Автоматизация компоновки сборочного чертежа на примере взрывозащищенного корпуса с кабельными вводами и клеммами

Андрей Параничев,
программист кафедры САПР Санкт-Петербургского государственного университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) (СПбГЭТУ «ЛЭТИ»)

Задачи, связанные с размещением одних геометрических объектов внутри других, широко распространены при компоновании сборочных чертежей [1, 2]. Рассмотрим такую компоновку на примере размещения примитивов в плоской постановке задачи: необходимо начертить прямоугольный объект, в котором следует разместить заранее неизвестное количество прямоугольных элементов (рис. 1 и 2).

Рис. 1. Схема размещения прямоугольных элементов внутри прямоугольного ограничения (Hd=10 мм и Ld =20 мм — соответственно высота и длина размещаемого элемента (детали); Hr =60 мм и Lr=250 мм — соответственно высота и длина ограничивающего элемента (области); nd= {15,16} — число деталей для случаев 1 и 2 соответственно)

Рис. 2. Диалоговое окно для размещения прямоугольных элементов внутри прямоугольного ограничения

Как видно из рис. 1 и 2, программный прототип автоматизированного размещения деталей внутри прямоугольной области задан пятью параметрами, которые пользователь выбирает в диалоговом окне.

Представленный прототип разрабатывался средствами AutoLISP/VisualLISP в среде AutoCAD, однако применительно к задаче автоматизации построения чертежей взрывозащищенных корпусов, компонуемых совокупностью кабельных вводов и клемм, была использована только сама идея размещения деталей на основе заданной совокупности параметров. Причина отказа от интеграции в AutoCAD проста: при встраивании специализированного приложения в существующую CAD-платформу оно «наследует» все ее функциональные недостатки, не говоря уже о коммерческой составляющей проекта.

В связи с этим было принято решение о разработке независимого графического приложения под операционную систему Windows, предназначенного для решения специализированной задачи САПР: автоматизации размещения кабельных вводов и клемм внут­ри взрывозащищенного корпуса [3, 4]. Отметим, что созданное программное приложение совместимо с любой 32­ или 64­разрядной версией Windows, что оказалось удобно для всех пользователей. Вид графического интерфейса разработанного нами приложения представлен на рис. 3, пример чертежа и спецификации к нему — на рис. 4.

Рис. 3. Фрагменты интерфейса компоновки корпуса в целом (вверху) и выбора варианта размещения 16 кабельных вводов на одной из его сторон

Рис. 4. Пример чертежа (вверху) и соответствующей спецификации для схемы размещения кабельных вводов и клемм внутри взрывозащищенного корпуса

Как видно из рис. 3 и 4, варианты размещения кабельных вводов на корпусе выбраны в соответствии с прототипом, изображенным на рис. 1 и 2.

Следует отметить, что представленное графическое приложение позволяет выполнять размещение элементов (кабельных вводов и клемм) в пределах прямоугольной области (так называемой зоне сверления) в двух режимах:

• автоматическом (кнопка Выполнить расчет на рис. 3), при котором варианты расчета выбираются исходя из критериев, установленных эвристически;
• полуавтоматическом (кнопка Обновить чертеж на рис. 3), при котором пользователь может выбрать вариант размещения клемм и/или кабельных вводов, отличающийся от предложенного в автоматическом режиме (пример вариантов размещения 16 кабельных вводов показан в нижней части рис. 3).

Компоновка чертежа происходит при следующих условиях:

• выбран взрывозащищенный корпус, совместимый с условиями расчета, которые задает пользователь (в том числе с размещаемыми кабельными вводами и клеммами);
• на корпус добавлена одна или несколько клемм (показываются на виде сверху), а также один или несколько кабельных вводов (показываются на виде сверху и на одной из четырех боковых сторон), при этом элементы (кабельные вводы и клеммы) должны быть совмес­тимы между собой, а также с другими условиями расчета;
• допустимые расстояния между кабельными вводами, клеммами, стенками корпуса и другие граничные условия должны предусматривать возможность хотя бы одного варианта размещения клемм, а также каждой из сторон с кабельными вводами.

