1 - 2003

КОМПАС в подводном мире

Сергей Цыганков, Григорий Теверовский

Рассказывая о комплексе систем автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства под маркой КОМПАС, авторы обычно описывают опыт его применения непосредственно в конструкторских бюро, в технологических или производственных отделах. Однако развитие модуля трехмерного проектирования и появление API-функций для создания прикладных пользовательских библиотек закономерно привело к тому, что теперь систему КОМПАС-3D стало возможно применить в совершенно иной области.

При выполнении разнообразных работ на море, таких как поисково-спасательные операции, прокладка и обслуживание коммуникаций на морском дне, монтаж и осмотр нефтегазодобывающих платформ на шельфе, видео- и топосъемка дна, исследования флоры и фауны, поиск полезных ископаемых, используются подводные аппараты различного назначения.

Обычно связь между подводным аппаратом и надводными кораблями или береговыми базами осуществляется либо по кабелям, либо с помощью специальной аппаратуры звукоподводной связи. При этом операторы, находящиеся на корабле или на берегу, испытывают определенные трудности с визуализацией местонахождения объекта под водой: известны расстояние до аппарата, глубина погружения и скорость движения, но представлены эти данные на мониторах в виде обычных плоских картинок с массой дополнительных меток. Если же дать оператору трехмерную картину обстановки, то надежность и адекватность управляющих команд, передаваемых на подводный аппарат, существенно возрастет.

Как же родилась идея применения КОМПАС-3D в этой области? Некоторое время назад в Государственном метрологическом центре гидроакустических измерений (ГМЦГИ) ГП ВНИИФТРИ при выполнении научно-исследовательских работ возникла необходимость непрерывного контроля местоположения и пространственной визуализации маневрирования подводного аппарата. Кратко ее суть состоит в следующем. Сигналы подводных гидроакустических маяков поступают на вход блока предварительной обработки, где происходит их фильтрация и выделение из них информативной части, необходимой для определения координат объекта и расчета параметров его движения. Подготовленные данные направляются в память компьютера через аналого-цифровой преобразователь (АЦП), встроенный в системный блок. Цифровой поток непрерывно обрабатывается программой расчета по специальным, довольно сложным алгоритмам. В процессе работы формируются данные о дистанциях от реперного излучателя, установленного на объекте, до каждого из маяков. Выполняется оценка скорости движения, рассчитываются координаты. Затем следует осуществить отображение движущегося в пространстве объекта.

Для этого нелогично разрабатывать собственный программный продукт, поэтому в ГМЦГИ воспользовались возможностями системы КОМПАС-3D, которая эффективно применяется для проектирования различных подводных измерительных устройств. Программисты Центра создали «Библиотеку анимации» для КОМПАС-3D, написанную на Visual C++ с использованием инструментальных средств разработки приложений КОМПАС-Мастер. Эта библиотека получает от расчетного программного модуля значения координат объекта и управляет перемещением соответствующей модели в сборке, являющейся трехмерным изображением акватории с установленными на ней гидроакустическими маяками. Вся система работает в масштабе реального времени с тактом от 0,5 до 4 с. При этом оператор берегового поста управления, наблюдая все перемещения объекта в поле маяков, контролирует маневры подводного аппарата и имеет возможность при необходимости вмешаться в процесс его работы (рис. 1).

Почему была выбрана именно система КОМПАС? Несмотря на то что имеется большое количество программных пакетов для трехмерного моделирования и анимации, система привлекла внимание специалистов Центра по следующим причинам. До последнего времени, как указывалось выше, система уже использовалась в ГМЦГИ, так сказать, по прямому назначению — при разработке приборов и оборудования для научных экспериментов. Кстати, в другом подразделении ГП ВНИИФТРИ, Институте метрологии времени и пространства (ИМВП), КОМПАС также давно применяется для аналогичных целей (подробнее см. в статье «КОМПАС шагает в ногу со временем», в спецвыпуске 2001 г.). Проектируя различные измерительные подводные устройства в среде КОМПАС, конструкторы получают набор уже готовых чертежей и моделей маяков для помещения их в общую модель акватории. Имея набор ранее измеренных сечений, средствами КОМПАС легко создать рельеф дна акватории, а в том случае, если поверхность дна построена с использованием специализированных геоинформационных систем, она передается в систему трехмерного моделирования через формат обмена IGES.

API системы КОМПАС (КОМПАС-Мастер) позволяет создавать прикладные программы с помощью таких мощных средств, как Visual C++, что ограничивает функциональность измерительной системы только ресурсами компьютера, а это важно и актуально для дальнейшего развития аппаратуры при использовании ее в составе каких-либо комплексов, в том числе и распределенных, функциональные узлы которых связаны локальными вычислительными сетями.

Немаловажную роль сыграло и то обстоятельство, что с компанией АСКОН у ГМЦГИ сложились давние партнерские отношения. Очень помогла в данном случае служба технической поддержки фирмы, которая оперативно решала возникавшие проблемы, быстро находя ответы практически на все поставленные вопросы.

К сожалению, в журнале невозможно продемонстрировать работу библиотеки анимации, поэтому просто приведем изображение условного подводного аппарата (рис. 2) и «снимок» одного кадра в акватории (рис. 3).

Появление подобной библиотеки открывает очень интересные перспективы, поскольку она предоставляет возможность решения на более высоком уровне многих конструкторских, научно-исследовательских и прикладных задач, позволяет визуализировать кинематику устройств, заставить их двигаться в виртуальном пространстве. Кроме того, при помощи специальной аппаратуры измеряется реальное размещение различного подводного оборудования. Эти данные также могут передаваться через библиотеку в общую модель акватории в режиме реального времени. Таким образом, можно с высокой степенью достоверности построить трехмерный образ акватории. Сегодня программисты ГМЦГИ совместно с подразделением разработки компании АСКОН ведут работы в этом направлении.

«САПР и графика» 1'2003