Zintegrowany rozwój procesu i produktu

Modelowanie produktu i procesu

Wprowadzenie do technologii produktuW opisie produktu, istnieje dużo różnych typów dokumentów. Podczas cyklu życia produktu, a szczególnie podczas procesu tworzenia, istnieją lub są tworzone różne dokumenty, takie jak specyfikacje, szkice, rysunki, harmonogramy pracy lub programy NC. Używając nowych technologii przetwarzania danych, dostępne stają się nowoczesne metody wytwarzania produktu, jego przetwarzania, prezentacji i administracji danych (magazynowania i archiwizacji). Podczas tych procesów, dane produktu muszą być prezentowane w postaci modeli danych produktu. Modele te powinny powstawać w sposób spełniający wymagania różnych aplikacji. Taki model produktu nazywany jest zintegrowanym modelem danych produktu (patrz rysunek 1).Stosowanie zintegrowanych modeli produktu określone są przez:

Reprezentacja wszystkich danych produktu dotyczy całego cyklu życia produktu. Reprezentacja różnorodnych fizycznych własności produktu. Rozważenie różnych sposobów zastosowań modeli produktu.

Rysunek 1. Model produktu i dane cyklu życia

Reprezentacja danych produktu z wszystkich faz jego cyklu życia, wymaga oprócz danych z etapów planowania produktu, konstrukcji i wytwarzania (proces rozwoju produktu) również integracji danych z marketingu, logistyki i recyklingu produktu. Dane te muszą być zintegrowane, np. w celu zaprezentowania różnorodnych własności fizycznych, mechanicznych, elektrycznych i elektronicznych produktu. Ponadto, możliwe musi być użycie modelu produktu do zaprezentowania informacji specyficznych (np. dla projektantów, konstruktorów, kreślarzy lub operatorów maszyn) poprzez tworzenie specjalnego obrazu.

Dane do obszernego opisu produktu powinny dawać możliwość podziału na różne kategorie informacji i danych (rysunek 2). Są to:

dane do definicji produktu, dane do reprezentacji i dane do prezentacji.

Dane do definicji produktu

Dane do definicji produktu są rodzajem danych umożliwiającym identyfikację produktu, jego klasyfikację zgodną ze specyficznymi klasami danego produktu oraz reprezentację jego struktur. Jest to wykonywane przy użyciu identyfikacyjnych lub klasyfikacyjnych systemów numerycznych, posługujących się ustawieniami tabelarycznymi i indeksami materiałowymi (BOM) produktów.

Dane do reprezentacji produktu

Dane potrzebne do reprezentacji produktu zawierają wszystkie dane, które są wymagane do jego opisu, ale w przeciwieństwie do danych prezentacji produktu, nigdy nie są bezpośrednio używane lub uważane za dokumentację produktu. W przypadku typowego procesu rozwoju produktu, dane mogą być porównywane do odręcznych szkiców projektowych, reprezentujących raczej ideę niż dokumentację techniczną. Terminologia reprezentacji produktu pochodzi z sektora przetwarzania danych, w którym używana jest do opisu wewnętrznej reprezentacji danych, np. rysunku. W skutek tego, reprezentacje te mogą być geometrycznymi danymi kształtu produktu lub technicznymi i organizacyjnymi danymi dotyczącymi samego produktu. Używane mogą być również reprezentacje cech danych geometrycznych CSG, cech BREP lub hybrydowe cechy struktur.

Dane dotyczące prezentacji produktu

W konwencjonalnym ujęciu, dane dotyczące prezentacji produktu mogą być opisane jako dane dokumentacyjne, które są drukowane i częściowo wykorzystywane np. przez projektantów. Takie dokumenty prezentują użytkownikowi wybrany widok (koncepcja, projekt, prace przygotowawcze, wytwarzanie) - np. rysunki techniczne, BOM. Przy zastosowaniu komputerów wspomagających tworzenie produktu, generowane mogą być różnorodne prezentacje - np. trójwymiarowe reprezentacje, gdzie możliwe jest cieniowanie lub animacja.

Rysunek 2. Definicja, reprezentacja i prezentacja produktu

Zintegrowany model danych produktu jest uszczegółowiony przez międzynarodowy standard ISO 10303 "Product Data Representation and Exchange" znany również jako STEP (Standard for the Exchange of Product Model Data), umożliwiający niezależną specyfikację definicji produktu, jego reprezentacji i prezentacji.

Metody i narzędziaZ powodu utraty dokumentacji wcześniejszych projektów (modeli rozwoju procesów) oraz utraty wzajemnych zależności pomiędzy produktem i procesem, takie same lub podobne zadania są stale rozwiązywane przy użyciu nowego podejścia - koło jest odkrywane każdego dnia. Cenne zasoby archiwalne w celu dalszego rozwoju nie są używane, a podobne warunki początkowe mogą prowadzić do rożnych i nie zadowalających rezultatów.

Zintegrowane modele produktu i procesu oferują metody i narzędzia konieczne do zwiększenia wydajności procesu rozwoju produktu. Początkowo, te metody i narzędzia wspomagają proces projektowania, pokazany na rysunku 3 w warstwach modelu, na którym widać, że produkt i proces wzajemnie na siebie wpływają.

Rysunek 3. Metody i narzędzia wspomagające proces projektowania.

Pożądana integracja modeli produktu i procesu na poziomie rozwoju, może zostać osiągnięta tylko za pomocą technologii informatycznych (IT) opartych na wzajemnych połączeniach pomiędzy reprezentacjami danych. Jeśli to wzajemne połączenie jest możliwe na samym początku i będzie utrzymywane przez cały czas trwania procesu rozwoju (zapisywanie historii wykonywane będzie na bieżąco), wówczas dostęp do modelu produktu w późniejszych fazach cyklu życia (np. fazy wykonania, serwisu) zawierać będzie znacznie mniej błędów. Równocześnie generowany jest zapis dokładnie uszczegółowionej historii procesu zgodny z ISO 9000 lub podobnymi standardami.

Przy projektowaniu procesu w przód, poziom szczegółowości gwałtownie się obniża. Na rysunku 4 pokazano, iż proces może być podobnie budowany do projektowania produktu. Charakterystyczne jest występowanie działań twórczych, które są trudne do zamodelowania lub umieszczenia ich na skali czasowej. Ramy zależności produktu (Product-dependent frames) są używane zamiast modelu procesu, lecz nie są one wystarczające dla prawidłowej prognozy rzeczywistych rezultatów końcowych przyszłych przepływów procesów. Utracone szczegóły pojawią się później podczas przebiegu procesu.

Rysunek 4. Hierarchia struktury produktu i procesu oraz ich wielopoziomowe zależności

Używanie modeli produktu do celów projektowych oznacza obecnie konieczność posiadania dostępu do modułów (bibliotek części, standardów części, rozwiązań). Ta koncepcja powinna być również stosowana w modelach procesów. Na każdym poziomie struktury procesu, powinno być możliwe definiowanie podprocesu typowego dla zadania (odzyskiwanie informacji, komunikacja, ...) - działania twórcze powinny się pojawiać na bieżąco. Podprocesy powinny być definiowane jako rezultaty działań twórczych odbiegających od standardowego przebiegu.

1. Podstawy modelowaniaW kolejnych podrozdziałach wyjaśnione zostaną teoretyczne podstawy efektywnego modelowania produktu i procesu. Na początku wyjaśnione będą niezbędne terminy takie jak: system, model, proces i dane technologiczne produktu. Później omówione zostaną terminy takie jak model danych produktu i model procesu. Na koniec zostaną wymienione rozwiązania IT wspierające procesy i wymianę danych produktu.

1.1. SystemPrzed omówieniem modelu, należy wyjaśnić termin system:

System składa się z uporządkowanych elementów, połączonych ze sobą poprzez rodzaj relacji.

Oznacza to, że system może składać się z wielu różnych elementów. Elementy te są charakteryzowane poprzez tak zwane atrybuty lub cechy. Pomiędzy elementami występują relacje, pokazujące powiązania pomiędzy nimi. Przedsiębiorstwo może być widziane jako system z pewna liczbą departamentów (działów) (np. dział badawczo-rozwojowy, produkcja, marketing, sprzedaż, ...) i relacji pomiędzy nimi (funkcje, które są wykonywane wewnątrz departamentów).

Według teorii systemów, system można scharakteryzować następującymi cechami: (patrz rysunek1):

System jest oddzielony od otoczenia poprzez granicę systemu. Granica ta  zależy głównie od celu dla którego powstał system.

Cele systemu są zdeterminowane poprzez obszar zastosowania systemu.. Elementy systemu są składnikami, z których składa się system. Z powodu swoich własności elementy systemu są w relacji ze sobą. Struktura systemu jest sumą wszystkich relacji pomiędzy jego elementami. Integralność systemu jest zapewniona poprzez jego elementy. Usunięcie części systemu zmienia jego

tożsamość, celowość i strukturę. Wejścia do systemu są zmiennymi, które przepływają do jego wnętrza przez granicę systemu . Zmienne, które wychodzą z systemu są nazywane wyjściami.

Rysunek 1. Charakterystyka systemu

Zgodnie z teorią systemu istnieją 3 różne formy reprezentacji systemu:

Strukturalna:

Przedstawienie strukturalne opisuje elementy i ich powiązania. Suma tych powiązań stanowi strukturę systemu.

Funkcjonalna:

W tym podejściu system jest rozumiany jako czarna skrzynka. Opis systemu jest tworzony poprzez wejścia i wyjścia.

Hierarchiczna:

Reprezentacja hierarchiczna ilustruje poziomy systemu, a zatem umożliwia definicje podsystemów. System może być elementem innego supersystemu/supersystemów, które z kolei mogą być zagnieżdżone w każdym następnym systemie.

Rysunek 2. Reprezentacje systemu

1.2. ModelJak pokazano na rysunku 3, model jest częścią systemu rzeczywistego, zawiera ważne aspekty, a pomija mniej ważne.

Rysunek 3. Model jako część systemu

Modele są tworzone lub używane ilekroć:

istnieje potrzeba zilustrowania złożonego systemu lub dostępu do systemu, skomplikowany system powinien zostać uproszczony, lub

zmienny system powinien zostać zredukowany do postaci podstawowej.

1.3. ProcesProces jest zdarzeniem trwającym w czasie. Obiekty wchodzące do procesu jako wejścia, zostają zmienione przez sekwencyjne i/lub równoległe składniki procesu (tj. funkcje). Funkcje przed opuszczeniem procesu, przemieszczają obiekty w pewien stan. Podczas procesu obiekty mogą znajdować się w różnym stanie. Wynik jednej funkcji powoduje uruchomienie innych funkcji. Pomiędzy funkcjami zachodzą zależności treści i czasu. Proces jest transformacją wejść w wartość wyjść i dlatego procesy mogą być jednoznacznie opisywane przez ich wejścia i wyjścia.

Łańcuch procesu może być rozumiany jako celowo uporządkowane powiązania pomiędzy procesami. Sieć łańcuchów procesów może być zdekomponowana na poszczególne procesy, a procesy mogą być dalej dekomponowane na funkcje. Te tak zwane funkcje podstawowe nie mogą być już dzielone dalej, gdyż reprezentują one najniższy poziom (patrz rysunek 4)

Rysunek 4. Łańcuch procesu

1.4. Technologia przetwarzania danych produktuNajważniejszymi narzędziami w technologii produktu stało się wykorzystanie komputerów i nowoczesnych metod przetwarzania danych. Ogromny rozwój sprzętu komputerowego i oprogramowania spowodował wzrost możliwości systemów przetwarzania danych, dał możliwość rozwiązywania bardziej skomplikowanych problemów oraz umożliwił przetwarzanie olbrzymiej ilości danych. Dodatkowo rośnie tempo integracji systemów przetwarzania danych, ich wydajność podnosi się, a ilość popełnianych przez nie błędów dąży do minimum.

Pod koniec lat ubiegłych, przetwarzanie danych przekształciło się w technologię informacji i komunikacji.

Definicje:

Technologia informacji:

Technologia informacji zawiera środki i sposoby przetwarzania danych zgodne ze znaczeniem interpretacji danych.

Technologia komunikacji:

Technologia komunikacji umieszcza środki i sposoby stosowane w przekazywaniu informacji (interpretacja wiadomości) pomiędzy różnymi punktami komunikacyjnymi, takimi jak ludzie i/lub urządzenia techniczne.

Ponieważ technologie informacji i komunikacji są złożone z podstawowych zasad i metod przetwarzania danych, dane technologii produktu są zgodne z zasadami i metodami przetwarzania danych produktu.

Definicja technologii przetwarzania danych produktu

Technologia przetwarzania danych produktu, zawiera podstawowe naukowe zasady i metody stosowane w przetwarzaniu danych produktu we wszystkich fazach jego cyklu życia.

Technologia przetwarzania danych produktu zawiera następujące funkcje:

Wymiana danych produktu Zapisywanie danych produktu Archiwizacja danych produktu Przekształcanie danych produktu

Technologia przetwarzania danych produktu oparta jest o zintegrowany model produktu zalecany przez normę ISO 10303.

1.5. Model danych produktuModel danych produktu jest formalnym opisem wszystkich informacji o tym produkcie powstałych w jego fazach cyklu życia.

W rezultacie dane technologiczne produktu wykorzystuje się coraz częściej jako podstawowe odniesienie dla przetwarzania danych podczas procesu rozwoju produktu.

Cykl życia produktu

Cykl życia produktu jest obiegiem w którym zdefiniowane są  następujące po sobie fazy (rysunek 5). Cykl życia produktu może być rozpatrywany jako zamknięty obieg, jeżeli po jego wykonaniu, wszystkie elementy produktu można w pełni odtworzyć i z powodzeniem wykorzystać do rozwoju nowych produktów.

Rysunek 5. Cykl życia produktu

Fazy życia produktu są następujące:

W fazie planowania produktu rozpoczyna się projektowanie nowego produktu. Analizy rynku, badanie potrzeb i wymagań klientów prowadzą do ściśle określonej specyfikacji potrzeb. Metody takie jak Quality Function Deployment są używane do skoncentrowania wymagań na możliwościach firmy i jej strategiach.

Faza rozwoju produktu obejmuje projektowanie produktu. Opierając się na specyfikacji wymagań definiuje się właściwości funkcjonalne oraz fizyczne i logiczne zachowanie się produktu. Inżynieria produktu obejmuje definicję materiałów, projekt kształtu, wymiary produktu oraz analizy stabilności,  wytrzymałości i trwałości, jak również symulację i testowanie zachowania fizycznego i logicznego produktu. Nowoczesne technologie informacji (IT) takie jak parametryzacja 3D-CAD, modele cyfrowe i technologia rapid prototyping, jak również systemy wspomagające projektowanie współbieżne i simultaneous engineering znacznie udoskonaliły proces rozwoju produktu.

Podczas fazy planowania produkcji wyniki fazy rozwoju produktu są używane do planowania i wytwarzania NC, montażu i testowania części i elementów. Typowymi zadaniami planowania produkcji jest: planowanie zasobów produkcyjnych, programowanie obrabiarek sterowanych numerycznie, symulacja operacji produkcyjnych, przepływ pracy, informacji i materiałów.

Faza wytwarzania produktu obejmuje wytwarzanie, montaż i testowanie wytworzonych części, elementów i produktów. Wytwarzanie produktu staje się coraz bardziej skomplikowane. Spowodowane jest to nowoczesnymi technologiami produkcji, koncepcjami organizacyjnymi, których używają nowoczesne IT do kontroli operacji obróbkowych, jak również do przepływów materiałów, pracy i informacji. Z powodu coraz większego angażowania się współpracujących ze sobą firm w proces produkcyjny, rośnie znaczenie logistyki, a szczególnie integracja i zarządzanie łańcuchami dostaw.

W fazie marketingu i dystrybucji następuje rozwój i wdrażanie w życie strategii wprowadzenia produktu na rynek, jego sprzedaż i dostarczenie klientom. Z powodu dostępności cyfrowych danych produktu jako rezultatu tworzenia i projektowania procesu, marketing może wykorzystać dane produktu nawet przed fizyczną dostępnością rzeczywistego produktu na rynku. Jest to jeden z powodów, dlaczego marketing i rozwój produktu są coraz mocniej z sobą powiązane.

Głównym celem faz wymienionych powyżej jest doprowadzenie do fazy użytkowania produktu. W fazie tej ważne jest nie tylko właściwe użytkowanie techniczne produktu lecz również jego utrzymanie i niezbędny serwis. Zastosowanie nowoczesnej IT pozwala zapewnić nową jakość utrzymania, serwisu i napraw, takich jak serwis i eksploatacja "na odległość".

Faza recyklingu i likwidacji produktu  określa co powinno stać się z produktem po zakończeniu jego zaplanowanego cyklu życia. Wiek techniczny i zużycie produktu wpływa na różne parametry produktu tak, że w końcu prowadzi do jego likwidacji lub recyklingu.

Cztery pierwsze fazy cyklu życia produktu są nazywane również procesem tworzenia produktu. Fazy te są procesami i mają wpływ na produkt, np. rozwój produktu ma duży wpływ na kolejne fazy planowania produkcji i wytwarzania.

Szczególnie ważna jest faza rozwoju produktu. W tej fazie określana jest waga i trwałość produktu, powstaje najwięcej kosztów, itd. Z drugiej strony projektowanie produktu ma wpływ na wymagania liczbowe innych faz jego cyklu życia. Rysunek 6 ilustruje niektóre z tych wymagań.

Aby wszystkie te wymagania mogły być spełnione, konieczne jest zdefiniowanie procedur modelowania poprzez analizę wszystkich procesów. Rezultatem analizy łańcucha procesów może być implementacja oprogramowania służącego do modelowania i projektowania produktu.

Rysunek 6. Klasyfikacja wymagań fazy projektowania z cyklu życia produktu.

1.6. Model procesuW procesie rozwoju produktu, łańcuch procesu może być rozpatrywany jako sekwencja wzajemnie połączonych, pojedynczych procesów. Wspomagany komputerowo proces oparty na tych łańcuchach procesu może być złożony z wybranych kombinacji różnych metod CAD/CAM pomocnych w wykonaniu tych procesów i tym samym umożliwia stworzenie procedur CAD/CAM.

Definicja łańcucha procesów:

Łańcuchy procesów są formalną, hierarchiczną i strukturalną kombinacją metod przetwarzania informacji (produkcji, przetwarzania i wymiany danych) dla osiągnięcia wspólnego celu.

Biorąc pod uwagę tę definicję, łańcuch procesu może być rozumiany jako celowo uporządkowane połączenie procesów. W sieci procesów, łańcuch może być dekomponowany na pojedyncze procesy, a te z kolei na funkcje.

Funkcje te nazywane są funkcjami podstawowymi, reprezentują one najniższy poziom i nie można ich już dalej dzielić.

Dane są przetwarzane podczas trwania procesów. Stanowią one wejścia i wyjścia funkcji. Z tego powodu dane mogą również kontrolować wynik przepływu danych, zmianę statusu, jak również wyzwalać inne funkcje.

Jak pokazano na rysunku 7 składniki przetwarzania procesów mogą być rozumiane jako:

1. Funkcje lub czynności, które mogą być wykonywane; 2. Sekwencje i wzajemne odwołania do czynności pomiędzy nimi; 3. Rola organizacyjna "Wykonywanie" i odpowiednie relacje; 4. Niezbędne zasoby do wykonania procesu (współpracownik, systemy przetwarzania danych, maszyny,

itp.).

Rysunek 7. Składniki koncepcji przetwarzania

Zbiór i prezentacja takiego łańcucha procesu jest przeprowadzana głównie poprzez zastosowanie modeli informacji opartych na analizie funkcji i przepływie danych. Dlatego też strategię można podzielić na następujące etapy:

Definicje łańcucha procesu, definiowanie zakresu, złożoności i ograniczeń Analizy funkcji i przepływu danych Zestawienie koncepcji technicznej i organizacyjnej Wdrożenie

Graficzna ilustracja tych etapów znajduje się na rysunku 8.

Rysunek 8. Od definicji do prezentacji procesu sekwencyjnego

1.7. Wymiana danych produktuWymiana danych produktu pomiędzy odpowiednimi systemami użytymi w różnych sektorach produkcji, może zostać przedstawiona jak na rysunku 9.

W celu zwykłej wymiany informacji CAD takich jak rysunki techniczne, BOM, itp. informacja najpierw musi zostać stworzona, wydrukowana a następnie przekazana. Odbiorca powinien zinterpretować przykładowe rysunki a następnie jeszcze raz wprowadzić niezbędne informacje do swojego systemu przetwarzania danych.

W przypadku cyfrowego transferu danych przy użyciu interfejsu, system przetwarzania danych tworzy specyficzny lub neutralny format danych, który może być czytany i interpretowany przez system odbiorcy.

Zintegrowane systemy są wspomagane poprzez zastosowanie różnorodnych, zależnych od wykorzystania podsystemów.

Model wewnętrzny takiego systemu musi być dostępny jako ogólna reprezentacja informacji, niezależna od konkretnego zastosowana. Taki model nazywany jest modelem produktu.

Rysunek 9. Typy wymiany informacji w procesie rozwoju produktu

Obecny stan technologiczny w wymianie danych produktu

Aktualny stan technologiczny opiera się głównie na wymianie danych w specyficznych zastosowaniach systemów. Wymiana ta jest charakteryzowana przez zależne od systemu dane i formaty jak również przez formaty danych opartych na zestandaryzowanych interfejsach. (rysunek 10).

W cyklu życia produktu istnieje tendencja do integracji modelu produktu zawierającego wszystkie istotne dane. Wymaga to spójnego modelu danych produktu wykorzystującego trójwymiarowe modele obejmujące wszystkie przedsięwzięcia i wszystkie lokalizacje. Taki zintegrowany model danych produktu może być zrealizowany tylko przy użyciu standardowych interfejsów i formatów danych. Może to pomóc w stworzeniu uniwersalnej wymiany danych jak również rozwiązać problemy archiwizacji danych

Rysunek 10. Aktualne metody wymiany danych produktu

Integracja danych przy użyciu modeli danych produktu

W przyszłości nieelastyczne systemy przetwarzania danych zastąpione zostaną koncepcją umożliwiającą realizację następującej strategii jako:

Otwarte systemy sprzętowe i programowe oparte na standardowych interfejsach.

Architektura systemów przetwarzania danych technicznych pokazana jest na rysunku 11.

Systemy przetwarzania danych muszą wykorzystywać model danych produktu bazujący na spójnych danych. Muszą również dostarczać niezbędnych operacji do tworzenia i manipulowania danymi produktu. Dane produktu w fazach cyklu życia produktu mogą być charakteryzowane przez różne wyróżniki zależne od stopnia abstrakcji i zastosowania. Z tego powodu ważne jest powszechne i standardowe rozumienie danych z cyklu życia produktu.

Taką standaryzacje oferuje norma ISO standard 1303 "Reprezentacja i wymiana danych produktu" (ang."Product Data Representation and Exchange") znana powszechnie jako STEP (Standard wymiany danych modelu produktu) (ang.Standard for the Exchange of Product Model Data).

Głównym założeniem tego standardu jest możliwość rozłożenia danych produktu na:

dane potrzebne do zdefiniowania produktu, dane potrzebne do reprezentacji produktu,  dane potrzebne do prezentacji produktu.

Przy użyciu takiego rozróżnienia i uwzględniając przepływ danych w łańcuchu procesu, można rozwinąć metody transformacji do przekształcenia danych produktu w dane definicji produktu dla jego reprezentacji i prezentacji. Ponadto możliwe jest tworzenia pochodnych formatów dla różnych formatów prezentacji i reprezentacji.

Rysunek 11. Przyszłościowa architektura przetwarzania danych technicznych.

2. Metody, narzędzia i technikiW ciągu ostatnich dziesięcioleci opracowano wiele wspomaganych komputerowo metod modelowania procesów. Metody te przynoszą następujące korzyści:

ułatwienie tworzenia i kontroli modeli i dokumentów, utworzenie dokumentów i modeli, które można bezpośrednio wykorzystywać i przetwarzać, utworzenie specyfikacji, którą można wykorzystywać do tworzenie dedykowanych aplikacji.

Najważniejsze z metod, narzędzi i technik zostaną omówione w poniższych podrozdziałach.

2.1. SADT/IDEF0Celem Analizy Strukturalnej i Techniki Projektowania (SADT - Structured Analysis and Design Technique) jest organizowanie, przedstawianie i dostarczanie bezpośrednich technik do identyfikacji wszystkich informacji niezbędnych do zilustrowania procesów. SADT jest narzędziem do strukturalizacji informacji, które pozwala lepiej zrozumieć procesy i rozwiązywać konkretne problemy. Dlatego SADT jest

wykorzystywany głównie do podejmowania decyzji i strukturalizacji faz analizy i projektowania w procesie modelowania. SADT nie dostarcza kompletnej specyfikacji.

SADT jest techniką opracowaną w 1974 przez Douglasa T. Ross i firmę SofTech. Od tego czasu metoda ta stosowana jest w procesie planowania, w analizie wymagań i w procesie projektowania. Metoda ta została rozbudowywana tak, aby stosując ją, móc wcześniej zrozumieć potrzeby użytkownika i uwzględnić je w projekcie. SADT nie wykształcił się z technik projektowania, lecz raczej był rozbudowywany przez rozpatrywanie problemów powiązanych ze zdefiniowanymi wymaganiami.

Integration Definition for Function Modeling (IDEF0) rozszerza zakres SADT. W swojej oryginalnej formie zawiera obydwie definicje języka modelowania graficznego (syntaktykę i semantykę), a także opis obszernej metodologii tworzenia modeli.

IDEF0 i jego poprzednik SADT są najlepiej zweryfikowanymi systemami metod, służącymi do opisu i projektowania kompleksowych systemów oraz procesów w przedsiębiorstwach.

Modele IDEF0 składają się z trzech typów informacji:

diagramów graficznych, tekstu, słownika.

Te wymienione powyżej typy informacji odnoszą się wzajemnie do siebie. Diagram graficzny jest głównym komponentem modelu IDEF0, zawierającym prostokąty, strzałki, połączenia łączące prostokąty/strzałki i łączące relacje. Prostokąty reprezentują funkcje, zdefiniowane jako działania, procesy lub transformacje. Funkcje te są rozbijane lub dekomponowane na bardziej szczegółowe diagramy, dopóki opisywany obiekt nie znajdzie się na odpowiednim dla celu projektu poziomie szczegółowości. Najwyższy poziom diagramu w modelu dostarcza ogólnych lub abstrakcyjnych opisów reprezentowanego obiektu. Następująca po tym diagramie seria diagramów potomnych (podrzędnych) wprowadza więcej informacji o obiekcie.

Jak pokazano to na rysunku 1, model IDEF0 wskazuje główne czynności oraz wejście, kontrolę, wyjście i mechanizmy powiązane z każdym głównym działaniem. Modele IDEF0 pozwalają opisać obraz procesu, wejścia (I), kontroli (C) nad procesem, wyjścia (O) i mechanizmów (M) zachodzących w procesie (wspólnie odnoszą się one do ICOM)

Rysunek 1. IDEF0 - ICOM

Każdy z modeli powinien posiadać diagram kontekstowy najwyższego poziomu, na którym obiekt modelu mógłby być reprezentowany poprzez pojedyncze prostokąty ze strzałkami. Diagram taki nazywany jest diagramem A-0. Strzałki łączące diagram z funkcjami poza obszarem obiektu tworzą centrum modelu. W momencie, kiedy pojedynczy prostokąt reprezentuje cały obiekt, nazwa opisującą go, wpisywana wewnątrz prostokąta jest nazwą główną. Ta sama reguła dotyczy strzałek łączących, ponieważ reprezentują one kompletny zbiór zewnętrznych połączeń z obiektem. Diagram A-0 określa również zakres lub granicę modelu, a także jego orientację.

Pojedyncze funkcje reprezentowane na diagramie kontekstowym najwyższego poziomu, mogą być dekomponowane na podfunkcje, poprzez tworzenie diagramów podrzędnych (child diagrams). Kolejno, każda z podfunkcji może być dekomponowana, każda tworzy kolejny, niższy poziom diagramu podrzędnego. Na danym diagramie kilka, żadna lub wszystkie funkcje mogą być dekomponowane. Każdy diagram podrzędny zawiera podrzędne prostokąty i strzałki, które dostarczają dodatkowych informacji na temat prostokątów nadrzędnych.

Diagram może być powiązany z tekstem opisującym go. Tekst powinno używać się do objaśniania właściwości, przepływów, połączeń pomiędzy prostokątami w celu objaśnienia ich wzajemnego oddziaływania, jak również do objaśniania istotnych cech modelu. Natomiast nie powinno używać się tekstu do niepotrzebnego opisu znaczeń prostokątów i strzałek.

Słownika używa się do definiowania akronimów, słów kluczowych i wyrażeń, które zostały użyte w połączeniu z diagramem graficznym. Jednak definicje użyte w słowniku musza być jasne i powszechnie zrozumiałe, gdyż powinny umożliwiać poprawną interpretację zawartości modelu.

Więcej informacji na ten temat dostępnych jest na stronach dla użytkowników zarejestrowanych. Na stronach tych zostanie bardziej szczegółowo wyjaśniony SADT i IDEF0 oraz w dodatkowo podane zostaną przykłady IDEF0.

2.2. EPC

Metoda Event-Driven Process Chain (EPC) została opracowana w Instytucie Systemów Informatycznych (IWi) Uniwersytetu Saarland w Niemczech przy współpracy z SAP AG. Jest ona kluczowym elementem koncepcji modelowania SAP R/3 dla celów business engineering. Metoda ta opiera się na koncepcji sieci stochastycznych i sieciach Petri'ego.

Metoda EPC skupia się na modelowaniu biznesowym wykonywanym przez operatora. Jest ona opracowana do modelowania ogólnych zachowań łańcucha procesu.

EPC umożliwia modelowanie procesu jako trwającej w czasie i/lub logicznej sekwencji funkcji. W metodzie EPC proces może być rozumiany jako ilość funkcji wywołanych przez jedno lub więcej zdarzeń.

Funkcje są połączone przez zdarzenia. Zdarzenie może być scharakteryzowane przez swój status i datę. Jak zaznaczono to też wcześniej, zdarzenia mogą wyzwalać funkcje. Zdarzenia kontrolują funkcje. Jednak mogą być one również rezultatem funkcji. Powinny być rozumiane jako główny element kontroli procesu. Wiele funkcji może być wynikiem jednego zdarzenia. Z drugiej strony, niekiedy kilka funkcji musi się zakończyć przed wyzwalającego jakiegoś zdarzenia (patrz rysunek 2).

Funkcję rozpoczyna i kończy co najmniej jedno zdarzenie. W skutek tego zdarzenie wyzwalające nazywane jest zdarzeniem początkowym, a zdarzenie powstałe w wyniku wykonania funkcji nazywane jest zdarzeniem końcowym (patrz rysunek 2).

Rysunek 2. EPC - Funkcje i zdarzenia.

Metoda EPC bazuje na notacji przedstawionej na rysunku 3.

Rysunek 3. EPC - notacja

Poprzez połączenie funkcji i zdarzeń z operatorami model procesu może być precyzowany (patrz rysunek 4)

Rysunek 4. EPC - przykładowy model

W celu umożliwienia modelowania złożonej sekwencji operacji z zachowaniem jasności i przejrzystości, metoda EPC została poszerzona.Rozszerzona metoda extended Event-Driven Process Chain (eEPC) umożliwia modelowanie łańcuchów procesów sterowanych zdarzeniami. Dodatkowo w metodzie tej możliwe jest modelowanie obrazu organizacji i danych (zobacz również ARIS).

Tak więc metoda eEPC zawiera podstawowe elementy metody EPC:

zdarzenia funkcje.

a dodatkowo następujące elementy:

jednostki organizacyjne dane.

Metoda eEPC bazuje na notacji przedstawionej na rysunku 5.

Rysunek 5. eEPC - notacja

Więcej informacji na ten temat dostępnych jest na stronach dla użytkowników zarejestrowanych. Na stronach tych zostanie bardziej szczegółowo wyjaśniona metoda EPC i eEPC oraz w dodatkowo podane zostaną przykłady.

2.3. ERMEntity Relationship Model (ERM) został zaproponowany w 1970 roku przez Petera Chena i innych . Celem tworzenia modeli metodą ERM, jest dostarczenie powszechnego, półformalnego i wygodnego modelu komunikacji pomiędzy użytkownikami i producentami oprogramowania. Metoda ta jest wystarczająco prosta do zrozumienia przez użytkowników (klientów) i wystarczająco dokładna dla producentów do projektowania. Wykorzystuje ona diagramy ERD (Entity Relationship Diagrams), które są wizualnym, obrazowym opisem relacji pomiędzy różnymi obiektami. Diagram ERD przedstawia na dużym rysunku, aktualnie tworzony produkt. Istnieje kilka różnych sposobów rysowania diagramów ERD.

Niektóre z encji łączą się poprzez relacje, które zazwyczaj opisywane są przez czasowniki. Sprzedawcy dostarczają materiały. Ludziom towarzyszą zdarzenia. Relacje posiadają liczebniki. Liczebnik identyfikuje numer konkretnej encji w relacji z inną encją. Jeżeli 1 osoba zajmuje 1 stanowisko pracy i stanowisko pracy jest zajmowane przez jedną osobę, to relacja ta jest relacją 1 : 1. Na 1 stanowisko pracy składa się wykonywanych n zadań, a każde zadanie jest częścią jednego stanowiska pracy. Jest to relacja 1 do n. M studentów może uczęszczać na n lekcji, co jest relacją m : n i oznacza, że każdy student może uczęszczać na n lekcji, a na każdą lekcję może uczęszczać m studentów. Te trzy typy relacji pokazano na rysunku 6.

Rysunek 6. ERM - relacje

Jak przedstawiono to na rysunku 7, składnikami diagramów ERD są:

prostokąty reprezentujące encje, elipsy reprezentujące atrybuty, romby reprezentujące relacje, linie łączące atrybuty z encjami i encje z relacjami.

Liczebnik relacji może być umieszczony nad linią.

Rysunek 7. Przykład diagramu ERD.

Więcej informacji na ten temat dostępnych jest na stronach dla użytkowników zarejestrowanych. Na stronach tych zostanie bardziej szczegółowo wyjaśniony model ERM oraz w dodatkowo podane zostaną przykłady modeli ERM.

2.4. UML

Pierwsze metody wspomagające tworzenie oprogramowania zorientowanego obiektowo, takie jak analiza obiektowa metodą Bocha, obiektowa analiza strukturalna metodą Shlaera/Mellora i analiza strukturalna metodą Yourdona, wykorzystywały znacznie różniące się prezentacje, które w niektórych częściach bardzo różniły się od tradycyjnego modelowania danych/funkcji. Zawierały one fazy cyklu życia oprogramowania jak proces modelowania (przykładowo oferowane przez SADT) lub niewystarczającą implementacje. Ponadto, dostępna była niewielka ilość oprogramowania wykorzystująca te metody. Porównawcze zestawienie istniejących metod obiektowo zorientowanych analiz i projektowania zostało przeprowadzone przez Uniwersytet w Twente.

Na początku lat dziewięćdziesiątych w obszarze programowania w C++ popularna była metoda analizy obiektowej Boocha. Metoda ta uwzględnia komercyjny, techniczny jak również czasowy zakres oprogramowania i nie jest ograniczona analizą statyczną jak metoda projektowania strukturalnego Coada i Yourdona. Oprócz analizy obiektowej, Techniki modelowania obiektowego Jima Rumbaugha również cieszą się dużą popularnością inżynierów oprogramowania. Techniki te zawierają analogie do analizy strukturalnej.

W miarę upływu czasu potrzeba ustandaryzowania notacji stawała się nieunikniona. W 1995 Booch i Rumbaugh rozpoczęli pracę nad połączeniem swoich metod. Rezultatem tego było opracowanie metody Unified Method (UM).Krótko po opracowaniu metody UM, obydwie metody zostały połączone przez Ivara Jacobsona. Doprowadziło to do integracji tzw. use caseów. Ponieważ metoda trzech przyjaciół (nazwano tak Boocha, Rumbagha i Jacobsona) stała się bardzo popularna i powszechna, jej ujednolicenie dało podstawę do powstaniaquasi-standardu ujednoliconego języka modelowania (UML - Unified Modeling Language).

Język UML został sprecyzowany przez organizację OMG. Uszczegółowiona wersja 1.3 UML na rynku dostępna jest od marca 2000 roku. Organizacja OMG definiuje UML jako język służący do uszczegóławiania, wizualizacji, budowy i dokumentacji artefaktów zachodzących w systemach informatycznych, jak również do modelowania przedsiębiorstw. UML reprezentuje zbiór najlepszych praktyk inżynierskich, których zastosowanie prowadzi do udanego modelowania dużych i skomplikowanych systemów.

Głównymi różnicami pomiędzy metodami funkcjonalnymi a obiektowymi są:

orientacja klasowa orientacja problemowa orientacja procesowa orientacja iteracyjna

Jako, że UML zbudowany jest w oparciu o zasady programowania obiektowego zawierającego analizy obiektowe prawdopodobnie jest on również efektywny w prezentacji encji świata rzeczywistego.

Zaprojektowanie procesu tworzenia oprogramowania w sposób ewolucyjny, możliwe jest dzięki zastosowaniu iteracyjnego i inkrementalnego cyklu życia oprogramowania. W iteracyjnym i inkrementalnym cyklu życia postępy występują jako serie iteracji które ewoluują ku systemowi końcowemu.

Każda z iteracji zawiera jeden lub więcej z następujących elementów:

wychwycenia wymagań, analiza, projektowanie, wdrożenie, testowanie.

Na początku cyklu życia, nie są znane jeszcze wszystkie wymagania złożonego systemu. Dlatego, musi być możliwa modyfikacja wymagań w późniejszych fazach cyklu życia. Zmiany są przewidywane we wszystkich fazach.

Zastosowanie tego typu modelu cyklu życia zmniejsza ryzyko. Ryzyko jest szacowane we wczesnych fazach cyklu życia i korygowane podczas rozwoju w kolejnych iteracjach. Ryzyko towarzyszy każdej iteracji a każde jej pomyślne ukończenie zmniejsza to ryzyko. Budując system w ten sposób wcześnie lokalizuje się i łagodzi ryzyko. Rezultatem tego podejście jest zmniejszenie ryzyka połączone z minimalnym nakładem kapitału.

Rysunek 8 przedstawia iteracyjny proces tworzenia oprogramowania.

Rysunek 8. Iteracyjny proces tworzenia oprogramowania.

Business-Oriented Software Engineering (BOE) Process

Proces biznesowy jest zbiorem działań, które traktują obiekt jako wejście i dodają mu wartość tak aby wymagania zostały spełnione. Zatem, model procesu biznesowego jest zbiorem elementów, przedstawiającym zbiór czynności. Celem tworzenia modelu procesu biznesowego jest lepsze zrozumienie, analiza, ulepszenie lub zmiana procesu biznesowego.

