Метод автоматизированного распознавания конструкторско-технологических элементов детали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Метод автоматизированного распознавания конструкторско-технологических элементов детали

И.А. Зиннатуллин, Д.С. Горяинов Самарский государственный технический университет

Аннотация

Рассматривается метод повышения эффективности технологической подготовки производства на основе автоматизации разработки технологических процессов с применением распознавания конструкторско-технологических элементов.

Ключевые слова: автоматизация, САПР ТП, электронная модель изделия, конструкторско-технологический элемент, распознавание, нейронные сети, граф связности граней.

Abstract

Discuss technologic readiness efficiency, using automated feature recognition method.

Keyword: Automation, CAPP-systems, digital mock-up, design feature, recognition, neural nets, Attributed Adjacency Graph.

Методология автоматизированного проектирования изготовления деталей разрабатывается с конца 60-х годов и, несмотря на достигнутые результаты в области формализации и моделирования этапов разработки технологических процессов (ТП), принятие множества проектных технологических решении технологом касательно определения структуры ТП ведется вручную. Такое положение во многом связано с малой степенью разработки методического обеспечения, выражающейся в формализованных правилах определения состава и последовательности технологических операции. Одной из задач решения данной проблемы является автоматизированное формирование содержания (состава) технологической операции на основе конструкторско-технологических параметров предмета производства (ПП) роль которых в настоящее время наиболее полно выполняет электронная модель изделия (ЭМИ) [1].

Проблема создания автоматизированных систем синтеза структур ТП является актуальной научно технической проблемой. Такие системы должны синтезировать единичные ТП изготовления деталей не путем заимствования проектных технологических решении из типовых ТП, а формировать их на основании конструктивно-технологических характеристик ПП применительно к конкретной сложившейся производственной системе, с учетом ее ограниченных технологических возможностей и ресурсов [2]. Такие системы соответствуют основной цели технологической подготовки производства (ТПП): снижение времени принятия проектных технических решений с одновременным повышением показателей качества процесса ТПП.

Концепция автоматизированного распознавания конструкторско-технологических элементов (КТЭ) является подсистемой САПР синтеза ТП и предусматривает разработку метода, обеспечивающего автоматизированное формирование списка КТЭ - исходного материала для автоматизированного формирования состава (содержания) технологической операции инвариантно к классу ПП. КТЭ представляют собой сочетание различных типов элементарных поверхностей (ЭП) ЭМИ, скомпонованных в группы по принципу общности технологии их формообразования. КТЭ не ограничиваются определенным числом поверхностей, входящих в него т.к. современные детали машин имеют тенденцию к усложнению, вследствие чего растет количество поверхностей ПП, выполняющих различные функции и соответственно пополняющие количественный состав поверхностей, входящих в КТЭ. Необходимость различных конструктивных решений, принимаемых в зависимости от требований, выдвигаемых к изделию, может привести к тому, что конструктивные элементы, отнесенные одной группе, будут иметь различную геометрическую форму.

Анализ топологических характеристик элементарных объектов, составляющих ЭМИ - граней, рёбер, петель и вершин - является первым шагом, реализующим алгоритмы автоматизированного распознавания КТЭ. Переход к рассмотрению топологических характеристик позволяет получить информацию о геометрической форме локального фрагмента ЭМИ и в последующем, отнести его к определенному классу КТЭ.

Широкое распространение получило математическое описание объемного тела на основе конструктивного объемного представления геометрии (CSG-представления). Это представление описывает историю создания примитивов и применения булевых операций. В конструкторских САПР широко используется данное представление, однако, с позиции автоматизированного распознавания КТЭ CSG представление обладает значительными недостатками: не позволяет перейти на уровень доступа к отдельным граням и анализу информации о смежности граней; нет прямого доступа к ребрам и вершинам; представление объектов не уникально, что так же затрудняет распознавание.

В предлагаемом методе используется граничное представление объемного тела boundary representation (b-rep). Структура данных такого представления содержит сведения о границах объема на основе информации о вершинах, ребрах, гранях и их соединении друг с другом. На рисунке 1 представлены изображения КТЭ (параллелепипед с глухим отверстием совместно со структурой b-rep данного твердого тела).

Рис. 1. Вид тела и его граничного описания.

