый блок на диаграмме нумеруется в его нижнем правом углу в порядке от 1 до 6. Входы представляют собой объекты (материю, энергию или информацию), которые необходимы для выполнения функции, и в результате ее выполнения преобразуются в выходы. Входы показывают все объекты, которые необходимы для выполнения функции и она не может быть выполнена без получения этих объектов. Управление описывает условие, оказывающее влияние на выполнение функции, но само не подвергается расходованию или переработке. Каждый блок должен иметь, по крайней мере, одну управляющую стрелку. К нижней части блока могут присоединяться стрелки механизмов, обозначающие либо человека, либо материальное, энергетическое или информационное средство, обеспечивающее выполнение функции блока. Входы и выходы показывают, что делается функцией, управление - почему это делается, а механизмы - с помощью чего делается. Стрелка механизма, направленная вниз и называемая "вызов", указывает систему, полностью выполняющую функцию данного блока. Если существует необходимость в дальнейшей детализации блока, то последняя может быть выполнена в отдельной модели самого механизма. Блоки соединяются с помощью стрелок, идущих от выхода одного блока к механизму, входу и (или) входу управления другого. Количество стрелок на одной стороне блока не должно превышать шести. Ни последовательность, ни время не являются точно определенными в диаграммах IDEF0. Обратная связь (рис.3.2а), перекрытие функций по времени (рис.3.2б) изображаются стрелками. а) б) Рис.3.2 Сопряжения функциональных элементов IDEF0 Стрелки могут разветвляться и соединяться. Каждая из ветвей может представлять один и тот же или различные объекты одного и того же типа. Надписи на стрелках-ветвях и соединяющихся стрелках обеспечивают детализацию содержания более общих стрелок так же, как диаграммы нижнего уровня обеспечивают детализацию блоков. Стрелки данных подобно блокам функций имеют разные уровни детализации. Верхние уровни стрелок данных имеют надписи более общего характера. Блоки на одной диаграмме располагаются "лесенкой", что определяет доминирование верхних блоков над нижними (рис.3.3). Однако доминирование не определяет последовательность выполнения функций во времени. Стрелки, связывающие блоки в пределах одной диаграммы, являются внутренними. Внешние стрелки, в отличие от внутренних, не имеют либо начала, либо конца на данной диаграмме. Блок, который необходимо детализировать при построении функциональной модели, называется отцовским, а диаграмма, получаемая в результате такой декомпозиции - сыновней. Отцовский блок является частью отцовской диаграммы. Внешняя граница сыновней диаграммы в точности совпадает с границей блока-отца. Внутренняя граница диаграммы отца представляет собой объединение всех границ блоков - сыновней, рассматриваемых как единое целое. Для обозначения диаграмм, блоков и стрелок существует язык ссылок. Ссылка на блок образуется из порядкового номера блока на диаграмме с добавлением перед этой цифрой номера блока более высокого уровня, который детализируется данной диаграммой. Блок, обозначенный указанным номером с добавлением латинской буквы А называют узлом диаграммы (рис.3.3). Ссылка на стрелку формируется путем добавления к индексу узла кодов-обозначений стрелок: I-входная, C-управляющая, O-выходная, M-механизма (рис.3.3). Например, A0.1I2- означает вторую входную стрелку первого блока на диаграмме A0, а A1.I2 - граничную входную стрелку I1 на диаграмме A1. Функциональные модели компьютеризированных интегрированных производствНаиболее общая функциональная модель машиностроительного производства ("черный ящик") вместе с его непосредственным окружением представлена на рис.3.4.Основная функция такого производства заключается в преобразовании материалов, полуфабрикатов и комплектующих в изделия с оказанием услуг по их эксплуатации.Побочным выходом являются отходы производства. Этот материальный поток сопровождается переработкой информации. На входе - информация о состоянии рынка, проблемах эксплуатации изделий и т.п., а на выходе - коммерческая, техническая и прочая информация. Управляющие воздействия - решения руководящих органов (правительства, совета директоров, собраний акционеров и т.п.), а также цели, устанавливаемые этими органами.