Proces BOE nie jest zdefiniowaną procedurą, lecz szkieletem wzoru procesu, który może zostać zaadoptowany w konkretnym obszarze zastosowań. Niezbędne są szczegółowe specyfikacje zależne od architektury obszarów zastosowań, wymagań, itd.

Tworzenie obiektowych aplikacji opiera się na procedurze tworzenia oprogramowania komercyjnego o następujących cechach:

sterowanie przypadkami użycia (use case), ukierunkowanie na architekturę, iteracyjność i inkrementalność.

Komponenty procesu BOE zostaną wyjaśnione poniżej:

Sterowanie przypadkami użycia:

Przypadki użycia (use cases) mogą być rozumiane jako punkty rozpoczynające obiektowe tworzenie oprogramowania. Pomiędzy diagramami"use case" a aktualnymi "use case" rysowane są wyróżniki.

Korporacja Rational Software Corporation definiuje przypadki użycia jako zbiory przykładów przypadków użycia. Podczas gdy przykład przypadku użycia jest definiowany jako sekwencja działań, system wykonując te działania przynosi widoczne rezultaty.

Każdy przypadek użycia ma swoje własne zadanie do wykonania. Zebranie wszystkich przypadków uzycia tworzy wszystkie możliwe sposoby wykorzystania systemu do wsparcia procesów biznesowych. (zobacz także process analysis).

Przykładem przypadku użycia może być przypisanie konkretnemu produktowi numeru. Taki przypadek użycia musi szczegółowo opisać dedykowany mu proces przepływu. przypadek użycia może lub musi zostać podzielony na łatwe do zarządzania jednostki. Suma przypadków użycia nie powinna przekraczać cyfry 5 w projekcie lub rocznie.

W diagramach przypadków użycia reprezentowane są relacje pomiędzy przypadkami użycia i uczestnikami (actors) oraz pomiędzy różnymi przypadkami użycia. Oznacza to, że prezentowany jest kontekst procesu biznesowego. W diagramach przypadków użycia możliwe jest tworzenie trzech różnych relacji:

«include» (zawieranie)

Relacja ta pokazuje, że ścieżka jednego z przypadków użycia zawiera się w innym. Zazwyczaj występuje ona kiedy kilka przypadków uzycia dzielonych jest na prostsze etapy.

«generalization» (uogólnianie)

Ta relacja pokazuje, że jeden przypadek użycia jest odmianą innego.

«extend» (rozszerzanie)

Relacja ta ustanawia lepiej kontrolowaną formę rozszerzenia niż relacja generalization. Tutaj podstawa przypadku użycia deklaruje punkty zakresu.

W diagramach przypadku użycia, przypadek użycia jest reprezentowany przez owal, a uczestnicy reprezentowani są jako "człowieczek" lub prostokąt. Uczestnicy nie stanowią części systemu. Różnica pomiędzy uczestnikiem a indywidualnym użytkownikiem systemu polega na tym, że uczestnik reprezentuje raczej szczególną klasę użytkownika niż użytkownika właściwego. Kilku użytkowników pełni tę samą rolę, co oznacza że mogą być jednym i tym samym uczestnikiem. W takim przypadku, każdy użytkownik stanowi przykład uczestnika. Relacje include i extended są reprezentowane przez kreskowane strzałki, którym towarzyszy odpowiedni tekst «include» lub «extend». Generalizacje (uogólnienia) są reprezentowane przez linie ciągłe z zamkniętymi grotami. Dodatkowo granica systemu morze być przedstawiona jako prostokąt, zawierający wszystkie dedykowane przypadki użycia. Na poniższym rysunku 20 przedstawiono przykład diagram przypadku użycia i dedykowanych symboli. Przykład z rysunku 20 zawiera przypadki użycia dedykowane wspomnianym wcześniej przyporządkowaniom numerów elementów poszczególnym produktom.

Rysunek 9. Przykład diagramu przypadku użycia i dedykowanych symboli

Przypadek użycia może jedynie opisywać zewnętrzne zachowanie systemu, który może być zrealizowany przez użytkownika. Wewnętrzne zachowanie systemu nie jest brane pod uwagę. Jest to ważne ze względu na to, że przypadki użycia używane są jedynie do analizy wymagań a nie tworzenia samego oprogramowania.

Większość przypadków użycia opisuje działania wspomagane przez oprogramowanie. Ale w razie konieczności, mogą również opisywać działania takie jak ręczne magazynowanie (manual warehousing). Przypadki użycia mogą być postrzegane jako zapisana surowa struktura opisująca zdarzenia i dedykowane oddziaływania wzajemne.

Zgodnie z zaleceniami Rational Software Corporation szablon (template) przypadek użycia powinien składać się z następujących części:

1. Nazwy przypadku użycia (Use Case Name)2. Krótkiego opisu (Brief Description)

3. Przepływu Zdarzeń(Flow of the Events)

o Przepływ podstawowy

o Przepływy alternatywne

4. Wymagań specjalnych (Special Requirements)

5. Warunków początkowych ( Pre-Conditions)

6. Warunków końcowych ( Post-Conditions)

7. Punktów rozszerzeń ( Extension Points)

Na początku procesu BOE przypadki użycia tworzone są systematycznie. Te przypadki użycia stanowią podstawę dla następnych kroków procesu.

Ukierunkowanie na architekturę:

W trakcie procesu tworzenia oprogramowania, należy wziąć pod uwagę zróżnicowany charakter architektury oprogramowania już istniejącego. Dlatego właśnie trudne jest zaprojektowanie ogólnej struktury systemu. Według Rational Software Corporation architektura oprogramowania nie powinna być jedynie brana pod uwagę w odniesieniu do struktury i zachowania ale również użycia, funkcjonalności, wydajności, elastyczności, ponownego użycia, zrozumiałości, ograniczeń ekonomicznych i technologicznych, względów sprzedaży oraz estetyki.

Jak to przedstawiono na rysunku 10 systemy są zbiorami połączonych podsystemów i komponentów

Rysunek 10. System jako zbiór połączonych podsystemów i komponentów

W procesie BOE termin "ukierunkowanie na architekturę" ilustruje konieczność wzięcia pod uwagę wszystkich wymienionych cech charakterystycznych architektury oprogramowania.

Iteracyjność i inkrementalność:

Iteracja oznacza rozbicie procesu tworzenia na kilka równorzędnych kroków. Każdy krok iteracji dostarcza części wyniku. Słowo inkrementalny oznacza, że możliwości systemu zwiększają się z każdym krokiem procesu.

Proces iteracyjny w trakcie tworzenia oprogramowania przedstawiony jest na rysunku 11.

Rysunek 11. Proces iteracyjny w procesie tworzenia oprogramowania

Rysunek 11 pokazuje, że proces tworzenia oprogramowania może być podzielony na cztery następujące fazy :

analizę wymagań, projektowanie wstępne i tworzenie komponentów, tworzenie iteracyjno-inkrementalne, oraz test systemu i wdrożenie.

Każda z tych faz może być podzielona na pojedyncze działania. Faza tworzenia iteracyjno inkrementalnego oznacza sam proces tworzenia oprogramowania.

Modelowanie procesów biznesowych z wykorzystaniem diagramów aktywności UML.

Diagramy aktywności łączą różne podejścia różnorodnych technik takich jak event diagrams (diagramy zdarzeń) Jima Odella, diagramy stanu i sieci Petri'ego.

Według Rational Software Corporation workflow procesów biznesowych (zobacz:analiza procesów opisuje co powinno być wykonane w celu dostarczenia wartości dla dedykowanego uczestnika biznesowego. Przypadek użycia biznesowy składa się z sekwencji działań które razem, produkują coś dla uczestnika biznesowego. Przepływ workflow często składa się z podstawowych przepływ i jednego lub więcej przepływów alternatywnych (por. szablon przypadku użycia). Struktura workflow opisana jest graficznie przy pomocy diagramu działań.

Diagram działań workflow bada przydzielanie zadań lub działań, które realizują cele biznesowe. Działanie może być zadaniem ręcznym lub automatycznym, które zakańcza pewną część pracy (work). Diagram aktywności stanowi specjalny przypadek diagramu typu "statechart", w którym wszystkie lub większość stanów są stanami działań oraz w którym wszystkie lub większość przemian jest wyzwalanych po ukończeniu akcji.

Diagram aktywności może zawierać następujące elementy:

Przemiany pokazują jakie stany działań następują po sobie. Do tego rodzaju przemian można odnosić się jako do przemian kończących.

Przemiany pokazują jakie stany działań następują po sobie. Do tego rodzaju przemian można odnosić się jako do przemian kończących.

Decyzje dla których zdefiniowano zestaw warunków ochronnych. Warunki ochronne decydują, która przemiana, z zestawu przemian alternatywnych występuje po ukończeniu działani

Słupki podziału lub synchronizacji używane są do przedstawiania równoległych pod-przepływów.

Diagram działań może być podzielony na ścieżki przy użyciu ciągłych pionowych linii. Każda ścieżka reprezentuje odpowiedzialność za część workflow, przenoszoną przez część organizacji.

W UML, stany działań przedstawione są jako prostokąty z owalnymi końcami. Okrąg reprezentuje punkt początkowy a okrąg z dodatkowym pierścieniem reprezentuje zakończenie workflow. Przemiany są reprezentowane przez strzałki. Prostokąty symbolizują specjalny status obiektu. Poziome i pionowe słupki służą w UML jako symbole dla synchronizacji i podziału.

Kryteria wybor są reprezentowane przez romby. Przepływy obiektowe są zilustrowane przez linie przerywane. Pionowe linie przerywane obrazują ścieżki.

Zamieszczony poniżej rysunek 12 przedstawia diagram działań uproszczonego procesu biznesowego zarządzania zmianami

Rysunek 12. Diagram aktywności uproszczonego procesu biznesowego w zarządzaniu zmianami.

Dostępny jest jedynie kompletny przykład UML realizujący proces tworzenia oprogramowania uproszczonego procesu biznesowego w zarządzaniu zmianami. Oprócz wprowadzonego uprzednio przypadku użycia i diagramów działań realizuje on również inne dodatkowe diagramy UML, które nie są objaśnione w tym rozdziale.

Narzędzia CASE nie wspomagają w wystarczający sposób diagramów aktywności. Podczas modelowania procesu biznesowego, w teraźniejszości, UML i jego diagramy aktywności nie dostarczają dostatecznie wyrazistego i uniwersalnego charakteru metod jak EPC lub narzędzi takich jak ARIS Toolset.

Informacje podstawowe jak również te dla zaawansowanych dotyczące UML można znaleźć na Object Management Group (OMG) lub Rational Software Corporation.

Linki do oprogramowania UML, przykładów itp. można znaleźć tutaj.

Więcej informacji na ten temat dostępnych jest na stronach dla użytkowników zarejestrowanych. Na stronach tych zostanie bardziej szczegółowo wyjaśniony UML oraz w dodatkowo podane zostaną przykłady.

2.5. XMLW 1969, GML (Generalized Markup Language) został opracowany przez Moshera, Lorie i Goldfarba - współpracowników IBM. W 1986 roku GML został ustandaryzowany przez International Organization for Standardization (ISO). GML został nazwany SGML (Standard Generalized Markup Language). Możliwości oferowane przez SGML są wyjątkowo wydajne. SGML może być również używany do wymiany danych technicznych. Niestety SGML jest bardzo złożony, a odpowiednie narzędzia są bardzo drogie. Uniemożliwiło to jego szerokie rozpowszechnienie.

W roku 1996, World Wide Web Consortium (W3C) rozpoczął proces projektowania rozszerzalnego języka wyższego poziomu, łączącego elastyczny i wydajny charakter SGML z szeroką akceptowalnością HTML. Tak więc eXtensible Markup Language (XML) może być postrzegany jako podzbiór (element składowy) SGML. XML jest dużo prostrzy niż SGML. Dodatkowo XML poprawia istniejące protokoły internetowe i oprogramowanie do łatwego przetwarzania i wymiany danych.

XML 1.0 został zaprojektowany przez W3C w lutym 1998 roku. Druga edycją XML jest dostępna od października 2000 roku (Extensible Markup Language (XML) 1.0 (druga edycja)).

XML jest często nazywany kodem ASCII Internetu.

XML posiada wszystkie cechy, które czynia HTML tak popularnym. Chociaż go nie zastępuje. Ponieważ HTML operuje na danych i daje możliwość ich prezentacji, XML odnosi się tylko do danych

W XML definicja prezentacji danych wykonywana jest za pomocą tzw. Arkusza stylizacyjnego (Style Sheets). Przez użycie tego arkusza projektujący prezentację mogą zdefiniować formaty i zasady prezentacji danych. Przez użycie wspólnych arkuszy w całej firmie można uzyskać jednakowy "wygląd" projektów.

Techniki używane do tworzenia w XML różnią się złożonością i wyrafinowaniem. Najprostszą techniką jest tzw. Cascading Style Sheet (CSS). Techniki te nie wywodzą się bezpośrednio z rodziny XML. Ich użycie poszerzało się w miarę jak twórcy XML zapożyczali je ze specyficznego świata sieci. Techniki CSS stanowią proste przyporządkowanie specyficznych informacji stylizacyjnych dokumentom XML. Podobnie jak w przypadku procesora tekstu można to porównać z przyporządkowaniem typu czcionki, koloru i innych szczegółów stylowi w dokumencie Word.

Innym sposobem adresowania stylu jest Extensible Stylesheet Language (XSL). Ta pochodna XML powstała przez połączenie stylu przypisań CSS z XML. Programiści używają XLS do określania sposobu mapowania danych XML w postać wizualną. Inaczej niż w przypadku CSS, XSL umożliwia przypisanie stylów (stylizację) opartą na zawartości danych XML i wykonywanie przetwarzania przez zagnieżdżenie kodu tekstu w arkuszu stylizacyjnym XSL.

Dobrze ustrukturalizowane dokumenty XML składają się z 3 części (patrz rysunek 13):

opcjonalny prolog - tutaj przykładowo DTDy (patrz poniżej) mogą być powiązane. Body dokumentu, składająca się z jednego lub więcej elementów, i w formie zhieralizowanego, które

może również zawierać dane charakterystyczne. elementy są definiowane poprzez tagi (np. <book>Text</book>). W przeciwieństwie do HTML, w którym musi wystąpić tag początkowy (np. <book>) i tag końcowy (np. </book>)

opcjonalny epilog, który zawiera komentarze oraz instrukcje przetwarzania (PI).

Każdy element może posiadać atrybuty, które są specyfikowane w DTD.

Rysunek 13. Strukturalne dokumenty XML.

Document Type Definitions (DTD) wykorzystuje formalną gramatykę do specyfikacji struktury i wartości dopuszczalnych w dokumentach XML.

W DTD używane są 4 typy deklaracji wyższego poziomu:

ELEMENT - deklaracja typu elementu XML ATTLIST -deklaracja atrybutów , które mogą być używane w specyficznych typach elementów i

możliwych wartości tych atrybutów. ENTITY - deklaracja ponownego użycia zawartości (podobna do INCLUDE znacznika w C/C++) NOTATION - format deklaracji dla zewnętrznych zawartości nie był przewidziany do analizy składniowej

(np. dane cyfrowe) i zewnętrzne aplikacje które przechowują zawartość.

Definicje DTD są nawiązaniem do stosownego wejścia w prologu plików XML.

<!DOCTYPE books SYSTEM http://dik.de/books.dtd>

Dla wielu domen istnieją odpowiednie definicje DTD, np. Chemical Markup Language (CML). Z powodu bazowania na XML CML pozwala użytkownikom wizualizować i publikować molekularne struktury w Internecie.

Stosowane dzisiaj dziedziny XML można podzielić na następujące obszary:

Stylizacja - różna prezentacja danych Informacja i dokumentacja produktowa - strukturalne przetwarzanie danych w elektronicznych

instrukcjach obsługi, katalogach serwisowych, itd. zarządzanie wiedzą - obiektowo zorientowane zarządzanie dokumentacją (dokumentacje techniczne

mogą być modelowane i administrowane cyfrowo) wymiana informacji podczas procesów - podczas każdej fazy używane są specyficzne przetwarzanie

danych, dokumentów i aplikacji. To często powoduje ponowne użycie przetwarzania danych w całym procesie. W tej dziedzinie aplikacji użycie XML i dostarczenie danych procesu przez XML może być widziane jako rozwiązania.

archiwizacja danych - Okres użycia danych często przekracza te z dedykowanych aplkiacji. XML moze być użyty jako format archiwizacji danych.

Oprócz wprowadzenia aplikacji XML CML wykorzystywany jest w obszarach takich jak:

Synchronized Multimedia Integration Language (SMIL) Scalable Vector Graphics (SVG) Extensible HyperText Markup Language (XHTML) Mathematical Markup Language (MathML)

Dobrą pomoc z zakresu XML można znaleźć na University of Aarhus.

Kilka darmowych narzędzi XML można znaleźć tutaj.

Więcej informacji na ten temat dostępnych jest na stronach dla użytkowników zarejestrowanych. Na stronach tych zostanie bardziej szczegółowo wyjaśniony XML oraz w dodatkowo podane zostaną przykłady.

3. STEP

3.1. WprowadzenieSTEP (Standard wymiany danych modelu produktu [ang. Standard for the Exchange of Product Model Data]) jest właściwie serią norm (ISO 10303), rozwijanych przez ekspertów z całego świata. Dostarcza ona neutralną, interpretowalną przez komputer, reprezentację danych produktu danych produktu pochodzących z jego cyklu życia, niezależnych od systemów hard- i software. STEP jest zbiorem międzynarodowych standardów zbudowanych wokół zintegrowanej architektury z obszaru specyficznych protokołów aplikacyjnych (AP) i ogólnie zintegrowanych zasobów. AP rozbija STEP możliwe do zarządzania i zrozumienia części, umożliwiające łatwiejsze ich wdrażanie.

Reprezentacja danych produktu i procesu wprowadzona przez STEP równolegle z niezbędnymi mechanizmami i definicjami, umożliwia sprawną i efektywną wymianę danych produktu. Ta wymiana pomiędzy różnymi systemami komputerowymi i środowiskami połączona jest z pełnym cyklem życia produktu, zawierającym projektowanie, wytwarzanie, użytkowanie, utrzymywanie i likwidacje produktu. Dane produktu powstałe podczas tych procesów wykorzystywane są do wielu celów. Takie wykorzystanie pociąga za sobą konieczność korzystania z wielu systemów komputerowych, z których niektóre mogą być zlokalizowane wewnątrz różnych organizacji. W celu lepszego wykorzystywania danych produktów, organizacje powinny móc reprezentować dane swoich produktów we wspólnym mogącym je zinterpretować systemie komputerowym. Dlatego wymagane jest generowanie kompletnych i spójnych danych produktów, które mogłyby być przetwarzane przez różne systemy przetwarzania danych.

STEP jest zorganizowany jako części normy, które były publikowane oddzielnie. Jak zilustrowano to na rysunku 1 części te są jedną z następujący serii:

metod opisu,

Forma metody opisu (opisana w ISO 10303 w części 1 do części 19) opiera się na standardzie STEP

zintegrowane zasoby,

Zintegrowane zasoby zawierają właściwe modele danych STEP. Modele te mogą być interpretowane jako elementy budujące bloki (blocks) w STEP. Występują następujące kategorie zintegrowanych zasobów: zasoby ogólne (generic) (numerowane w ISO 10303 w serii 40), zasoby aplikacyjne (aplication) (seria 100), aplikacja - interpretowanie konstrukcji (AIC, seria 500) i moduły aplikacyjne (seria 1000).

protokoły aplikacji,

Protokoły aplikacji (AP, seria 200) są używane do opisu określonego zastosowania danych produktu. Protokoły aplikacji są używane nie tylko do opisu danych produktu, ale także wtedy gdy dane są używane w modelu.

zestawy testów wstępnych

W ISO 10303 zestawy testów wstępnych są opisane w serii 300. Zawierają one dane testowe i kryteria użyte do oceny zgodności produktów oprogramowania STEP z odpowiednim AP.

metody wdrażania

W STEP metody wdrażania (seria 20) opisuje odwzorowanie formalnej specyfikacji z STEP do reprezentacji używanej we wdrażaniu STEP.

testowanie zgodności

W STEP testowanie zgodności (seria 30) dostarczą informacji o metodach testów zgodności software ze standardem STEP, dostarcza informacji na temat zestawów testów wstępnych i wymagań dla laboratoriów testujących.

Rysunek 1. Architektura dokumentu STEP

Do reprezentowania danych produktu, STEP używa formalnego języka specyfikacji EXPRESS. Użycie formalnego języka pozwala na precyzyjną i konsekwentną reprezentację oraz ułatwia wdrażanie. STEP wykorzystuje protokoły aplikacji (AP) do wyszczególnienia reprezentacji danych produktu dla pojedynczej lub większej ilości zastosowań. Oczekuje się, kilkaset protokołów aplikacji (AP) może zostać rozwiniętych w celu wsparcia zastosowań przemysłowych, w których wykorzystywany może być STEP.

Celem użycia STEP jest wprowadzenie mechanizmu, który zdolny jest do opisania danych produktu w ciągu całego jego cyklu życia niezależnie od poszczególnych systemów. Opis ten jest odpowiedni nie tylko przy neutralnej wymianie plików lecz również może służyć jako podstawa wdrażania oraz jako wymiana danych w bazach danych produktu a także w archiwizacji. Celem jest zintegrowana baza danych produktu, umożliwiająca dostęp i użyteczność wszystkich zasobów niezbędnych do wspomożenia cyklu życia produktu.

Produkty oparte na normie STEP bazują zasadniczo na AP203 i AP214 i stają się dostępne w użyciu technicznym (patrz poniżej). Jednak STEP prezentuje potężniejsze i skuteczniejsze technologie od tych aktualnie wdrażanych, co jest przedstawiane przez liczne środowiska R&D (badawczo-rozwojowe).

3.2. EXPRESS i EXPRESS-GW odróżnieniu od wielu innych norm, ISO10303 wspiera technologie informatyczne. Pośród wszystkich standardów ISO 10303 jest pierwszym standardem o podejściu, w którym normatywny tekst standardu obejmuje komputerowy język interpretacji - język modelowania informacji EXPRESS.

W EXPRESS i EXPRESS-G najczęściej stosowana składnia elementów do modelowania informacji jest następująca:

SCHEMA

Schema jest obiektem większym niż wejścia, definiujące zakres w którym zadeklarowane są obiekty. Obiekty w schema mają podobne znaczenie lub cel. Mimo iż obiekty są logicznie podzielone na grupy to kolejność obiektów w schema nie jest ważna.

ENCJE

Encje są klasą informacji zdefiniowaną przez wspólne atrybuty i ograniczenia; możliwa jest dziedziczność relacji.

TYP

W EXPRESS i EXPRESS-G możliwe są różne rodzaje TYPÓW elementów. Te różne typy mogą być klasyfikowane jako:

o Proste typy danych (Simple Data Types)

Proste typy danych określają dziedziny najmniejszych jednostek danych w EXPRESS. Jednostki te nie można podzielić na mniejsze, rozpoznawalne przez EXPRESS.

INTEGER (liczby całkowite) REAL (liczby rzeczywiste, wymierne i niewymierne) NUMBER (liczby) STRING (łańcuch znaków) BOOLEAN (TRUE lub FALSE) LOGICAL (TRUE, FALSE lub UNKNOWN) BINARY (sekwencja bitów, 0 lub 1)

o Zagregowane typy danych (Aggregation Data Types)

Zagregowane typy danych mają jako dziedziny, zbiory wartości z danego podstawowego typu danych. Wartości tego podstawowego typu danych nazywane są elementami zagregowanego zbioru. EXPRESS dostarcza czterech rodzajów zagregowanych typów danych. Te zagregowane typy danych to:

ARRAY

ARRAY jest uporządkowanym zbiorem o określonym rozmiarze. Jest on indeksowany przez sekwencję liczb całkowitych.

BAG

BAG jest nieuporządkowanym zbiorem, w którym dozwolone są powtórzenia. Liczba elementów w wykazie może się różnić i może zostać wymuszona przez definicję typu danych.

SET

SET jest nieuporządkowanym zbiorem elementów, w którym dowolne dwa elementy nie mogą być równe. Liczba elementów w wykazie może się różnić i może być wymuszona przez definicje typu danych.

LIST

LIST jest sekwencja elementów, które są udostępniane według ich pozycji. Liczba elementów w wykazie może się różnić i może być wymuszana przez definicję typu danych.

o Konstukcyjne typy danych (Constructed Data Types)

W EXPRESS występują dwa rodzaje konstukcyjnych typów danych: ENUMERATION i SELECT. Te dwa typy danych mają podobną strukturę semantyczną i są wykorzystywane do wprowadzania podstawowej reprezentacji zdefiniowanych typów danych.

SELECT

Typ danych SELECT zawiera w swojej dziedzinie połączenie dziedzin nazwanych typów danych z listy wyboru. Typ danych SELECT jest uogólnieniem każdego named typu danych ze swojej listy wyboru.

ENUMERATION

Dziedziną typu danych ENUMERATION jest uporządkowany zbiór nazw. Nazwy reprezentują wartości wyliczonego typu danych. Nazwy te są wyznaczane przez identyfikatory i nazywane składnikami wyliczenia.

o Nazwane typy danych (Named Data Types)

Nazwane typy danych można zadeklarować w formalnej specyfikacji. Występują tam dwa rodzaje nazwanych typów danych: typy danych encji i definiowane typy danych.

Typy danych encji (Entity Data Types)

Typy danych encji są ustalane przez deklaracje ENTITY. Typ danych encji jest przypisany poprzez jego użycie do identyfikatora encji. Typ danych encji jest odwołaniem do tego identyfikatora.

Definiowane typy danych (Defined Data Types)

Definiowane typy danych są deklarowane poprzez deklaracje TYPE. Definiowany typ danych jest przydzielony przez użytkownika do typu identyfikatora. Definiowany typ danych jest odwołaniem do tego identyfikatora.

ATRYBUT (ATTRIBUTE)

Deklaracja atrybutu ustala relacje pomiędzy typem danych encji, a typem danych określanych przez atrybut.

Nazwa reprezentacji atrybutu odgrywa role poprzez połączenie wartości w kontekście encji, w których występuje atrybut.

Występują trzy rodzaje atrybutów:

o Jawny (Explicit)

Atrybut, którego wartości powinny być dostarczone przy kolejnej realizacji do stworzenia określonych wejść.

o Pochodny (Derived)

Atrybut którego wartość jest w pewien sposób liczona.

o Odwrócony (Inverse)

Atrybut, którego wartość składa się z konkretnych encji, których używa się w szczególnej roli.

REGUŁA (RULE)

Reguły lokalne są twierdzeniami dotyczącymi domeny instancji encji i dlatego stosuje się je dla wszystkich instancji typu danych tej encji. Występują dwa rodzaje reguł lokalnych. Reguły wyjątkowości (uniqueness) kontrolują wyjątkowość wartości atrybutów spośród wszystkich aktualnych typów danych

encji. Reguły dziedzinowe, zwane także regułami "gdzie" (where rules), opisują inne ograniczenia wartości atrybutów typu danych danej encji.

FUNKCJA (FUNCTION)

Funkcja jest algorytmem, operującym na parametrach i procedurach, którego rezultatem jest pojedyncza wartość specyficznego typu danych. Wywołanie funkcji w wyliczanym wyrażeniu ocenia końcową wartość już w momencie wywołania. Funkcja powinna kończyć się wywołaniem instrukcji RETURN. Wartość wyrażenia z przyłączoną instrukcją RETURN, definiuje rezultat utworzony przez wywołanie funkcji.

PROCEDURA (PROCEDURE)

Procedura jest algorytmem, otrzymującym parametry z wywołania i operującym na nich w taki sposób aby uzyskać stan końcowy. Zmiany parametru wewnątrz procedury są tylko odbiciem wywołania, kiedy parametr formalny poprzedza słowo kluczowe VAR.

Wykazy EXPRESS i EXPRESS-G diagramów w normie STEP AP214 na stronie głównej (DiK), Niemcy. ( EXPRESS listings and EXPRESS-G diagrams of STEP AP214 ).

Więcej informacji na ten temat dostępnych jest na stronach dla użytkowników zarejestrowanych. Na stronach tych podane są informacje szczegółowe oraz wiele przykładów języka EXPRESS. Dodatkowo zostaną wprowadzone i wyjaśnione odpowiednie symbole EXPRESS-G.

3.3. STEP - Protokoły aplikacjiJak wcześniej wspomniano, na najwyższym poziomie w hierarchii STEP są skomplikowane modele danych modele danych używane do opisu specyficznych aplikacji danych produktu. Te części są znane jako protokoły aplikacji (AP) i opisują nie tylko do czego dane są używane w opisie produktu, lecz również jaki sposób są używane w modelu. AP używają zintegrowanych zasobów w zdefiniowanych połączeniach i konfiguracjach do wyszczególnienia modelu danych wybranych faz cyklu życia produktu. AP są ponumerowane od 200.

Na poniższej liście znajdują się aktywne Protokoły aplikacji:

AP201 Explicit Draughting AP202 Associative Draughting AP203 Configuration Controlled 3D Designs of Mechanical Parts and Assemblies AP207 Sheet Metal Die Planning and Design AP209 Composite and Metallic Structural Analysis & Related Design AP210 Electronic Assembly, Interconnection and Exchange AP212 Electrotechnical Design and Installation AP213 Numerical Control Process Plans for Machined Parts AP214 Core Data for Automotive Mechanical Design Processes AP215 Ship Arrangement AP216 Ship Moulded Forms AP217 Ship Piping AP218 Ship Structures AP219 Manage Dimensional Inspection of Solid Parts or Assemblies AP220 Process Planning, Manufacturing, Assembly of Layered Electrical Products AP221 Functional Data and Their Schematic Representation for Process Plants AP223 Exchange of Design and Manufacturing Product Information for Cast Parts AP224 Mechanical Product Definition for Process Planning Using Machining Features AP225 Building Elements Using Explicit Shape Representation AP226 Ship Mechanical Systems AP227 Plant Spatial Configuration AP230 Building Structural Frame: Steelwork AP231 Process Engineering Data --- Process Design and Process Specifications of Major Equipment AP232 Technical Data Packaging Core Information and Exchange AP233 Systems Engineering Data Representation AP234 Ship Operational Logs, Records, and Messages AP235 Materials Information for the Design and Verification of Products AP236 Furniture Product Data and Project Data

Produkty powiązane poprzez normę STEP, dostępne na rynku bazują zasadniczo na AP203 i AP214. Z tego powodu poniżej zostaną omówione te dwa protokoły.

AP203: Konfiguracja kontrolująca projektowanie projektowanie 3D części mechanicznych i elementów montażowych (Configuration Controlled 3D Designs of Mechanical Parts and Assemblies)

Zakres stosowania AP203 jest następujący:

produkty posiadające części mechaniczne i montażowe, definicja danych produktu i dane kontroli konfiguracji odnoszące się do fazy projektowania i rozwoju

produktu, zmiana projektu i danych w relacji do dokumentacji zmian procesu, pięć typów reprezentacji kształtu, zawierają następujące części:

o krawędzie i powierzchnie bez topologii, o geometryczny model krawędziowy z topologią, o granice powierzchni z topologią, o reprezentacja fragmentami powierzchni ograniczających i o reprezentacja powierzchniami ograniczającymi,

alternatywną reprezentację danych w różnych dyscyplinach podczas fazy projektowania cyklu życia wyrobu,

identyfikacja rządowych, przemysłowych, firmowych lub innych wymagań dotyczących projektowania, przetwarzania, obróbki powierzchni i materiałów wskazywanych przez projektanta produktu,

identyfikacja rządowych, przemysłowych lub innych standardów części w celu włączenia ich do ich do projektu produktu,

dane niezbędne do śledzenia uruchomienia procesu, dane niezbędne do śledzenia zgodności projektu, jego postaci lub kontroli konfiguracji produktu, dane identyfikujące dostawcę produktu lub projektu, które są wymagane przez organizację, a są

zastrzeżone przez dostawcę, identyfikacja i odwołanie do umowy zgodnie z którą jest jest projektowana część, identyfikacja normy bezpieczeństwa części lub elementów montażu, dane lub rezultaty testów i analiz używane jako dowód konieczności zmian w projekcie.

Poza zakresem AP203 są:

dane lub rezultaty testów i analiz, które nie są dowodem na konieczność zmian w projekcie, dane prowadzące do zmian w projekcie, przed jego wprowadzeniem, powstałe podczas początkowych

etapów projektowania, dane definiujące produkt i dane kontroli konfiguracji, odnoszące się do każdej fazy cyklu życia produktu

innej niż projektowanie, dane biznesowe do zarządzania tworzonym projektem, alternatywne reprezentacje danych z różnych dziedzin poza planowaniem (np. dziedzina wytwarzania), użycie geometrii konstrukcyjnej w celu reprezentacji obiektów, dane prezentacji wizualnej kształtu lub dane kontroli konfiguracji.

AP214: Główne dane w mechanicznym projektowaniu procesów dla przemysłu samochodowego Core Data for Automotive Mechanical Design Processes)

Zakres AP214 obejmuje wymianę informacji pomiędzy różnymi aplikacjami wspomagającymi proces rozwoju pojazdu.

Zakres stosowania AP214 jest następujący:

produkty producentów pojazdów i ich dostawców zawierają części, zestawy części, narzędzia i zestawy narzędzi. Części te wchodzą w skład karoserii, jednostki napędowej, podwozia i nadwozia. (Narzędzia te obejmują specyficzne dla wytwarzanego produktu różne technologie wytwarzania takie jak formowanie, przekształcanie, rozdzielanie, powlekanie, montaż; typowe technologie dla wstępnego formowania to formowanie lub odlewanie, dla przekształcania to gięcie lub kucie, dla rozdzielania to frezowanie lub toczenie dla powlekania to malowanie lub natapianie, dla montażu to spawanie i nitowanie).

informacja w planie procesu zawiera relacje pomiędzy częściami i narzędziami używanymi do wytworzenia części oraz pomiędzy etapami pośredniczącymi w tworzeniu części lub narzędzi,

dane definicji produktu i dane kontroli konfiguracji odnoszą się do fazy projektowania i tworzenia produktu,

zmiany projektu zawierają monitorowane wersje produktu i pokrewne dane dokumentujące zmiany procesu,

zarządzanie naprzemienne reprezentacją części i narzędzi podczas fazy projektowania, identyfikacja standardu części bazujących na międzynarodowych, krajowych lub przemysłowych

standardach i bibliotekach części opartych na konwencjach przyjętych przez przedsiębiorstwo lub w projekcie,

udostępnienie i zgodność danych dla dla różnych wariantów danych produktu, dane identyfikujące dostawcę produktu i informacje z kontraktu, każdy z ośmiu typów reprezentacji kształtu części lub narzędzia:

o reprezentacja krawędziowa 2D, o reprezentacja krawędziowa 3D, o reprezentacja powierzchni ograniczonych geometrycznie, o reprezentacja powierzchni ograniczonych topologicznie, o reprezentacja fragmentami powierzchni ograniczających (Faceted boundary representation), o reprezentacja powierzchniami ograniczającymi (Boundary representation, B-rep), o reprezentacja złożonych kształtów, o reprezentacja CSG (Constructive Solide Geometry).

reprezentacja kształtów części lub narzędzi, będąca mieszanką typów reprezentacji kształtów podanych powyżej (model hybrydowy),

dane odnoszące się do reprezentacji kształtu produktu, reprezentacja fragmentu kształtu części lub narzędzia poprzez formowanie elementów, dokumentacja produktu reprezentowana przez spójny szkic projektowy, odniesienie do dokumentacji produktu reprezentowane w formie lub formacie innym niż

wyszczególnione przez ISO 10303 (inne formy lub formaty mogą być np. modelami glinianymi, cyfrowymi danymi w innych standardach takich jak dane NC zgodne z ISO 6983, lub danymi tekstowymi zgadnie z ISO/IEC 8879 ,Standard Generalized Mark-up Language (SGML)),

symulacja danych dla opisu struktur kinematycznych i konfiguracji zadań dyskretnych właściwości części lub narzędzi, stan powierzchni, dane tolerancji,

Poza zakresem AP214 są:

dane definiujące produkt, odnoszące się do wszystkich faz cyklu życia produktu nie związanych z projektowaniem,

dane biznesowe i finansowe do zarządzania planem projektu, ogólna prezentacja parametrów kształtu części lub narzędzi, dane opisujące pneumatyczne, hydrauliczne, elektryczne lub elektroniczne funkcje produktu, ciągłe kinematyczne symulacje w czasie, dane opisujące wejścia i wyjścia analiz elementów skończonych,

W celu uzyskania szczegółowych informacji o STEP AP214 prosimy odwiedzić stronę główną DiK, Niemcy. detailed information

3.4. Rozwój protokołu aplikacyjnegoW rozdziale tym zostanie omówionych pięć głównych składników protokołu aplikacji STEP. Komponentami są:

kontekst aplikacji, zakres i model działania aplikacji, wymagania informacyjne i odpowiadający im model referencyjny aplikacji tabela mapującą model interpretacyjny aplikacji, który wyszczególnia użycie zintegrowanych zasobów konstrukcyjnych

do reprezentacji informacji z aplikacji, uporządkowanie wymogów koniecznych do wdrożenia AP.

Więcej informacji na ten temat dostępnych jest na stronach dla użytkowników zarejestrowanych. Na stronach tych podane zostaną szczegółowe informacje na temat tych komponentów.

4. Business Process Reengineering

4.1. WprowadzenieBusiness process reengineering (BPR) stał się nowym paradygmatem dla wszystkich firm z całego świata. Podczas gdy Tayloryzm skupiał się na strukturalizacji funkcjonalnej opartej na wymaganym nakładzie pracy, BPR bada efekty połączenia pomiędzy funkcjonalnością poszczególnych procedur. Aby zapewnić prawidłowe funkcjonowanie procesów należy osiągnąć najwyższe standardy kwalifikacji pracowników.

Organizacja musi uwzględniać różnorodne czynniki mające wpływ na wydajność, np.:

efektywność zasobów, efektywność procesów, efektywność rynku.

Firmy uważają, że rynek jest efektywny, kiedy wykorzystują jego wysoki potencjał. Za najbardziej efektywne wykorzystanie zasobów przedsiębiorstwa można uznać wykorzystanie potencjału ludzkiego i zasobów operacyjnych. Efektywność procesowa wymaga procesów skupionych na celach korporacji. Pomiędzy tymi parametrami efektywności występuje konflikt.

Pomimo tych konfliktów w dzisiejszym biznesie silnie wymuszana jest orientacja procesowa. Firmy próbują zdobyć efektywny rynek poprzez zwiększanie swojej konkurencyjności. Efektywność zasobów jest osiągana kiedy czynniki potencjału ludzkiej wydajności i funkcjonowania są ekstremalnie elastyczne.

Procesy podstawowe powodują konkurencyjność firm. Są one interdyscyplinarne i zawierają się pomiędzy płaszczyznami klienta i dostawcy. Występują dwie grupy kluczowych procesów podstawowych:

logistyczne i rozwój produktu.

