Программные продукты и системы

Проектирование и производство изделий корпусной мебели как предметная область разработки и внедрения САПР имеет существенные отличия от большинства других областей. Это обусловлено материально-художественной сущностью объектов проектирования: предметы мебели являются одновременно и функциональными составляющими оборудования помещений, и элементами художественного оформления, реализующими эстетические функции. Это предполагает тесную взаимосвязь инженерного и дизайнерского проектирования. С другой стороны, структура процесса проектирования корпусной мебели в достаточной степени детерминирована и включает следующие проектные процедуры и операции:

–   разработка и визуализация геометрической модели мебельного изделия;

–   формирование конструкторско-технологической документации;

–   расчет технико-экономических показателей;

–   разработка плана раскроя листовых и погонных материалов;

–   разработка маршрутных технологий и подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ.

Таким образом, при моделировании изделий корпусной мебели необходимо манипулировать геометрическими, технологическими и объектно-ориентированными понятиями [1]. Классификация элементов математической модели мебельного изделия показана на рисунке 1.

Рис. 1. Классификация элементов модели мебельного изделия

Разделение элементов на простые и структурные позволяет значительно упростить и ускорить выполнение операций, связанных с формированием чертежно-конструкторской документации, а также создать пользовательские типы элементов (блоки), в максимальной степени учитывающие особенности номенклатуры изделий конкретного предприятия. Структурные элементы определяются рекурсивно, как состоящие из множества простых и структурных элементов, и в процессе моделирования представляются единым целым. Классификация элементов на геометрические элементы и элементы оформления позволяет программно разделить два частично пересекающихся этапа: построение математической модели и формирование комплекта документации, ассоциируя группы команд с соответствующим множеством элементов.

Основным элементом моделирования мебельного изделия является панель (щитовой элемент), представляющая собой объемное тело, заметаемое произвольным замкнутым контуром при пере- мещении его вдоль прямой на указанное расстояние. Панель характеризуется следующими параметрами:

–   контур – набор произвольных, замкнутых, непересекающихся последовательностей отрезков, окружностей, дуг и сплайнов;

–   тип – параметр, характеризующий пространственно-функциональные особенности конкретной панели;

–   толщина – длина вектора, вдоль которого перемещается контур при построении панели;

–   наименование – текстовая строка, идентифицирующая конкретную панель с точки зрения пользователя;

–   материал – параметр панели, характеризующий материал (материалы в случае гнутой панели), из которого она изготовлена;

–   облицовка – набор материалов, используемых для облицовки кромок или пластей панели;

–   фурнитура – множество крепежной и декоративной фурнитуры, предназначенной для скрепления панели с другими панелями, а также для реализации ее функционального и/или эстетического назначения в составе мебельного изделия.

Панель может иметь сколь угодно сложную геометрическую форму, включая различные внутренние вырезы. Для построения контура панели в САПР корпусной мебели включается модуль геометрического моделирования, реализующий большинство встречающихся на практике способов задания его составных элементов.

Тип панели как характеристика пространственно-функциональных особенностей определяет положение ее локальной системы координат и частично функциональное назначение. Выделяются три типа панелей: вертикальные, горизонтальные и фронтальные (рис. 2).

Вертикальная  Горизонтальная          Фронтальная

Рис. 2. Системы координат панелей

Специальным видом является гнутая панель, математически не отличающаяся от обычной панели, но имеющая существенные отличия в технологии изготовления. Один из возможных способов ее получения – послойное склеивание листов различных материалов. В этом случае материал гнутой панели представляет собой список материалов, а ее толщина – суммарную толщину всех слоев. Для гнутых панелей рассчитывается длина развертки , где L – длина контура гнутой панели; d – толщина.

Материалы, используемые при моделировании мебельных изделий, делятся на три группы:

–   листовые, характеризующиеся длиной, шириной и толщиной, причем эти параметры соответствуют аналогичным параметрам панели;

–   погонные, основной функциональной характеристикой которых является длина (металлокаркас, профили, столешницы и т.п.);

–   кромочные, которые имеют только длину и толщину и применяются при облицовке кромок панелей.

Автоматизированный режим облицовки кромок панелей реализуется путем ручного выбора нужных материалов и кромок, исходя из поставленных критериев, и автоматического расчета необходимых технологических параметров: подрезки размеров панели на толщину кромочного материала; добавления припусков кромочного материала и формирования единого отреза кромочного материала для нескольких смежных кромок. Подобные расчеты выполняются, если этого требуют технологические процессы изготовления деталей на конкретном предприятии.