Функционирование производства поддерживается материальными ресурсами и услугами, получаемыми от других предприятий машиностроения (средства технологического оснащения, автоматизации и т.п.), а также строительных, транспортных и других организаций.Энергетические ресурсы (энергоносители, электрическая и тепловая энергия) приобретаются от предприятий топливно-энергетического комплекса (ТЭК); финансовые - от банков; трудовые - от учебных заведений и бирж труда; информационные - от издательств и других организаций.Рис.3.4 Функциональная модель машиностроительного предприятия и его непосредственное окружениеДекомпозиция этой модели представлена на рис.3.5 и включает функциональные блоки принятия решений управления; собственно управления предприятием; проектирования, изготовления и сопровождения изделий; обеспечения изготовления изделий, а также управления качеством и контроля исполнения решений.Функциональный блок управления предприятием декомпозируется на блоки: управления материально-техническими ресурсами; управления снабжением и сбытом; планирования работ предприятия; управления кадрами и заработной платой; управления финансовыми ресурсами и производственными затратами; проведения бухгалтерского учета и анализа.Блок проектирования, изготовления и сопровождения изделий включает функции: маркетинга; конструкторско-технологической подготовки производства; изготовления изделий и их сопровождения.Конструкторско-технологическая подготовка производства разбивается на две группы функций: проектирования изделий и технологических процессов их изготовления, а также проектирования средств технологического оснащения (специального оборудования, приспособлений и инструментов) и технологических процессов изготовления этого оснащения. Первая группа относится к основному производству, т.е. изготовлению изделий для реализации, а вторая - ко вспомогательному производству, т.е. изготовлению изделий для собственных нужд.Исходной информацией для проектирования основного изделия являются технические требования, а результатом - конструкторская документация и машинные информационные модели. Функция выполняется персоналом КБ основных изделий с помощью программно-технических комплексов (ПТК) автоматизированных рабочих мест (АРМ) конструкторов. Управление осуществляют автоматизированная система управления производством. Результаты конструкторского проектирования основных изделий передаются на технологическое проектирование. Необходимо отметить, что IDEF0-диаграмма не отображает временные зависимости процессов. Поэтому технологическое проектирование может начинаться на ранних стадиях конструкторского и вестись с ним параллельно.Результатами технологического проектирования являются соответствующая документация и информационные модели, а также технические требования на отработку конструкции на технологичность и технические задания на недостающую оснастку. Управление в данном случае ведется АСУ ТПП, а обеспечивает выполнение функции персонал технологического бюро основных цехов с использованием ПТК АРМ технолога.Функции, связанные с конструкторско-технологической подготовкой вспомогательного производства аналогичны вышеописанным.Организационная структура машиностроительных предприятийНа рис.3.6 представлена укрупненная организационная структура машиностроительного предприятия.Рис.3.6 Организационная структура4. Цели производственных системПроизводственные системы, как и любые другие искусственные системы, создаются человеком для достижения определенных целей.Экономия ресурсов
Улучшение потребительских свойств изделий:- предоставление новых функциональных возможностей;- комплексирование функциональных возможностей;- улучшение эргономических качеств;- улучшение эстетических качеств;- повышение чувствительности, точности, стабильности, диапазона.Цели и задачи автоматизации производственных системАвтоматизация - это совокупность организационно-технических мероприятий, обеспечивающих замену физического и умственного труда человека, затрачиваемого на планирование, проектирование и управление.Автоматизации всегда предшествует механизация - замена физического труда человека работой механизмов, получающих энергию от внешнего источника.Автоматизация сегодня- это не просто копирование программой для ЭВМ действий человека по заранее известному жесткому алгоритму, но и принятие решений на основании известной системы правил и умозаключений.Цели и задачи автоматизации
|
|