Jak zilustrowano to na rysunku 1 dookoła procesów podstawowych pogrupowane są procesy informacyjne i koordynacyjne.

Rysunek 1. Procesy podstawowe i procesy wspomagające.

Business process reengineering (BPR) lub business process management (BPM) omawia planowanie, koordynowanie, kontrolę i wdrażanie procesów biznesowych. Główne cele BPR są następujące:

poprawa orientacji na klienta, udoskonalenie przejrzystości procesu, zwiększenie efektywności procesu, poprawa koordynacji procesu, promowanie pracy grupowej, efektywne wykorzystywanie zasobów ludzkich, i poprawa jakości procesu (i produktu).

Cele te są podstawowymi alternatywami przedsiębiorstw. Są celami strategicznymi , np. wywierają wpływ na wybór działań przedsiębiorstwa. Koncepcje planowania strategicznego są używane do modelowania procesów podstawowych. Analizy strategicznych procesów biznesowych i definicja celów strategicznych, identyfikuje cele kluczowe, obszary biznesu, nowe procesy biznesowe i słabe punkty w aktualnych procesach.

4.2. Analizy procesówW BPR należy wykonać 9 kroków. Nie muszą one być wykonywane w ścisłej kolejności. Te podstawowe kroki są zilustrowane na rysunku 2 i zostaną wyjaśnione poniżej:

definicja celów procesu identyfikacja procesu i granica procesu zdefiniowanie procesu modelowanie procesu analiza i szacowanie procesu optymalizacja procesu strategia migracji konwersja procesu kontrolaprocesu

Podstawowe zawartości tych 9 podstawowych kroków zilustrowano na poniższym rysunku 2.

Rysunek 2. Analiza procesowa

W przypadku procesów biznesowych zawierających działania powtarzające się, wskazane jest zastosowanie komputerowo wspomaganego procesu sterowania przepływem. Systemy te nazywane są systemami zarządzania przepływem pracy (Workflow Management Systems).

Więcej informacji na ten temat dostępnych jest na stronach dla użytkowników zarejestrowanych. Na stronach tych podane zostaną informacje szczegółowe objaśniające powyższe 9 kroków.

4.3. Computer Supported Cooperative WorkW związku ze wzrostem złożoności nowych produktów, a także z koniecznością skrócenia czasu wejścia produktu na rynek, oczywista staje się potrzeba intensyfikacji współpracy w tworzeniu nowych produktów. W równoległych procesach pracy, np. podczas concurrent design i simultaneous engineering, ważny jest wysoki poziom komunikacji. Potrzebna jest synchronizacja dostępnych danych i mechanizmów konferencyjnych. Te niezbędne mechanizmy i narzędzia są dostarczane przez tak zwane systemy CSCW (systemy komputerowego wspomagania procy grupowej, ang. Computer Supported Cooperative Work).

CSCW jest definiowana jako współpraca pomiędzy osobami i zespołami, przy użyciu technologii informatycznych wspierających komunikację i wymianę danych.

Charakterystyczne dla narzędzi i technologii CSCW jest korzystanie z szeroko rozpowszechnionych systemów komputerowych, jak również wspieranie komunikacji pomiędzy użytkownikami technikami audio i video, oraz rzeczywistością wirtualną. Celem jest wspieranie procesów grupowych i zwiększanie efektywności pracy grupowej poprzez korzystanie z dostępnych technologii informacyjnych i komunikacyjnych.

Systemy CSCW promują współpracę pomiędzy ludźmi. Dzisiaj systemy takie są używane w celu umożliwienia niezbędnego workflow i funkcji wewnątrz przedsiębiorstwa. Jak zilustrowano to na rysunku 3 systemy CSCW mogą dzielić się na następujące klasy:

systemy komunikacyjne,

Systemy tej klasy są najbardziej powszechne. Używane są one one do pokonywania odległości geograficznych i różnic czasowych w globalnym procesie tworzenia produktu. Przykładami takich systemów jest poczta elektroniczna, poczta głosowa, poczta wideo jak również systemy konferencyjne (komputerowe systemy konferencyjne, audio systemy konferencyjne i wideo systemy konferencyjne).

systemy informacyjne,

W pracy grupowej zorientowanej procesowo bardzo ważna jest administracja i dystrybucja danych. Aplikacje, które umożliwiają dystrybucję danych (np. wymiana danych) udostępniają różnym użytkownikom symultaniczny transfer danych. Systemy te wspierają pracę grupową i wykorzystuje się je do zwiększenia efektywności pracy w grupie. Przykładami są systemy współautorskie i dystrybuowane kalendarze grupowe.

komputerowe systemy pracy grupowej

Systemy te dostarczają użytkownikom grup potrzebną infrastrukturę i zasoby. Znanych jest pięć podklas tych systemów:

1. systemy planowania - mają zastosowanie w administrowaniu i koordynowaniu zasobami. 2. edytory grupowe - popularny sposób tworzenia dokumentów (tekstu, rysunków lub obrazków). 3. systemy ekspertowe - pomagają w podjęciu decyzji powiązanym osobą 4. systemy sesyjne - wspiera aktywność sesji. 5. systemy dystrybucyjne hypertekstu (np.intranet, extranet, i technologia internetowa).

systemy zarządzania przepływem pracy ( workflow management systems).

Przy użyciu tego typu struktur strukturalnych można kontrolować i administrować czynnościami operacyjnymi wewnątrz grup roboczych. Przepływ pracy jest końcową sekwencją działań. Rezultatami są wejścia i wyjścia tych sekwencji. Zarządzanie Workflow zawiera wszystkie działania potrzebne do modelowania, symulacji, wykonywania i kontrolowania przepływów pracy. System zarządzania Workflow składa się z kilku narzędzi wspomagających zarządzanie Workflow.

Rysunek 3. System klas CSCW

Dodatkowo, pod uwagę powinny być brane trzy niezależne technologicznie funkcje (patrz rysunek 5). Funkcjami tymi są:

komunikacja, koordynacja, oraz kooperacja.

Funkcja komunikacji oznacza komunikację pomiędzy kilkoma osobami. Funkcję koordynacji definiuje się jako komunikację niezbędną do przetwarzania działań. Funkcja kooperacji zawiera wszystkie wysiłki komunikacyjne niezbędne do zdefiniowania celów firmy.

Na rysunku 4 pokazano, w jaki sposób przy użyciu systemów CSCW można zrealizować integrację odseparowanych zbiorów informacji (tekstu, danych, mowy, obrazów) i oddziałów firmy.

Rysunek 4. Integracja systemów CSCW

Więcej informacji na ten temat dostępnych jest na stronach dla użytkowników zarejestrowanych. Na stronach tych podane zostaną informacje objaśniające świadome i nieświadome systemy CSCW.

4.4. Architektura Zintegrowanych Systemów Informatycznych ARISSystemy CSCW pozwalają na udoskonalenie innowacyjnych procesów biznesowych rozumianych jako procesy zorientowane na integrację workflow. Jednak w związku ze wzrostem stopnia skomplikowania wdrożeń, dokumentacji i administracji różnych systemów IT, potrzebne jest stworzenie ram umożliwiających zarządzanie i koordynacje działań wewnątrz różnorodnej architektury sieci komputerowych. Najbardziej znaną architektura tego typu nazywana jest ARIS.

Architektura Zintegrowanych Systemów Informacyjnych (ARIS - Architecture of Integrated Information Systems) jestunikalną i najbardziej znaną na świecie metodą optymalizacji procesów biznesowych i implementacji systemów. ARIS dostarcza ogólną dokumentację wiedzy i integracji różnych metod modelowania od dokumentacji procesów biznesowych aż do dokumentacji wdrożonych systemów. W celu prezentacji następujących po sobie logicznych sekwencji zmian programu ARIS, używane są łańcuchy procesów (Event-Driven Process Chains - EPC). Odpowiadające sobie wzajemnie diagramy wspierają integralny opis procesów biznesowych na porównywalnym poziomie zagregowania.

Koncepcja ARIS jest architekturą służącą do opisu procesów biznesowych. Jest to możliwe dzięki płynnemu tworzeniu kompleksowego opisu procesów biznesowych przy użyciu różnych stanów i faz modelu cyklu życia. Koncepcja ta znana jest jako ARIS house i jest zilustrowana na rysunku 5. W koncepcji ARIS używane są metody filtracji w celu ograniczenia metod ogólnych do metod podstawowych. Schemat organizacyjny może być użyty do modelowania organizacji, drzewa funkcji do zbudowania diagramu hierarchii czynności (funkcji), a modele terminologii technicznej (technical term model), takie jak eERM (Entity Relationship Models - ERM), do strukturalizowania danych i przepływów danych. Podczas dokumentacji procesów biznesowych, na poziomie podstawowym, dostępne są diagramy łańcuchów wartości dodanej. Tworzone są szczegółowe opisy przy użyciu procesów biurowych, rozwiniętych łańcuchów procesów sterowanych zdarzeniami (eEPC) i diagramów łańcuchów procesów (PCD).

Dodatkowo do tej selekcji metod opisujących definicje wymagań przedsiębiorstwa, ARIS jest również zintegrowaną metodą do opisu koncepcji IT i implementacji systemów. Dzięki temu dokumentowane mogą być np. zaimplementowane architektury sieciowe, elementy sprzętowe oraz logiczne struktury modułów i baz danych.

Wszystkie opisane tu metody łączy fakt iż dzielą się one na typy modeli, obiektów, połączeń i przypisań. Dla każdego z typu modeli (np. schematu organizacyjnego) istnieją specyficzne typy obiektów (np. jednostek organizacyjnych, zadań, osób), które pozwalają na tworzenie specyficznych typów połączeń (np. "jest odpowiedzialny technicznie", "jest odpowiedzialny kierowniczo", itd.)

Rysunek 5. ARIS house

Więcej informacji na ten temat dostępnych jest na stronach dla użytkowników zarejestrowanych. Na stronach tych podane zostaną informacje szczegółowo objaśniające ARIS.

4.5. ARIS ToolsetNarzędzia ARIS (ARIS Toolset) jest oprogramowaniem pochodzącym z IDS Scheer wspomagającym koncepcję ARIS. Z powodu wzajemnych połączeń z oprogramowaniem SAP R/3 software narzędzia ARIS są bardzo popularne. Wszystkie funkcje, organizacja i modele procesów systemu R/3 są modelowane przy użyciu ARIS Toolset.

Wykorzystując ARIS Toolset można definiować, analizować i optymalizować procesy biznesowe w każdym z obszarów przedsiębiorstwa. W dobie e-biznesu, pozwala to na podejmowanie decyzji biznesowych. Możliwe jest przeprowadzanie w ARIS Toolset symulacji rzeczywistych wykorzystania zasobów, rachunku kosztów działań, np. decyzji make-or-buy. Możliwa jest również podstawowa komunikacja sieciowa zamodelowanych i zoptymalizowanych procesów przedsiębiorstwa.

Centralnym elementem ARIS Toolset jest repozytorium, które umożliwia integracje jego podstawowych komponentów. Jak przedstawiono to na rysunku 6, repozytorium zawiera meta dane (informacje o użytych metodach), predefiniowane modele referencyjne i zdefiniowane modele referencyjne użytkownika. Dane te są składowane w system zarządzania relacyjnymi bazami danych.

Rysunek 6. Komponenty ARIS Toolset

ARIS Toolset składa się z trzech modułów podstawowych (patrz rysunek 6). Moduły te opisywane są w następujący sposób:

modelowanie przedsiębiorstwa - definicja departamentów i celów strategicznych przedsiębiorstwa zarządzanie modelem - definicja zawartości łańcuchów przyczyn i skutków dla celów strategicznych. proces analizy - analiza zależności przyczyn i skutków

Oprócz modułów podstawowych ARIS Toolset zawiera również moduły dodatkowe. Jak to przedstawiono na rysunku 6, modułami tymi są:

ARIS Easy Design - modelowanie procesów biznesowych ARIS Web Link - publikowanie w Internecie modeli zarządzania ARIS Simulation - dynamiczna symulacja procesów biznesowych ARIS ABC - analiza kosztów działań ARIS for R/3 - narzędzia implementacji SAP R/3

ARIS Toolset może być użyty według następującego scenariusza:

analiza procesów biznesowych, wybór i implementacja standardu oprogramowania, ciągłe ulepszanie procesów biznesowych, certyfikat ISO 9000, rozwój własnego oprogramowania, implementacja aplikacji workflow, analiza kosztowa abc.

Jak wspomniano powyżej, narzędzia ARIS Toolset mogą być użyte nie tylko do reengineeringu procesów biznesowych, lecz również w celu stworzenia podręcznika zarządzania jakością wymaganego podczas procesu certyfikacji ISO 9000.

5. Wspomaganie procesów przez IT

5.1. Systemy przetwarzania danychCharakter informacji przetwarzanych w przemyśle wynika z faktu, iż systemy przetwarzania danych wpierają specyficzne obszary produkcji. Innym powodem jest występowanie specjalnych systemów przetwarzania danych, w szczególnych obszarach produkcji. Systemy te wykonują tam zadania specyficzne, dla których zostały zaprojektowane, opracowane i wdrożone. Mogą być one wykorzystywane jako pojedyncze komponenty, a nie jako zintegrowane systemy sieciowe.

Różnorodność systemów przetwarzania danych, opracowanych dla rozwiązywania specyficznych zadań w zakładach produkcyjnych, wyraża się w terminologii, która charakteryzują następujące obszary:

CAD (Computer Aided Design) - Komputerowo wspomagane projektowanie, CAE (Computer Aided Engineering) - Komputerowe wspomaganie prac inżynierskich CAP lub CAPP (Computer Aided Process Planning) - Komputerowo wspomagane planowanie procesu

produkcyjnego, CAM (Computer Aided Manufacturing) - Komputerowo wspomagane wytwarzanie, CAR (Computer Aided Robotics) - Komputerowe wspomaganie robotyki, CAQ (Computer Aided Quality Assurance) - Komputerowo wspomagane zapewnienie jakości, CAT (Computer Aided Testing) - Komputerowo wspomagane badania.

Bardziej szczegółowa terminologia została stworzona w celu opisu specyficznych aspektów w obszarach takich jak:

DMU (Digital Mock-Up) - makieta cyfrowa RPT (Rapid Prototyping Technologies) - Technologie Rapid Prototyping, FEA (Finite Element Analysis) - Analiza Metodą Elementów Skończonych, zwaną również FEM (Finite

Element Method) Metodą Elementów Skończonych, MBS (Multi Body Simulation) - symulacja kinematyczna wieloczłonowa.

W celu administracji i zarządzania danymi produktu i procesu utworzono następujące aplikacje systemów:

EDM Engineering Data Management, ERP (Enterprise Resource Planning) - planowanie zasobów produkcyjnych przedsiębiorstwa.

Pozycja systemów informatycznych w strukturze funkcjonalnej przedsiębiorstw przemysłu maszynowego, pokazane jest na rysunku 1.

Rysunek 1. Zastosowanie systemów informatycznych w strukturze organizacyjnej przedsiębiorstw przemysłu maszynowego.

Pomimo możliwości stosowania powyższych systemów informatycznych samodzielnie, przeznaczone są one do działania w środowisku zintegrowanym. Integracja ta opiera się na zintegrowanym modelu danych, znanym powszechnie jako zintegrowany model produktu. Zintegrowany model produktu może być specyfikowany przez sprzedawcę lub neutralnie jak ustanawia to technologia STEP (ISO 10303). W obu przypadkach konieczne jest dostosowywanie wymagań i potrzeb do wymagań przedsiębiorstwa.

Więcej informacji na ten temat dostępnych jest na stronach dla użytkowników zarejestrowanych. Na stronach tych podane są informacje szczegółowe na temat tych systemów

Połączone systemy przetwarzania danychFizycznie połączone systemy przetwarzania danych umożliwiają wymianę danych pomiędzy różnymi sektorami produkcji. Połączenie systemów przetwarzania danych może zostać dokonane poprzez tak zwane:

połączenia offline przy użyciu nośników danych (np. taśm magnetycznych, dyskietek, dysków optycznych)

połączenia online przy użyciu sieci komputerowej.

Integracja komputerowa tworzona jest poprzez ustawienia online systemów połączonych przez sieć komputerową. Uwzględniając różne systemy przetwarzania danych, integracja komputerów w produkcji wspomaganej komputerowo, prowadzi do architektury która, w zależności od wartości przetwarzanych danych, oparta jest na czterech poziomach (patrz rysunek 2). Poziomami tymi są:

Planowanie, Zarządzanie, Wykonywanie, Kontrolowanie.

Poziom planowania obejmuje wszystkie funkcje niezbędne do metodologicznego opracowania rozwiązań technicznych odpowiednich w wytwarzaniu produktu. W zależności od opisu i deklaracji tych rozwiązań rozpatrywane są różne decyzje ich realizacji. Wielokrotne powtarzanie rozwiązań prowadzi do ich adaptacji, modyfikacji i optymalizacji.

Na poziomie zarządzania dostępne są informacje o rozwiązaniach technicznych, a w szczególności dotyczących zlecenia produkcyjnego, rysunków technicznych, indeksów materiałowych ( bills of material - BOM), planowania produkcji i sterowania NC. Różnorodne zlecenia produkcyjne są przetwarzane i koordynowane, a niezbędne dane są dostarczane do sektorów produkcyjnych.Dodatkowo dane sterowania są dystrybuowane a sekwencje produkcyjne i procedury wytwarzania są monitorowane.

Wykonanie zleceń rozpoczyna się i jest dalej monitorowane na poziomie wykonawczym. Na tym poziomie zostają wykrywane problemy i źródła błędów. O źródłach błędów zawiadamiany jest poziom zarządzania.

Poziom kontrolny obejmuje wykonanie zleceń przy użyciu danych sterujących. O ewentualnym wystąpieniu błędów zawiadamiany jest poziom zarządzania.

W celu uzyskania integracji komputerowej opartej na tej architekturze, systemu przetwarzania danych musi spełniać następujące warunki:

połączenie komputerowe poprzez tak zwany Local Area Networks (LAN) oraz możliwa komunikacja pomiędzy poszczególnymi systemami przetwarzania danych,

stworzenie jednolitej koncepcji składowania danych, która może być zrealizowana również poprzez centralne lub rozproszone bazy danych, np. fizyczna dystrybucja baz danych,

stworzenie jednolitej koncepcji archiwizacji, uwzględniającej archiwizacje długoterminową, stworzenie jednolitej koncepcji użytkownika oprogramowania, w celu jego efektywnego wykorzystania

przez użytkownika końcowego.

Rysunek 2. Zintegrowany przepływ informacji zależnych od poziomów organizacyjnych w komputerowo wspomaganej produkcji.

5.3. Ważne łańcuchy procesówDane 3D-CAD opisujące produkt są zwykle przeznaczone do wielokrotnego użytku w kolejnych procesach. Uzyskuje się to przez wymianę danych lub przez koncepcję współdzielenia danych. Podejście wymiany danych opiera się na przesyłaniu sekwencji plików pomiędzy systemem CAD, a systemem z którym ma nastąpić połączenie. Procedura wymiany danych wymaga oprogramowania do wymiany danych. Podział danych wymaga użycia funkcji dostępu do danych produktu przechowywanych w bazach danych. W tym przypadku, dostęp ten

jest kontrolowany przez systemy EDM i TDM. Wymagania zarówno wymiany jak i podziału danych prowadzi do powstania tak zwanych łańcuchów procesów.

Łańcuchy procesów wykorzystują dane produktu opisane w systemie CAD i inne systemy. Istnieje szereg łańcuchów procesów, odgrywających ważną rolę w procesie rozwoju produktu. Najważniejszymi łańcuchami procesów są:

3D-CAD - FEA, 3D-CAD - MBS, 3D-CAD - DMU, 3D-CAD - RPT, 3D-CAD - NC, 3D-CAD - RC, 3D-CAD - MC, 3D-CAD - TPD.

Rysunek 3 przedstawia wymienione powyżej łańcuchy procesów.

Rysunek 3. Łańcuchy procesów w wirtualnym rozwoju produktu

6. Wirtualne tworzenie produktu - Aktualny stan wiedzy

6.1. WprowadzenieEfektywne zastosowanie nowoczesnej technologii informacji i komunikacji w przedsiębiorstwach przemysłowych wymaga nowych strategii, odpowiedniej organizacji i stylów pracy. Wymagana jest również metodologia projektowania, integrująca możliwości nowoczesnych technologii informacji i komunikacji. W oparciu o wyniki doświadczeń naukowej edukacji inżynierów mechaniki wyróżniono pięć najważniejszych tematów strategicznych:

1. Myślenie w kategorii procesów, 2. Rozwój i projektowanie bazujące na 3D CAD, 3. Dokumenty, które będą rozumiane jako prezentacja modeli cyfrowych, 4. Informacje cyfrowe dostępne dla wielu autoryzowanych użytkowników, 5. Wykorzystanie engineering data management (EDM) zintegrowane w systemy CAx.

Wykorzystanie systemów CAx w procesie rozwoju i projektowania, pokazują cztery główne strategie, które przedstawiono na rysunku 1.

W pierwszej ramce systemy CAx nie są używane. Rozwój i projektowanie produktu odbywa się na papierze, a powstałe dokumenty rozwiązań technicznych są wykorzystywane w rozwoju, dokumentacji i komunikacji.

W drugiej ramce systemy CAx zostały wprowadzone do terminologii rozwiązań. Systemy CAx wspomagają pracę inżynierów w szukaniu rozwiązań technicznych, ale dokumentacja i komunikacja odbywa się ciągle na papierze.

W ramce trzeciej wprowadzono interfejsy w celu wymiany danych. Interfejsy te są zgodne ze standardami takimi jak IGES (Initial Graphics Exchange Specification), SET (Standard d'Échange et de Transfert), VDAFS (Flächenschnittstelle des Verbandes der deutschen Automobilindustrie) i STEP (Standard for the Exchange of Product Model Data, ISO 10303) lub standardami przemysłowymi, takimi jak DXF (Data Exchange Format).Interfejsy tego typu umożliwiają cyfrowa komunikację. Pierwsza tego typu komunikację utworzono jako wymianę danych pomiędzy systemami CAD, lecz również znacznie więcej innych systemów CAx zostało połączonych interfejsami. Pomimo to dokumentacja w dalszym ciągu powstaje w formie papierowej, przykładami są rysunki techniczne, wykazy części lub indeksy materiałowe.

Rysunek 1. Obszary wykorzystywania CAx w procesie rozwoju i projektowania.

Obecnie celem ramki czwartej jest integracja baz danych zarządzanych przez systemy PDM oraz integracja wymagań systemów CAx. Coraz powszechniejsze wykorzystywanie systemów CAx, powoduje powstawanie coraz większej ilości modeli cyfrowych, co w rezultacie utrudnia korzystanie z dokumentacji papierowej zawierającej informacje i wiedzę na temat modeli cyfrowych. Innym rezultatem są wymagania co do koherentnych modeli cyfrowych, zwierających informacje na temat systemów CAx. Wymaganie te powodują powstawanie tak zwanego zintegrowanego modelu produktu.

6.2. Koncepcje wirtualnego tworzenia produktuW wirtualnym tworzeniu produktu, proces rozwoju produktu zarządzany jest przez systemy PDM wspomagające concurrent design i simultaneous engineering. W procesie tym, w celu rozwoju i zaprojektowania innowacyjnego produktu, wykorzystywane są również przez inżynierów systemy informatyczne dużej mocy. Głównym celem jest tutaj opisanie produktu poprzez model cyfrowy, a następnie przeprowadzenie analizy i symulacji jego zachowania.

Zarządzanie procesem rozwoju produktu, ma na celu szybki czas produkcji przy zachowaniu wysokiej jakości i w zaplanowanych kosztach. Innym celem jest zdolność tworzenia różnych wariantów i alternatyw produktu, powodujących wzrost jego atrakcyjności.

Concurrent engineering i simultaneous engineering są metodami zarządzania, kontrolującymi cały proces rozwoju, ulęgający zmianie z procesu sekwencyjnego na jednoczesny. Powoduje to pokrywanie się działań na rzecz rozwoju produktu i często wymaga współpracy w przedsięwzięciu. Pokazano to na rysunku 2.

Zarządzanie concurrent engineering i simultaneous engineering w procesie wirtualnego tworzenia produktu, jego organizacja jest szczególnie ważna. Pociąga to za sobą konieczność zarządzania projektem, uruchomienie kontroli, zmianę zarządzania, zarządzanie dokumentacją i danymi, jak również zarządzanie strukturą produktu. Zarządzanie tymi obszarami umożliwiają systemy EDM, które są zgodne z wymaganiami tego typu przedsięwzięć.

Rysunek 2. Concurrent engineering i simultaneous engineering w wirtualnym tworzeniu produktu.

Szereg systemów informatycznych o dużych mocach jest wykorzystywanych przy wirtualnym tworzeniu produktu. Systemy te wymagają zmiany w kulturze pracy, a szczególnie zmiany stylu pracy z dokumentami papierowymi na pracę opartą o cyfrowy model produktu. Z tego powodu proces rozwoju produktu nazywany jest często wirtualnym tworzeniem produktu.

W wirtualnym tworzeniu produktu, proces rozwoju produktu wykorzystuje systemy CAD, już we wczesnej fazie projektowania wstępnego. W szczególności wykorzystuje się systemy 3D-CAD w projektowaniu kształtu. Oprócz reprezentacji geometrycznej produktu i jego struktury, systemy 3D-CAD zawierają również dane produktu, takie jak dane materiałowe, technologiczne i tak zwane features (rysunek 3).

Rysunek 3. Przegląd zastosowań systemów w wirtualnym tworzeniu produktu.

Systemy CAD często komunikują się systemami DMU. Wykorzystują one dane ze struktury produktu i przybliżonej reprezentacji geometrycznej, przekształcając je w dane kinematyczne. Pozwala to na dokonywanie analiz zachowań kinematycznych produktu, jak również na analizy procesów montażowych i demontażowych. Zazwyczaj dane fizyczne produktu nie występują w systemach DMU.

Prototypy wirtualne zawierają fizyczne dane produktu uwzględniające wykorzystanie ich w specyficznych obszarach, takich jak mechanika, elektryka, elektronika jak również logistyka. Przy prototypach wirtualnych wykorzystuje się zazwyczaj systemy analiz elementów skończonych (systemy FEA), jak również systemy MBS. Przy pomocy tych systemów dokonuje się analiz i symulacji zachowania produktu fizycznego.

Produkt wirtualny jest cyfrowym modelem produktu obejmującym zbiory danych pochodzących z systemów CAD, DMU oraz z systemu wirtualnego prototypu. Nauka interesuje się rozwojem analiz i symulacji wirtualnego produktu. Wynikiem tego zainteresowania jest stworzenie projektu iViP (zintegrowane tworzenie wirtualnego produktu), w którym rzeczywistość wirtualna wykorzystywana jest w symulacji zachowania produktu.

Fabryka wirtualna wykorzystuje zasady tworzenia wirtualnego produktu do analizy i symulacji wytwarzania, tworzenia i testowania procesów. Podejście takie stosowane jest np. przy rozwoju wirtualnych obrabiarek i wirtualnych procesach wytwarzania. Rysunek 4 pokazuje wykorzystanie wirtualnego procesu wytwarzania analizującego i symulującego proces deformacji części.

Rysunek 4. Analiza i symulacja procesu deformacji części.

Oprócz tych analiz i symulacji, w procesie rozwoju produktu, pod uwagę powinny być brane również inne czynniki. Dlatego powinno się tworzyć tak zwane łańcuchy procesu, uwzględniając wspieranie kolejnych obszarów zastosowań (rysunek 5).

Takie łańcuchy procesu wykorzystują dane produktu generowane podczas procesów tworzenia, rozwoju i projektowania oraz połączenia systemów. Systemami tymi są systemy technicznego rozwoju produktu (systemy TPD), komputerowego wspomagania planowania i programowania NC (systemy CAP i NC) oraz planowania zasobów produkcyjnych (systemy ERP).

Jako, że wirtualne tworzenie produktu nie ogranicza się jedynie do mechaniki, to znacznie więcej dyscyplin naukowych powinno być zaangażowanych w model produktu - multidyscyplinarny model produktu.

Rysunek 5. Łańcuchy procesów w wirtualnym tworzeniu produktu.

6.3. Multidyscyplinarny Model ProduktuFunkcjonalność produktu opiera się zazwyczaj na różnych właściwościach fizycznych. Produkty takie nazywane są produktami multidyscyplinarnymi. Obecnie większość dzisiejszych produktów jest multidyscyplinarna. Z powodu coraz częstsze łączenie mechaniki i elektroniki powstała tzw. Mechanotronika. Mechanotronika to np. mechanika, hydraulika, elektrotechnika, elektronika, a nawet kontrola zachowania i sterowanie produktu.

Dla zintegrowanych analiz i symulacji zachowań multidyscyplinarnego produktu, niezbędne jest podejście integracyjne, w którym systemy analiz i symulacji stanowią aplikację multidyscyplinarną, potrafią się komunikować i współpracować. Takie podejście było rozwijane w projekcie naukowym EUMechatronik i MechaSTEP. Celem EUMechatronik było opracowanie komputerowo wspieranego zintegrowanego środowiska inżynierskiego dla rozwoju i projektowania produktów mechatronicznych, celem projektu MechaSTEP było opracowanie platformy integracji.

Rysunek 6. Struktura modułów symulacji

Zarządzanie danymi o produkcie

1 Znaczenie EDM

1.1 Przyczyna powstania EDMGłównym celem wykorzystywania systemów informatycznych jest rozwijanie wysokiej jakości produktów poprzez użycie odpowiednich systemów przetwarzania danych i optymalizację procesów - zwłaszcza procesu rozwoju produktu. Systemy EDM zapewniają osiągnięcie tego celu na dwa różne sposoby:

Bezpośrednio przez usunięcie słabych punktów w procesie rozwoju produktu. Pośrednio przez dostarczenie metod, które prowadzą do ulepszenia procesu rozwoju produktu.

Zasadniczo konieczność wspomagania procesu rozwoju produktu wynika bezpośrednio z dwóch okoliczności: W rozwóju produktu często ujawniane słabe punkty, które mogą być korygowane przez ulepszenie

przetwarzania danych i organizacji odpowiedniej do przetwarzania danych. Intensywne wykorzystywanie systemów CA zazwyczaj prowadzi do problemów, które są konsekwencją

niezadowalającej administracji danymi i niewłaściwej organizacji.

Pośrednie oddziaływanie EDM dotyczy metod, które wymuszają osiągnięcie celu, którym jest lepszy rozwój produktu. W większości przypadków metody te mogą być wykorzystane tylko wtedy, gdy wszystkie dane i informacje o produkcie są administrowane przez system EDM.

W szczególności ten rodzaj oddziaływania dotyczy:

metod zarządzania rozwojem, Simultaneous Engineering (SE), Concurrent Design (CD), Computer Supported Cooperative Work (CSCW), and metod zapewnienia jakości zgodnie z ISO 9000.

Głównym problemem w dzisiejszym procesie rozwoju jest wielokrotne tworzenie danych podstawowych zamiast wykorzystywać istniejące rozwiązania.

Systematyczne wykorzystywanie elementów wielokrotnego użycia, takich jak elementy standardowe, elementy katalogowe lub/i specyficzne dla firmy rozwiązania standardowe podczas rozwoju produktu jest podstawowym warunkiem wstępnym do skrócenia czasu rozwoju produktu i do zmniejszenia kosztów wytwarzania. Zamiast wielokrotnego opracowywania identycznych lub podobnych elementów.

Problemy te wynikają z braku ustrukturyzowanego zarządzania danymi. Obecnie dane konstrukcyjne są przechowywane w izolacji i konwencjonalnie, tzn. jako dokumenty papierowe, jako informacje tekstowe w danych CAD i/lub w oddzieleniu od geometrii i danych strukturalnych. Bezpośrednią konsekwencją tej sytuacji sa:

trudne wyszukiwanie danych, trudne przetwarzanie danych redundancja danych, niespójności w administracji dokumentami i/lub danymi.

Kolejną przyczyną trudności, które są powodem intensywnego wykorzystywania systemów CA, jest brak definicji technicznego workflow, tzn. zarządzanie zmianami.

Pomijając te słabe punkty w procesie rozwoju produktu stosowanie systemów EDM dostarcza większego potencjału do racjonalizacji. Systemy te dostarczają możliwości do efektywnej organizacji procesu rozwoju produktu.

Z powodu zwiększonego wykorzystania przetwarzania danych ilość danych ciągle wzrasta, zobacz Rysunek 1.

Rysunek 1 Rozwój danych (źródło: VW AG)

Sytuacja opisana powyżej prowadzi do następujących problemów:

duża ilość informacji i danych, wielokrotne administrowanie tymi samymi danymi (redundancja), niespójność w obszarze przechowywania danych, trudność równoległego wykorzystywania danych, trudne przetwarzania danych.

Równoległe wykorzystywanie danych produktu jest szczególnie ważne w procesie rozwoju produktu. Proces ten można scharakteryzować następującymi etapami:

koncepcja (uwzględnia katalogi, standardy, itd.), planowanie (uwzględnia metody), modelowanie (np. używając systemu 3D CAD), tworzenie rysunku (np. używając systemu 2D CAD), obliczenia (np. Metoda Elementów Skończonych), symulacja (używając specjalnych programów symulacyjnych), dokumentacja (np. przetwarzanie tekstów).

Aby przyspieszyć proces rozwoju produktu, musi być możliwość realizacji tych etapów równolegle i/lub niezależnie od siebie.

1.2 Metody zarządzania rozwojem produktuMetoda wspomagające proces rozwoju produktu zapewniają efektywny rozwój produktu.

Metodami tymi są:

Concurrent design (CD), simultaneous engineering (SE), and computer supported cooperative work (CSCW).

Metody organizacji i zarządzania rozwojem produktu zmieniają się. Zmiana polega na odejściu od organizacji taylorystycznej a dążeniu do organizacji holistycznej opartej na zarządzaniu danymi produktu i procesu.

Zazwyczaj organizacja rozwoju produktu jest przypisana do wydziału konstrukcji i technologii. Organizacja oparta na podejściu taylorystycznym definiuje hierarchie wydziałów w przedsiębiorstwie i przydziela im zadania. Każdy wydział odpowiada za swoje sukcesy i jest zarządzany tak, aby osiągać własne cele. Wyniki osiągane przez wydziały są dokumentowane i propagowane na papierze (np. rysunki techniczne, listy elementów, itd.). Te papierowe dokumenty są często przedmiotem analiz w celu określenia efektywności i powodzenia działań wydziałów. Przepływ informacji pomiędzy wydziałami, konieczny do komunikacji, również opiera się o papierowe dokumenty. Te papierowe dokumenty muszą być zatwierdzane przez wydziały, które je stworzyły. Zatwierdzenie dokumentu oznacza określenie autora dokumentu i wzięcie odpowiedzialności za jego zawartość. Prowadzi to zwyczaju spychania spraw do innych wydziałów oraz wskazuje na możliwość separacji wydziałów. Podejście takie generuje problemy, jeżeli wymagana jest szybka reakcja w przypadku modyfikacji lub zmiany, a proces decyzyjny dotyczy kilku wydziałów.

Zarządzanie wydziałami przygotowania produkcji i konstrukcji zazwyczaj oparte jest o projekty. Projekty definiuje się, aby rozwiązywać konstrukcyjne i technologiczne zlecenia. Składają się one z zadań przypisanych do zasobów oraz harmonogramu z "kamieniami milowymi", aby wyciągać decyzje o przyszłych pracach. W organizacji taylorystycznej projekty są często definiowane w obrębie jednego wydziału. Oznacza to, że pewna liczba projektów może być zdefiniowana niezależnie od siebie. Podejście holistyczne wiążące ze sobą kilka wydziałów i firmy kooperujące jest niedopuszczalne w organizacji taylorystycznej.

W podejściu holistycznym projekty integrują ekspertów z różnych wydziałów i firm kooperujących w zespoły projektowe. Prowadzi to do organizacji macierzowej, gdzie inżynierowie podlegają kierownikowi wydziału i kierownikowi projektu. Projekty definiowane są w celu optymalizacji procesu rozwoju produktu poprzez osiągnięcie optymalnej jakości produktu, wypełnienie założeń finansowych oraz optymalizację czasu rozwoju produktu. Czas rozwoju produktu jest jednym z najbardziej ważnych składników sukcesu dla konkurujących firm. Bardzo silnie wpływa on na "time to production" i "time to market".

Nowoczesne metody zarządzania rozwojem produktu rozumieją przygotowanie technologiczne i konstrukcyjne jako proces, który jest częścią projektu tworzenia produktu. Metodami tymi są concurrent design i  simultaneous engineering. Obie metod mają na celu spełnienie założeń holistycznego rozumienia tworzenia produktu.

Concurrent design i simultaneous engineering rozumiane są podobnie w środowisku przemysłowym. Concurrent design dedykowane jest do dzielenia złożonego zadania projektowego na podzadania i wykonywania tych zadań równolegle przez zespoły technologów i konstruktorów. Procedura ta wykorzystuje metody zarządzania projektem i procesem takie jak dekompozycja i deskrypcja, harmonogramowanie, definicja "kamieni milowych" i synchronizacja.

Rysunek 2: Concurrent design - projektowanie równoległe

Innymi celami concurrent design jest koordynacja współpracujących technologów i konstruktorów, udostępnianie specyfikacji projektowych członkom zespołu.  

Podczas, gdy concurrent design jest dedykowany głównie procesom konstrukcyjnym i przygotowania technologii, to simultaneous engineering bierze pod uwagę cały proces tworzenia produktu. W szczególności planowanie produkcji i wytwarzanie są elementami simultaneous engineering. Podejście to nie polega na

przejściu przez proces tworzenia produktu sekwencjami następujących po sobie czynności, ale na wykonywaniu różnych zadań równolegle (Rysunek 3).

Rysunek 3: Oszczędnoci czasu w simultaneous engineering

Celem simultaneous engineering jest zapewnienie dostępu do opracowanych, ale nie zatwierdzonych opracowań konstrukcyjno-technologicznych w chwili, gdy wszystkie technologiczne i konstrukcyjne rozwiązania nie są jeszcze gotowe. Podejście to jest bardzo ważne, jeżeli uwzględnimy liczbę czynności w procesie tworzenia produktu. Zaletą simultaneous engineering jest lepsza koordynacja podczas rozwoju produktu i potrzebnego oprzyrządowania, co prowadzi do znacząco lepszych produktów, szybszego czasu produkcji i niższych kosztów.  

Simultaneous engineering wymaga również metod zarządzania projektem i procesem. Współpraca zazwyczaj dotyczy kilku firm, które muszą być integrowane w procesie simultaneous engineering. Wymaga to intensywnej komunikacji i odpowiedniego zarządzania.

1.3 Cele EDMMożna wspomnieć o trzech podstawowych celach wspierania zarządzania danymi inżynierskimi przez technologie informatyczne:

skrócenie czasu rozwoju produktu, zmniejszenie kosztów rozwoju produktu, polepszenie jakości produktu.