Для пространственного моделирования взаимного расположения панелей в составе мебельного изделия разрабатывается система команд, показанная на рисунке 3. Все команды могут работать как с отдельной панелью, так и с их произвольным множеством.

Рис. 3. Команды моделирования мебельного изделия

Команды позиционирования позволяют точно устанавливать панели относительно ранее построенных панелей в соответствии с общим замыслом конструирования. Привязка допускается как к пласти, так и к кромке панели. Привязка к двум панелям реализует алгоритм вписывания панели в заданные габариты точно или с заданными боковыми зазорами.

Команды перемещения реализуют возможность установки панелей в произвольную точку пространства с поворотом вокруг любой из трех осей координат или одновременным поворотом вокруг нескольких осей, а также их удаления.

Команды копирования служат для быстрого построения повторяющихся элементов мебельного ансамбля.

Команды редактирования предназначены для организации работы с прототипами и позволяют формировать модели новых изделий путем модификации существующих моделей. Одним из основных видов редактирования является линейная деформация указанной части модели по заданному вектору с сохранением неразрывности всех редактируемых элементов.

С формальной точки зрения двери мебельного изделия - это панели, однако в целях максимального учета технологических особенностей их моделирования вводится специальная команда, позволяющая совместить операции установки и крепления.

Ящики представляют собой стандартные параметрические элементы, образующие библиотеку. Для ее формирования разрабатывается специальная программа – мастер ящиков, включающая необходимый набор средств параметрического описания конструкции ящика и соответствующей системы выдвижения.

При установке ящиков в модели изделия задаются только секция изделия, количество ящиков, материал их фасадов и некоторые конструктивно-технологические параметры, а все остальные параметры рассчитываются автоматически.

Крепежная фурнитура представляет собой набор типовых классов элементов, объединенных общностью алгоритма установки и набора формальных параметров, каждый из которых описывается тремя характеристиками:

–   тип крепежа – признак, идентифицирующий конкретный класс крепежа;

–   наименование крепежа;

–   массив параметров крепежа – динамический параметр, жестко определяемый конкретным классом.

В соответствии с существующими технологическими особенностями производства формируется библиотека используемого крепежа, которая вызывается в процессе моделирования мебельного изделия. Алгоритм установки предполагает выбор нужного элемента крепежа из библиотеки и указание по определенным правилам скрепляемых панелей. При этом выполняется автоматический контроль корректности операции по геометрическим критериям: принадлежность крепежа всем скрепляемым панелям, соответствие размеров крепежа толщине панелей и их взаимное расположение.

Важнейшим этапом практической реализации задачи геометрического моделирования является построение и заполнение базы данных материалов, используемых при производстве изделий. Для ее формирования и ведения разрабатывается специальный модуль, поддерживающий иерархическую структуру базы с разделением материалов на группы с вложенными подгруппами.

Группы материалов организуются в соответствии с тем или иным критерием однородности, при этом каждый из материалов характеризуется следующим набором параметров:

·     наименование материала, его цена;

·     коэффициент, учитывающий технологические издержки производства;

·     единицы измерения;

·     код материала, используемый для связи с автоматизированной системой складского учета;

·     класс, к которому относится материал при расчете себестоимости;

·     список сопутствующих материалов и операций.

Определяющим является понятие сопутствующих элементов, под которыми понимаются материалы и операции, имеющие жесткую, технологически обусловленную связь с данным материалом. Они образуют ориентированный нециклический граф, весовыми коэффициентами дуг которого являются удельные стоимости материалов или удельные затраты на выполнение операций. Подобное структурирование базы данных позволяет организовать гибкий экономический учет издержек производства с заранее заданной степенью детализации статей затрат.

Рассмотренный подход к моделированию изделий корпусной мебели реализован в САПР БАЗИС (www.bazissoft.ru).

САПР БАЗИС зарегистрирована в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (Свид. об офиц. регистр. программы для ЭВМ № 2006613233 от 13.09.2006).

Литература

1. Бунаков П.Ю. Особенности автоматизации конструкторского и технологического проектирования в мебельном производстве. // САПР и графика. - 2007. - № 7.

2. Мамонтов Е.А., Стрежнев Ю.Ф. Проектирование технологических процессов изготовления изделий деревообработки: Учеб. пособ. – СПб.: ПрофиКС, 2006. – 584 с.

3. Стариков А.В. Концепция построения комплексной САПР корпусной мебели для позаказного промышленного производства. // Системы управления и информационные технологии. – 2006. – № 2.1. – С. 197–200.