Пример чертежа и спецификации, полученных после нажатия кнопки Распечатать чертеж, приведен на рис. 4, из которого видно, что:

• на двух боковых сторонах корпуса размещен 31 кабельный ввод (15 на одной и 16 на другой), при этом зона сверления (в виде прямоугольной области, ограничивающей размещение элементов) показана штриховой линией;
• на виде сверху показано размещение 60 клемм на монтажной панели, выполненное в два ряда (программой предложены четыре варианта расстановки: в два и три ряда, в горизонтальном и вертикальном направлении каждый);
• показаны все необходимые размеры корпуса, а также расстояния до точек размещения элементов относительно центральных осей коробки и ее дна (что, в свою очередь, позволяет осуществлять сборку изделия);
• в спецификации приведены описания всех размещаемых элементов, а также иные условия, не показанные на чертеже (например, габаритные размеры изделия и его приблизительный объем, учитываемые при дальнейшей транспортировке заказа).

Реализация вышеописанных характеристик независимого графического приложения выполнена в среде C++ Builder 2010 [5] с использованием компонента Virtual TreeView [6]. В процессе параметризации (параметрического моделирования) разработанного решения установлены следующие обобщающие характеристики продукции (Features):

• «зона сверления»;
• «типоразмер элемента»;
• «вариант расчета»;
• «файловый формат записи».

Для таких Features выполнена их структуризация с позиций методологии Bottom-Up (восходящего проектирования) и установлены соответствующие вычислительные параметры. Например, для обобщающей характеристики «типоразмер элемента» определена иерархия классов и установлены параметры, определяющие взаимное соответствие элементов изделия согласно нормативно­руководящим документам в области взрывозащиты ([7, 8] и др.).

Далее, с позиций методологии Top-Down (нисходящего проектирования), все обобщающие характеристики продукции проиндексированы, а для геометричес­ких параметров расчета выбраны масштабы для растровых изображений элементов. В результате реализована система, основанная на применении инструмента Universal Document Converter [9], что позволило сформировать встраиваемую базу данных растровых изображений с фиксируемыми масштабами. После этого выполнено встраивание решения в виде фрагментов базы данных, основанное на применении утилиты AutoDWG DWG to Image Converter [10], что позволило автоматизировать наполнение данных на базе компонента Virtual TreeView.

Таким образом, на основе идеи компоновки прямоугольных элементов внутри прямоугольного ограничения (см. рис. 1 и 2) разработано независимое графическое приложение для построения чертежей взрывозащищенных корпусов в автоматизированном режиме (см. рис. 3 и 4). Предлагаемый подход к решению задач, связанных с размещением элементов чертежа, может быть полезен как в других отечественных разработках в области САПР, так и в задачах проектирования в целом. 

Список литературы

1. Василенков А. Принципы организации параметрических сборочных моделей в T­FLEX CAD [Текст] / А. Василенков // САПР и графика. 2004. № 7. Режим доступа: http://www.sapr.ru/article.aspx?id=7657&iid=311, дата обращения — 03.09.2015. 
2. Сорокин В. Проектирование радиоэлектронной аппаратуры в среде SolidWorks [Текст] / В. Сорокин, А. Алямовский // САПР и графика. 2010. № 8. Режим доступа: http://www.sapr.ru/Article.aspx?id=21589, дата обращения — 03.09.2015. 
3. Параничев А.В. Программа «Система автоматизированного проектирования взрывозащищенных устройств «Горэлтех» (САПР «Горэлтех»)». Рег. номер 2013610339 (09.01.2013) [Текст] / А.В. Параничев [и др.] // Официальный бюллетень федеральной службы по интеллектуальной собственности. — Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем.
   М: ФИПС. 2012. № 5. С. 739.
4. Система автоматизированного проектирования взрывозащищенных устройств «Горэлтех» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://exd.ru/cortemqfm000r08u80025b.html, дата обращения — 03.09.2015. 
5. RAD Studio [Electronic Resource]. Available at: http://www.embarcadero.com/products/cbuilder, accessed — 03.09.2015.
6. Virtual TreeView [Electronic Resource]. Available at: http://www.soft­gems.net/index.php/controls/virtual­treeview, accessed — 03.09.2015. 
7. Industrial Automation and Drive Technologies. Product and systems for user in hazardous areas. Explosion Protection [Text]. Nürnberg: Siemens AG, 2010. 45 p. 
8. Groh H. Explosion Protection [Text] / H. Groh // Oxford: Butterworth­Heinemann. 2004. 524 p. 
9. Universal Document Converter [Electronic Resource]. Available at: http://www.print­driver.com/download, accessed — 03.09.2015. 
10. AutoDWG DWG to Image Converter [Electronic Resource]. Available at: http://www.autodwg.com/dwg2image/, accessed — 03.09.2015.