Aby osiągnąć te cele konieczne są zmiany w następujących obszarach:: integracja wewnątrzbiurowa, zarządzanie danymi produktu, wyszukiwanie danych produktu, archiwizacja danych produktu, organizacja wewnątrzbiurowa.

Jeżeli chodzi o integracje wewnątrzbiurową można wymienić trzy poziomy integracji: Iintegracja procesu rozwoju produktu, integracja w pozostałych cyklach życia produktu i w procesach administracyjnych, integracja dostawców.

Wszystkie te poziomy mogą być efektywnie wspomagane przez systemy EDM. Celem jest pełna integracja standardowego modelu produktu z wszystkimi systemami umożliwiając pełen dostęp do danych.  

Administracja i przechowywanie danych produktu jest podstawową funkcją systemów EDM. Dane produktu z jednej strony składają się z danych określających produkt takich jak modele 3D CAD, rysunki techniczne, modele MES. Z drugiej strony dane produktu składają się z know-how firmy takie jak informacje o kosztach, elementach powtarzających się, maszynach i narzędziach. Dodatkowo dane te składają się z ogólnie dostępnych informacji takich jak standardowe elementy, elementy katalogowane i dane technologiczne.

Duże znaczenie funkcji administracyjnych wynika z wzrostu różnorodności informacji, który to jest skutkiem intensywnego wykorzystywania systemów CA i innych. Dane związane z produktem mają złożone relacje pomiędzy sobą, dodatkowo relacje te mogą być przedmiotem dynamicznych zmian.

W obszarze administracji danymi produktu i zlecenia innym ważnym celem systemów EDM jest unikanie przechowywania redundantnych danych (wielokrotne przechowywanie i niespójność). Problem ten pojawia się w przedsiębiorstwach, w których kilka logicznie rozdzielonych baz danych jest wykorzystywanych do przechowywania danych.

Innym celem związanym z wyszukiwaniem danych produktu jest nieograniczony dostęp do wszystkich informacji przez uprawnionych użytkowników. Zabezpieczenie danych w systemach EDM realizowane jest poprzez mechanizm kontroli dostępu i precyzyjnej administracji uprawnieniami. Mechanizmy te oparte są o tak zwane role i widoki. Rolą użytkownika może być np. twórca dokumentu. Co więcej systemy EDM oferują możliwość przypisywania danym produktu statusów (w opracowaniu, w testowaniu, zwolniony, modyfikowany) oraz praw dostępu (non, czytanie, zapis, usuwanie).

Co więcej systemy EDM umożliwiają średniookresowe archiwizowanie danych i/lub wspomagają długookresowe archiwizowanie. Jeżeli chodzi o archiwizowanie długookresowe, to systemy EDM używają standardowych formatów danych, np. STEP.

Innym celem EDM jest zabezpieczanie dokumentacji i przechowywanie know-how firmy. To know-how obejmuje wszystkie rodzaje opracowań firmowych (projekty, programy, itd.), które były kiedykolwiek opracowane. To know-how musi być dostępne dla pracowników firmy przez wiele lat.

Na końcu jednym z najważniejszych celi systemów EDM jest optymalne kontrolowanie procesów firmy i przyspieszenie procesów produkcyjnych

2 Metody EDM

2.1 WprowadzenieUproszczenia oraz ulepszenia organizacji w przedsiębiorstwie są kluczowymi wymaganiami dla pomyślnego wykorzystania systemów EDM.

Wielokrotne uruchomienia, identyfikacja części projektowych oraz dokumentów, redundantne składowanie danych, wysokie koszty biurokracji oraz administracji, złożone oraz pochłaniające dużo czasu procedury do odzyskiwania części standardowych oraz wielokrotnego użytku są kluczowymi słowami, które są istotne dla potrzeby ulepszania formy organizacji przedsiębiorstwa. Duże wymagania ulepszania organizacji to:

niskie skłonności do błędów, lepsza wydajność, zwiększona przejrzystość, lepsze odzyskiwanie informacji oraz szybsza dystrybucja informacji.

Cały system przetwarzania technicznego zlecenia pracuje jedynie wtedy jako wymagany, gdy przepływ informacji z działów konstrukcji oraz planowania pracy do działów wytwarzania oraz montażu jest wystarczający, tzn., że zadanie działów planowania jest wyspecyfikować czas i zawartość czynności w działach wytwarzania oraz montażu biorąc po uwagę istniejące narzędzia. Wymiana informacji pomiędzy tymi działami ma miejsce poprzez tzw. dokumenty wytwarzania, tzn. Konwencjonalnie poprzez listy kompletacyjne, rysunki techniczne, marszruty technologiczne oraz specyfikacje testowe na bazie papieru lub poprzez przetwarzanie łączy pomiędzy różnymi systemami CA.

2.2 Definicja ElementuPrzetwarzanie technicznego zlecenia gromadzi wszystkie wydziały, które są włączone w wytwarzanie produktów. Rozpoczyna się to od zlecenia na konstrukcję i kończy się montażem produktu.

Rysunek 1: Klasyfikacja przetwarzania technicznego zlecenia

Przetwarzanie technicznego zlecenia może być podzielone na cztery bloki:

projektowanie, planowanie pracy, wytwarzanie oraz montaż.

Na rysunku 1 przedstawiona jest konwencjonalna droga, tzn. bez brania pod uwagę tymczasowego nakładania się faz rozwoju pojedynczego produktu jako wykorzystywane w simultaneous engineering. Dla celów efektywnego przetwarzania zlecenia niezbędne jest, aby zorganizować rozszerzenie podległego wydziału obróbkowego, które jest nazywane strukturyzowaniem technicznych operacji. Częściowe aspekty strukturyzowania technicznych operacji są pokazane na rysunku 2.

Rysunek 2: Częściowe aspekty strukturyzowania technicznych operacji

Dane produktu pozyskane w procesie rozwoju produktu reprezentują jedynie jedną część całości danych generowanych w przedsiębiorstwie.

Kompletne dane zwane są danymi podstawowymi. Mogą być one rozróżniane jako:

dane główne oraz dane strukturalne.

Dane główne są danymi w pełni niezależnymi, tzn. bez powiązań z innymi danymi. Przykładami mogą być dane główne jednostki technologicznej, jak funkcja, materiał itd.

Dane strukturalne są danymi, które definiują relacje pomiędzy danymi głównymi, np. relacje pomiędzy pojedynczą częścią a złożeniem lub produktem.

Zarejestrowani użytkownicy będą mieli dostę do informacji, które w spsób bardziej szczegółowy wyjaśniają definicję elementów.

2.3 Struktury ProduktuAby zachować jasność podczas tego procesu, niezbędny jest podział na główny montaż oraz montaż podrzędny w zależności od pojedynczych części tych produktów. Zgodnie z normą DIN 6789 wynikająca struktura jest zwana drzewem rodzinnym. Globalne cele strukturyzowanych produktów są pokazane na rysunku 3:

Rysunek 3: Cele struktury produktu

Oprócz modeli 3D oraz rysunków technicznych, listy kompletacyjne (BOM) reprezentują drugie ważne medium przechowywania danych. Biorąc modele 3D, rysunki techniczne oraz BOM możliwe jest, aby wytworzyć produkt, który spełnia przepisane kryteria jakościowe. W liście kompletacyjnej BOM struktura produktu może być prezentowana w formie listy.

Lista kompletacyjne BOM jest rezultatem przemieszczania się w dół po strukturze produktu, tzn. od produktu w dół do pojedynczych części oraz ich surowców. Odwrotna metoda z-dołu-do-góry prowadzi do tzw. list gdzie-używane, wskazujących gdzie dana część w strukturze jest wykorzystywana lub też list partii. Te listy dostarczają informacji o tym, które produkty zawierają pewną część lub pewne złożenie. Z tego punktu widzenia listy kompletacyjne mogą być interpretowane jako analityczne spojrzenie i lista partii jako syntetyczne spojrzenie pod względem struktury produktu (rysunek 4).

Rysunek 4: Schemat BOM oraz listy typu gdzie-używane

Pozostałe informacje, które bardziej szczegółowo opisują strukturę produktu są dostępne tylko dla użytkowników zarejestrowanych.

2.4 Konfiguracja oraz Zarządzanie WariantamiWedług wymagań dzisiejszego rynku wiele produktów nie są oferowane jedynie jako jeden wariant, lecz klient ma możliwość konfigurować produkt poprzez wiele opcji zgodnie z jej lub jego wymaganiami. Na przykład, zmiana wymagań rynkowych pod względem pojazdów komercyjnych jest zilustrowana na rysunku 7. Podczas gdy w roku 1965 oferowane były głównie standardowe pojazdy, obecnie oferowane są pojazdy bardziej specjalizowane. Pod względem spełnienia wymagań klienta, coraz więcej pojazdów jest konfigurowanych indywidualnie.

Rysunek 5: Zmiana wymagań rynku pod względem pojazdów komercyjnych (źródło: Mercedes Benz)

Dodatkowe warianty, których klient nie zauważa, jak różne części od różnych dostawców, muszą być brane pod rozwagę.

Dlatego też występują dwie odmiany wariantów:

Warianty struktury wynika z faktu, że w BOM różne jednostki mogą się różnić. Na przykład w ramach modularnego bloku ?element czynny? silnik może być dostarczany albo przez firmę A, B lub C. Aby opisać te warunki w sposób szczegółowy, musiałyby zostać wygenerowane trzy listy kompletacyjne BOM, różniące się jedynie w pozycji ?silnika?.

Wariant części odnosi się do części, która pojawia się w różnych rodzajach, np. obudowy komputerowe w różnych kolorach. Każdy przypadek tej części może być identyfikowany poprzez numer jednostki. Inną alternatywą mogłoby być dodanie tych różniących się charakterystyk, tzn. koloru do numeru części.

Odnośnie do tych uwag, ogromna złożoność struktur wariantowych nowoczesnych produktów staje się jasna. Aby radzić sobie ze złożonością, stosowane są różne listy kompletacyjne BOM:

Listy identycznych części, BOM plus minus oraz

Lista kompletacyjne dla wariantów.  

Pojedynczy produkt może składać się z kilku pojedynczych części. Wymiana jedynie jednej pojedynczej części powoduje powstanie nowego wariantu produktu.

2.5 Systemy KlasyfikacjiZadaniem systemu klasyfikacji jest zorganizowanie rzeczy oraz warunków według pewnych kryteriów I w ten sposób zorganizować równe i/lub podobne części lub jednostki. System klasyfikacji opisuje jednostki neutralne w stosunku do produktu na podstawie zdefiniowanych atrybutów. Celem wynikowej struktury jest wspomaganie użytkowników w wykorzystywaniu neutralnych próbek. Systemy klasyfikacyjne oferują tym samym niezbędną podstawę do ponownego wykorzystania lub wielokrotnego wykorzystywania części. Klasyfikacja ta jest ulepszana dopóki jedynie mała ilość wyników jest prezentowana przez system klasyfikujący.

Użytkownicy zarejestrowani będą mieli dostęp do informacji, które w bardziej szczegółowy sposób wyjaśniają klasyfikację systemów.

2.6 Zarządzanie Zmianami InżynierskimiW ramach kontekstu procesu rozwoju produktu, produkt przechodzi różne fazy. Zarządzanie zmianami inżynierskimi definiuje miary organizacyjne potrzebne w rozwoju produktu do transferu produktu z jednej fazy do następnej.

Nie można uchronić się od zmian technicznych, powodowanych przez różne wewnętrzne i zewnętrzne przyczyny. Ulepszenia, naprawy w trakcie rozwijania oraz nowe rozpoznane techniczne zasady mogą być przyczynami zmian. Definicja odpowiednich środków, jak również definicja przynależnych procedur są tematami zarządzania zmianami inżynierskimi.

Odnośnie do uproszczonego modelu uruchomień, zmian oraz zakazów, zarządzanie oraz związane z tym problemy są w sposób zgrubny opisane na rysunku 6.

Rysunek 6: Model fazowy uruchomień, zmian oraz zakazów (uproszczony)

Rysunek 10 ilustruje złożoność zarządzania zmianami inżynierskimi w zakresie jednego produktu tylko na jednym hierarchicznym poziomie. Oczywistym jest, że zagnieżdżanie uruchomień, zmian oraz zakazów wymaga zdefiniowanej kolejności operacji przy pomocy wielopoziomowej struktury produktu oraz powiązania złożenia z wieloma produktami.

Uruchomienie wyznacza zezwolenie na użycie dokumentów (= dokument + opis głównego/opis struktury) po sprawdzeniu końcowym. Proces uruchamiania pokrywa niezbędne kroki transferu dokumentów, projektu lub też jednostki do pewnego stanu.

W zależności od wybranego procesu, różne procesy uruchomieniowe mogą być wymieniane. Niektóre z nich są opisane poniżej:

Uruchomienie projektu Uruchomienie wytwarzania Uruchomienie serii Produkt wstępny Pojedyncze uruchomienie Uruchomienie grupowe

W celu implementacji w systemie EDM, istniejący system uruchomień musi zostać sprawdzony oraz w7yspecyfikowany. Dodatkowo, w odniesieniu do mapowania dedykowanego przepływu pracy w systemie EDM procesy te muszą być strukturyzowane. To może być zrobione poprzez wykorzystanie następujących elementów strukturyzowania:

Status: Status oznacza bieżący stan dokumentu lub jednostki. Możliwe statusy to: "w opracowaniu", "do załatwienia", "usunięty", "zawieszony", "zatwierdzony", oraz "nieaktywny".

Poziom dojrzałości: Poziom dojrzałości oznacza dojrzałość jednostki lub dokumentu w ramach przepływu pracy. Występują następujące poziomy dojrzałości: szkic, szczegółowy, prototyp, dokumenty wytwarzania, produkcja wstępna, produkcja seryjna.

Proces uruchomienia: Proces uruchomienia definiuje kombinacje możliwych przejść odnośnie do statusu oraz poziomu dojrzałości. Obejmuje on wszystkie niezbędne kroki, które musi przejść dokument, jednostka lub projekt, aby osiągnąć inny stan. Proces uruchomienia specyfikuje np., że dokument o poziomie dojrzałości ?w opracowaniu? musi najpierw przejść stan ?zawieszony?, zanim osiągnie stan ?zatwierdzony?.

3 Funkcjonalność EDMW tej części prezentowana jest realizacja systemów informacji technicznej I w jaki sposób cele te są połączone z EDM. Główne funkcje takich systemów, istotne w tym kontekście, to:

Zarządzanie elementami, Zarządzanie uprawnieniami, Zarządzaniem daty ważności oraz Zarządzanie plikami.

Zarządzanie środowiskiem równoległego opracowywania jest złożonym zadaniem, które wymaga integracji możliwości zarządzania wielu różnymi danymi. Możliwości ter obejmują:  

Zarządzanie wersjami: Zdolność do zarządzaniem wszystkich stopniowych zmian w projekcie z wielu źródeł

Zarządzanie Zmianami: Zdolność to zapobiegania niepożądanych lub nieuprawnionych zmian Ocena: Zdolność do składowania informacji w sposób wydajny i pewny Zarządzanie Konfiguracją Projektu: Zdolność do budowania konfiguracji produktu z dowolnej kombinacji

wersji komponentów znanych systemowi Rozproszone Środowisko Pracy: Zdolność do połączenia indywidualnych działań z grupowymi

działaniami. Indywidualne czynności powinny dać się sprawdzać niezależnie od pracy innych członków grupy I dzielić pracę w prosty sposób z innymi członkami grupy, jeżeli jest to wymagane.

Zarządzanie Cyklem Życia Produktu: Zdolność do śledzenia ewolucji I stanu projektu od początku do końca

Dostępność: Zdolność do dzielenia informacji z innymi systemami w sposób dwukierunkowy to równoczesna komunikacja oraz manipulacja informacją inżynierską oraz zarządzanie złożonymi związkami w produkcie.

3.1 Zarządzanie Elementem

Podstawowe funkcje systemu EDM to Zapisywanie i zarządzanie informacją, która opisuje pojedyncze elementy (master data) jak również Kształtowanie relacji pomiędzy danymi głównymi oraz zarządzanie tymi relacjami.

Przy pomocy takich systemów możliwy jest opis wszystkich typów jednostek informacji. W celu prostszego przetwarzania są one zwykle pogrupowane, które mogą być opisane przy pomocy tych samych (np. projekt, artykuł, dokument). Elementy, które są w systemie informacji technicznej, zwykle są przechowywane I zarządzane wraz z ich najbardziej charakterystycznymi atrybutami. Atrybuty przypisane do elementu to dane główne, a kompletne dane są nazywane głównym rekordem.

Zwykle reprezentacyjnymi formami rekordów głównych są (rysunek 1):

Tabelaryczna reprezentacja kilku głównych rekordów w formie listy oraz Reprezentacja tylko jednego rekordu głównego na formularzu.

 

Rysunek 1: Reprezentacyjne formy głównych rekordów

Atrybuty zawarte w rekordzie głównym można podzielić na dwie grupy:

Atrybuty standardowe z o Atrybutami identyfikującymi oraz o Atrybuty zarządzające jak również

Atrybuty specyficzne dla użytkownika (Rysunek 2).

Systemy informatyczne dostarczają różnego rodzaju atrybutów o standardowych typach, przy których pomocy może być scharakteryzowana powszechna cecha. Są to:

Łańcuchy znakowe o różnej długości, Liczby rzeczywiste lub całkowite, Typy logiczne lub typy specjalne jak również

Typ dla daty.  

Rysunek 2: Atrybuty rekordu głównego (dane główne)

W celu manipulacji rekordami głównymi dostępne są następujące podstawowe funkcje:

Dodawanie rekordów głównych, Usuwanie rekordów głównych, Zmiana rekordów głównych oraz Kopiowanie rekordów głównych.

System EDM posiada mechanizmy, które zapewniają, iż w zbiorze informacji nie powstaną niezgodności na skutek tych manipulacji. Wymienia się mechanizmy zabezpieczające, które są następujące:

Jest niedozwolone tworzyć lub kopiować elementy z istniejącym już numerem elementu. Nie można kasować elementów, które są wykorzystywane w strukturach lub istnieją do nich odniesienia

w inny sposób. Zmiany w rekordzie głównym (np. numer elementu) są automatycznie przeprowadzane w powiązanych

z nim dokumentach (np. listy kompletacyjne). Zmiany w rekordzie głównym lub usunięcie rekordu głównego są możliwe jedynie, jeżeli zezwolenie

użytkownika oraz status w kolejności sprawdzania są poprawne.

Oprócz funkcji manipulowania systemu EDM, potrzebne są funkcje do reprezentacji przechowywanych rekordów danych:

Funkcje przeszukujące oraz Ekran wersji.

 

Objętość przechowanych informacji w systemie informatycznym może osiągnąć prawie każdy rozmiar (np. kilka tysięcy rekordów danych). Funkcja przeszukująca jest dlatego też potrzebna w celu wydajnego poszukiwania lub wyboru rekordów danych. Pozwalają one ograniczyć ilość danych na podstawie kryteriów poszukiwania, które p[podaje użytkownik. Każdy atrybut rekordu głównego może być wykorzystany do wyszukania, przy czym opcje

przeszukiwania oparte na atrybutach zwykle są połączone logicznym ?&?. Dla poszukiwania pewnych rekordów danych systemy informatyczne posiadają następujące opcje, które ułatwiają poszukiwanie i/oraz czynią możliwymi wielokrotne selekcje (Rysunek 3):

Operator relacji, Operatory logiczne oraz Znaki zastępcze.

 

Rysunek 3: Funkcje przeszukujące oraz wybierające

Oprócz funkcji funkcji przeszukujących oraz funkcji wyboru, tak zwane ?widoki użytkownika? reprezentują formę ograniczonej prezentacji rekordów głównych. Jest to globalna funkcja wyboru z okresem ważności oraz aktualnością wersji elementu jako kryterium wyboru. Występują trzy rodzaje widoków:

Globalny, Produkcyjny oraz Rozwojowy widok.

Widok globalny objętości danych nie posiada wyboru i może być rozumiany jako standardowy widok na system informatyczny. W widoku tym cały zbiór danych jest przedstawiony użytkownikowi niezależnie od statusu lub wersji.

Widok produkcyjny prezentuje dane, które są lub były zaakceptowane na pewien czas, jak również i te dane, które są istotne dla produkcji. Warunek ?zaakceptowany? może odnosić się do bieżącej daty lub dowolnej daty w przeszłości wskazanej przez użytkownika.

Widok "rozwój" pokazuje jedynie te rekordy danych, które są ważne dla działu rozwoju. Pokazuje nowoczesny produkt oraz dane rozwoju wraz z najnowszą wersją produktu niezależnie od poziomu dojrzałości.

Rysunek 4. Widoki użytkownika objętości danych

W następujących rozdziałach szczegółowo opisane zostaną pewne klasy elementów, którymi zarządza się zwykle w technicznych systemach informatycznych:

Artykuł, Dokumenty oraz Projekty.

 

Artykuły są najczęściej wykorzystywanymi jednostkami, które są zapamiętywane i zarządzane w technicznych systemach informatycznych. Termin " artykuły " oznacza produkty, złożenia oraz pojedyncze części jak również części standardowe oraz zakupione, niezależnie od struktur, relacji lub zależności, które występują pomiędzy tymi elementami. Każde przedsiębiorstwo posiada własną definicję elementów zebranych pod pojęciem artykułu.

Rysunek 5. Atrybuty pozycji

Rekordy główne, które reprezentują artykuły, są często uzupełniane o specyficzne dla użytkownika atrybuty, aby zapamiętać te cechy, które są istotne dla użytkownika z punktu widzenia zarządzania artykułem. Może to dotyczyć danych technologicznych, danych dyspozycyjnych danych zaopatrzeniowych lub też danych produkcyjnych. Przykładami specyficznych dla użytkownika atrybutów są:

Materiał Jednostka Procedura wytwórcza Masa Koszty Stanowisko wytwórcze Ciężar Data zakończenia Dostawca

 

W zasadzie jest możliwe, aby zdefiniować wszystkie cechy artykułu jako atrybuty rekordu głównego. Dla zrozumiałości oraz dla wymagań przechowywania jest niezbędnym, aby ograniczać rekord główny do istotnych pod względem administracyjnym danych oraz aby czynić wszystkie dalsze cechy dostępne poprzez odwołania na odpowiednich dokumentach. Inną możliwością jest przechowywanie cech, które jest w formie tabelarycznego układu opisane szczegółowo na następnych rozdziałach.

Rysunek 6. Zarządzanie cechami

Oprócz budowania struktury oraz funkcji alokacji, istotne są dwie dalsze funkcje:

Grupa oraz Warianty.

W systemach EDM artykuły o podobnych cechach mogą być zebrane w oddzielne grupy, które są zwane formacją grupy. Celem formacji grupy jest:

Pomagać przy poszukiwaniu tych samych lub podobnych części, Zapobiec niepotrzebnym rekonstrukcjom oraz Rozszerzyć możliwość ponownego wykorzystania istniejących rozwiązań z lub bez poprawek.

 

Wiele produktów jest oferowanych obecnie nie tylko jako wersja standardowa, lecz jako różne warianty. Aby przedstawić produkt poprawnie w systemie EDM, zebrane muszą być pojedyncze części oraz złożenia, które są identyczne dla wszystkich wariantów jak też I dla części oraz złożeń, które z kolei są alternatywne lub opcjonalne w produkcie. Alternatywnymi lub opcjonalnymi artykułami zarządza się na początku w taki sam sposób jak wszystkimi innymi artykułami posiadającymi atrybuty. Różnica w stosunku do zarządzania regularnym artykułem jest jedynie widoczna wówczas, jeżeli produkt ma strukturę w postaci listy kompletacyjnej.

Rysunek 7. Definicja rozkładu tabelarycznego

Zarządzanie dokumentacją EDM służy zarządzaniu całą techniczną informacją, która została wykonana w trakcie procesu rozwoju produktu. Termin " dokument " oznacza informację dotyczącą pewnego produktu w formie reprezentacji produktu lub prezentcji   produktu. Te informacje mogą być zapisane na papierze lub w formie elektronicznej w postaci pliku. Z powodu różnorodności informacji technicznej, ? dokument ? podzielony jest na podgrupy z różnymi specyficznymi dla użytkownika cechami. Przykładami takich grup dokumentów są:

Rysunek trójwymiarowy (3D), Rysunek dwuwymiarowy (2D), Program NC lub Marszruta technologiczna.

Niezależnie od tej klasyfikacji treści, dokumenty rozróżnianie są dodatkowo według tego, czy klucz jest obecny jako plik lub jako dokument dostarczony w sposób konwencjonalny, np. na papierze. W oparciu o te różne możliwości następująca tablica pokazuje typy dokumentów.

Rysunek 8. Zarządzanie dokumentem

Trzecia klasa elementów jest projektem. " Projekt " jest zdefiniowany jako schemat zlecenia, aby zarządzać kompletacją zlecenia, który powiązany jest z pewnym procesem. Cechy projektu to procedury pracy, ramy czasowe, główne etapy jak również odpowiedzialności I kompetencje. Projekty oraz ich przebiegi są zazwyczaj zarządzane w specjalnych systemach zarządzania projektem. W technicznych systemach informatycznych, jednostka informacyjna " projekt " jest wykorzystywana do budowania struktury wszystkich danych w projekcie w pojedynczych zadaniach. Projekty są zdefiniowane w systemie informatycznym tak jak wszystkie inne jednostki informacji przy pomocy rekordu głównego, cechy standardowe i specyficzne dla użytkownika oraz możliwości budowania struktur. Dla lepszego zrozumienia projekt może być podzielony na podprojekty oraz połączenie pomiędzy podprojektem oraz

Artykuły i/oraz Dokumenty

następuje poprzez proste alokacje. Każdy (pod) projekt posiada numer przypisanych artykułów oraz dokumentów, które mogą być uporządkowane w hierarchicznej strukturze I połączone ze sobą (zobacz Rysunek 9).    

Rysunek 9. Wielowymiarowe struktury pomiędzy projektami - artykułami ? dokumentami

Zarejestrowani użytkownicy poznająwięcej szczegółów na temat administracji elementami.

3.2 Zarządzanie UprawnieniamiSystemy informacji technicznej dozwalają na dostęp do przechowywanej informacji różnym użytkownikom. Dlatego też oprócz artykułów, dokumentów oraz projektów należy administrować użytkownikami jak również ich prawami do dostępu do obiektów oraz funkcji systemu informatycznego. Te cel służy zarządzaniu uprawnieniami. Zadaniami funkcji zarządzania uprawnieniami są:

Zarządzanie użytkownikami, Tworzenie grup użytkowników oraz przydzielanie uprawnień, Kontrola dostępu do jednostek informacji oraz Kontrola dostępu do funkcji systemu informatycznego.

 

Osoby, które pracują w systemie informatycznym, muszą być zarejestrowani jako użytkownicy i nadane im muszą być prawa dostępu, aby chronić dane. Dlatego też użytkownikami administruje się w podobny sposób jak każdą inną informacją, np. rekordem głównym. Rekord główny użytkownika zasadniczo składa się z atrybutów identyfikujących, jak nazwisko użytkownika, numer użytkownika i, jeżeli jest to wymagane, hasło. Poza tym w rekordzie głównym przechowywana jest informacja o tym, do jakiej kategorii dany użytkownik należy, np. czy jest kierownikiem systemu, który posiada autoryzację potrzebną do konfiguracji systemu poza ogólnymi prawami do użytkowania systemu.    

Rysunek 10. Zarządzanie użytkownikami systemu

Wszystkie jednostki informacji, które znajdują się w systemie informatycznym, posiadają kod dostępu, który reguluje opcje dostępu do tych obiektów. Wykorzystywane są następujące opcje dostępu w systemach informacji technicznej:

Brak dostępu (" "), Możliwość odczytu (" r "), Możliwość modyfikacji (" w ") oraz Możliwość usuwania (" d ").

 

Następujący kod zawiera zawsze wszystkie prawa, np., jeżeli użytkownik posiada prawo do usuwania rekordu danych, to ma on równocześnie prawa do odczytu oraz zmiany. Wraz z przypisaniem uprawnień do dostępu, uszczegóławiane jest, dla kogo te uprawnieni są ważne. Rozróżnia się trzy typy użytkowników:

Użytkownik, który tworzy obiekt (Właściciel), Członkowie grupy właściciela (Grupa) oraz Użytkownicy, którzy nie należą do tej grupy (Świat).

 

Zarejestrowani użytkownicy poznają więcej szczegółów na temat zarządzania prawami.

3.3 Zarządzanie KolejnościamiProdukty w kontekście rozwoju produktu zmieniają się wielokrotnie na skutek różnych uwarunkowań oraz poziomu dojrzałości wraz ze zmieniającymi się wersjami. Systemy EDM wspomagają te powiązane zmiany w statusie poprzez zintegrowane funkcje zarządzania Zmianami.

Przypisana kolejność testowania opisuje możliwe warunki produktu, jak również jego zmiany w statusie w procesie rozwoju produktu. Definiuje ona organizacyjne wartości domyślne elementu dla zarządzania zmianami. Aby być zdolnym do sprecyzowania odpowiedniej kolejności sprawdzania, muszą być zdefiniowane warunki produktu dla przedsiębiorstwa oraz powiązane z oznakami postępu jako identyfikatorami (Rysunek 11).

Rysunek 11. Warunki w kolejności sprawdzania

Za definicją warunków kolejności sprawdzania dla artykułów, specyfikowane są dokumenty, projekty itd., wraz z opisem oraz przypisane do nich są odpowiednie kroki. Elementy, do których przypisana została kolejność sprawdzania, np. artykuły, dokumenty lub projekty, mogą w procesie rozwoju produktu być przetransformowane do następnego stanu, jeżeli wszystkie warunki są zadowalające, np. artykuł może być przetransformowany do stany "zaakceptowany" ze statusu "sprawdzanie", jeżeli powiązana procedura sprawdzania (nie część systemu informatycznego) została pomyślnie zakończona

Zmiana stanu może być zrealizowana w systemie informatycznym poprzez wybór pożądanego elementu oraz zastosowanie funkcji transformującej. W odpowiednich listach i/lub formularzach zmiany stanu pokazują się same w

Zmienionych oznakach postępu, Zmienionych uprawnieniach użytkownika, jeżeli jest to konieczne oraz Dostosowanych okresach ważności, jeżeli jest to konieczne.

 

Dodatkowe informacje na tremat zarządzania kolejnościami są dostępne dla użytkowników zarejestrowanych.

3.4 Zarządzanie PlikamiPrzy pomocy funkcji zintegrowanego zarządzania plikami możliwe jest, aby system EDM wykorzystywać jako łącznik pomiędzy aplikacjami generującymi dane, np. systemy CAD i medium przechowujące dane. Dostęp do plików (otwieranie lub zapamiętywanie) nie jest już obsługiwane przez funkcje systemów CAD, lecz przez dołączony system informatyczny. W ten sposób wszystkie funkcje alokacji oraz budowania struktury jak również funkcje przechowywania i zarządzania oraz funkcje rozszerzonego poszukiwania I wyboru mogą być wykorzystywane do plików systemu CAD.

Aby zapewnić integralność bazy danych zarządzanej przez system informatyczny, bezpośredni dostęp do zarządzanych danych przez konkretną aplikację oraz dostęp do standardowych funkcji systemu operacyjnego musi być chroniony. Dlatego też systemy informatyczne pracują w tzw. elektronicznych skarbcach. Elektroniczny skarbiec składa się z szczególnie chronionych obszarów roboczych, które są zarezerwowane dla systemu informacyjnego na konkretnym nośniku danych. Na poziomie systemu operacyjnego oraz dla innych aplikacji ten obszar roboczy może wyglądać jak czarna skrzynka, której zawartości nie może być przeglądana i nie ma do niej dostępu. Dostęp do tych obszarów jest jedynie możliwy przy pomocy funkcji zarządzania plikami w systemie informacyjnym.

Rysunek 12. Funkcje elektronicznego skarbca

Rysunek 23 pokazuje najbardziej istotne moduły funkcjonalne elektronicznego skarbca, które są ważne dla zarządzania plikami i wykraczają poza funkcje zarządzania plikami systemu operacyjnego:

Kontrola wersji: Administracja historią oraz archiwowaniem różnych wersji dokumentów po zmianach. Blokowanie plików: Dokumenty są blokowane podczas zmian I nie są dostępne dla innych

użytkowników. Transakcje: Kilka plików dokumentu jest zarządzanych w transakcji, np. kopiowanie pasujących modeli.

4 Zarządzanie Przepływem Pracy (ang. Workflow Management (WfM))

4.1 WprowadzenieW ostatnich latach przepływy procesów w przedsiębiorstwach stały się coraz bardziej złożone. W szczególności przepływ informacji oraz dokumentacji może być z trudem obsługiwany w sposób konwencjonalny oraz jedynie przy znacznych nakładach czasu oraz pracowników. Polepszenie tej sytuacji można osiągnąć dzięki stosowaniu tzw. systemów zarządzania przepływem pracy.

Organizacja Workflow Management Coalition (WMfC) definiuje przepływ pracy (ang. workflow) jako automatyzację procesów biznesowych, w całości lub w części, podczas której dokumenty, informacja oraz zadania są przekazywane od jednego uczestnika do innego zgodnie ze zbiorem proceduralnych zasad.

Następujący rysunek 1 pokazuje przepływ pracy odnośnie do zlecenia klienta.

Rysunek 1: Przykład przepływu pracy: przepływ procesu zlecenia klienta

Zilustrowany przepływ pokazuje różne cechy, które są typowe dla procesów biznesowych:

1. Przepływ pracy jest zawsze wymuszany. Wywołany może być pewnym zdarzeniem, np. klient lub modyfikacja zlecenia lub pewnego terminu.

2. Przepływ pracy zawsze zawiera kilka (sekwencyjnych) kroków proceduralnych. 3. Pojedyncze kroki procesu mogą być dzielone pomiędzy kilka poziomów. 4. Przepływ pracy może zawierać (w zależności od warunków) całe kroki, lub wykonywane alternatywnie

w częściach. 5. Poza sekwencyjnymi krokami, przepływ pracy może również zawierać kroki procesu realizowane w

sposób równoległy. 6. Przepływ pracy jest zawsze zamknięty, albo po osiągnięciu pożądanych rezultatów, albo poprzez

przerwanie procesu.

a. Odnośnie do procesu tworzenia produktu obecna sytuacja w zakresie inżynierii może być charakteryzowana przez znaczne problemy hamujące sprawność oraz produktywność: a. Długi czas produkcji powodowany przez nieproporcjonalne czynności pomocnicze (rysunek 3), jak

o o poszukiwania, zapytania, komunikacja, o o sortowanie, dokumentowanie oraz wypełnianie, jak również o o (zawiły) przepływ dokumentów.

b. Dodatkowa praca powodowana niedostateczną dostępnością informacji. Przyczyny tego stanu rzeczy mogą być zazwyczaj powodowane brakiem sprawnych systemów plikowych oraz poszukujących (systemów zarządzania dokumentami), które ułatwiałyby ponowne wykorzystanie istniejących już rozwiązań.

c. Trudne przetwarzanie dokumentów ze względu na dużą liczbę dokumentów oraz plików. Analizy pokazały, że przeciętny pracownik musi pracować na 45 stronami dokumentów dziennie. Odnośnie do tych dokumentów, w przybliżeniu 95% jest dostępnych na papierze, 4% jest dostępnych na mikrofilmie I jedynie 1% jest dostępnych w postaci cyfrowej. Odnośnie do dokumentacji technicznej w przedsiębiorstwie codziennie dodawane są nowe dokumenty. Z jednej strony dokumenty te są produkowane przez przedsiębiorstwo, np. rysunki techniczne, specyfikacje oraz listy kompletacyjne. Z

drugiej strony tworzona jest znacząca liczba dokumentów, np. przez dostawców, władze lub komitety standaryzujące.

Rysunek 2: Przydzielone czasy podczas przetwarzania dokumentówa. Aby zapobiec negatywnym efektom powodowanym poprzez podział pracy w wielu przedsiębiorstwach

niezbędne są pokaźne zasoby odnośnie do koordynacji czynności. Obecnie, procesy biznesowe są podzielone na pojedyncze kroki. Kroki te są realizowane przez różne, zorientowane na zadania wydziały (tailoryzm).

b. Dalszy problem jest powodowany przez brak przejrzystości procesu. Kroki procesu są zarządzane i zrozumiałe jedynie przy znacznych nakładach. Odszukiwanie dokumentów oraz przetwarzanie informacji jest ograniczone.

W rezultacie wzrastają koszty w obszarze biurowym. Równocześnie obserwowany jest spadek skuteczności oraz jakości w tym obszarze. Ten fakt może być również obserwowany w ramach następującego porównania: z powodu systematycznej automatyzacji, przez ostatnie 20 lat, produktywność procesu wytwarzania produktów mogłaby wzrosnąć o 5% rocznie ? odnośnie do obszaru biurowego mógłby zostać osiągnięty wzrost jedynie 1.5% rocznie.  

Ulepszenia w obszarze inżynierii mogą zostać osiągnięte poprzez dwa rodzaje środków (rysunek 3):

Środki organizacyjne oraz Środki techniczne.

 

Środki poprawiające, pokazane na rysunku 3, są podstawą pomyślnego zarządzania przepływem pracy.

Rysunek 3. Możliwości poprawy w obszarze inżynierii

Dodatkowe informacje są dostępne tylko dla zarejestrowanych użytkowników.

4.2 Systemy Zarządzania Przepływem PracyOrganizacja Workflow Management Coalition (WMfC) definiuje system zarządzania przepływem pracy jako system, który definiuje, tworzy oraz zarządza realizacją przepływu pracy, przez wykorzystanie oprogramowania, które funkcjonuje na jednym lub wielu motorach przepływu pracy, który jest w stanie interpretować definicję procesu, być w interakcji z uczestnikami przepływu pracy oraz, tam gdzie jest to wymagane, wywoływać wykorzystanie narzędzi oraz aplikacji technologii informatycznej ( ang. IT). System zarządzania przepływem pracy określa przepływ pracy zgodnie z ustalonymi wcześniej definicjami procesu biznesowego. Zarządza zasobami (tzn. aplikacjami, danymi, ludźmi), wymagany, aby osiągnąć cele oraz zapewnić udogodnienia monitorowania oraz zdolności do sterowania. Normalnie, przynosi to znaczne oszczędności czasu jałowego, czynności związanych z wyszukiwaniem oraz opóźnień w transporcie w ramach łańcucha dostaw. W kombinacji z systemami zarządzania dokumentami (ang. DMS), eliminacja procedur opartych na papierach, jak kopiowanie, ręczne archiwowanie oraz odszukiwanie, jak również dystrybucja w przedsiębiorstwie jest często najważniejszym ekonomicznym argumentem dla wdrażania systemu zarządzania przepływem pracy. Motor przepływu pracy dostarcza bieżącego wykonywania procesów biznesowych. Motory mogą być wbudowane w innych aplikacjach lub mogą być rozmieszczone jako niezależne aplikacje, które współpracują z innymi aplikacjami wewnętrznie w systemie. Niektóre z motorów mogą być rozmieszczone w obu trybach. Żąda się, aby niektóre elementy aplikacji, które zajmują się regułami lub wyjątkami, były w rzeczywistości motorami przepływu pracy, dopóki nie wyświetlają większości cech identyfikowanych ze wspólnymi cechami przepływu pracy. Z nastaniem nowych wymagań dla motorów przepływu pracy, aby współdziałały z zadaniami Zarządzania Łańcuchem Dostaw (ang. SCM), ważnym jest dla rynku, aby być w stanie rozróżnić pomiędzy niedostępnymi, opierającymi się na regułach komponentami, a motorami przepływu pracy, czy są wbudowane, czy też nie. Systemy zarządzania przepływem pracy są ważne w zakresie obsługiwania

powtórzeniowych, intensywnych pod względem papierów I dokumentów, przestrzennie i czasowo odseparowanych oraz wykorzystujących różne źródła informacji business operations.