Граничное представление объемного тела может быть представлено следующей математической формулировкой:

Объёмное тело=(В вВершина, РрРебро, Г г Грань),

где В, Р, Г- есть комплекты вершин, ребер и граней тела соответственно, в, р, г - соответствующие структурные элементы тела.

В этом выражении каждое ребро имеет две вершины, и является результатом примыкания двух смежных граней. Каждая грань окружена петлей рёбер. Петля рёбер это топологический объект, который описывает одну из границ грани и содержит информацию о том, где и как к данной грани примыкает соседние грани. Петли могут быть внешними, если они совпадают с граничными кривыми граней, и внутренние, если петля полностью расположена внутри граничных кривых грани, например, отверстие или бобышка на грани. Одна грань может иметь несколько петель.

Для реализации процесса автоматизированного распознавания КТЭ в ЭМИ разработана новая структура данных о топологических объектах ЭМИ (ребра, вершины, грани, петли). Предлагаемая структура данных ориентирована на поддержку процессов распознавания путем применения инструментов анализа к топологическим объектам.

Для формализации представления о каждом из «потенциальных КТЭ» (паз, карман, ступень, сквозной карман, и т.п.) использован подход на основе гране-рёберных графов связности (AAG) [3]. Каждому ребру между вершинами присваиваются атрибуты в зависимости от вогнутости, выпуклости и т.п. На основании гране-рёберного графа, для всех потенциальных КТЭ необходимо составить таблицу с визуальным представлением, лингвистическим и формализованным описанием.

Следующим этапом является группирование извлечённых топологических объектов электронной модели в потенциальные конструкторско-технологические элементы. В общем случае, процесс автоматизированного распознавания КТЭ можно представить, как обработку входной информации блоком САПР-ТП механообработки по преобразованию множества данных «низкого уровня» (грани, ребра, петли, вершины) составляющих структуру ЭМИ в данные «высокого уровня» (отверстия, пазы, карманы). На основе идентифицированных в ЭМИ КТЭ возможно принимать проектные технологические решения о структуре ТП, применяя к ним типовые маршруты обработки.

Данные «нижнего» уровня являются элементарными структурными составляющими ЭМИ и именно характер их взаимоотношении между собой формирует облик детали. От характера сочетания элементарных поверхностей (от той геометрической формы, которую они образуют) зависят параметры КТЭ (геометрические характеристики: длина, высота, ширина, глубина, диаметр и т.п.), напрямую влияющие на автоматизированное формирование маршрута обработки данного КТЭ. Задача идентификации геометрической формы потенциальных КТЭ в ЭМИ предполагает формирование эвристических правил, позволяющих выделить характерные особенности (параметры) каждого из потенциальных КТЭ. В этом случае подсистема САПР-ТП автоматизированного распознавания КТЭ может приступить к классификации КТЭ т.е. описать электронную модель в технологических терминах, подобно тому как технолог мысленно осуществляет декомпозицию чертежа детали на КТЭ.

Для идентификации КТЭ в ЭМИ предложено применение нейронной сети (НС). Выходное значение нейронной сети соответствует шифру определённого КТЭ. Распознанные КТЭ по определённым правилам очерёдности формируют переходы обработки детали.

Таким образом, разработанный метод распознавания КТЭ с применением анализа данных о топологических объектах ЭМИ (ребра, вершины, грани, петли) на основе B-rep представления, позволяет автоматизировать этап ТПП. Метод позволяет описать и автоматизировано распознать практически любую форму КТЭ. Метод легко реализуем программными средствами, например, в модулях CAD и CАМ САПР «верхнего» уровня. К недостаткам метода можно отнести неоднозначность распознавания КТЭ в случае их пересечения.

топологический ребро электронный

Список литературы

1. Кондаков А.И. САПР технологических процессов.- М.: Академия, 2007.- 272 с

2. Митрофанов В.Г. Калачев О. Н., Схиртладзе А. Г. САПР ТП в технологии машиностроения Ярославль: 1995. - 298 с

3. W.D. Li, S.K. Ong, A.Y.C. Nee Integrated and collaborative product development enviroment World Scientific Publishing Co Pte Ltd (27.03.2006), 348 pp.

Размещено на Allbest.ru