Принципы и задачи проектирования

Проектирование технического объекта связано с созданием, преобразованием и представлением в принятой форме образа этого объекта.

Проектирование – процесс, заключающийся в преобразовании исходного описания объекта в окончательное описание нам основе выполнения комплекса работ исследовательского, расчетного и конструкторского характера.

Преобразование исходного описания в окончательное порождает промежуточные описания. Возможности проектирования сложных объектов обусловлены использованием ряда принципов, основанных на иерархичности описания.

Описание технических объектов должны быть по сложности согласованны с возможностями восприятия человеком и возможности оперирования описаниями в процессе их преобразования с помощью имеющихся средств проектирования.

На каждом иерархическом уровне используются свои понятия системы и элементов. На уровне 1 (верхнем уроне) подлежащий проектированию сложный объект S рассматривается как система S из n взаимосвязанных и взаимодействующих элементов S_i. Каждый из элементов в описании уровня 1 представляет собой также довольно сложный объект, который рассматривается как система S_i на уровне 2. Как правило, выделение элементов S_ij происходит по функциональному признаку. Подобное разделение продолжается вплоть до получения на некотором уровне элементов, описание которых дальнейшему делению не подлежит.

….

……. ……

Если решение задач высоких иерархических уровней предшествует решению задач более низких иерархических уровней, то проектирование называют нисходящим. Если раньше выполняются этапы, связанные с низкими иерархическими уровнями, проектирование называют восходящим.

Различают несколько режимов проектирования.

Автоматический режим имеет место при выполнении маршрута проектирования по формальным алгоритмам на ЭВМ без вмешательства человека в ход решения.

Ручной (неавтоматический) режим характеризуется выполнением маршрута без помощи ЭВМ.

Диалоговый (интерактивный) режим является более совершенным режимом, при нем все процедуры в маршруте выполняются с помощью ЭВМ, а участие человека проявляется в оперативной оценке результатов проектных процедур или операций. Если инициатором диалога является человек, которому предоставлена возможность в любой момент прервать автоматические вычисления на ЭВМ, то диалог называется активным. Если прерывания вычислений происходят по командам исполняемой на ЭВМ программы в определенные, заранее предусмотренные моменты, то такой диалог называется пассивным.

2 Геометрическое моделирование. Основные понятия. Виды геометрических моделей.

Математическая модель отражает лишь некоторые свойства объекта. Например, математическая модель резистора в виде уравнения закона Ома характеризует свойство резистора пропускать электрический ток, но не отражает габариты резистора, как детали, его цвет, стоимость и т.д.

В геометрических математических моделях отображаются геометрические свойства объектов, в них дополнительно к сведениям о взаимном расположении элементов содержатся сведения о форме деталей. Геометрические математические модели могут выражаться совокупностью уравнений линий и поверхностей; алгебраических соотношений, описывающих области, составляющие тело объекта. Геометрические математические модели применяют при решении задач конструирования в машиностроении, приборостроении, радиоэлектронике, для оформления конструкторской документации и т.д.

В приборостроении для отображения геометрических свойств деталей со сравнительно несложными поверхностями применяют математические модели, представляемые в аналитической или алгебраической форме. Аналитические математические модели – уравнения поверхностей и линий, например, уравнение плоскости имеет вид ax+by+cz+d=0, а эллипсоида – вид , где x, y, z – пространственные координаты; а, b, c, d – коэффициенты уравнений. В алгебраических математических моделях, отображающих условия принадлежности точек внутренним областям тел. Для сложных поверхностей аналитические и алгебраические модели оказываются слишком громоздкими. Их трудно получить и неудобно использовать. Область их применения обычно ограничивается поверхностями плоскими и второго порядка.

В приборостроении для отображения геометрических свойств деталей со сложными поверхностями применяют математические модели каркасные и кинематические.

Каркасные математические модели представляют собой каркасы – конечные множества элементов, например, точек или кривых, принадлежащих моделируемой поверхности. В частности, выбор каркаса в виде линий, образующих сетку на описываемой поверхности, приводит к разбиению поверхности на отдельные участки.

В кинематических математических моделях поверхность представляется в параметрическом виде R(U,V), где R = (α, y, z), а U и V – параметры. Такую поверхность можно получить как результат перемещения в трехмерном пространстве кривой R(U), называемой образующей, по некоторой направляющей линии. Коэффициенты уравнений, как правило, не имеют простого геометрического смысла, что затрудняет работу с ними в интерактивном режиме. Этот недостаток устраняется в канонических и геометрических макромоделях.

Канонические модели используют в тех случаях, когда удается выделить параметры, однозначно определяющие геометрический объект и в то же время имеющие простую связь с его формой. Например, для плоского многоугольника такими параметрами являются координаты времени, для цилиндра – направляющие косинусы и координаты некоторой точки оси, а также радиус цилиндра.

Геометрические макромодели являются описаниями предварительно отобранных типовых геометрических фрагментов. Такими фрагментами могут быть типовые сборочные единицы, а им макромоделями – условные номера, габаритные и стыковочные размеры. При оформлении конструкторской документации макромодели используют для описания типовых графических изображений, например, зубчатых колес, винтовых соединений, подшипников и т.д.