Systemy zarządzania przepływem pracy mogą być podzielone na pięć ważnych modułów. Moduły te umożliwiają przedsiębiorstwom przepływy pracy związanej z

analizowaniem, modelowaniem, symulacją, sterowaniem oraz

dokumentowaniem.

Przy pomocy specjalistycznych modułów może być formowany tzw. cykl zarządzania przepływem pracy. Rysunek 4 ilustruje cykl zarządzania przepływem pracy.    

Rysunek 4. Cykl zarządzania przepływem pracy

Na początku cyklu zarządzania przepływem pracy widoczna jest analiza procesu. Następującymi czynnościami są modelowanie procesu oraz jego symulacja. Moduły te tworzą częściowy cykl o nazwie Workflow Definition (definicja przepływu pracy), który jest powtarzany dopóki modelowanie oraz specjalistyczna reorganizacja przepływu pracy prowadzą do optymalnych wyników w ramach symulacji. Drugi cykl częściowy w ramach cyklu zarządzania przepływem pracy dotyczy realizacji zdefiniowanego przepływu pracy i jest nazywany Workflow Execution (realizacja przepływu pracy). Cykl ten może być charakteryzowany poprzez kontrolling oraz dokumentację i/lub zapisywanie przepływów pracy oraz specjalistycznych operacji. Cykl ten jest formowany przez fakt, iż operacje mogą być realizowane wielokrotnie. Zapisane rezultaty tego cyklu częściowego mogą być wykorzystane dla dalszej optymalizacji procesu.

Odnośnie do implementacji przepływu pracy, elektroniczne teczki mają duże znaczenie. Ich funkcja jest podobna do konwencjonalnych katalogów w operacjach biznesowych, które zawierają potrzebne dokumenty wykorzystywane przez pracowników do wypełniania ich zadań. Elektroniczna teczka może na przekład zawierać:

dokumenty ofert i zamówień, tabele, listy kompletacyjne BOM, rysunki techniczne oraz opisy techniczne, parametry.

 

Inne zalety dokumentów w formie elektronicznej (cyfrowej) to możliwość dołączenia do teczki dokumentów multimedialnych (video, audio). Po pomyślnym przetworzeniu elektroniczne teczki mogą być automatycznie przekazywane przez siec komputerową do następnego miejsca roboczego.

Rysunek 9 ilustruje korzyści płynące z stosowania systemów zarządzania przepływem pracy.

Rysunek 5. Korzyści płynące z zastosowania systemów zarządzania przepływem pracy

Modelowanie Geometryczne

Wprowadzenie

Nowe techniki umożliwiają rozwój coraz bardziej złożonych i zoptymalizowanych produktów. Główną kwestią jest opis charakterystyki produktu poprzez zintegrowane modele komputerowe. Umożliwia to z jednej strony projektowanie bardziej złożonych produktów i z drugiej strony symulację ich zachowania się i optymalizację zanim zbuduje się prototyp. Na rys. 1 przedstawiono przykład złożoności modelu 3D.

Rysunek 1. Zacieniowały model 3D silnika napędowego Ariane

W obszarze budowy maszyn projektowanie i opis kształtów dla produktów jest kluczem do większości innych modeli takich jak: planowanie produkcji i wytwarzanie. Projektowanie i modelowanie 3D może być obecnie widziane jako jądro (core) w budowie maszyn. Aktualną sytuację streszczono na Rys. 2.

Rysunek 2. Rozwój produktu - dzisiaj: konkurencja i konkurenci na całym świecie

Na wyżej wymienione wyzwania można odpowiedzieć intensywnym stosowaniem technologii informacyjnych, które są technologiami podstawowymi, umożliwiającymi kolejne kroki Jednakże spójny opis produktu poprzez dokumenty i różne modele geometryczne jest wielkim wyzwaniem i musi bazować na metodach EDM jak to opisano w rozdziale 3.

Kiedy mówi się o budowaniu złożonych modeli zawsze trzeba mieć na uwadze, że budowanie złożonego opisu produktu znaczy, że należy włożyć większy wysiłek niż w przypadku tradycyjnego procesu bazującego na rysunkach 2D. Z tego powodu mogą wystąpić usprawnienia wynikające z faktu, że wykonany model może być w łatwy sposób ponownie użyty. Może być to dokonane tylko poprzez wspieranie całego łańcucha procesu (Rys. 3).

Rysunek 3. Użycie modeli produktu w całym cyklu życia produktu

1 Metody modelowania geometrycznego

1.1 WprowadzenieJak pokazano na rys.1 dane definiujące produkt, dane reprezentujące produkt oraz dane prezentujące produkt mogą być oddzielone od siebie. Poprzez użycie nowoczesnych technik takich jak systemy CAD można wizualizować różne prezentacje produktu (np. model krawędziowy, model powierzchniowy, model bryłowy) poprzez odwołanie się do jednej reprezentacji produktu. Podczas projektowania wyrobów najważniejsze są dane dotyczące geometrii i topologii.

Rysunek 1. Dane o produkcie i nowoczesne systemy CAD

Dane geometryczne

Jeżeli chodzi o dane geometryczne to można wyróżnić dwie różne klasy elementów geometrycznych: elementy geometryczne określone poprzez użycie analitycznego opisu, geometryczne elementy określone poprzez użycie parametrycznego opisu

Analityczne elementy geometryczne są określone poprzez odwołanie do jawnych lub uwikłanych wyrażeń matematycznych. Rys 2 przedstawia analityczne elementy geometryczne: punkt, linia, powierzchnia i bryła ze wzrastającą ilością informacji (wymiary elementu).  

Rysunek 2. Rozmiary elementów a ilość zawartych informacji

W przeciwieństwie do analitycznych elementów geometrycznych elementy parametryczne nie odnoszą się bezpośrednio do układu współrzędnych tylko do atrybutów przypisanych do elementów (np. promień, wysokość walca).

Dane Topologiczne

Jak wspomniano wcześniej nie jest tylko istotna sama geometria ale także topologia. Poprzez użycie opisu topologicznego możliwe jest definiowanie relacji pomiędzy elementami lub tworzenie układów kilku części o wzajemnym powiązaniu. Ten opis jest geometrycznie niezależny. Nawet jeśli geometria zdefiniowana topologicznie ulega zmianie to cały układ pozostaje niezmieniony. Rys. 3 przedstawia elementy geometryczne i odpowiednie elementy topologiczne.

Rysunek  3. Elementy topologiczne w porównaniu z elementami geometrycznymi

Spójność bryły może być sprawdzona poprzez tak zwane równanie Eulera.

Oznaczenie zmiennych:  

V: liczba węzłów, E: liczba krawędzi, F: liczba ścianek, S: liczba zewnętrznych i wewnętrznych szkieletów (shells), R: liczba pierścieni na powierzchni (number of rings in the surface) H: liczba otworów.

1.2 Modele geometryczneSytemy CAD jak i inne systemy do przetwarzania danych technicznych mogą być podzielone według typów modeli jakie są w stanie przetwarzać. Modele te można podzielić na:

modele krawędziowe, modele powierzchniowe, modele bryłowe.

W obszarze budowy maszyn programy do modelowania bryłowego są najpopularniejsze. Umożliwiają one tworzenie kształtów elementów, które mają regularne powierzchnie (płaszczyzna, powierzchnia walcowa i inne) z wykorzystaniem prostych funkcji. W zastosowaniach gdzie nieregularne obiekty są wymagane obiekt opisywany jest przy pomocy powierzchni (np. skomplikowane modele samochodów są opisywane przy użyciu powierzchni ponieważ są one zbudowane z arkuszy blach o stałej grubości). Wiele produktów wykonanych z plastiku posiada dużo powierzchni zewnętrznych o skomplikowanych kształtach i mnóstwo technicznych regularnych powierzchni wewnątrz tego samego modelu. Bardzo często najpierw wykonywane są zewnętrzne powierzchnie w module powierzchniowym a później przeniesione do wewnętrznej części modelu,

który jest wykonany jako bryła. Modele bryłowe mogą także być opisane poprzez powierzchniowy model jego szkieletu (bryła zamknięta) lub bezpośredni opis elementów bryły. Taki sposób modelowania nazywany jest modelowaniem bryłowym.  Na rys. 4 przedstawiono porównanie różnych metod modelowania: modelowanie bryłowe, powierzchniowe i krawędziowe.  

Rysunek 4. Korzyści wynikające z modelowania bryłowego

Jak powiedziano wcześniej systemy, które modelują bryłowo są najbardziej popularne. Wszsytkie nowoczesne systemy CAD bazują na modelowaniu bryłowym. Modele bryłowe można podzielić na:

modele generacyjne modele akumulacyjne.

Model bryłowy, który jest kombinacją tych dwóch modeli jest nazywany modelem hybrydowym.

Jako przykłady modeli generacyjnych mogą być wymienione:

constructive solid geometry (CSG) modelowanie metodami SWEEP modelowanie przy użyciu obiektów FEATURE

Modelami akumulacyjnymi są: cellular decomposition model dla FEM boundary representation (B-Rep)

Dalej zostaną opisane bardziej szczegółowo modele bryłowe.

Constructive Solid Geometry (CSG)

W metodach CGS prymitywy sš definiowane poprzez różne parametry i umieszczane w danym punkcie w przestrzeni, globalny układ współrzędnych i operacje logiczne (AND, OR, XOR) łączące prymitywy. Do prymitywów można zaliczyć: kostki, walce, sfery, ostrosłupy, stożki i torusy. Na rys. 5 przedstawiono modelowanie CGS.  

Rysunek 5. Modelowanie bryłowe z użyciem metod CSG

Modelowanie metodami SWEEP

Główną regułą modelowania metodami "sweep" jest po pierwsze zdefiniowanie płaskiej powierzchni w dwóch wymiarach a później rozciągnięcie jej w trzecim wymiarze według zadanej funkcji. Powierzchnia płaska staje się wtedy przekrojem tworzonego modelu. Funkcjami, które umożliwiają nadawanie trzeciego wymiaru są:

translacja rotacja według trajektorii> połączenie

Wszystkie 4 metody pokazano na Rys. 6:

 

Rysunek 6. Modelowanie metodami CSG

Modelowanie przy użyciu obiektów typu FEATURE

Obiekt FEATURE jest prostym lokalnym elementem, który najczęściej ma jakie znaczenie techniczne. Obiekty FEATURES mogą dodawać lub odejmować materiał. Są zawsze definiowane w relacji do istniejącej geometrii. Obiekt typu FEATURE może być widziany jako prosty krok w tworzeniu wirtualnych obiektów, które nie muszą mieć odpowiednika w kolejnych krokach tworzenia rzeczywistych obiektów. Listę typowych obiektów typu FEATURE przedstawiono na rys. 7.

Rysunek 7. Typowe obiekty FEATURE

Boundary Representation (R-Rep)

Boundary representation (B-Rep) jest jawną reprezentacją obszaru danego obiektu. Struktura danych modelu B-Rep zawiera informacje o elementach geometrycznych w formie ścianek, krawędzi i linii normalnych. Krzywe i powierzchnie są zwykle opisane parametrycznie. Dla przykładu dwuwymiarowa powierzchnia umieszczona w przestrzeni 3D jest opisana: x=fx(s, t), y=fy(s, t), z=fz(s, t). Struktura danych zawiera także informacje topologiczne i relacje pomiędzy elementami geometrycznymi. Struktura danych może bazować na krawędziach lub wierzchołkach. Przykład struktury dla B-Rep przedstawiono na rys. 8.

Rysunek 8. Przykład struktury B-Rep - krawędź

Ponieważ wszystkie informacje dotyczące modelu są przechowywane w sposób otwarty model B-Rep może zajmować dużo pamięci komputera. B-Rep jest bardzo wydajne dla aplikacji, które wymagają częstego przeliczania modelu (np. wyświetlenie na ekranie stacji roboczej).

Modelowanie hybrydowe

Jak wspomniano powyżej modele bryłowe, które są kombinacją modeli generacyjnych i akumulacyjnych nazywa się modelami hybrydowymi.

Jak pokazano na rys. 9 model hybrydowy składa się z dwóch struktur. Kombinacja dwóch struktur powoduje, że modele hybrydowe są bardziej elastyczne i potężniejsze (powerful) niż pojedyncze generacyjne lub akumulacyjne modele bryłowe.

Rysunek 9. Przykładowa struktura modelu hybrydowego

1.3 Szkicowanie

Zmiana podstawowych zasad

Z wprowadzeniem modelowania 3D funkcja rysunku technicznego kompletnie się zmienia. Wszystkie ważne informacje dotyczące obiektów i ich wymiary są zawarte w modelu 3D.  Jest to tak zwana reprezentacja obiektu. Rysunek techniczny zatem wywodzi się z modelu 3D i nie może zawierać żadnej innej geometrii. Rysunek techniczny jest czymś w rodzaju widoku informacji zawartych w modelu 3D. Nazywa się to prezentacja. Moduły do szkicowania w systemach 3D nie zawierają (nie powinny zawierać) żadnych funkcji, które umożliwiają opis geometrii poprzez punkty, linie i krzywe. Zamiast tego posiadają one funkcje, które umożliwiają tworzenie różnych widoków istniejącego modelu 3D. Podobnie działa definicja wymiarowania. Zasadniczo można wyróżnić dwie opcje:

Wyświetlanie wymiarów

Wymiary, które są częścią definicji obiektu FEATURE modelu 3D mogą być wyświetlane i odpowiednio rozmieszczane na rysunku.

Tworzenie wymiarów

Mogą być tworzone wymiary pomiędzy krawędziami i narożami obiektów 3D, które są pokazane jako linie i punkty. Wartość tych wymiarów jest obliczana poprzez odległości pomiędzy elementami na rysunku i nie mogą być (nie powinny być) zmieniane manualnie.

W nowoczesnych systemach CAD, które posiadają modelowanie parametryczne plik rysunkowy jest połączony (link)  z modelem w taki sposób, że informacje geometryczne nie są przechowywane w pliku rysunkowym, tylko informacja dotycząca sposobu wygenerowania widoków z geometrii modelu 3D. Dlatego jakiekolwiek zmiany dotyczące geometrii są natychmiast widoczne na rysunku. Rysunek jest zawsze w aktualnej wersji i wszelkie

zmiany rysunkowe są natychmiast widoczne. Automatycznie modyfikowane są również wymiary przypisane do obiektów.

Cel tworzenia rysunków technicznych

Każdy rysunek techniczny ma pewne znaczenie dla definiowanego procesu. Generalnie mówiąc rysunek nie zawiera żadnych informacji o produkcie, które nie pochodzą z modelu 3D ale może zawierać dodatkowe informacje o procesie, który powinien być uruchamiany na podstawie tego rysunku.

Podczas tworzenia rysunków technicznych bardzo ważne jest aby myśleć o zastosowaniu i zbierać wszystkie niezbędne informacje (i nie więcej) i ustawić je w taki sposób aby ludzie wykonujący zadania na tej podstawie mogli w łatwy sposób odczytać te dane. Nikt nie powinien się martwić czy geometria jest narysowana poprawnie. Dzieje się dlatego, że powstała ona z modelu 3D. Najważniejsze jest czy wymagane szczegóły geometryczne są widoczne i zrozumiałe.

Rysunek jako wspólny język

Rysunek techniczny powinien być widziany jako środek komunikacji pomiędzy klientem i dostawcą. Aby zredukować niezrozumienie zdefiniowano wspólny język - graficzne standardy.

2 Modelowanie przy użyciu obiektów typu FEATURE

i ograniczeń

2.1 OdniesieniaObiekty typu FEATURE są zawsze definiowane w odniesieniu do istniejącej geometrii. Dla tych samych kształtów może to odbywać się w różny sposób. Na rys. 1 pokazano prosty proces projektowania. Zaczynamy od trzech płaszczyzn odniesienia następnie przy użyciu funkcji SWEEP tworzymy prostopadłocian. następnie dodajemy element typu FEATURE - "żebro". W tym przykładzie żebro jest tworzone w odniesienieu do górnej płaszczyzny prostopadłoscianu i pionowej płaszczyzny. Sytuację tą obrazują czerwone strzałki w górnej częci rysunku. następnie dodajemy obiekt FEATURE - otwór. Zakładamy, że górna płaszczyzna "żebra" jest przyjęta jako pierwsza, pionowa pozycja obiektu "OTWÓR". Pozostają wciąż inne możliwoci wyboru pionowej płaszczyzny odniesienia. Można tiutaj wybrać główną płaszczyznę odniesienia, krawędź prostopadłoscianu lub krawędź "żebra".

Rysunek 1. Definiowanie odniesień pprzez definiowanie obiektów typu FEATURE

2.2 Modelowanie parametrycznenowoczesne systemy CAD umożliwiają modelowanie parametryczne, które bazuje na dwukierunkowym skojarzeniu pomiędzy wymiarami, które mogą być przedstawione w trybie szkicowania, trybie 3D lub w trybie rysowania i geometrii 3D i na odwrót. Daje to dodatkową możliwosć modyfikowania istniejącej geometrii. Modyfikowanie geometrii może się odbywać poprzez:

Tworzenie nowych obiektów FEATURE, któe modyfikują kształt elementu Modyfikowanie parametrów istniejących obiektów FEATURE dla istniejącego obiektu.

Relacje pomiędzy obiektami FEATURE jest nazywana "rodzic-dziecko". Obiekty Feature "dzieci" odnoszą się do obiektów "rodzice". Różne możliwości definiowania odniesień do "dzieci" prowadzą do różnych zachowań modeli kiedy zmiany są stosowane w modelu. Własciwie podczas procesu projektowania większoć modeli będzie się zmieniała kilka razy.

Na rys. 2 "żebro" jest przesunięte względem srodka bloku ponieważ rysunek się zmienił. W zależnoci od odniesień otwór, umieszczony na rodku będzie zachowywałsię różnie.  Jeżeli  otwór odnosił się do "żebra" to nastąpi jego przemieszczenie wraz z żebrem. Jeżeli otwór odnosi się do płaszczyzny odniesienia pozostanie on na swoim miejscu.

Rysunek 2: Skutki stosowania odniesień w przypadku zmian rysunku

Podsumowując modelowanie przy użyciu obiektów FEATURE należy podkreślić, że opisano nie tylko modelowanie ale rónież przeznaczenie. Dlatego modele powinny być starannie tworzone aby otrzymać dobre wyniki.

2.3 OgraniczeniaZ powodu budowy systemów CAD można okrelić parametryczne zależnoci. Te zależnoci są podzielone na:

geometryczne ograniczenia, ograniczenia techniczne, historia tworzenia

jak pokazano na Rys. 3.

Rysunek 3. Parametryczne zależnoci - ograniczenia

Geometryczne ograniczenia są zależnociami pomiędzy obiektami geometrycznymi jak: punkty, linie, powierzchnie, bryły. One dostarczają takich ograniczeń jak: równoległosć, prostopadłsć, współosiowosć, stycznoć, współsrodkowosć, odległosć od itp. ograniczenia geometryczne są często używane do opisu rysowanych częsci. Modelowanie bazujące na ograniczeniach geometrycznych jest bardzo dogodne dla inżynierów i projektantów ponieważ wiele metod projektowania używa tych ograniczeń. Zamiast opisu elementów geometrycznych ograniczenia inżynierskie umożliwiają tworzenie elementów geometrycznych z uwzględnieniem planowanych uzależnień. Wszsytkie te ograniczenia są reprezentowane przez równania, któe zawirają identyfikatory obiektów geometrycznych i ich atrybuty. W przypadku modyfikacji te równania są rozwiązywane. Modyfikacje naruszające ograniczenia nie będą wykonane. Wygenerowany zostanie komunikat o błędzie. Ograniczenia inżynierskie są zależnociami, które biorą pod uwagę techniczne zależnosci pod względem także geometrii(takich jak: punkty, linie, powierzchnie lub bryły) lub elementy techniczne(takie jak: obiekty FEATURE, srodek ciężkosci, moment bezwładnosci). Są one reprezentowane przez równania z uwzględnieniem identyfikatorów obiektów technicznych lub geometrycznych i ich atrybutów. Bazując na metodach inżynierskich, które są reprezentowane przez ograniczenia techniczne pewien dodatek do opisu równań jest wymagany. Dodatek ten jest warunkiem kontroli struktury elementów, podobnie jak w przypadku języków programowania. Takimi elementami kontroli struktury są operatory porównania (mniejszy, mniejszy równy, równy, większy równy, większy), operatory logiczne (prawda, fałsz), pętle i procedury. Ograniczenia inżynierskie są wykorzystywane do opisu wiedzy inżynierskiej i wiedzy niezbędnej przy projektowaniu. W projektowaniu bazującym na historii modelu poszczególne kroki modelowania przechowywane są w strukturze danych. Poszczególne kroki tworzenia modelu zawierają elementy geometryczne i obiekty FEATURE, które są przedstawione w strukturze danych. Struktura danych jest strukturą drzewiastą, która umożliwia identyfikowanie obiektów i łatwiejsze przeprowadzanie modyfikacji. Modyfikowanie kolejnych obiektów, w zależnoci od struktury "drzewa" jest przeprowadzane poprzez modyfikowanie atrybutów. Struktura "drzewiasta" jest wtedy pomijana.

2.4 Szkicowanie ElementówObiekty wykonywane orzy użyciu metody SWEEP oferują duże możliwości tworzenia złożonych modeli krok po kroku.  W większości nowoczesnych systemów CAD opis planów wykorzystywanych w metodach SWEEP jest wspierany metodami szkicowania. Oznacza to, że po pierwsze plan szkicowania powinien być określony. Wtedy tworzony jest zamknięty przekrój na tym planie w specjalnym szkicowniku. Elementy (linie, węzły, itd.) tego szkicu są zorinetowane w stosunku do istniejącej geometrii. Wymiary szkicu są zdefiniowane. Następnie program próbuje wygenerować unikalne rozwiązanie dla tworzonego szkicu poprzez interpretację szkicu i automatyczne rozpoznanie ograniczeń. Występują: równoległe, poziome, pionowe linie, linie o tej samej

długości, odpowiednie kąty lub linie prostopadłe. Ograniczenia, które znajduje system mogą być zmieniane przez użytkownika. Wtedy system musi poszukać nowego rozwiązania.

Na rys. 4 przedstawiono prosty przykład, który ilustruje tą procedurę. Wykonany zostanie trójkątny otwór w kostce. Opis procedury jest zaczerpnięty z procedury modelowania dostępnej w systemie Pro/ENGINEER (c). Na początku jest okrelane, że nowy element będzie tworzony do cięcia materiału w kostce.

Rysunek 4. Definiowanie płaszczyzny szkicowania

Definiowana jest nowa płaszczyzna, która jest okrelona poprzez ograniczenia: zawiera zaznaczoną krawędź kostki i ma pewien kąt alpha z jedną ze scianek kostki. System CAD uruchamia moduł do szkicowania, w którym użytkownik ma ustawiony widok prostopadle do płaszczyzny szkicowania.

Rysunek 5. Szkicowanie trójkąta

Trójkąt jest szkicowany w taki spsób, że jest on symetryczny względem krawędzi kostki, któa leży na płaszczyźnie szkicowania. The upper corner of the triangle manually defined to lie on this corner, no matter weather it was sketched exactly on it or only nearby. Definiowane są dwa wymiary: "a" - długosć linii odniesienia, "b" - odległosc pomiędzy wierzchołkiem i linią odniesienia. Dodatkowo definiowany jest wymiar "c"  - odległoć między wierzchołkiem i jedną z krawędzi kostki.

Następnie system wykonuje niezbędne obliczenia dla tworzonego szkicu. nazywa się to - regeneracja rysunku. Podczas regeneracji szkicu system rozpoznaje intencje, że bazowa linia powinna być pozioma i obydwie długości powinny być jednakowe. Dlatego geometria jest całkowicie zdeterminowana i tworzony jest  trójkąt, który spełnia wszsytkie ograniczenia - zastępuje obiekt narysowany początkowo.

Rysunek 6. Definicja kierunku cięcia

Operacja wycinania będzie wykonana w kierunku prostopadłym do planu szkicowania. Aby utworzyć bryłę tnącą należy zdefiniować kierunek i głębokość(np. przez cały obiekt geometryczny) tej bryły(niebieska strzałka). Aby

system był w stanie wykonać operację cięcia musi wiedzieć czy materiał ma być usunięty wewnątrz czy na zewnątrz bryły tnącej(niebieska strzałka). Wynik tej operacji przedstawiono poniżej na rysunku.

Rysunek 7. Utworzony trójkątny otwór

Kiedy tworzona geometria ma już pożądany kształt należy zawsze ją sprawdzić jak sie ona zachowa w przypadku konieczności dokonania zmian. Dla trójkątnego otworu będzie oznaczało, że należy wziąśćpod uwagę możliwość zmiany wymiarów kostki:

Czy otwór zawsze miał być w środku? Czy otwór ma przechodzić przez całą kostkę jeżeli kostka będzie większa? Czy otwór zawsze ma zaczynać się i kończyć na krawędziach kostki jeżeli zmienią one swoją długość?

W praktyce przemysłowej udowodniono, że te parametry, które są często modyfikowane powinny być planowane bardzo ostrożnie. A lot of these later on changes are known by experience already in the early design stage of rather complex products. Głónym celem przy modelowaniu powinno być utrzymanie niskiej złożoności tworzonych odniesień i jasne określenie zamiarów poprzez określenie ograniczeń i odniesień. 

2.5 Złożoność szkicówPodczas szkicowania z wykorzystaniem metod "SWEEP" mogą być tworzone złożone rysunki w jednym kroku z wykorzystaniem jednego obiektu FEATURE. Doświadczenia praktyczne pokazują, że w większości przypadków nie jest to sensowne. Spójna definicja złożonych szkiców takich, które system może zinterpretować może wyjątkowo zająć więcej czasu niż tworzenie kilku prostszych szkicowanych obiektów. W dodatku zmiany wprowadzane później mogą być prawie niemożliwe do wykonania ponieważ szkic nie będzie zinterpretowany poprawnie po zmianach wtedy ten obiekt i jego "dzieci" będą niepoprawne i pominięte przez system CAD.

Poniżej przedstawiono prosty przykład. Rysunek pokazuje blok z wykonanym przekrojem. Cały przekrój może być zdefiniowany w jednym kroku.

Rysunek 8. Tworzenie bardziej złożonych przekrojów na jednym szkicu

Jezęli kieszeń w bloku ma później być zmieniona na trójkątną lub promień kieszeni ulegnie zmianie należy dokonać edycji całego szkicu a następnie system musi dokonać regeneracji rysunku. Zamiast powyższego podejścia zalecane jest wykonanie kilku prostych kroków, któe pokazano pomniżej.

Rysunek 9. Tworzenie podobnych obiektów w trzech krokach

2.6 Przykłady złożonych funkcjiNastępujące rysunki przedstawiają przykłądy dla obiektów, któe były tworzone z użyciem różnych bardziej złożonych funkcji modelowania części. przedstawione poniżej rysunki zostały utworzone z wykorzystaniem różnych, bardziej złożonych funkcji modelowania części.

Rysunek 10. Bryła utworzona w wyniku przemieszczania planu według zadanej trajektorii

Rysunek 11. Obudowa spiralna i wentylator utworzony poprzez połączenie przekroi

Rysunek 12. Model butelki utworzony na podstawie linii typu SPLINE, który następnie poddano deformacji

Rysunek 13. Sprężyna utworzona z wykorzystaniem opcji SPIRALA

Rysunek 14. Obudowa wiertarki wygenerowana poprzez pogrubienie powierzchni

3 Modelowanie ZłożeńProdukt składa się z wielu konstrukcyjnych części. Zawierają one strukturę złożeniową, która może być przedstawiona jako hierarchiczne drzewo. Drzewo to zawiera różne typy obiektów:

cały produkt sekcje złożeniowe pojedyncze części.

Cały produkt zawiera wszsytkie inne obiekty i znajduje się na szczycie struktury hierarchicznej. Struktura produktu może być przedstawiona poprzez różne typy grup złożeniowych. Każda grupa może być przedstawiona jako pojedyncza cześć. Części są przedstawione jako pewne obiekty, które nie mogą być rozdzielone bez ich rozpadu (zniszczenia).

Rysunek 1. Methodic modeling structure

Pojedynczy produkt może być przedstawiony w różnych konstrukcyjnych widokach. There is no reason for a "best" representation. Różne zadania wykonywane podczas cyklu życia produktu wymagają różnych widoków. Materiały, które są dostępne tylko dla zarejestrowanych użytkowników zawierają szczegółowe informacje odnośnie następujących tematów:

istniejące strategie projektowania, różne widoki konstrukcyjne, możliwości umieszczania części w relacji do innych jako grupy złożeniowe.

4 Wymiana danych

4.1 WprowadzenieRozwój systemów informatycznych nie nadąża za potrzebami przemysłu samochodowego. Równocześnie we wszystkich obszarach rozwoju produktu został przyjęty cyfrowy łańcuch procesu bazujący na modelach 3D z ciągłym przepływem informacji. Płynne manipulowanie danymi pomiędzy partnerami nabiera znaczenia z punktu widzenia konkurencyjności. W ostatnich latach, w przemyśle samochodowym znacznie wzrosła (i dalej wzrasta) ilość danych, które mogą być wymieniane. Poza tym wyższe wymagania są stawiane wymienianym danym (jakość, czas, koszt ).

Wśród producentów samochodów często dostawca i producent używają takiego samego systemu  CAD. W takim przypadku przesyłane są pliki w formacie tego systemu. Dla dostawców, którzy koncentrują się na pewnym segmencie rynku oznacza to, że różne systemy CAD używane przez producentów samochodów muszą być dostępne. Należy więc wyszkolić ludzi, którzy będą te systemy obsługiwać. Stałe i intensywne wykorzystanie sprzętu, oprogramowania, a także personelu technicznego jest jednak niemożliwe. Modele, które są projektowane w systemie CAD mogą być podstawą do prac konstrukcyjnych w innym systemie CAD. Rozwiązanie tych problemów możliwe jest poprzez poprawną wymianę danych pomiędzy różnymi systemami CAD.

Rozwiązaniem, które może obniżyć koszty, czas projektowania i podnieść jakość modeli dla przemysłu samochodowego i dostawców są neutralne formaty wymiany danych. Jednakże dostępne formaty nie są ujednolicone (np. DXF) lub stosowane są tylko formaty krajowe (np. VDA-FS). W przeszłości tylko jeden międzynarodowy format wymiany danych tzn. IGES został opracowany w 1979r i jest on coraz częściej rozszerzany.  Przestał on jednak wystarczać do wymiany danych między nowymi systemami CAD.

Z tej konieczności w 1984 opracowano międzynarodowy standard wymiany danych STEP (STEP - Standard for the Exchange of Product Model Data (ISO 10303)). W tym czasie projektanci systemów CAD opracowali wiele procesorów STEPa dla różnych systemów CAD. od 1996 STEP jest używany w coraz większej liczbie przedsiębiorstw jako format zapisu modeli bryłowych. Od 1997 w formacie STEP zapisywane są również modele złożeniowe. Obydwie funkcjonalności są pierwszymi zastosowaniami formatu STEP, które nie są możliwe w takiej formie przy użyciu formatu IGES.

Nowe możliwości, które oferuje STEP są dobrze znane przez wielu producentów i dużych dostawców samochodów dlatego odpowiednie specjalistyczne grupy są bardzo zaangażowane w opracowanie formatu STEP. Dla małych i średnich dostawców samochodów używanie nowych możliwości jest trudniejsze. Brakuje informacji o tych nowych możliwościach i przyszłym znaczeniu formatu STEP.

Oprócz tego brakuje pracowników ze specjalistyczną wiedzą i stałego uaktualniania wiedzy odnośnie STEP-a oraz pieniędzy i czasu na wykonywanie testów. Omijane są możliwości oceny nowej techniki i nie bierze się pod uwagę możliwości jej użycia. Jako zarejestrowany użytkownik dowiesz się o tym, że:

wymiana danych w przemyśle samochodowym prowadzi do wielu problemów. Obecnie koszty związane z tymi problemami są większe niż 190 milionów.  Annually costs incurred by these problems are more than 190 millions. Nie ilościowe szkody np. wydłużenie czasu projektowania z powodu problemów związanych z wymianą danych.

rozwiązaniem, które obniża koszty producentów i dostawców samochodów, skraca czas projektowania, podnosi jakość wyrobów jest stosowanie neutralnych formatów wymiany danych - głównie formatu STEP.

Ponadto użytkownicy zarejestrowani poznają metodologię optymalizowania wymiany danych bazującej na formacie STEP. metodologia ta składa się z kilku kroków. Zarejestrowani użytkownicy dowiedzą się o

korzyściach, które wynikają w szczególności z użycia neutralnych formatów wymiany danych i optymalizacji procesu rozwoju produktu. Poprzez użycie tej wiedzy firmy będą bardziej konkurencyjne tzn. skrócony zostanie

czas projektowania oraz firmy staną się bardziej elastyczne.

5 Systemy CAD - aktualny stan rozwojuW przemyśle maszynowym coraz większego znaczenia nabiera automatyzacja projektowania. Zasadniczym celem jest prowadzenie szybkiego i wydajnego wytwarzania i projektowania i umożliwienie rozwoju wysokiej jakości produktów. Kilka systemów jest dostępnych w procesie rozwoju produktu dla przeprowadzenia budowy i projektowania. Istotnym źródłem dla definicji i tworzenia cyfrowego opisu produktu jest system CAD (computer aided design).

Systemy CAD wspierają budowę i projektowanie. Systemy CAD są używane do szkicowania i modelowania geometrycznego. Modelowanie geometryczne służy do reprezentacji 3D modelowanych części i złożeń.  Reprezentacja złożeń zawiera także opis struktury montażowej, która jest nazywana strukturą produktu. Reprezentacja 3D części i złożeń jest wykorzystywana do tworzenia dokumentacji technicznej np. rysunki, lista części, indeksy materiałowe. Nowoczesne systemy CAD umożliwiają modelowanie parametryczne, które bazuje na dwukierunkowym skojarzeniu pomiędzy wymiarami, które mogą być prezentowane zarówno w trybie szkicowania, w trybie 3D lub w trybie rysowania 2D i geometrią 3D i na odwrót. Systemy CAD zawierają kilka modułów dodawanych do wersji podstawowej systemu CAD, które umożliwiają zastosowanie systemu do specyficznych zadań. Do systemów CAD dodawane są też zintegrowane moduły CAP i NC. Dlatego systemy te nazywane są systemami CAD/CAM. Podstawową zasadą przy pracy z nowoczesnymi systemami CAD jest:

Opisz dane produktu raz i używaj ich wiele razy. Tak jak jakiekolwiek inne techniczne informacje systemy CAD bardzo szybko się rozwijają dlatego trudno jest dokonać zestawienia istniejących systemów CAD. na rynku jest dostępnych ponad 100 systemów CAD/CAM. Jest wiele systemów specjalistycznych dla różnych gałęzi przemysłu (np. budowa statków) i różnych zadań (np. modelowanie powierzchniowe).  Zrobiono małe zestawienie ośmiu najpopularniejszych systemów CAD/CAM.

Istnieje różnica pomiędzy tak zwanymi systemami średniej wielkości, które posiadają zarówno możliwość tworzenia części jak i modeli złożeniowych i innych rysunków, możliwość tworzenia prezentacji dla WWW i pełnymi systemami, które posiadają dodatkowe możliwości dla różnych symulacji jak NC, FEM (metoda elementów skończonych) lub symulacja ruchu.

Rysunek 1. Wstępny wybór systemu CAD

Aktualne informacje o wybranych systemach::  

System Sprzedający Addres internetowy skrut

Autocad/Mechanical Desktop Autodesk www.autodesk.com MD

CATIA Dassault Systems / IBM www.catia.ibm.com CATIA

Pro/ENGINEER Parametric Technology Corporation (PTC) www.ptc.com Pro/E

SolidDesigner CoCreate / HP www.cocreate.com SD

Unigraphics Unigraphics Solutions / EDS www.ug.eds.com UG

I-DEAS Master Series SDRC www.sdrc.com I-DEAS

SolidEdge Unigraphics Solutions / EDS www.solid-edge.com SE

SolidWorks SolidCompany / Dassault Systems www.solidworks.com SW

Poniżej przedstawiono praktyczne przykłady użycia systemu CAD. Wykorzystano model 3D zaworu (Rys. 2). Użyto systemu Pro/ENGINEER.  

Rysunek 2. Zacieniowały zawór z wyświetlonym drzewem modelu

Zawór jest wyświetlony jako zacieniowały. Widoczne jest również drzewo modelu ze strukturą montażową. Aby lepiej zaobserwować wewnętrzną część zaworu wygenerowano widok na którym zawór jest pokazany jako rozbity na poszczególne części.  

Rysunek 3. Widok części składowych zaworu

Można uzyskać wiele informacji o modelu. Należą do nich: wykaz materiałów (BOM), masa, wielkość modelu, historia tworzenia.  

Rysunek 4. Własności modelu

Proste ruchy jak przesunięcie krążka zaworu może być symulowane poprzez parametryzację modelu. Ma to na celu wyeliminowanie błędów projektowania. Dla bardziej skomplikowanych ruchów dostępne są specjalne narzędzia do symulowania dokładnych ruchów i sił na częściach aby uzyskać wirtualny produkt. Ruchy krążka mogą być symulowane poprzez zmianę kąta zaznaczonego na rys. 5. Po każdej zmianie kata następuje regeneracja rysunku - system  wykonuje niezbędne obliczenia i generuje nowe wymiary.

Rysunek 5. Ruch krążka zaworu

Z modelu 3D można uzyskać rysunek techniczny - 2D. Różne widoki są automatycznie tworzone w zależności od norm i użytkownik musi tylko wskazać które widoki i przekroje są niezbędne i gdzie mają one być umieszczone na rysunku. Wymiary dla rysunku 2D są automatycznie pobierane z modelu 3D. Pomiędzy modelem 3D i rysunkiem istnieje dwukierunkowy związek. oznacza to, że jeśli zmienia się model 3D zmienia się również rysunek 2D i odwrotnie. W modelu złożeniowym wykaz materiałowy jest tworzony automatycznie. Na rys. 6 przedstawiono szczegółowy rysunek obudowy. Na rys. 7 i 8 przedstawiono rysunek złożeniowy zaworu  z wyświetlonym wykazem materiałowym (BOM).

Rysunek 6. Rysunek techniczny pojedynczej części

Rysunek 7. Rysunek złożeniowy

Rysunek 8. Automatycznie wygenerowany wykaz materiałów

Możliwa jest dalsza analiza modelu z użyciem FEM. Można przeprowadzić analizę struktury lub reakcji cieplnych. W systemie CAD model jest uzupełniany obciążeniami zewnętrznymi i warunkami brzegowymi. W przykładzie poniżej w modelu obudowy zaworu dodawany jest nacisk 100 N działający na wewnętrzne ściany obudowy, a jako elementy skończone do modelowania ścian wewnętrznych i zewnętrznych wybierane są elementy powłokowe. Generowana jest siatka MES, która w miarę potrzeb może być zagęszczana w okolicach punktów krytycznych  

Rysunek 9. Przygotowanie modelu dla FEM

Wytwarzanie modelu może być symulowane poprzez frezowanie, toczenie, spawanie. Poniżej przedstawiono przykład frezowania wałka. Po pierwsze należy połączyć model z częścią, która zawiera wymiary materiału wyjściowego. Następnie należy zdefiniować maszynę do obróbki z narzędziami lub pobrać odpowiednie informacje z bazy danych. Kolejny krok to zdefiniowanie brył do obróbki i operacji. Dla każdej bryły generowana jest sekwencja obróbkowa NC zawierająca niezbędne parametry (posuwy, obroty wrzeciona, głębokości obróbki i inne). Na podstawie tych informacji generowana jest ścieżka narzędzia, którą można wyświetlić na ekranie komputera. Na rysunku kolorem zielonym zaznaczono materiał wyjściowy, model jest różowy, obszary gdzie materiał jest jest pozostawiany są żółte. Na niebiesko zaznaczono wejście narzędzia w materiał. W ten sposób możemy uniknąć problemów. Dane opisujące ścieżkę narzędzia są zapisywane w postaci pliku CL data(cutter location) a następnie przetwarzane przez postprocesor na kod zrozumiały dla frezarkowego układu sterowania.  

Rysunek 10. Symulacja obróbki wałka

Kształtowanie środowiska informacyjnego komputerowego wspomagania prac projektowo-konstrukcyjnych

Wprowadzenie

Środowisko informacyjne komputerowego wspomagania projektowania ulega ciągłym przeobrażeniom wynikającym ze zwiększania obszaru wpływów technik komputerowych na proces konstruowania. Badania nad przekształcaniem tego środowiska prowadzą do zdefiniowania uniwersalnych reguł pozyskiwania, zapisu i prezentacji informacji w sposób niezależny od opisywanej dyscypliny i dostępny dla wszystkich uczestników procesu projektowo-konstrukcyjnego niezależnie od stopnia zaangażowania i etapu realizowanych prac. Proponowanie w tym zakresie nowych rozwiązań, formułowanie nowych pojęć i teorii jest utrudnione ze względu na wymaganą od projektantów specjalistyczną wiedzę dotyczącą różnorodnych systemów informatyki, technik komputerowych i komunikacyjnych oraz ze względu na potrzebę globalnego rozpatrywania wzajemnie przenikających się działań wpływających na proces projektowania związanych z pracą zespołową, dystrybucją i koordynacją obiegu informacji, organizacją działań realizowaną w środowisku rozległych sieci komputerowych.

Rozwój nowych technologii, wprowadzanie sprzętu o dużej wydajności, pozwala na realizację przedsięwzięć, o jakich projektant jeszcze kilka lat temu nawet nie marzył. Numeryczne metody obliczeń konstrukcji bazujące na najnowyszych teoriach, superszybkie i pojemne systemy baz danych, umożliwiające zapis pojęć mało precyzyjnych (fuzzy data), automaty uczące się, systemy znane jako knowledge discovery, czy data mining przejmują od konstruktora żmudny proces analiz i weryfikacji błędów proponując korzystniejsze rozwiązanie. Superrealistyczne technologie obrazowania 3D pozwalają na „oglądania” wytworu jeszcze w fazie projektowania, techniki komunikacji multimedialnej pozwalają na rozproszoną pracę grup, kontrolę, wariantowanie, zarządzanie.

Obecnie używane komputerowe systemy wspomagania prac projektowych obejmują swym zasięgiem praktycznie cały cykl życia produktu od pomysłu do fazy unicestwienia. Pozostaje jednak problem wynikający z zaniedbania prac nad tworzeniem płaszczyzn wymiany danych pomiędzy tymi technologiami. Większość systemów ukierunkowana jest na wspomaganie rozwiązań specjalistycznych problemów, przez co bez dogłębnej znajomości zagadnienia (pojęć) projektant ma problemy z przenoszeniem wiedzy pomiędzy systemami. Algorytm rozwiązania problemu zapisany jest w zależności od zakresu zagadnień w wielu systemach informatycznych. Osobno prowadzi się zapis organizacji działań, osobno obliczenia i osobno zapis dokumentacji rysunkowej.

Istnieją obecnie trzy sfery opisu informacji: pierwsza dogodna dla konstruktora, zgodna z jego sposobem myślenia uwzględniająca np. opisy abstrakcyjne, nie mająca swojej pełnej reprezentacji w innych znanych formach, druga oparta na stosowanych powszechnie środkach zapisu, stosowana powszechnie przez ostatnie dziesiątki lat, zawierająca takie formy jak rysunek techniczny, szkice, tabele, nomogramy itp. oraz trzecia, oparta o możliwości technik komputerowych, pozwalająca na posługiwanie się animacją, modelowaniem przestrzennym, symulacją, technikami obliczeń numerycznych. Pomiędzy tymi metodami nie ma ścisłych, prostych form komunikacji; sposoby zapisu komputerowego i tradycyjnego różnią się znacznie. Nie istnieją modele komputerowego zapisu ściśle odpowiadające istocie konstrukcji mechanicznych. Konstruktor korzystający z komputerowego katalogu czy programu obliczeniowego musi dostosować się do stosowanych przez te aplikacje form zapisu i prezentacji danych. Nie są one dla niego zawsze wystarczająco wygodne i wprowadzają

dodatkowe problemy z interpretacją tych danych i przekształceniem ich do form bardziej zrozumiałych.

Zapis informacji o konstrukcji pozwalający na sprawne przeprowadzenie procesu projektowego wymaga nie tylko szczegółowego opisu poszczególnych elementów konstrukcji, ale także przedstawienie związków pomiędzy elementami składowymi z możliwością opisów dynamicznych zachowań konstrukcji, stanów przejściowych pracy mechanizmów składowych. Standardowy zapis konstrukcji składający się przykładowo z dokumentacji rysunkowej, tabel obliczeniowych itp. nie umożliwia analizy konstrukcji w poszczególnych fazach projektowania. Zmiana tylko jednego parametru wymaga modyfikacji rysunków, przebiegu procesu technologicznego itp. Idealnym rozwiązaniem byłoby więc zapisanie informacji w taki sposób, by modyfikacja jakiegoś elementu powodowała zmianę we wszystkich pozostałych elementach; niezależnie od sposobu przechowywania informacji o jednym elemencie, czy o wybranych jego cechach istniałaby możliwość porównania, złożenia z innym elementem także w sytuacji, gdy element ten, czy też jego cechy zapisane byłyby inną techniką.

Rozwiązywanie zadań konstrukcyjnych polega na ciągłym wyszukiwaniu, przetwarzaniu i prezentowaniu informacji. Ze względu na interdyscyplinarność procesu konstruowania, do rozwiązywania zadań są potrzebne informacje bardzo różnorodne, o różnej treści i zakresie. Informacje te są przetwarzane, a następnie prezentowane. Dla podniesienia jakości uzyskiwanych informacji, a tym samym osiągnięcia poprawy aktualnej sytuacji często musi być wielokrotnie powtarzany proces iteracyjny, równoznaczny z ponownym przebyciem etapów obiegu informacji. Wynika z tego, że pożądane jest przeniesienie całego procesu konstruowania na jedną wspólną płaszczyznę, umożliwiającą współdziałanie wszystkich elementów komputerowego wspomagania projektowania.

Taki tok myślenia prowadzi do potrzeby stworzenia pewnego środowiska przetwarzania i prezentacji danych umożliwiającego stworzenie kompleksowego, sparametryzowanego opisu konstrukcji z możliwością dowolnej zmiany postaci prezentacji.

Aby umożliwić stworzenie odpowiedniego zestawu środków do proponowanego zapisu należy wyodrębnić z procesu konstrukcyjnego takie składniki, które umożliwiają zapis informacji o dowolnej konstrukcji w sposób jednoznaczny i kompletny. Następnie należy stworzyć w oparciu o dostępne środki komputerowego zapisu i przetwarzania informacji danych zespół narzędzi do operowania tymi składnikami.

Praca ta ma na celu uporządkowanie wiedzy o technikach zapisu konstrukcji, analizę możliwości istniejących środków komputerowego przetwarzania danych i analizę funkcjonalności istniejących systemów komputerowego wspomagania projektowania. Systematyzacja tych danych ma umożliwić zdefiniowanie struktury środowiska informacyjnego pozwalającego konstruktorowi na pełny zapis procesu projektowo-konstrukcyjnego, odwzorowanie informacji w dowolnej postaci, korzystanie z dowolnych zasobów informacji komputerowej, obejmującego organizację działań projektowych, dokumentowanie, gromadzenie danych i wiedzy projektowej, symulację, optymalizację i obliczenia.

Metody zapisu informacji

…Z jednej strony klasyczne metody zapisu z drugiej możliwości systemów informatycznych

…(Może warto zrobić tabelę pokazującą, że możliwości komputerowe dają dodatkowy power)

Postacie informacji konstrukcyjnych

Proces konstruowania odbywa się w różnych etapach. Dokonuje się w nim doboru cech konstrukcyjnych, prowadzi się również ich zapis. Znaczenie i postać zapisu jest różnorodna i zależy od relacji, jakie zachodzą między konstruktorem a samym zapisywanym obiektem. Zapis cech może więc być środkiem wizualizacji potrzebnym samemu twórcy konstrukcji. Umożliwia on ustosunkowanie się autora do konstruowanego obiektu. Zapis stanowi również środek komunikacji między konstruktorem a odbiorcą pozwalającym na powtarzalność konstrukcji, ocenę itp.

W praktyce konstruktorskiej powstaje wiele różnych form zapisu informacji o konstrukcji. Może to być rysunek techniczny, opisy słowne, modele materialne, fotografie itp. Takie różnorodne formy zapisu pozwalają na dobór takich postaci, by przedstawiana wiedza mogła być zaprezentowana w sposób możliwie jednoznaczny i możliwie łatwy w zrozumieniu.

Tabela

Jedną z najprostszych metod przedstawiania danych jest umieszczanie ich w tablicy. Struktura danych uzależniona jest od rodzaju obiektów przedstawianych w tablicy. Dane w tablicy zorganizowane są w poziomych rzędach, zwanych inaczej rekordami (ang.record). Każdy rekord składa się z pól, w których znajdują się dane. Informacja zawarta w danym polu nazywa się wartością pola. W tablicy () zaznaczono jeden rekord zawierający wszystkie dane dotyczące naprężeń ścinających w nitach ze stali St2N dla dwóch przekrojów ścinanych.

Nazwy poszczególnych pól rekordu stanowią atrybuty obiektu. Wartości atrybutu odczytywane są poprzez podanie identyfikatora obiektu i nazwy atrybutu. Wartości atrybutu określone są na pewnej dziedzinie, np. liczby całkowite trzycyfrowe, opis tekstowy, itp.

i - liczba rzędów, j - liczba przekrojów ścinanych

j\i 1 2 3 4 5

Kt MPa 1 70 65 60 55 50

2 62 60 55 52 47

3 55 53 50 47 45

Ko MPa 175 162 150 137 125

Tabela () Dopuszczalne naprężenia kt i ko dla nitów ze stali St2N

Dane w tablicy mają pewien porządek, który zależy od przeznaczenia tabeli. Przeważnie ustala się porządek według rozmiaru obiektu tablicowanego lub grupuje według producenta itp.

Symbol, schemat

W celu wyjaśnienia ogólnych zasad budowy i działania różnych mechanizmów maszyn i urządzeń oraz procesów technologicznych, chemicznych itp. stosuje się rysunki schematyczne i symbole.

Symbol jest najprostszą formą prezentacji graficznej. Jest to rysunek, który w sposób umowny oznacza jakieś pojęcie, czynność, element. Symbol powinien być możliwie prosty, nie powinien zawierać zbędnych szczegółów, powinien jednak jednoznacznie określać przypisane mu zadanie.

Ilość informacji (szczegółów) przedstawiana w symbolu może się zmieniać w zależności od stopnia konkretyzacji (zaawansowania) wyszukiwanego elementu. Jeśli wybór dotyczy katalogu łożysk to symbol używany przy wyborze wstępnym określonym kierunkiem i rodzajem przenoszonego obciążenia (łożysko wzdłużne, poprzeczne) może być bardzo ogólny i przedstawiony tylko za pomocą prostokąta z zaznaczonym kierunkiem obciążenia. W kolejnych etapach uszczegółowiania (Rys) pojawia się okrąg symbolizujący łożysko kulkowe, później pojawiają się zaokrąglenia, koszyczek itp.

1 2 3

Rys. () Kolejne etapy uszczegółowiania symbolu łożyska kulkowego

We wszystkich stopniach uproszczenia powinna obowiązywać zasada zachowania proporcji wymiarowych.

Symbol może być również użyty do przedstawienia konstrukcji złożonych, zasad działania urządzeń, instalacji. Takie formy są nie tylko prostsze i łatwiejsze do wykonania dla twórcy katalogu, ale również przejrzystsze dla użytkownika niż rysunki konstrukcyjne.

Przy rozpatrywaniu zasad działania różnych mechanizmów nie są ważne szczegóły i rozwiązania konstrukcyjne. A zatem w rysunkach schematycznych wyjaśniających np. zasady działania różnych napędów i przekładni nie ma potrzeby dokładnego podawania sposobu połączenia kół z wałem (np. Za pomocą klina, wpustu czy kołka). Ważne jest natomiast, czy połączenie to jest stałe (sztywne), czy obrotowe, przesuwne czy nieprzesuwne. Przykład schematu całej maszyny - prasy korbowej - podano na rys ().

Rys. () Schemat mechanicznej prasy korbowej

W zależności od dziedziny techniki rozróżnia się schematy kinematyczne, elektryczne, pneumatyczne, technologiczne i wiele innych. W zależności od przeznaczenia rozróżnia się schematy strukturalne, funkcjonalne montażowe itp.

Schemat strukturalny - jest schematem poglądowym, w którym przedstawia się zależności między podstawowymi elementami konstrukcji i zasadę jego działania.

Rys. () Fragment schematu strukturalnego

Schemat funkcjonalny - używany jest do obrazowania procesów zachodzących w poszczególnych częściach zespołu.

Rys.() Schemat przekładni zębatej obiegowej

Schemat montażowy - przedstawia połączenia między częściami funkcjonalnymi wyrobu z zaznaczeniem instalacji i miejsc podłączenia przewodów.

Rys.() Schemat ideowy układu elektronicznego

Wiele standardowych symboli stosowanych w schematach zostało zapisanych w normach. W przypadku, gdy część nie ma swego normowanego odpowiednika dopuszcza się dowolne symbole, pod warunkiem objaśnienia jego znaczenia.

Symbole elementów lub funkcji łączy się tworząc symbol złożony, określający kilka elementów lub funkcji. Przykładowo na rysunku () przedstawiono symbol zespołu przygotowania powietrza.

Rys.() Symbol zespołu przygotowania powietrza

Właściwe wykorzystywanie symboli może uczynić informację o konstrukcji znacznie czytelniejszą, może ułatwić użytkownikowi "nawigowanie" po dokumentacji, ułatwić identyfikację elementów katalogowych. Należy jednak pamiętać, by symboliczne przedstawianie danych powinno było uzupełniane innymi typami danych (np. opis). Ma to znaczenie dla tych użytkowników, którzy nie są odpowiednio przygotowani do takich sposobów prezentacji.

Rysunek ideowo-konstrukcyjny

Konstruktor przez znaczną część procesu projektowego posługuje się rysunkiem do wizualizacji swoich rozwiązań. Rysunek taki w fazie wstępnej nie zawiera jeszcze wszystkich szczegółów, dokładnych wymiarów. Mowa tu o rysunku ideowo-konstrukcyjnym. Przedstawia on tylko kształty, najważniejsze elementy. W rysunku takim zachowane są proporcje wymiarów. Może także pojawić się prosty opis, wymiar, itp. Ten rodzaj prezentacji jest często łączony z innymi formami zapisu. Ma to szczególne znaczenie, gdy liczba atrybutów jest znaczna a opisywana konstrukcja jest złożona. Prosty rysunek przedstawiający wymiary uzupełniane danymi tabelarycznymi pozwala bezbłędnie identyfikować i oceniać wzajemne zależności wymiarowe. Rysunek prezentowany łącznie z tabelą może zawierać tylko te elementy, które są ważne dla danych katalogowych. Pozostałe wymiary kształty można maksymalnie uprościć.

d

lA

A

d4

z1 z2

PLDf

d l d4 z2 z1

M8 50 6 2.5 9

M10 60 8 3.5 11

M12 70 9.5 4.5 13

M16 90 13 4.5 16

M20 110 16.5 6 19

Rys. () Śruby dociskowe z przetyczką przesuwną i czopem podtoczonym - połączenie danych tabelarycznych z rysunkiem ideowo-konstrukcyjnym

Rysunek poglądowy ma szczególne znaczenie, gdy prezentowane są obiekty o minimalnych różnicach i słowny opis tych różnic byłyby skomplikowany. Przykładem może być katalog łożysk kulkowych z różnym sposobem zabudowy elementów tocznych. Poszczególne typy różnią się niewielkimi szczegółami konstrukcyjnymi w postaci wcięć, zabezpieczeń, itp. Ich usytuowanie, wymiary byłyby praktycznie niemożliwe do opisu tekstowego, dla użytkownika mają one zaś poważne znaczenie i wiążą się ściśle z możliwościami ich przyszłej zabudowy w konstrukcji, sposobem smarowania itp.

Rys. () Przykłady odmian konstrukcyjnych łożysk tocznych kulkowych - poprzecznych

Rysunek ideowo-konstrukcyjny pozwala w łatwy sposób pokazać ustawienie elementu w konstrukcji złożonej, zasadę działania, miejsca podłączenia przewodów zasilających, itp.

z pompydo zbiornika

Rys. () Podłączenie przewodów w zaworze rozdzielczym

Przedstawienie budowy umożliwiający interpretację przez osobę nie znającą szczegółów rysunku technicznego jest łatwiejsze na rysunku uproszczonym, lub na rysunku specjalnego typu np. na tak zwanych rysunkach "eksplodujących" ().

Rysunek () Warstwy ściany budynku w rysunku "eksplodującym"

Rysunek techniczny

Znaczenie rysunku techniczne w prezentacji cech konstrukcyjnych trudno przeceniać. Ilość informacji przedstawiona w prostym choćby szkicu jest nie do zastąpienia przez obszerne nawet opisy. Mimo coraz szerszego stosowania zamiennych środków zapisu informacji rysunek techniczny ma wciąż ogromne znaczenie w procesie projektowo-konstrukcyjnym i jako dokument dla wytwórców.

Rysunek techniczny jest specjalnym rodzajem rysunku wykonywanego według ustalonych zasad i przepisów. Dzięki zwięzłemu i przejrzystemu wyrażaniu kształtów i wymiarów odwzorowywanego przedmiotu rysunek techniczny dokładnie wykazuje, jak ma wyglądać ten przedmiot po wykonaniu, oraz informuje, jak należy przygotować się do jego wykonania. Rysunek techniczny - wykonany zgodnie z przepisami i zasadami rysunkowymi - jest najczęściej używanym językiem porozumiewania się konstruktorów i wykonawców.

Wśród odmian rysunku technicznego wyróżnia się rysunek techniczny maszynowy, rysunek budowlany oraz rysunek elementów i urządzeń elektrycznych. Odrębności charakterystyczne dla każdej z tych zasadniczych odmian rysunku technicznego są wynikiem różnych wymagań i innych potrzeb przemysłu maszynowego, budownictwa oraz elektrotechniki..

Rysunek techniczny może mieć charakter rysunku złożeniowego, zestawieniowego, montażowego i wykonawczego.

Rysunek złożeniowy przedstawia złożenie poszczególnych części oraz ich wzajemne usytuowanie.

Rysunek zestawieniowy jest rysunkiem złożeniowym, na którym zostały podane wszystkie wymiary i uwagi potrzebne do wykonania części wchodzących w jego skład.

Rysunek montażowy przedstawia obrazowo położenie wzajemne poszczególnych części oraz sposób ich montażu w przyrządach.

Rysunki wykonawcze są to osobne rysunki poszczególnych części danego mechanizmu. Rysunek wykonawczy musi być szczegółowo opracowany pod względem rysunkowym, wymiarowym oraz technologicznym, gdyż jest on podstawą do bezpośredniego wykonania danej części.

Model matematyczny, wzory, algorytmy obliczeniowe

Każda cecha może zostać zapisana w postaci układu liczb. W przypadku postaci cechy zapis ten jest umowny, w przypadku zaś układu wymiarów cechy zapis taki jest naturalny. W wielu wypadkach cechy są zapisywane za pomocą układu liczb i funkcji (np. Rozkład gęstości prawdopodobieństwa obciążenia, czy nieliniowa charakterystyka sztywności elementu sprężystego maszyny).

Cała konstrukcja, na danym etapie projektowania, może być zdefiniowana jako układ N liczb lub funkcji. Konstrukcję możemy więc traktować jako punkt x w N-wymiarowej przestrzeni euklidesowej. Punkt ten jest zapisem matematycznym konstrukcji

x x x x RNn ( ,..., ),1

Współrzędne x1,...,xN możemy podzielić na parametry ustalone i parametry narzucone w danym zadaniu projektowania oraz na współrzędne, które muszą być w czasie procesu konstruowania dobrane przez konstruktora. Współrzędne te nazwiemy zmiennymi decyzyjnymi (zmiennymi konstrukcyjnymi). Wynika z tego, że całą konstrukcję można przedstawić za pomocą n zmiennych decyzyjnych i P parametrów:

x x x x xN n N ( ,..., , ,..., )1 1

zmienne decyzyjne

parametry N-n=P

Od poziomu szczegółowości modelu matematycznego zależy dokładność obliczeń i jakość uzyskanych wyników. Poziom szczegółowości modelu matematycznego powinien zależeć od fazy procesu projektowo-konstrukcyjnego. W fazach koncepcyjnych przyjmuje się uproszczone wzory, ale uwzględnia się przy tym całą maszynę. W fazach bardziej szczegółowych rozpatruje się osobno poszczególne elementy stosując bardziej złożone wzory.

Zadanie matematycznego zapisu konstrukcji polega na matematycznym zapisie wszystkich cech konstrukcyjnych, a więc wszystkich cech geometrycznych, cech materiałowych, cech dynamicznych.

Nie wszystkie cech daje się opisać liczbowo. Można wtedy stosować umowną klasyfikację wartości cechy przez stworzenie umownej skali, np. „łatwość obsługi” w skali od 1 do 10. Można też uwzględniać wpływ niektórych cech na podstawie subiektywnych odczuć konstruktora. Takiej ocenie może np. być poddana kolorystyka czy estetyka.

Zmienne decyzyjne dobierane są z pewnego przyjętego zakresu lub zbioru. Ograniczenia wartości zmiennych mogą być funkcyjne lub nierównościowe. Zbiór punktów w n-wymiarowej przestrzeni euklidesowej spełniających warunki konstrukcyjne nazywa się zbiorem dopuszczalnym.

Na rysunku () przedstawiono wpływ ograniczeń na dobór korekcji kół zębatych.

(-------------)

W typowych obliczeniach inżynierskich odbywa się obliczanie wielu cech. Kolejność tych obliczeń jest z góry ustalona. Dla ułatwienia prowadzonych obliczeń buduje się specjalne karty obliczeń, które zawierają wszystkie niezbędne wzory ustawione w porządku, w jakim powinny być one wyliczane. Na rysunku przedstawiono przykładową kartę obliczeń przekładni stożkowej o zębach prostych wg. systemu Gleasona.

1 Liczba zębów zębnika - z1 16

2 Liczba zębów koła -z2 49

3 Moduł - mt 5.08

4 Szerokość wieńca zębatego - b 38.1

5 Wysokość czynna zęba - he = 2mt 10.16

6 Wysokość całkowita zęba h=2.188 mt + 0.05

11.16

7 Kąt przyporu 20°

8 Kąt osi 90°

9 Srednica podziałowa - d = z m

Tabela () Fragment karty obliczeń przekładni stożkowej o zębach prostych wg. systemu Gleasona

W większości wypadków cykl obliczeń prowadzony jest wariantowo, wybierane modele częściowe zależą od wyników obliczeń poprzedzających. Dla wariantowych cykli obliczeniowych buduje się specjalne algorytmy kolejności stosowania wzorów, które „prowadzą” konstruktora „z góry” określoną drogą. Takie cykle przedstawia się graficznie za

pomocą specjalnych schematów blokowych. Przykład takiego schematu przedstawiono na rysunku

RLB

RLB=4

CB

ILB;BLB;DCB;DOB;ZB;DB

RLB<2 RLB=2

AB

LB

RLA

Nie

Nie

Tak

Nie

Tak

Rys. () Fragment schematu blokowego obliczeń przemieszczeń wrzeciona

Wykres

Podstawową metodą przedstawiania informacji o obiektach z uwzględnieniem całościowego spojrzenia na dane są wykresy.

Wykresy można podzielić na dwa rodzaje:

bezsiatkowe (poglądowe) - przedstawiające jedynie charakter zależności zmiennych prezentowanych na wykresie

siatkowe - przedstawiające dokładnie współzależności między dowolnymi wielkościami, pozwalające na odczyt wartości.

t

t

t

k

p

Rys.() Krzywe krzepnięcia metalu przechłodzonego - przykład wykresu poglądowego (bezsiatkowego)

Wykresy siatkowe dzielą się na:

zwykłe - o podziałkach równomiernych na obu osiach współrzędnych

półlogarytmiczne - o podziałce równomiernej na jednej osi i logarytmicznej na drugiej osi.

logarytmiczne - o podziałkach logarytmicznych na obu osiach współrzędnych

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

Cz

Z 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Rys.() Wykres do wyznaczania współczynnika liczby zębów - wykres siatkowy

Odmianami wykresów siatkowych są wykresy siatkowo-kreskowe oraz wykresy kreskowe. Na wykresach takich zamiast siatki używa się krótkich kresek. Odczyt wartości na takich wykresach jest trudniejszy niż na wykresach siatkowych, ale za to można na nich umieszczać różne oznaczenia i napisy, nie zaciemniające rysunku. W przypadku, gdy na wykresie prezentowane są różne wielkości stosuje się różne metody ułatwiające rozróżnianie

informacji. Przykładowo mogą to być linie o różnej grubości lub różnego typu (kreskowe, punktowe, itp.).

Na wykresach siatkowych oznaczenia każdej osi współrzędnych składa się z:

nazwy wielkości zmiennej lub jej symbolu

jednostki miary wielkości zmiennej

wartości liczbowych podziałki.

Możliwe jest prezentowanie na jednym wykresie kilku wielkości. Wymaga to jednak umieszczanie na wykresie kilku osi podziałek. Poszczególne linie wykresowe mogą być opisywane osobnym tekstem, lub cyframi będącymi odnośnikami do opisów.

15 30 45 60 75 900

100

200

300

400

500

2000

4000

6000

8000

10000

0

n dop

min -1

Cw N/m

5020/C3 7020C 7020B 234020 51120 81120

Rys.() Sztywność wzdłużna cw i dopuszczalne prędkości obrotowe ndop różnych typów łożysk przenoszących obciążenie wzdłużne

Jednoznaczność prezentowanych danych można łatwo zwiększyć łącząc różne metody prezentacji. Typowym przykładem jest umieszczanie na wykresie prostych rysunków schematycznie przedstawiających opisywane wielkości lub rozwiązania techniczne.

1 3

2

0 2000 4000 60000

2

4

6

8

10

N

m

1

23

Rys.() Wpływ sposobu i miejsca umieszczenia łożysk w korpusie wrzeciennika na przemieszczenie podpory d

Osobną grupą wykresów są nomogramy. Pozwalają one w prosty sposób dobrać element katalogowy, dobierać wielkości bez konieczności prowadzenia złożonych obliczeń.

4

6.3

10

16

25

40

63

100

160

250

400

630

1000

1600

2500

4000

6300

0.2 0.25 0.31 0.4 0.5 0.63 0.8 1 1.25 1.6 2 2.5 3.1 4 5 6.3 8 10 12.5 16 20 25 31 40

Nm

kgilość śrutu

momentrozruchowy

12

15

19

23

28

3545

wielkość sprzęgła

5600 obr/min

4000

28001400 1000

710

500

355

250

180

125

125

90

Rys.() Nomogram dla doboru ilości śrutu w sprzęgle śrutowym firmy Stromag

Opis tekstowy

Kompletny opis cech konstrukcji wymaga rozbudowanej listy środków do zapisu i prezentacji informacji.

Najpopularniejszym sposobem zapisu danych jest język naturalny. Posiada on jednak wiele wad. Jest to spowodowane tym, że taka informacja często nie jest jednoznaczna i można ją dowolnie interpretować, co nie zawsze jest dopuszczalne. Wiele dziedzin pozwala stosować odpowiednie modele, które pozwalają uzyskać większą zrozumiałość.

W przypadkach, gdy informacja, którą należy zaprezentować dotyczy cech niejednoznacznych, nieprecyzyjnych zapis w formie tekstowej nie może być praktycznie zastąpiony.

Do informacji, które wymagają tekstowego zapisu zaliczyć możemy dane takie jak np. instrukcja obsługi, instrukcja BHP, własne notatki użytkownika, opisy producenta, informacje pomocnicze.

Zdjęcia

Dopełnieniem listy środków prezentacji danych są zdjęcia. Zdjęcie może być stosowane wszędzie tam, gdzie przygotowanie rysunku technicznego jest zbyt czasochłonne lub nie jest konieczna wysoka dokładność danych. Zdjęcia wykonuje się by przedstawić pewien ogólny obraz konstrukcji, by przedstawić kolorystykę itp.

Korzystanie z danych w postaci fotografii jest szeroko stosowane w dziedzinach takich jak metaloznawstwo czy obróbka cieplna. W dziedzinach tych istnieje potrzeba prezentacji struktur krystalograficznych, co umożliwia porównywanie otrzymanej struktury krystalicznej z wzorcową. Można porównań takich dokonywać również w spawalnictwie, czy obróbce plastycznej.

Oprócz przedstawionych klas informacji w procesie konstrukcyjnym konstruktor posługuje się takimi obiektami jak model (np. drewniany), zapis w formie filmu czy dźwięku na taśmie magnetycznej.

Komputerowe środki do prezentacji wiedzy o konstrukcji

Z jednej strony metody tradycyjnego zapisu konstrukcji z drugiej strony do dyspozycji konstruktora przedkłada się wszystko to, co umożliwia szeroko pojęty sprzęt komputerowy i integralne z nim oprogramowanie. Aby umożliwić trafną klasyfikację poniżej przedstawiony zostanie zestaw możliwości sprzętu komputerowego ukierunkowany na potrzeby procesu projektowo-konstrukcyjnego.

Stan środka technicznego decyduje o sposobie postępowania. W zakresie zapisu konstrukcji, środki jakie były dostępne w ciągu ubiegłych dziesięcioleci: deska kreślarska, ołówek i papier spowodowały powstanie sposobu zapisu najbardziej efektywnego dla tych środków.

Ten sposób zapisu to wykorzystanie rzutowania prostokątnego do zapisu formy geometrycznej konstrukcji i z racji niewystarczającej dokładności wymiarów rysunku, tworzenie odrębnego zbioru informacji o wymiarach ujętego systemem tzw. wymiarowania.

Niezależnie od powyższego zastosowanie zapisu symbolicznego i werbalnego niektórych cech i używanie symbolicznych znaków upraszczających.

Utworzenie potrzebnego zestawu rzutów (przekrojów, kładów itp.) wymaga udziału wyobraźni przestrzennej człowieka, podobnie jak wyobrażenie sobie obiektu przestrzennego na podstawie rzutów. Nie jest to umiejętność wrodzona lecz nabywana w życiu codziennym i musi być wyrabiana przez naukę rzutowania i trening wyobraźni.

Pojawienie się technik komputerowego przetwarzania obrazów spowodowało nowe podejście do modelowania konstrukcji. Początkowo było to tylko wspomaganie technik dotychczas stosownych (rysunki 2D). Szybko okazało się jednak, że nowe środki dają nowe, niespotykane dotychczas możliwości przedstawiania zapisu konstrukcji.

Ze względu na dowolnie dużą dokładność z jaką można tworzyć rysunek przy wykorzystywaniu techniki komputerowej, nie ma potrzeby tworzenia odrębnego zbioru informacji o wymiarach (dowolny wymiar można odczytać wprost z rysunku wykorzystując automatyczne wymiarowanie).

Duża zdolność obliczeniowa komputerów pozwala na zapis formy geometrycznej konstrukcji nie w postaci rzutów, a obrazów przestrzennych brył, a więc w sposób naturalny, to jest taki w jaki te bryły człowiek obserwuje w naturze.

Możliwości wykonywania bardzo szybko obliczeń i przekształceń pozwala na wprowadzanie również sposobów wizualizacji dotychczas nie stosowanych takich jak np. animacja, symulacja komputerowa, transformacja obrazów, wariantowy zapis konstrukcji, zmiana postaci zapisu itp.

Właściwe wykorzystanie potencjalnych możliwości komputerów przy projektowaniu konstrukcji wymaga sporego wysiłku ze strony ich użytkowników. Niecelowe jest szukanie odpowiedników prezentacji wiedzy stosowanych w dotychczasowych technikach. Oderwanie się od klasycznego podejścia pozwala zauważyć możliwość zastosowania takich technik jak np. „Wirtualna rzeczywistość” (ang.virtual reality) czy graficznie zorientowane techniki modelowania. Multimedialny charakter wielu cech konstrukcyjnych nie znajdował do tej pory właściwego narzędzia prezentacji. Przejście z prezentacji na płaszczyźnie z wykorzystaniem techniki rzutów do projektowania w trzech wymiarach to nie koniec możliwości komputera. Natura konstrukcji jest o wiele bardziej złożona, by zapis cech geometrycznych (często uproszczony) pozwalał konstruktorowi w fazie projektowania oceniać wyrób. Jako formy już zaadoptowane należy uznać:

prezentację krzywych i powierzchni

wykorzystanie barwy i tekstury traktowanej jako dodatkowy wymiar

rysowanie konturów

posługiwanie się ikonami jako uproszczeniami obiektów konstrukcyjnych i jako technik ułatwiających komunikację człowieka z komputerem

tworzenie animacji komputerowej

Te i inne formy prezentacji zostaną przedstawione w kolejnych punktach. Jest to jednak tylko bardzo mały wycinek tego, co należałoby oczekiwać po zastosowaniu komputera. W większości wypadków techniki prezentacji danych ograniczają się do tworzenia pewnej mapy danych zapisanych o konstrukcji. Grafika komputerowa jest tylko narzędziem umożliwiającym połączenie pewnych cech np. w rysunek trójwymiarowy.

Rzeczywistym problemem wizualizacji danych przy użycia komputera, jest umożliwienie intuicyjnego dostępu konstruktora do dowolnej postaci danych tak by limit ludzkiej percepcji nie ograniczał możliwości komputera.

Prezentacja rysunku technicznego - wizualizacja i modelowanie 2D i 3D

Tworzenie rysunków płaskich w komputerowych systemach graficznych przypomina rysowanie na zwykłej kartce papieru. Wszystkie obiekty są płaskie i leżą w jednej płaszczyźnie, a położenie każdego punktu jest opisane parą współrzędnych: X,Y. Do realizacji rysunków kreślarz wykorzystuje elementy proste takie jak np. linia, łuk, okrąg itp. Podobnie wygląda sytuacja przy tworzeniu rysunku przestrzennego. W tym jednak wypadku zestaw obiektów graficznych jest rozszerzany o elementy pozwalające przedstawiać przestrzeń.

Przez pojęcie obiektu graficznego rozumiemy wszystko, co da się narysować z użyciem komputera. Obiektem graficznym może być krzywa, płaska figura, powierzchnia lub trójwymiarowa bryła. Struktura obiektu nie musi być topologicznie jednorodna. Możemy dowolnie łączyć np. bryły i krzywe.

Liczba danych dających kompletny opis obiektu graficznego zależy nie tylko od jego kształtu, lecz również od sposobu wizualizacji. Jeśli przykładowo obiektem graficznym będzie kula o środku S=(x,y,z) i promieniu r to do jej wizualizacji jest to liczba informacji niewystarczająca. Dla najbardziej popularnego sposobu wizualizacji należy tak zwany „druciany szkielet” (), tworzony przez n południków i m równoleżników. Informacja o kuli musi być zatem wzbogacona przynajmniej o liczbę n i m i jak mają być rozmieszczone południki i równoleżniki.

Rys.() Reprezentacja kuli za pomocą południków i równoleżników

Odmienną techniką od rysunku kreskowego jest malowanie obrazu przy pomocy kolorowych plam. Dla takiej techniki informacjami koniecznymi w przypadku kuli są współrzędne środka (x,y,z) i promień oraz dodatkowo kolor wypełnienia. Obraz kuli uzyskany taką techniką jest jednokolorowym kołem. W przypadku obiektów

trójwymiarowych nie jest to technika wystarczająca, gdyż nie pozwala ona na oddanie przestrzenności figury. Złudzenie przestrzenności można osiągnąć stosując np.technikę uwzględniającą oświetlenie. W najprostszym algorytmie powierzchnię kuli przybliża się wielokątami, które wypełnia się kolorami o nasyceniu zgodnym z intensywnością „padającego” światła. Dla zapisu informacji ważne jest, że opis kuli musi zostać uzupełniony danymi o zbiorze ścian przybliżających jej powierzchnię. Aby uzyskać w pełni realistyczny obraz obiektów graficznych algorytmy ich prezentacji powinny uwzględniać wpływ takich czynników jak chropowatość, rodzaj materiału. Mają one wpływ na współczynnik odbicia światła.

W przypadku modelowania krzywych i powierzchni stosowana technika zależy od danych, którymi dysponujemy. Sprawa jest prosta, gdy dysponujemy funkcją jednej lub wielu zmiennych. Inaczej jest, gdy jedyną informacją jest zbiór punktów należących do krzywej lub powierzchni. Jednym z możliwych postępowań jest wtedy przybliżanie krzywej funkcją ustalonej klasy. Może nią być wielomian, funkcja sklejana itp. Prowadzi to do rozwiązania zadania interpolacyjnego lub aproksymacyjnego.

W grafice komputerowej często ustala się funkcje bazowe i tak dobiera współczynniki, by otrzymana krzywa miała odpowiednie własności, np. kształt.

Częstą techniką w grafice komputerowej jest definiowanie wnętrza obszaru przez operacje dodawanie, odejmowanie i przecięcia kilku ustalonych, elementarnych obszarów bazowych. Mogą to być koła, kwadraty itp.

Wygodną techniką reprezentacji obszarów jest ich opis drzewami czwórkowymi. Rozważany obszar opisujemy kwadratem. Temu kwadratowi odpowiada korzeń drzewa czwórkowego opisującego obszar a potomkowie węzłów są związani z podziałem kwadratu na coraz mniejsze części. Początkowy kwadrat dzielimy na cztery kwadraty. Liściami drzewa są węzły odpowiadające jednorodnym fragmentom obszaru. Jeśli cały mniejszy kwadrat reprezentowany węzłem jest zawarty wewnątrz obszaru, to temu węzłowi przypisujemy umownie kolor czarny i odwrotnie, gdy cały kwadratowy fragment leży na zewnątrz obszaru - kolor biały. Taki rekurencyjny podział kontynuujemy do momentu, gdy wszyscy potomkowie są jednorodni (każdy kwadrat leży całkowicie wewnątrz lub na zewnątrz obszaru) albo gdy rozmiary podzielonych kwadratów są odpowiednio małe, np. mniejsze od wielkości punktu ekranu (piksla). Na rysunku pokazano przykładowy obszar i drzewo czwórkowe opisujące jego wnętrze.

1 2

3 4

5

7

6

8

109

11 12

1314 15

16 17

18 19

20 2125

23 24

22

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10

11 12 13

14 15 16 17 18 19 20 21

22 23 24

25

Rys. () Obszar i reprezentujące go drzewo czwórkowe

Analogiczną do reprezentacji powierzchni za pomocą drzew czwórkowych jest reprezentacja brył za pomocą drzew ósemkowych.

W przypadku prezentacji brył stosuje się różne techniki. Obok wspomnianej na początku reprezentacji za pomocą drucianego szkieletu stosuje się również przemieszczanie przekroju wzdłuż pewnej trajektorii w przestrzeni. Najprostszymi przykładami są przesunięcie równoległe i obrót wokół prostej.

Rys.() Tworzenie bryły przez przesunięcie równoległe płaskiego przekroju i bryła obrotowa

Budowa brył w większości metod komputerowej prezentacji opiera się o tak zwaną geometrię konstruktywną (ang.constructive solid geometry). Polega ona na budowaniu złożonych brył z mniejszych, przyjętych jako podstawowe (ang.prymitywe). Dostępne w tej technice operacje to dodawanie, odejmowanie i iloczyn zbiorów. Na rysunku przedstawiono budowę bryły z dwóch podstawowych klocków - sześcianu i walca oraz tworzenie drzewa opisującego tę konstrukcję.

………………………

Rewolucja graficzna dała pięć podstawowych nowości:

Rzeczywista trójwymiarowość (superszybkie, specjalizowane karty graficzne – śledzenie promieni, metoda energetyczna) –(stereografia (SIRDS), okulary 3D,…)

Rzeczywisty fotorealizm (paleta barw)

Animacja i wideo w czasie rzeczywistym

Wizualizacja danych ze świata rzeczywistego w świecie komputerowym (VR)

Pełna interakcyjność

…………………………………..

Graficzna prezentacja danych tabelarycznych i funkcji

Typową metodą prezentowania danych o obiektach jest tabela. Dane przedstawiane w postaci tabel umożliwiają jednoczesne przedstawienie wielu atrybutów obiektów, zestawianie wartości, porządkowanie według dowolnych kryteriów itp. Jednak taka forma nie zawsze jest odpowiednia przy dobieraniu obiektów katalogowych, prowadzeniu złożonych analiz. Właściwa interpretacja danych tabelarycznych jest często utrudniona ze względu na znaczną

ilość informacji prezentowanych jednocześnie. Odczyt wartości atrybutu obiektu katalogowego umożliwia w zasadzie tylko porównanie w ramach sąsiednich pól. Odczyt liczbowy nie pozwala na prowadzenie analizy globalnej, wydawania opinii o cechach całych grup.

Właściwą interpretację danych, ich analizę ułatwia przedstawienie danych, w sposób plastyczny z wykorzystaniem metod graficznych. Prezentacja danych w postaci różnych wykresów pokazanych na ekranie lub wydrukowanych na drukarce umożliwia tworzenie zestawień porównawczych, wnioskowanie o zachowaniu się wartości atrybutu w odniesieniu do innych atrybutów lub w stosunku do całego zbioru, dane stają się czytelniejsze.

Do standardowych rodzajów wykresów należą:

wykres słupkowy typu stoswykres słupkowy prostywykres poziomywykres XYwykres powierzchniowywykres liniowywykres kołowywykres punktowywykres kombinowany

Wykresy takie mogą być przedstawiane zarówno na płaszczyźnie jak i w trzech wymiarach.

Typowe zastosowanie wykresów słupkowych, to analiza zachowania się wartości atrybutu w wybranym przedziale. Taki obraz pozwala na ocenę monotoniczności atrybutu bez wnikania w szczegółową analizę wartości.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

E1-100 E2-150 E3-170 E4-220 E5-400 E6-500

Rys.1Słupkowy wykres masy dla różnych typów pomp.

Nowe informacje uzyskać można przez zestawienie dwóch lub więcej atrybutów. Pozwala to na ocenę zachowania się jednego atrybutu w stosunku do innego. Często wystarcza ogólna informacja, np. o tym, czy jeśli jeden z atrybutów rośnie, to czy rośnie również inny.

0

100

200

300

400

500

600

E1-100 E2-150 E3-170 E4-220 E5-400 E6-500

Masa

Wydajnosc

Rys.2 Wykres powierzchniowy zależności masy pompy i wydajności

Wstępny dobór konstrukcji, rodzaju materiału może być prowadzony na podstawie analizy zakresu stosowania i po odrzucenie tych materiałów, które nie spełniają stawianych wymagań.

Fo

lie

syn

tety

czn

eM

ika,

szk│o

Ce

ram

ika

tyta

nia

no

wa

Fe

rro

ce

ram

ika

Pap

ier

Tle

nki

me

tali1

10010000

1000000

100000000

10000000000

Rys.3Zakres stosowania różnych dielektryków w zależności od częstotliwości

Wykresy mogą być tworzone bezpośrednio na postawie danych tabelarycznych a ich postać może być dynamicznie zmieniamy w czasie prezentacji. Nie zawsze jednak wielkości interesujące użytkownika są przestawione w tabelce. Często uzyskanie właściwej informacji wymaga prowadzenia wstępnych obliczeń. Prezentacja dotyczyć może również informacji pomocniczych.

Czytelność informacji zwiększa się dzięki operacjom dostępnym przy operowaniu na danych. Umożliwiają one zmianę rodzaju skali wykresu np. na logarytmiczną. Możliwa jest również zmiana przyporządkowania parametrów do osi wykresu. Można pokazać procentowy udział poszczególnych parametrów. Wykorzystanie rysunków 3D umożliwia przedstawienie jednoczesne większej liczby parametrów.

Użytkownik korzystający z graficznych prezentacji ma prawie nieograniczoną możliwość modyfikowania i uzupełniania wykresów.

Rozpatrzmy pewien przykład wykorzystania wykresów, gdy podstawą do syntezy rozwiązania, jest ocena możliwych rozwiązań, z punktu widzenia przyjętego układu kryteriów doboru elementów katalogowych.. Metoda punktacji wagowych pozwala na szacunkową, kompleksową ocenę elementu katalogowego. Istota tej metody polega na tym, że każdemu z kryteriów przypisuje się różne liczby znaczenia wj. Ocenę wariantów rozwiązań wg. tej metody można przedstawić na rysunku w postaci słupków o polach powierzchni wjPj,, gdzie Pj jest liczbą punktów w umownej skali ocen.

Schematy typowych tocznych ułożyskowań wrzecion tokarek

Węzeł przedn

i

Węzeł tylny

Ciepło wydziela

ne

Prędkość

obrotowa

Sztywność

promienio.

Sztywność osiowa

Schemat ułożyskowania

NN30.K.

NN30.K

NN30.K

NN30.K

NN30.K

.C

.C

.C

.CNN30.

K

.C

.CNN30.

K

Jeśli wagi poszczególnych parametrów ustalimy jako 1 to ocenę rozwiązania możemy przeprowadzić na podstawie wysokości wykresu dla każdego rozwiązania.

12

34

5

PrΩ

dko£µ

ob

roto

wa

Szt

yw

no£µ

pro

mie

nio

wa

Szt

yw

no£µ

osi

ow

a

Cie

p│o

wyd

ziela

ne

00,20,40,60,811,21,4

Rys.4 Słupkowy wykres 3D przedstawiający wielkości atrybutów opisujących warianty ułożyskowania wrzecion

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

1 2 3 4 5

Cieplo wydzielane

Sztywnosc osiowa

Sztywnosc promieniowa

Predkosc obrotowa

Rys.5Wykres powierzchniowy umożliwiający ocenę rozwiązań na podstawie pola powierzchni reprezentującego łącznie atrybuty określające konstrukcję.

Używanie graficznej prezentacji danych w raportach i sprawozdaniach pozwala uwypuklić pewne cechy, przedstawić obrazowo istotne dane, prezentować łącznie cechy, których miary są różne.

Stal

ZeliwoCyna

Aluminium

Miedz

Rys.6 Plastyczne przedstawienie udziału różnych materiałów w budowie pewnej konstrukcji

W przypadku komputerowej prezentacji funkji matematycznych istnieje duża analogia do prezentacji danych tabelarycznych. Związane to jest z faktem, że nawet dla funkcji ciągłych na ekranie monitora komputerowego prezentowane są tylko pewne dyskretne wartośći funkji. Wynika to z faktu ogranizonej rozdzielczośi monitora komuterowego.

Zapis symboliczny

Symbol jest najprostszą formą prezentacji graficznej. W odniesieniu do systemu komputerowego jest to rysunek, który w sposób umowny oznacza jakieś pojęcie, czynność, element.

Zadania symbolu podzielić możemy na dwie grupy:

- reprezentacja cech konstrukcyjnych- reprezentacja funkcji usługowych

Informacje o znaczeniu symbolu do reprezentacji cech konstrukcyjnych omówione zostały w rozdziale .... symbol.....

Tutaj omówione tylko dodatkowe funkcje symbolu wynikające z możliwości systemów komputerowych.

W systemie komputerowym, prezentacja w postaci symbolu jest dodatkowym elementem, oprócz opisu tekstowego, który pomaga w szybki sposób "poruszać się" po systemie i wybierać odpowiednie elementy. Ilość informacji (szczegółów) przedstawiana w symbolu może się zmieniać w zależności od stopnia konkretyzacji (zaawansowania) wyszukiwanego elementu czy funkcji usługowej.

Symboliczne przedstawienie funkcji usługowych odbywa się na podobnej zasadzie jak w przypadku elementów katalogowych, jednak reprezentacja czynności jest znacznie trudniejsze. Czynność odbywa się w czasie a symbol jest rysunkiem statycznym. Skuteczność symbolu zależy więc w dużej mierze od dobrego pomysłu projektanta. Może on przedstawiać przedmiot, który kojarzy się z tom czynnością, lub składać się z kilku części przedstawiających kolejne etapy tej czynności.

KOSZ KOSZRys.7Dwa warianty symbolu, pokazujące stany funkcji usuwania

Jeszcze ciekawsza metoda to modyfikacja wyglądu symbolu, w zależności od stanu w jakim znajduje się dana funkcja. Jeśli do symbolizowania czynności "usuwanie" użyliśmy rysunku kosza na śmieci, to wywołanie funkcji usuwania może spowodować, że kosz stanie się gruby (pękaty), uświadomi to użytkownikowi, że funkcja została prawidłowo wykonana.

Właściwe wykorzystywanie symboli może uczynić katalog komputerowy znacznie czytelniejszy, może ułatwić użytkownikowi "nawigowanie" po strukturze katalogu, ułatwić identyfikację elementów katalogowych. Należy jednak pamiętać, by symboliczne przedstawianie danych powinno być tylko elementem wspomagającym tradycyjny zapis tekstowy. Ma to znaczenie dla tych użytkowników, którzy nie są odpowiednio przygotowani do takich sposobów prezentacji, bądź przyzwyczaili się do tradycyjnych metod.

Tekst „aktywny” -hypertext

Kompletny opis obiektów konstrukcyjnych wymaga rozbudowanej listy środków do zapisu i prezentacji informacji.

Najpopularniejszym sposobem zapisu danych jest język naturalny. Posiada on jednak wiele wad. Jest to spowodowane tym, że taka informacja często nie jest jednoznaczna i można ją dowolnie interpretować, co nie zawsze jest dopuszczalne. Utrudnione jest również komputerowe przetwarzanie języka naturalnego.

Wiele dziedzin pozwala stosować odpowiednie modele, które pozwalają uzyskać większą zrozumiałość. Nie zawsze jednak środki komputerowego zapisu pozwalają przechowywać dowolną postać wiedzy. Szczególnie gdy dotyczy ona informacji niejednoznacznych, nieprecyzyjnych. W takich wypadkach zapis w formie tekstowej nie może być praktycznie zastąpiony.

Opisy tekstowe podzielić możemy na dwie grupy:Tekst niesformatowany - jest to dowolny tekst, w którym każdy wyraz jest jednakowo

traktowany. Dla tego typu tekstu możliwe jest tylko wyszukiwanie na podstawie wybranego fragmentu. Pozwala to uzyskać dane o obiekcie katalogowym na podstawie informacji występujących w opisach, takich jak zakres stosowania, producent, itp

Tekst szukany

Opis 1Opis 2

Opis 3Opis 4

D1D2

D3D4

D1

D2

D4

Pytanie

Odpowiedź

Rys.8 Szukanie obiektów zawierających w opisie poszukiwanego fragmentu tekstu

Tekst sformatowany (strukturalny) -jest to tekst, w którym występują pewne słowa kluczowe będące identyfikatorami danych.

W tekście sformatowanym pewne fragmenty mogą być definiowane jako "odwołania" do innych danych lub innych fragmentów tekstu. Można w ten sposób wiązać informacje tekstowe, sprawdzać sposoby powiązań z innymi obiektami katalogowymi.

Rys.9Tekst sformatowany - powiązania między słowami wewnątrz tekstu, słowami zewnętrznymi i danymi innego rodzaju niż tekst

Powiązania między słowami mogą istnieć zarówno wewnątrz tekstu jaki i z innymi tekstami. Słowa kluczowe mogą być powiązane również z takimi danymi jak rysunek, tabela, itp. Mogą one być używane do sortowania danych, wyszukiwania informacji itp

Uaktywnianie powiązań może następować np. po wskazaniu tekstu myszką, lub naciśnięciu wybranego klawisza.

Tekst sformatowany umożliwia tworzenie nawet bardzo złożonych powiązań opisujących rozbudowane konstrukcje katalogowe.

Animacja komputerowa

i obróbka dźwięku

Proste animacje (gify)

Animacje złożone (flash, Java, avi)

Rozwój możliwości komputerów a w szczególności ich szybkości obliczeniowej pozwolił na wprowadzenie nowych metod prezentacyjnych. To co do tej pory możliwe było tylko do zarejestrowania na taśmie filmowej stało się możliwe również na taśmie magnetycznej i w postaci zapisu komputerowego. Oczywiście złożony charakter obrazu (szczególnie wielokolorowego) i duże zagęszczenie zapisu dźwiękowego wymaga dużych pojemności pamięci masowych. Jednak korzyści jakie płyną z możliwości komputerowej obróbki obrazu zy dźwięku są tak duże, że te formy zapisu danych będą się gwałtownie rozwijała. Duży wpływ na rozwój tych technik ma gwałtowny rozwój tanich i ogólnodostępnych nośników masowej informacji takich jak CD czy zapis magnetooptyczny.

Zapis komputerowy obrazu umożliwi połączenie tych danych, które do tej pory wymagały specjalnych zewnetrznych urządzeń, sal kinowyh itp. Analiza sekwencji obrazów, przetwarzanie barw, analiza stanów przejściowych w pracy konstrukcji, porównywanie kilku podobnyh urządzeń na podstawie zachowania się w czasie pracy, porównywanie charakterystyk dźwiękowych zy wreszcie tworzenie animacji w opariu o opisy matematyczne wybranyh elementw czy całych urządzeń to tylko nieliczne zastosowania multimedialnych technik obróbki komputerowej danych.

Symulacja (symulatory układów logicznych, mechanicznych)

StereogramyCałe nasze życie toczy się w przestrzeni trójwymiarowej. Przed nami i za nami, daleko i blisko - te pojęcia znane są nawet małym dzieciom. Gdy jednak przyjdzie nam wymieniać informacje, mówić o pojęciach bądź o obrazach, przeważnie wpadamy w pułapkę swiata dwuwymiarowego. Zupełnie tak, jak mieszkancy Płaskiej Krainy, bohaterowie opowiadania Edwina A. Abbotta pod tym samym tytułem.

Współczesny swiat pełen jest obrazów; przywykliśmy, że ich reprezentacje graficzne - czy to drukowane, czy też pojawiające się na ekranie komputera - są dwuwymiarowe. Jasne więc, że wszelkie odstępstwa od tej reguły postrzegamy jako coś osobliwego, a nawet zdumiewającego. W ciągu stuleci rozwinęło się wiele technik pozwalających przenieść się z dwuwymiarowej Płaskiej Krainy do świata o trzech wymiarach; rzeźba to najstarsza i najprostsza z nich. Najnowszą i najbardziej skomplikowaną jest holografia. Pośrodku mamy stereogram.

Czym jest stereoskopia?

Posługująca się różnymi technikami stereoskopia sprawia, że obiekty dwuwymiarowe stają się trójwymiarowymi. Wykorzystywany przy tym jest fakt, że widzimy dwojgiem oczu: dwa (lub więcej) dwuwymiarowe obrazy tego samego przedmiotu, pokazywane pod różnymi kątami, docierają jednocześnie do prawego i lewego oka. W rezultacie powstaje wrażenie przestrzennej głębi. Samo słowo "stereoskopia" pochodzi od greckiego stereos (jednolity) oraz skopein (oglądać) i oznacza postrzeganie przedmiotów jako trójwymiarowych. Szeroko rozpowszechnione mniemanie, że "stereo" oznacza "dwa" bierze się prawdopodobnie stąd, iż przestrzenne widzenie wymaga dwojga oczu, a przestrzenne słyszenie dwojga uszu.

Pierwszy stereogram sporządzony został przez sir Charlesa Wheatstone'a w roku 1832, a więc jeszcze przed wynalezieniem fotografii, co miało miejsce w latach 1837-1839, Wheatstone użył skomplikowanego systemu luster. Pod koniec dziewiętnastego i na początku dwudziestego stulecia stereoskopia stała się popularnym hobby. Jeszcze dziś w wielu antykwariatach możemy znaleźć stereoskopowe obrazki, relikty fascynacji tym zjawiskiem w owych czasach. Pierwsze stereoskopowe aparaty pojawiły się wkrótce po wynalezieniu fotografii, umożliwiając wykonywanie zdjęć prostych stereogramów. W tym samym czasie powstają inne przyrządy stereoskopowe, na przykład okulary o jednym zielonym a drugim czerwonym szkle, powszechnie stosowane do dziś, a przeznaczone do specjalnego rodzaju stereogramów zwanych anaglifami. W anaglifach dwa perspektywiczne obrazy - czerwony i zielony - nałożone są jeden na drugi. Oglądane przez czerwono-zielone okulary stwarzają wrażenie trójwymiarowości.

Możliwe jest jednak tworzenie stereogramów, do oglądania których nie potrzeba specjalnych przyrządów. Nasze "magiczne obrazki" są takimi właśnie "autostereogramami". Autostereografia ma nie tylko oczywistą przewagę nad innymi technikami stereoskopowymi, lecz wogóle najlepiej się nadaje do wykonywania trójwymiarowych ilustracji, które można udostępniać natychmiast i bez kłopotów. Ich oglądanie nie wymaga żadnych specjalnych urządzeń. Autostereografia jest również najłatwiejsza do reprodukowania - to zwyczajny druk na papierze.

Osoby zainteresowane historią i innymi faktami na ten temat odsyłam do artykułów w takich czasopismach jak: Chip (polskie wydanie), Gazeta Wyborcza (kolorowy dodatek z piątku 16 grudnia 1994 roku), Wiedza i Życie (numer grudniowy z 1994 roku). W Polsce zostały również wydane książki ze stereoskopowymi obrazkami, m.in. "Magiczne oko" (w oryg. Magic Eye, wydana w Stanach).

Teksty w tym dziale pochodzą ze stron: http://republika.pl/turkont/ i http://www.serwismsb.novacom.pl/lekcje/pascal/stereogr/stereogr.htm by Grzegorz Grabowski

STEREOOBRAZOWANIE

z pracy magisterskiej wykonanej w Zakładzie Dydaktyki Chemii UAM, poznań

mgr Krystian Stawiński

2. Aparatura do rozwiązywania problemów w chemii

W nowoczesnej chemii i fizyce nieodzowne jest badanie zjawisk i materii za pomocą różnorodnej aparatury. Zdarza się, że badania są utrudnione ze względu na brak odpowiedniej aparatury pomiarowej lub analizującej. Niemalże na każdym etapie

badań naukowych występuje potrzeba wyjaśnienia zależności i parametrów, których nie da się bezpośrednio obliczyć lub zbadać. Możliwość przypisania badanej substancji

określonej liczbowo właściwości fizycznej lub fizykochemicznej, charakterystycznej dla tej właśnie substancji, pozwala wykorzystać metodę instrumentalną do identyfikacji.

Podstawą analizy ilościowej jest zależność pomiędzy stężeniem substancji oznaczanej, a mierzoną wielkością fizyczną lub fizykochemiczną. Natomiast oznaczanie struktury i

dynamiki danego układu zależy od bardzo wielu wielkości fizycznych, fizykochemicznych i zależności określonych parametrów, często pośrednio. Rozwój

metody instrumentalnej od momentu wykrycia zjawiska fizycznego czy fizykochemicznego, stanowiącego jego podstawę, do czasu, kiedy można ją stosować w

laboratorium, jest funkcją rozwoju techniki budowy precyzyjnej i niezawodnej aparatury. Jest wiele metod instrumentalnych, które chemik stosuje podczas swoich

badań. Podstawowymi są metody spektroskopowe. Spektroskopia jest to nauka zajmująca się teorią i interpretacją widm. Ponieważ należy zarówno do fizyki jak i do

chemii, definiuje się ją jako dział obu tych nauk obejmujący badanie budowy i właściwości atomów, cząsteczek, jąder atomowych oraz obserwację widm powstających

w wyniku absorbcji, emisji, rozpraszania i odbicia promieniowania elektromagnetycznego oraz korpuskularnego. Zasady i prawa spektroskopii

umożliwiają wyjaśnienie struktur związków chemicznych oraz mechanizmów reakcji chemicznych [9]. Na uwagę zasługują najnowsze metody spektroskopowe takie jak

NMR dwuwymiarowy, spektroskopia nano i femtosekundowa, które są szczytowymi osiągnięciami w tej dziedzinie [42]. Metody elektroanalityczne, w przeciwieństwie do

metod spektroskopowych, w których wykorzystuje się zjawiska fizyczne opierają się na zjawiskach fizykochemicznych. Zależność wielkości elektrycznej od wielkości

fizykochemicznej jest tą podstawową zależnością, z której można odczytać bezpośrednio lub zinterpretować wyniki. Metody te są stosowane przede wszystkim do jakościowego oraz ilościowego oznaczania danej substancji w prosty i szybki sposób. Metody te mogą

również posłużyć jako uzupełniające do interpretacji wyników spektroskopowych [23,27]. Metody radiometryczne polegają na pomiarze promieniowania jądrowego emitowanego przez naturalne i sztuczne izotopy promieniotwórcze. W metodach

radiometrycznych wykorzystuje się też efekty naświetlania badanej próbki promieniowaniem jądrowym. Na uwagę zasługuje metoda wskaźników izotopowych,

których stosowanie pozwala usprawnić opracowywanie chemicznych metod analitycznych, szczególnie metod rozdzielania [23, 27]. Metody chromatograficzne

obejmują metody rozdzielania mieszanin substancji o charakterze zarówno jonowym, jak i niejonowym, różniących się współczynnikiem podziału między fazą ruchomą, a

nieruchomą. Metody te mają znaczenie do izolowania substancji oraz do jej identyfikacji i ilościowego określania w mieszaninie. Duże znaczenie ma połączenie

chromatografii z metodami spektroskopowymi dające w rezultacie niezwykle dokładne oznaczenia, niemożliwe do zanalizowania metodami czysto spektroskopowymi [55].

Metody optyczne wykorzystują zjawiska związane z właściwościami fizycznymi promieniowania elektromagnetycznego, a w szczególności promieniowania UV/Vis. Za pomocą metod optycznych można określić zarówno skład ilościowy, jak i jakościowy

mieszaniny lub samej substancji. Można również badać strukturę i dynamikę określonych układów. Jedną z ciekawszych jest metoda dichroizmu kołowego

wykorzystywana przede wszystkim w biochemii [9,27]. Metody mikroskopowe są specyficzną grupą, dzięki której można badać strukturę substancji. Postęp techniczny

dopiero w ostatnich latach pozwolił na szersze rozwinięcie tych metod zwłaszcza po skonstruowaniu skaningowego mikroskopu tunelowego i skaningowego mikroskopu

konfokalnego. Obecne możliwości tych metod sięgają obserwacji powierzchni i struktury substancji nawet do wielkości atomowych [4,14]. Jako ostatnie omówione zostaną metody komputerowe. W ostatnich latach postęp techniczny spowodował gwałtowny rozwój informatyki i sprzętu komputerowego. Za pomocą tych metod

możemy przeprowadzać modelowe reakcje i procesy, których nie jesteśmy w stanie obserwować bądź powtórzyć w inny sposób. Można również projektować i przewidywać powstawanie substancji i zjawisk oraz określić ich dynamikę i strukturę w połączeniu z

innymi metodami. Poza tym metody te stały się nieodzowne do interpretacji i analizy wyników (np. widm z analiz spektroskopowych z transformatą Fouriera) [42]. Nie

wymieniono tutaj wszystkich technik instrumentalnych, a jedynie te, które najbardziej przyczyniają się do rozwiązywania problemów badawczych. Takie metody, jak na

przykład grawimetria i wolumetria są podstawowymi i nie wymagają osobnego omówienia.

3. Aparatura do rozwiązywania problemów w chemii z zastosowaniem techniki stereoskopowej.

Efekt stereoskopowy jest często wykorzystywany w nowoczesnej technice aparaturowej. Służy do wizualizacji wyników danego eksperymentu, mechanizmów reakcji lub też do

ukazania struktury badanego materiału. W krystalografii za pomocą anaglifowych obrazów przedstawia się cząsteczki, aby zobrazować wynik rozwiązania jej struktury. Do tego celu służą programy, które w oparciu o parametry komórki sieciowej obliczają

strukturę i wyrysowują obraz stereoskopowy przedstawiający cząsteczkę. W nowoczesnej chemii nieorganicznej obraz stereoskopowy również wykorzystywany jest

do ilustrowania struktury cząsteczek [21](Ryc. 1).

Ryc. 1 Stereogram biocząsteczki . Wiele nowych związków, szczególnie w chemii koordynacyjnej, jest tak

skomplikowanych, że przy pomocy obrazów dwuwymiarowych nie można stwierdzić jak dana cząsteczka wygląda oraz jak może się zachować pod wpływem czynników

zmieniających strukturę i geometrię cząsteczki. Istnieje wiele związków o budowie przestrzennej np. zeolity, których struktura wewnętrzna jest bardzo ważna i wpływa na

zachowanie się danego materiału w reakcjach chemicznych i zjawiskach fizykochemicznych. Nowoczesna aparatura mikroskopowa pozwala oglądać preparaty w

postaci trójwymiarowego obrazu. W skaningowym mikroskopie tunelowym można zobaczyć powierzchnię atomów próbki [14](Ryc. 2), co nie było możliwe dotychczas

żadną inną metodą [4,14].

Ryc. 2 powierzchnia atomów As i Ga arsenku galu widoczna w mikroskopie tunelowym . Mikroskop konfokalny jest urządzeniem umożliwiającym dokładne i ostre oglądanie

preparatu na żądanej głębokości przy jednoczesnym oglądzie stereoskopowym.

Zniwelowano tu wszelkie zakłócenia wiązki analizującej na drodze optycznej do preparatu i wiązki odbitej od preparatu. Tradycyjne skaningowe mikroskopy

elektronowe również coraz częściej zostają wyposażone w możliwość tworzenia obrazu stereoskopowego. W badaniach naukowych często wykorzystuje się komputer. W wielu

pracach korzysta się z danych uzyskanych w wyniku modelowania komputerowego procesu lub reakcji za pomocą komputera z wykorzystaniem efektu stereoskopowego.

Podczas projektowania molekularnego także korzysta się z metod stereoskopowych i to tak zaawansowanych jak rzeczywistość pozorna zanurzeniowa [8],. Biochemia jest tą gałęzią chemii, w której często opisywane są skomplikowane cząsteczki oraz procesy

związane z organizmami żywymi. Tutaj także stosuje się aparaturę z możliwością tworzenia obrazów trójwymiarowych. Tę samą aparaturę stosuje się w medycynie.

Najnowocześniejszymi metodami na tym polu są: tomografia komputerowa, tomografia spinowego i magnetycznego rezonansu jądrowego (Ryc. 3,4). Dzięki tej ostatniej

metodzie można precyzyjnie zobaczyć naczynia nerwowe oraz trójwymiarowy obraz komórek rakowych w mózgu [21, 26].

Fot. 3 Precyzyjny obraz trójwymia- Fot. 4 Trójwymiarowy obraz guza rowy naczyń krwionośnych mózgu

W wielu pracowniach naukowych wykonuje się hologramy obrazujące niektóre zjawiska fotochemiczne, fotofizyczne bądź inne np. stereogramy powstawania plazmy w warunkach kontrolowanych [7] (Ryc. 5). W przemyśle nuklearnym stosuje się aparaturę

stereoskopową do kontrolowania wewnętrznych części reaktorów atomowych. Często zachodzi potrzeba ingerencji fizycznej do wnętrza reaktora i wtedy stosuje się specjalne manipulatory podłączone do aparatury stereoskopowej. Jak widać z powyższego opisu nowoczesna nauka, w tym i chemia coraz częściej wykorzystuje obraz przestrzenny w

badaniach zarówno do wizualizacji eksperymentów, wyników eksperymentu, jak i modelowania. Dalszy rozwój techniki "rzeczywistości pozornej" spowoduje jeszcze

powszechniejsze wykorzystanie tego środka przekazu.

Ryc. 5 Reakcja w plaźmie zarejestrowana stereoskopowo.

Fotogrametria

Co to jest fotogrametria? Fotogrametria dla systemu EL.GIS Zalety odwzorowań fotogrametrycznych  Oferowane odwzorowania: - mapy wektorowe - numeryczne modele terenu - ortofotomapy - wymiarowanie podpór linii elektroenergetycznych - pomiary zwisu przewodów - wizualizacje trójwymiarowe, animacje

 Zamów CD z odwzorowaniami fotogrametrycznymi.

Fotogrametria dla branży energetycznej

Planowanie i zarządzanie zasobami przestrzennymi ma dla przedsiębiorstw energetycznych kluczowe znaczenie. W momencie rozpoczęcia modernizacji lub wdrożenia całkowicie nowego systemu do zarządzania siecią elektroenergetyczną dostęp do precyzyjnych informacji o ukształtowaniu i zagospodarowaniu terenu, na którym znajduje się lub będzie w przyszłości usytuowana sieć elektroenergetyczna, staje się szczególnie ważny. Pozyskiwanie i przetwarzanie tego typu informacji jest skomplikowanym przedsięwzięciem wymagającym wiedzy, doświadczenia, a także sprawdzonych narzędzi. Dlatego STOEN INFO oferuje swoim klientom usługi związane z przygotowywaniem niezawodnych map, które uwzględniają wymagania systemu EL.GIS. Umożliwią one precyzyjne odzwierciedlenie zagospodarowania i rzeźby terenu, wprowadzenie danych dotyczących wszystkich obiektów znajdujących się na wyznaczonym obszarze, a także stworzenie kompletnej dokumentacji, z której w przyszłości będą korzystać użytkownicy systemu EL.GIS oraz wszystkie osoby, których praca w jakikolwiek sposób łączy się z kontrolą, zarządzaniem, ewidencjonowaniem i planowaniem sieci elektroenergetycznej. W zależności od konkretnego opracowania odwzorowania fotogrametryczne oferują zróżnicowany poziom dokładności zależny przede wszystkim od wymogów zamawiającego. STOEN INFO dysponuje solidnym know-how w dziedzinie zastosowań fotogrametrii przy dokumentowaniu infrastruktury naziemnej, dostępem do nowoczesnych technologii i narzędzi oraz zespołem wykwalifikowanych specjalistów realizujących dla klientów odwzorowania na najwyższym poziomie.

Fotogrametria czyli ...

Fotogrametria to odtwarzanie kształtów, rozmiarów i wzajemnego położenia obiektów na danym terenie na podstawie zdjęć fotogrametrycznych robionych ze stanowisk naziemnych (terrofotogrametria) i z powietrza (aerofotogrametria), a także przygotowywanie przestrzennych modeli mierzonego obiektu (fotogrametria przestrzenna). Fotogrametria znajduje zastosowanie w geodezji, geologii, astronomii, a także przy opracowywaniu komputerowych systemów informacji geograficznej, w tym zaawansowanych narzędzi dla energetyki, takich jak system EL.GIS.

Fotogrametria dla systemu EL.GIS

STOEN INFO oferuje usługi fotogrametryczne, a także wprowadzenie pozyskanych w ten sposób danych do systemu EL.GIS. Nasza firma na życzenie klientów przygotowuje różne rodzaje map oraz modeli fotogrametrycznych, a także – jeśli zajdzie taka potrzeba – animowanych, trójwymiarowych odwzorowań obiektów wchodzących w skład zasobów przedsiębiorstwa. Nasi specjaliści przetwarzają dane fotogrametryczne i na ich podstawie przygotowują bardzo precyzyjne mapy systemu EL.GIS, na których odwzorowane zostaną nie tylko wszystkie obiekty znajdujące się w terenie, ale także dokładne parametry poszczególnych elementów sieci elektroenergetycznej.

Szybko, solidnie, bezpiecznie, trwale i niezależnie od pogody

Pozyskiwane z wykorzystaniem metod fotogrametrycznych dane pochodzą z tego samego źródła, tego samego procesu technologicznego i mają ten sam układ współrzędnych przestrzennych. Duża ilość informacji o

charakterze geometrycznym jest dostępna bardzo szybko, ponieważ czasochłonne wyjazdy w nie zawsze dostępny teren nie są tutaj konieczne. Co więcej ani żar z nieba, ani jesienna słota czy trzaskający mróz nie są w stanie przedłużyć terminu skończenia opracowania. Pomiar odbywa się bowiem w kameralnych warunkach – na wirtualnym obrazie przestrzennym terenu będącym wiernym odzwierciedleniem rzeczywistości. Modele fotogrametryczne przygotowuje się tylko raz i - w razie konieczności dokonania pomiaru uzupełniającego - w każdej chwili można do nich sięgnąć. Na wirtualnym obiekcie można pomierzyć wszystko, co zostało sfotografowane, niezależnie od tego jak dany element jest wysoki, czy stoi na środku jeziora lub za jak wysokim murem jest usytuowany i co bardzo ważne: niezależnie pod jak wysokim jest napięciem, podczas gdy inwentaryzacja stacji metodami bezpośrednimi może być bardzo trudna i niebezpieczna. Duża szybkość pozyskiwania danych i stacjonarny charakter oferowanych przez STOEN INFO technologii przekłada się bezpośrednio na znaczną redukcję kosztów opracowania w stosunku do technik geodezyjnych.

Oferowane odwzorowania:

Oferta STOEN INFO obejmuje odwzorowania, których precyzja, skala i rodzaj pozostaje w gestii klienta. Przygotowujemy je na życzenie klienta z uwzględnieniem indywidualnych potrzeb przedsiębiorstwa oraz wymagań systemu EL.GIS. W zależności od przeznaczenia oferujemy następujące uzupełniające się nawzajem mapy i modele:

Mapy wektorowe

Mapa wektorowa to precyzyjny wektorowy zapis obiektów świata rzeczywistego za pomocą obiektów graficznych (punktowych, liniowych i powierzchniowych). Każdy obiekt na mapie ma formę geometryczną (bardziej lub mniej uproszczoną) - budynek może mieć formę figury zamkniętej (obrysu), drzewo może być przedstawiane za pomocą elementu punktowego, a kabel energetyczny - jako linia łamana otwarta. Każdy element świata rzeczywistego prezentowany jest na mapie jako jedna figura geometryczna oddająca w całości jego kształt.  Wektorowe mapy fotogrametryczne są opracowaniami trójwymiarowymi – w trakcie pomiaru rejestrowane są wszystkie trzy współrzędne każdego punktu obiektu. Opracowania takie dają pełną informację o wzajemnych przestrzennych relacjach geometrycznych obiektów. Połączenie przestrzennej mapy wektorowej z opisanym w dalszej części niniejszego opracowania numerycznym modelem terenu daje dodatkowo kompleksową informację o wysokości obiektów nad powierzchnią Ziemi.

Tradycyjna mapa topograficzna

Opracowanie wektorowe infrastruktury energetycznej

Numeryczne modele terenu

Numeryczny Model Terenu (DTM, ang. Digital Terrain Model) to numerycznie zapisane odwzorowanie powierzchni terenu (rzeźby terenu). DTM ma charakter ciągły, co oznacza, że w każdym punkcie opracowanego terenu znamy jego rzędną.  Dla systemów GIS DTM jest najbardziej efektywną formą zapisu ukształtowania terenu i świetnie poddaje się analizom. Na jego podstawie można opracowywać w sposób automatyczny rozmaite produkty pochodne. Możliwe jest między innymi wygenerowanie rysunku warstwicowego o dowolnym cięciu warstwicowym, stworzenie mapy spadków terenu, mapy hipsometrycznej, mapy widoczności. Można ponadto automatycznie analizować odległości od ziemi do obiektów znajdujących się nad nią lub pod jej powierzchnią, o ile znamy ich przestrzenne położenie. Z numerycznego modelu terenu błyskawicznie uzyskamy profil powierzchni wzdłuż zadanej linii o dowolnej geometrii.

Numeryczny model wysokościowy

Ortofotomapy

Ortofotomapa to fotograficzny, metryczny obraz powierzchni Ziemi. Zdjęcia lotnicze są tak przetworzone, by wyeliminować z nich efekt perspektywy rzutu środkowego oraz zniekształcenia spowodowane krzywizną Ziemi oraz rzeźbą terenu. Poszczególne zdjęcia łączone są w jedną powierzchnię ciągłą. Ortofotomapa - jak każda prawdziwa mapa – ma walor metryczności. Podstawową zaletą ortofotomapy jest jednak łatwość jej czytania i błyskawiczny (intuicyjny) odbiór wielu informacji zawartych na zdjęciu – obiekty na ortofotomapie widzimy takimi, jakimi są w naturze.

Ortofotomapa terenu i infrastruktury elektroenergetycznej sieci

Poza opisanymi powyżej standardowymi produktami fotogrametrycznymi, bardzo przydatnymi do tworzenia systemów informacji geograficznej dla energetyki, STOEN INFO może zaoferować szereg dodatkowych odwzorowań.

Wymiarowanie podpór linii elektroenergetycznych

Z pomiaru zdjęć lotniczych można uzyskać podstawowe wymiary podpór linii elektroenergetycznych – wysokość słupa, rozpiętość ramion, rozstaw nóg podpory kratowej, a także lokalizację przestrzenną punktu zaczepienia przewodu, długości izolatora. Na tej podstawie łatwo można określić katalogowy typ słupa, tak by wprowadzić go później do systemu EL.GIS.

Wymiarowanie podpór linii

elektroenergetycznych

Pomiary zwisu przewodów

Na modelu przestrzennym możliwy jest pomiar zwisu przewodu. W połączeniu takich danych z numerycznym modelem terenu uzyskamy pełną informację o prześwitach pod linią. Dodając do tego zestawu przestrzenną mapę wektorową otrzymamy obraz wszystkich kolizji pomierzonego przewodu.

Przekrój podłużny pzręseł uwzględniający zwisy i kolizje

Wizualizacje trójwymiarowe

Przestrzenne rysunki fotogrametryczne stanowią doskonałą bazę dla wizualizacji komputerowych inwentaryzowanych obiektów. Wizualizacje przestrzenne mogą także stać się podstawą do stworzenia trójwymiarowych filmów animowanych, na których z lotu ptaka można obejrzeć wszystkie obiekty znajdujące się na wyznaczonym obszarze.

Przykłady wizualizacji przestrzennych infrastruktury energetycznej pomierzonej metodami fotogrametrycznymi

Dlaczego XML wart jest uwagi?

     Kiedy dowiesz się jak działa XML, docenisz z pewnością, jak bardzo zwiększa on twoje możliwości. XML pozwala na rzeczy, które dotychczas albo nie były tak łatwe a przez to i były kosztowne, albo w ogóle nie były możliwe.

YML elementarnie

     XML (skrót od eXtensible Markup Language - rozszerzalny język znaczników) to otwarty standard opracowany przez W3C. Kiedy po raz pierwszy usłyszałem akronim XML, skojarzyło mi się inne rozwinięcie - nie rozszerzalny a rozszerzony (extended) język znaczników. No właśnie, dlaczego rozszerzalny? Otóż XML nie jest kolejnym językiem do przechowywania konkretnych danych, jak np. język HTML opisujący wygląd stron sieciowych. XML to język opisujący dane, czyli metajęzyk. W uproszczeniu można powiedzieć, że XML służy do tworzenia innych języków (aplikacji XML) służących do przechowywania informacji. Jeśli masz potrzebę zapisywania określonych danych o określonej strukturze, XML okaże się najlepszym narzędziem, bez względu jakie by te dane nie były. W przeciwieństwie do np. HTML, XML nie ma ograniczonej liczby znaczników, bo pozwala przechowywać dowolne dane i to w jak najbardziej wygodny dla nas sposób, bo sami go określamy. Sami określamy strukturę danych, która może być tabelaryczna, ale może także tworzyć drzewo. W ten sposób nie jesteś, jako twórca zbiorów XML w żaden sposób ograniczony. Na tym przede wszystkim polega wyższość XML nad innymi formatami zapisu danych.

Pochodzenie XML, czyli SGML

     Przodkiem języka XML był SGML. Jest to język o dużych możliwościach, ale przez swoje rozmiary i poziom skomplikowania niezbyt łatwy do stosowania. Znane jest już chyba stwierdzenie, że XML oferuje 80% możliwości SGML, przy dziesięciokrotnie łatwiejszym ich wykorzystaniu. SGML - w przeciwieństwie do XML - nie jest językiem, który sam się opisuje. Nie jest również tak łatwy do przetwarzania.

Dane wreszcie mogą latać - XML czyni je naprawdę przenośnymi

     Potrzeba uniwersalnego i czytelnego formatu danych jest widoczna od dawna, a w czasach gwałtownego powiększania się Sieci stała się koniecznością. Wreszcie pojawił się format pozwalający na łatwe przechowywanie dowolnych danych. Dzięki oddzieleniu treści od formy - czego nie umożliwia wspomniany HTML - łatwo skupić się na samych danych. Zwykłe programy mogą dzięki wspólnemu formatowi XML łatwiej wymieniać dane, a informacje publikowane np. w Sieci mogą być łatwiej przetwarzane. Weźmy „na tapetę” notowania spółek giełdowych. Załóżmy, że chcemy napisać program analizujący wahania kursów akcji. Potrzebne jest więc na bieżąco aktualizowane źródło takich danych. Cóż z tego, że wortali finansowych jest kilkanaście, skoro wszystkie one serwują kursy akcji w postaci tabelek HTML. Nawet gdybyśmy kosztem karkołomnej pracy przygotowali narzędzie do odczytywania kursów akcji z komórek tabeli w pliku HTML, to drobna zmiana na stronach danego wortalu - np. niewielkie przegrupowanie danych w tabeli, czy z pozoru nieistotne dodanie w kodzie HTML bannera, zrujnowałoby nasze narzędzie. Stałoby się tak dlatego, że dane w postaci HTML są przyjazne człowiekowi, ale nie maszynie. Gdyby natomiast te dane zapisać w postaci pliku XML, zawierającego tylko właściwą treść (a nie formę), stałyby się one łatwe do indeksowania i przetwarzania. Jeśli zechcemy takie dane XML wyświetlić jako stronę sieci Web, to przetworzenie ich do postaci czytelnej dla człowieka byłoby, dzięki arkuszom stylów (o których będzie mowa) bardzo proste.

W języku XML wystarczającym opisem dla danych są one same

     Jak wspomniałem wyżej, dokument XML sam się opisuje. Można wprawdzie stosować schematy Definicji Typu Dokumentu (znane jeszcze z SGML DTD) i inne sposoby deklarowania jego zawartości (jak XML Schemas), ale rzadko jest to potrzebne. Czytelność XML, nawet bez użycia specjalnych narzędzi, to jedna z jego ważniejszych zalet.

Niebywała elastyczność i rozszerzalność

     Wbudowany mechanizm przestrzeni nazw zapewnia łatwość rozbudowy istniejących dokumentów przy zachowaniu kompatybilności wstecz. Załóżmy, że otrzymaliśmy w dokumencie XML fakturę, ale musimy na własny użytek dodać do niej pewne informacje. Sposobność dodania danych nie jest oczywiście niczym niezwykłym, ale my będziemy mogli tego dokonać w sposób absolutnie dowolny i niezależny od wcześniejszej wersji dokumentu. Niespotykane jest również, że pierwszy autor będzie mógł korzystać z tego dokumentu identyczną, jak przed naszymi modyfikacjami, metodą.

Otwartość i perspektywy

     XML nie został opracowany przez konkretną firmę, a przez niezależne i autorytatywne konsorcjum W3C. Ta sama organizacja odpowiada za HTML i inne standardy sieciowe. Specyfikacja XML została udostępniona za darmo i nie należy do żadnej firmy, ale XML jest przez ważne korporacje wspierany. Przykładem niech będą Microsoft, Sun czy IBM. Poparcie tych firm właściwie samo w sobie jest gwarancją sukcesu XML-a. Sukces ten jest zresztą widoczny już dziś. Jak grzyby po deszczu powstają idee i standardy, w których XML jako mechanizm wymiany informacji pełni kluczową rolę.

XML może być narzędziem sam dla siebie

     Czego przykładem są standardy umożliwiające przetwarzanie kodu XML za pomocą właśnie XML-a (np. język XSLT), czy pozwalający definiować właściwe wartości danych język DCD (Document Content Description). Możliwości rozwoju XML-a wydają się więc nieograniczone.

Wyślij znajomym|Drukuj artykułKoniec wojny między systemami 2003-08-04 (15:28) Dwa lata po wydaniu przez Microsoft pierwszej wersji platformy .NET głównie z myślą o wymianie informacji poprzez uniwersalny język XML i serwisach sieciowych (ang. web services), firma Sun Microsystems postanowiła ustanowić nowy standard web services zwany WS-CAF (Web Services - Composite Applications Framework).

Choć brzmi to nieco jak ponowne odkrywanie Ameryki, czy może raczej powtarzana ze zmienioną nazwą produktu "ambitna" reklama proszków do prania, Sun wśród dość silnego poparcia partnerów (a jest wśród nich Oracle, Iona Technologies, Fujitsu Software i Arjuna Technologies) rozpoczyna kampanię wychwalającą zalety wymiany danych przez XML. Oczywiście Microsoft odmówił współpracy przy tworzeniu standardu, który już od dawna stosuje, podobnie IBM do tej pory nie wyraził poparcia dla WS-CAF. Ale nie przeszkadza to Sunowi czuć się przedwczesnym zwycięzcą, o czym odważny sposób opowiadał w czwartek na Europejskim Forum Technologicznym w Londynie Scott McNealy, szef Suna...

To już koniec odwiecznych wojen między systemami operacyjnymi; została ona wygrana przez firmę Sun, przegrywa firma z Redmond - twierdził McNealy, mimo że system firmy Sun nie ma raczej zbyt dobrych notowań i słychać o nim niewiele. Czym więc wytłumaczyć wygraną? Szef Suna zaczyna swój wywód od tego, że kończy się era pecetów, a zaczyna era inteligentnych urządzeń. Może poparłby to twierdzenie sam Bill Gates, ale myśląc o specjalnych gadżetach zwanych przez niego SPOT, jak inteligentne usieciowione zegarki ręczne, czy tablety; tymczasem w wydaniu Suna mowa o bardziej przemawiających do świadomości "przyziemnych" telefonach komórkowych, na których już dość dobrze zadomowiła się Java. Z powodu tej różnicy w wizjach nietrudno McNealy'emu przekonywać publiczność, że skoro mija era pisania programów dla systemu operacyjnego, a pisze się na platformę dla usług sieciowych to jedynym słusznym wyborem może być Java Web Services -

platforma otwarta, przeznaczona dla szerokiej gamy popularnie urządzeń, a zdecydowanie gorzej wypada .NET - platforma tak samo otwarta, ale jedynie w świecie produktów Microsoftu i jej partnerów.

McNealy przedstawił sytuację na dość popularnym ostatnio schemacie analogii do rynku motoryzacyjnego. Gdy nie można kupić oprogramowania niezależnie od sprzętu, to tak jakby producent samochodów składał je z gotowych komponentów, nie mając wpływu na to, jak będą działały. W przyszłości może okazać się, że to użycie w naszym pojeździe inteligentne podzespoły zadecydują, jaką cenę trzeba zapłacić za paliwo. Oczywiście analogia nie została pociągnięta zbyt daleko, gdyż jeszcze ktoś uzmysłowiłby sobie, że tak jak uzależnienie się od technologii Microsoftu, identycznie oparcie techniki na Javie Suna może być równie złe dla klienta.

zamieścił: Maverickźródło: Infojama.pl

Klasyfikacja działań projektowych

Konstruowanie jest działaniem koncepcyjnym, w którym dąży się do spełnienia podstawowych żądań w sposób najlepszy w danej chwili. Ko

Konstruowanie jest twórczą pracą umysłową, wymagającej wiedzy z matematyki, fizyki, chemii, mechaniki, termodynamiki, elektrotechniki, materiałoznawstwa, …

Z metodycznego punktu widzenia, konstruowanie jest procesem optymalizacyjnym przy założonych celach i przy częściowo sprzecznych warunkach. (interdyscyplinarne)

Konstruowanie jest możliwe przy współpracy specjalistów różnych dziedzinAby uzyskać pełną informację i aby zapewnić największą celowość kształtowania postaci

konstrowanego wytworu, konstruktor musi współpracować z na wielu wzajemnie przenikających się płaszczyznach z wszystkimi osobami uczestniczącymi w procesie konstruowania, wytwarzania i dystrybucji.

Proces ten musi być wspomagany sprawnym przepływem informacji, wymianą doświadczeń, wspierany organizacyjnie

Zastosowanie wspomagania komputerowego w różnych fazach konstruowaniaFaza przygotowania projektu koncepcyjnego – trudno tu ale częściowo takKonieczny zapis danych rozmytych, porównywanie rozwiązań już istniejącychPrzygotowanie projektu konstrukcyjnego:- metody obliczeniowe (obliczenia sprawdzające, obliczenia konstrukcyjne, programy

optymalizujące)- przygotowanie i rezerwowanie informacji-kształtownaie postaci konstrukcyjnej

Środowisko pracy konstruktora:

Uniwersalny język (dla różnych dyscyplin)Ułatwiać znajdowanie optymalnych rozwiązańUmożliwiać samouczenieUmożliwiać łatwe przenoszenie rozwiązań na pokrewne zadaniaUmożliwienie zapisu maksymalnej liczby zagadnień mających wpływ na kształtowanie

konstrukcji (różne klasy danych)możliwość zapisu wariantów rozwiązań i zatwierdzania przez przełożonegoPoziomy dostępu (zabezpieczenia)Gromadzenie informacji: okres ważności informacji, kompleksowość, porządkowanie,

klasyfikujące i identyfikująceZapis historii rozwiązańWartościowanie wariantów rozwiązańDokumentacjaetapyDiagramy – modele diagramów (dla każdego dostępne są zbiory obiektów)Powiązania pomiędzy diagramami i obiektamiZapis hierarchii konstrukcji (zespół, podzespół)Zapis całego procesuWielopostaciowa reprezentacja (jak na diagramach w e-procesie)Realizacja w czasieFormaty danych (wymiana danych z innymi systemami, integracja)Metody prezentacji (Java3d, VRML, )

Komputerowe środowisko centralnego zarządzania systemem wspomagania projektowania

Architektura większości systemów dla wspomagania projektowania może zostać podzielona na dwa bazowe typy. Pierwszy z nich traktuje jako element centralny bazę danych. Wszystkie współpracujące z nią aplikacje znają strukturę bazy danych i posiadają odpowiedni interfejs do wymiany z nią informacji. Struktura bazy jest więc elementem decydującym o postaci danych przedstawianych użytkownikowi lub innym aplikacjom. Systemy tego typu posiadają istotne wady wynikające z braku możliwości modyfikowania struktury bazy danych. W takich systemach nie ma również możliwości wpływania użytkownika na postać prezentowanych danych nie mówiąc już o możliwościach rozbudowy, czy modyfikacji w czasie działania aplikacji. W środowisku takim ze względu na brak bezpośredniego połączenia między aplikacjami (odbywa się ono za pośrednictwem bazy danych) a co za tym idzie braku możliwości korzystania ze wspólnych bibliotek niepotrzebnie wzrasta ich rozmiar. Schemat systemu z bazą danych jako elementem centralnym przedstawiono na rysunku Błąd! Nieprawidłowe łącze.

Interfejs z użytkownikiem aplikacja 1

baza danych

aplikacja 2 aplikacja 3

Rys. 0-A System z bazą danych jako elementem centralnym

Drugi typ systemów zakłada, że w większości wypadków baza danych nie jest jednorodną, ściśle określoną, niezmienna strukturą. Wprowadza się więc jako centralną jedną z aplikacji pozwalając przy tym innym aplikacją na korzystanie z jej zasobów (bibliotek). Możliwe jest również stworzenie specjalnej dodatkowej aplikacji wyposażonej w możliwie elastyczną strukturę, która stanowi element integracji pozostałych aplikacji. Taki systemy określony jest często mianem systemu centralnie sterowanego. Centralne zarządzanie pozwala na kontrolę wszystkich komponentów systemu, np. bazy danych, interfejsu z użytkownikiem itp.

Interfejs z użytkownikiem wszystkie aplikacje

centralne zarządzanie

baza danych

Rys. 0-B System z centralnym zarządzaniem

Korzyści z centralnie zarządzanego systemu w porównaniu z innymi systemami są następujące:

wszelkie biblioteki funkcji usługowych są oddzielone od poszczególnych aplikacji i traktowane jako bazowe. Pozwala to na nie powielanie funkcji i umożliwienie wykorzystanie zdefiniowanych raz funkcji przez wszystkie nowo powstałe składniki systemu

Komunikacja pomiędzy użytkownikiem i systemem jest oddzielona od poszczególnych aplikacji. Dzięki czemu sposób komunikacji we wszystkich częściach jest jednakowy. Poprawki, rozszerzanie możliwości pojawia się automatycznie we wszystkich elementach systemu i wykonywane jest poza obsługiwanymi aplikacjami.

Wszelkie interakcje z bazą danych mogą być dokładnie kontrolowane przez system zarządzania. Pomaga to na uniknięcie ewentualnych problemów z obsługą, które mogła by powodować sama baza danych.

Struktura takiego środowiska powinna być uniwersalna i umożliwiać integrację z dowolnymi już istniejącymi systemami.

W większości systemów wspomagania projektowania już w fazie projektowania aplikacji ustala się pewne stałe elementy związane z kolejnością obliczeń czy sposobem prezentacji wiedzy. W rzeczywistości nie ma sprawdzonych metod poprawnego postępowania czy najlepszych metod prezentacji wiedzy. Postać danych wymaganych w danym etapie procesu projektowego zależy od wielu elementów takich jak np. stosowane oprzyrządowanie technologiczne, przyzwyczajenia projektanta, stopień jego wykształcenia itp. W praktyce nie ma też stałych metod modelowania informacji. Wynika to z różnych technik przyjętych w różnych dziedzinach. Inaczej przedstawiają informacje o materiałach konstrukcyjnych projektanci inaczej eksploatatorzy, inaczej chemicy czy fizycy a inaczej specjaliści od obróbki skrawanie inne bowiem są poziomy zainteresowań i inne interesują ich cechy.

W oparciu o ideę centralnego sterowania zaproponowano poniżej koncepcję środowiska centralnego zarządzania prezentacją i przepływem informacji między aplikacjami wchodzącymi w skład większego systemu.

Aby opisać architekturę systemu należy najpierw zdefiniować pewne terminy, niezbędne w opisie jego filozofii. Tymi terminami są: proces rozpoznawania wiedzy i proces kwalifikowania wiedzy.

Termin proces rozpoznawania wiedzy jest używany do opisu informacji przyjmowanej przez system z centralnym sterowaniem i odnosi się do problemów dawanych przez poszczególne aplikacje.

W szczególności są dwa możliwe źródła każdej informacji:

informacja wprowadzana interaktywnie przez użytkownika

numeryczna informacja pobierana z bazy danych

Przykład: Przypuśćmy, że użytkownik chce analizować krzywiznę parametrycznej powierzchni. Proces rozpoznawania polegać będzie na identyfikacji danych np. nazw lub liczby elementów i stworzeniu pewnego kompletnego z punktu widzenia systemu opisu.

Termin proces kwalifikowania wiedzy jest używany do opisu każdego elementu informacji, która jest przejmowana przez system i przyczynia się do powstawania zbioru reguł pozwalających na rozwiązywanie powstających w systemie problemów. W wyniku procesu kwalifikowania powstaje pewien obraz informacji pozwalający na jej wykorzystanie w dowolnym elemencie systemu oraz tworzony jest nowy zapis reguł o sposobie wykorzystania takiej informacji.

Są dwa źródła każdej informacji:

informacja wprowadzana przez użytkownika

informacja przekazywana z procesu rozpoznawania wiedzy

Przykład: Przypuśćmy, że użytkownik pragnie aproksymować parametryczną krzywą. System na podstawie przekazanych mu informacji dobiera zestaw metod pozwalających na wykonanie takiego zadania. Użytkownik natomiast wprowadza pewne dodatkowe informacje ograniczające pole możliwości działań systemu. Mogą to być wartości tolerancje, skok, maksymalna liczbę działań. Użytkownik może również wprowadzić ograniczenia przez podanie dodatkowych zależności dopuszczalnych rozwiązań itp.

Jeśli warunki procesu rozpoznawania wiedzy i warunki procesu kwalifikowania są ustalone to struktura centralnego sterowania może być rozważana w detalach. Na najwyższym poziomie abstrakcji system zawiera dwie podstawowe fazy. Pierwsza: specyfikacja problemu i druga faza rozwiązywania problemy. W fazie specyfikacji problemu uwzględnia się następujące punkty:

Użytkownik jest potrzebny do określenia elementów z bazy danych, które będą obsługiwane przez konkretną aplikację (Krok 1)

System inicjuje proces rozpoznawania wiedzy dla przedstawionego problemu a użytkownik decyduje o wyborze szczegółów (Krok 2).

Proces rozpoznawania we współudziale informacji od użytkownika ustala proces kwalifikowania, który kontroluje wykonanie fazy rozwiązywania problemu.

Interfejs z użytkownikiem proces rozpoznawania 6 5 1 centralne 4 zarządzanie

2 3

baza danych

Rys. 0-C Specyfikacja problemu Krok 1 i 2

Faza specyfikacji problemu zawiera sekwencję zdarzeń, która jest wykonywana w czasie gdy informacja jest przekazywana przez centralne zarządzanie. Rysunki ... i ... ilustrują fazę specyfikacji problemu; strzałki kierunkowe są używane do ilustrowania cyklu przepływu informacji. Strzałki są ponumerowane, by określić porządek, w jakim zdarzenia następują.

Interfejs z użytkownikiem proces rozpoznawania 9 7 centralne 8 zarządzanie

baza danych

W fazie rozwiązywania problemu wykonywane są następujące operacje:

Dziedzina rozwiązań jest określana przez proces kwalifikowania, który był wygenerowany w etapie specyfikacji problemu. Dziedzina rozwiązań reprezentuje przestrzeń określającą które rozwiązanie jest generowane, co jest często bardziej praktyczne do utworzenia nowej dziedziny (zwykle przez pewną formę aproksymacji) która obsługuje obszar problemowy. Ten etap

Interfejs z użytkownikiem dziedzina rozwiązań 6 2 5 centralne 1 zarządzanie 7 3

4 rozwiązywanie baza danych problemu

Rozwiązanie jest gotowe i użytkownik ustala odpowiednie szczegóły.

Faza rozwiązywania problemu jest zilustrowana na rysunku ...

Kategorie prezentacji danych

Analiza potrzeb dotyczących środków prezentacji danych przedstawiona w poprzednim rozdziale pozwala na wyodrębnienie między innymi następujących rodzajów informacji wykorzystywanych w procesie projektowym: tabela, rysunek ideowo-konstrucyjny, symbol, schemat, wykres, rysunek techniczny, wzór matematyczny, opis tekstowy, model bryłowy, zdjęcie itp.

Do realizacji tych środków proponuje się utworzenie następujące kategorii prezentacji danych. Przy ich pomocy możliwe jest zrealizowanie wszystkich z przedstawionych środków. Nazwy kategorii traktowane są umownie.

Określenie kategorii:

1° Istnieje sześć kategorii prezentacji danych:

rysunek bitmapowy

rysunek wektorowy

wykres

liczby

tekst

wzór matematyczny

2° Kategorie pozostają ze sobą w określonych związkach

3° Związki posiadają dziedzinę atrybutów

4° Związki nie są odwracalne (naprzemienne)

5° Dla każdej kategorii możliwe jest określenie zbioru metod pozwalających na wewnętrzne przekształcanie informacji

6° W ramach każdej kategorii możliwe jest definiowanie podkategorii, które przejmują cechy kategorii nadrzędnej

7° Cechy kategorii nadrzędnej mogą być przykrywane przez cechy wewnętrzne

Kategoria składa się z :

wewnętrznych typów danych (linia, okrąg, wiązanie między tekstami itp)

funkcji wewnętrznego przetwarzania informacji

funkcji wymiany informacji z innymi kategoriami

funkcji wymiany informacji ze światem zewnętrznym

Poszczególne kategorie pozwalają na realizację odpowiednich rodzajów informacji:

Rysunek bitmapowy:

rysunek ideowo-konstrukcyjny

symbol

schemat

wyświetlanie wzorów

zdjęcie

wykres

film - animacja

Rysunek wektorowy

rysunek ideowo-konstrukcyjny

rysunek techniczny - model płaski

model przestrzenny

parametryczny zapis konstrukcji

wykres

schemat

Wykres

Prezentacja graficzna danych tabelarycznych

Prezentacja wykresów funkcji

Liczby

bezpośrednie dane

wyniki obliczeń

dane z wykresu

Tekst - opis

bezpośrednie dane

Wzór

Tabela

wykres

sekwencje obliczeniowe

RYSUNE KRASTROWY

RYSUNE KWEKTOROWY

WZÓR

TEKST

WYKRES

LICZBA

Zadania środowiska centralnego zarządzania

Stworzenie w miarę sprawnego narzędzia wymaga zastanowienia się nad możliwościami, które powinno dawać takie środowisko. Wynikać one powinny z cech aplikacji używanych w procesie projektowym a więc systemów graficznych programów obliczeniowych itp. Zadania środowiska zostały przedstawione poniżej:

Przyjmowanie informacji z bazy danych niezależnie od struktury danych i ich modelu

Przyjmowanie informacji z systemów graficznych w postaci rysunków wektorowych oraz wariantów rysunkowych

Przyjmowanie informacji z systemów obliczeniowych (optymalizacyjnych , matematycznych) ; mogą to być np wzory pozwalające na wyszukiwanie danych w katalogu

Operowanie na danych katalogowych nie (również na symbolach bazy danych - pozwala to na tworzenie zapytań poza bazą danych)

Przyjmowanie danych z urządzeń przetwarzających dane (skaner, dygitalizer itp)

Tworzenie zbioru reguł przetwarzania danych wg. potrzeb użytkownika

Umożliwienie przekształcanie postaci prezentowanych danych (Zmiana postaci prezentacji nie zmienia danych przechowywanych w katalogu)

Wymiana informacji pomiędzy kategoriami i łączenie prezentacji

Wysyłanie informacji do systemów graficznych w postaci przez nie akceptowanej

Tworzenie zapytań o dane katalogowe w formatach kategorii prezentacji

Przedstawianie danych w dowolnej z zaproponowanych kategorii prezentacji wiedzy.

Błąd! Nie określono zakładki. Opis modułu selekcji danych katalogowych

Skomplikowane własności procesu projektowego sprawiają, że trudno określić uniwersalny tok doboru konstrukcji katalogowych. Proces projektowy realizowany jest etapami i w zależności od jego fazy różna może być wiedza konstruktora o szukanym obiekcie. Ze względu na fakt że dla celów komputerowego wspomagania procesu projektowo-konstrukcyjego najwygodniejszy jest model matematyczny, do realizacji procesu selekcji konstrukcji najwygodniej jest używać formuł matematycznych (wzory, funkcje)

Wyszukiwanie konstrukcji w katalogu odbywa się na podstawie kryteriów selekcji podawanych przez użytkownika. Kryteria te wprowadzane są sekwencyjnie, co powoduje, że zbiór dopuszczalnych rozwiązań zmniejsza się uzyskując w ostatniej fazie minimalną wielkość zawierającą najczęściej jedno rozwiązanie.

Tylko w szczególnych wypadkach użytkownik jest w stanie podać warunki jednoznacznie określające poszukiwaną konstrukcję. Jest tak wtedy, gdy zna nazwę i typ urządzenia. W większości wypadków użytkownik dysponuje tylko wartościami wybranych cech a jeszcze częściej postać danych jest odmienna od tych, które udostępnia katalog. Cechy te pozostają jednak w zależności z cechami podawanymi w katalogu. Konieczne staje się więc dokonanie pewnych obliczeń w celu uzyskania danych zgodnych z danymi katalogowymi.

Z powyższych uwag wynika, że dla umożliwienia trafnego wyboru konstrukcji katalogowych dla potrzeb procesu projektowo-konstrukcyjnego baza danych składać się powinna z trzech poziomów:

Baza katalogów - Podstawowa baza zawierająca dane o konstrukcjach katalogowych

Baza zadań - Baza pełniąca pomocniczą rolę w procesie definiowania przez użytkownika ograniczeń , które powinny spełniać wyszukiwane konstrukcje. Baza ta powinna udostępniać mechanizmy selekcji na podstawie wartości ustalonych oraz umożliwiać wykonanie dowolnych obliczeń.

Baza rozwiązań - Baza, której struktura jest identyczna ze strukturą bazy katalogów i zawierającej elementy spełniające podane przez użytkownika warunki. Zawartość bazy rozwiązań może zostać potraktowana jako baza katalogów umożliwiając w ten sposób prowadzenie sekwencyjnego poszukiwania rozwiązań od dużego zbioru do małego.

Strategia doboru nie musi być ustalona i może być każdorazowo modyfikowana przez użytkownika. Dla zadań doboru wielokrotnie powtarzanych można zbudować matrycę strategii poszukiwań przez ustalenie i zapamiętanie kolejności użycia funkcji selekcji. Dla przypadków, gdy kryteria doboru nie dają żadnych rozwiązań można wprowadzać kryteria kompromisowych rozwiązań polegających na ustaleniu wag poszczególnych kryteriów lub na wprowadzeniu współczynników poszerzających wielkość zbioru dopuszczalnych rozwiązań dla poszczególnych warunków.

Rys.10 Cykl współpracy użytkownika z katalogiem

Baza zadań stanowi zbiór procedur, wzorów matematycznych i mechanizmów umożliwiających operowanie nimi, którymi posługuje się użytkownik w celu uzyskania interesującego go rozwiązania.

W najprostszym przypadku selekcja odbywa się w wyniku podania jednoznacznej nazwy (typu) konstrukcji katalogowej. Użytkownik dysponuje takimi danymi, gdy decyzja o wyborze dokonana została poza systemem katalogu. W wyniku takiej selekcji rozwiązaniem jest zbiór jednoelementowy nie wymagający dalszej selekcji.

W bardziej złożonej sytuacji użytkownik dysponuje określonym zbiorem wartości cech konstrukcji. Są to przeważnie minimalne (maksymalne) wartości i selekcja polega na znalezieniu zbioru będącego iloczynem zbiorów wynikających z wprowadzenia poszczególnych wartości granicznych. Poszczególne wartości wprowadzane są kolejno do systemu powodując zawężanie zbioru dopuszczalnych rozwiązań. Selekcja kończy się, gdy zbiór rozwiązań jest wystarczająco mały.

Kolejnym przypadkiem selekcji jest podanie wartości parametru nie występującego bezpośrednio w katalogu ale będącego funkcją cech katalogowych. W celu dokonania wyboru należy najpierw wyliczyć tę wartość dla wszystkich obiektów i dopiero na jej podstawie dokonać oceny (wyboru). Baza rozwiązań w fazie pośredniej utworzona zostanie przez uzupełnienie bazy podstawowej o nową kolumnę zawierającą wyliczoną wartość nowego parametru. Dopiero na jej podstawie w wyniku ograniczenia wartości wielkości decyzyjnej (wyliczonego parametru) utworzone zostanie właściwe rozwiązanie.

Bardziej złożony jest przypadek , gdy jako parametr selekcji zostanie podana wielkość nie będąca parametrem katalogowym i nie pozostająca w bezpośredniej zależności z danymi katalogowymi. W tym wypadku do obliczeń należy użyć pewnej sekwencji wzorów, której efektem jest wyliczenie właściwego parametru. Sekwencja ta może zostać wprowadzona przez użytkownika lub może zostać utworzona automatycznie w oparciu dostępne dla danego katalogu wzory. Warunkiem prawidłowych obliczeń jest ustalenie takiej kolejności wykonywanych wzorów, by każdy kolejny miał dostęp do wszystkich potrzebnych mu wartości.

Jeśli w systemie dostępnych jest odpowiednio dużo wzorów związanych tematycznie z dziedziną, której dotyczy analizowany katalog, to tworzenie sekwencji obliczającej wybrane parametry można powierzyć komputerowi. Algorytm poszukiwania rozwiązania polega na sekwencyjnym przeszukiwaniu listy dostępnych wzorów i wybieraniu tych wzorów, za pomocą których można obliczyć poszczególne niewiadome.

Ostatnim przypadkiem współpracy użytkownika z katalogiem w czasie selekcji jest prowadzenie obliczeń sprawdzających. Nie oczekuje on automatycznego tworzenia katalogu rozwiązań. Użytkownik prowadzi tylko pewne obliczenia dla aktualnie wskazywanej konstrukcji. W tym wypadku katalog powinien więc udostępniać wartości parametrów po podaniu ich nazw.

Przedstawione metody selekcji konstrukcji katalogowych oparte na obliczeniach matematycznych są typowymi metodami używanymi przez konstruktora w czasie procesu projektowego. Do realizacji przedstawionych zadań został zaprojektowany odpowiedni system poszukiwań rozwiązań i poniżej zostanie opisana jego konstrukcja.

System selekcji danych w oparciu o obliczenia matematyczne (moduł obliczeniowy) składa się z siedmiu części realizujących pewne oddzielne funkcje:

1. część integracji z zewnętrznymi katalogami

2. wewnętrzny katalog wzorów i sekwencji

3. system zarządzania zmiennymi

4. system analizy i wykonania obliczeń wzorów

5. system selekcji danych i tworzenia rozwiązań

6. system przeglądania danych i prowadzenia obliczeń sprawdzających

7. system "śledzenia" wykonywanych wzorów

Integracja modułu z zewnętrznymi katalogami

Operacje na dowolnych katalogach są możliwe dzięki stworzeniu odpowiedniego połączenia między modułem obliczeniowym i katalogiem. Połączenie jest możliwe tylko z katalogami, które do przechowywania danych wykorzystują pliki zawierające informacje o strukturze danych w swoim nagłówku (pliki ".dbf").

Przy tworzeniu połączenia w zasobach modułu obliczeniowego tworzona jest informacja o wszystkich polach dostępnej tablicy, to znaczy o ich nazwach, rodzaju przechowywanych informacji, wielkości tej informacji itp. Umożliwia to posługiwanie się nazwami parametrów we wprowadzanych wzorach podobnie jak zmiennymi oraz zabezpiecza przed wykonaniem operacji na niewłaściwych argumentach. Dzięki połączeniu użytkownik ma możliwość modyfikowania katalogu danych z poziomu modułu za pomocą prowadzonych obliczeń.

Analiza wprowadzonych funkcji i wykonywanie obliczeń matematycznych

Część systemu odpowiedzialna za wykonanie obliczeń dopuszcza wprowadzanie wyrażeń od najprostszych do bardzo złożonych sekwencji wzorów.

Najprostszą operacją jest wykonywanie obliczeń bezpośrednio na wartościach (podobnie jak w zwykłym kalkulatorze) bez użycia zmiennych. Warunkiem prawidłowej pracy jest jednak zapis w postaci funkcji. To znaczy wartość obliczana musi być przypisana jakiejś zmiennej.

Wszelkie wyniki obliczeń (również częściowe) zapamiętywane są w specjalnej liście zmiennych, która zawiera informacje o nazwie zmiennej i jej wielkości. Jeśli wykorzystywana w obliczeniach zmienna nie pojawiła się jeszcze, to jest ona tworzona automatycznie i użytkownik może się do niej w dowolnej chwili odwołać. Modyfikacja wartości zmiennej

możliwa jest również w sposób bezpośredni przez podstawienie. Zmienna przechowywana jest do czasu jej usunięcia a jej wartość zmienia się przez jej nowe wyliczenie.

Użytkownik może w swoich obliczeniach posługiwać się zmiennymi wcześniej obliczonymi. Jeśli jednak używana jest zmienna, której wartość nie została obliczona nastąpi automatyczne odpytanie o jej wartość.

W czasie obliczeń użytkownik może posługiwać się typowymi funkcjami matematycznymi takimi jak np. sinus, pierwiastek, involuta itp. Składnia wyrażeń dopuszcza używanie nawiasów i operacji logicznych.

Utrzymywane przez część integracji z zewnętrznym katalogiem połączenie umożliwia wykorzystywaniem pól katalogu podobnie jak zmiennych. Moduł w czasie analizy wprowadzonego wyrażenia poprawność budowy i analizuje poprawność użycia zmiennych. Jeśli odnaleziona zostanie zmienna o nazwie zgodnej z nazwą pola tabeli uruchamiany zostaje proces sekwencyjnego przeszukiwania tabeli i zamiast jednego wyniku jako odpowiedź tworzona jest tabela odpowiedzi dla wszystkich konstrukcji występujących w katalogu. Jest ona automatycznie dołączana do katalogu rozwiązania. Ten rodzaj obliczeń tworzy więc odpowiedź w postaci nowej tabeli zawierającej wszystkie dane tabeli bazowej uzupełnioną o kolumnę odpowiedzi. W oparciu o tę nową kolumnę można dokonać selekcji podobnie jak dla pozostałych parametrów.

"Śledzenie" wykonywanych obliczeń.

Udostępnienie użytkownikowi możliwości operowania na funkcjach i zmiennych powoduje jednak, że często użytkownik nie wie jakich wartości używa system do wyliczenia zapisanego wzoru.

W normalnej pracy obliczenie jakiegoś wzoru spowoduje wyświetlenie wyniku i dopisanie lub zmodyfikowanie zmiennej na liście zmiennych. Kłopot pojawia się wtedy, gdy aktualnie wyliczany wzór posługuje się zmiennymi wyliczonymi dużo wcześniej. Użytkownik ma oczywiście możliwość bieżącego przeglądania stanów zmiennych i analizy ich wartości. Aby jednak stworzyć plastyczny obraz wykonywanych obliczeń wprowadzono funkcję pozwalającą na udostępnianie wyników pośrednich wykonywanego wzoru. W czasie aktywności tej funkcji wynik wyświetlany jest w dwóch etapach. Najpierw wyświetlany jest tekst, w którym zachowano strukturę wyrażenia wejściowego, zastąpiono tylko zmienne ich wartościami. Dopiero w drugiej fazie wyświetlany jest wynik.

Przykładowo, jeśli w systemie przechowywane są wartości zmiennych a=17 i b=0.03, to w wyniku obliczeń funkcji y=2*a+sin(b) jako pierwsza zostanie wyświetlona informacja: y=2*17+sin(0.03) a dopiero później wynik y=34.0005236

Katalog wzorów

Wykorzystywane w czasie obliczeń wzory można przechowywać w specjalnym katalogu wzorów. Każdy aktualnie wykonywany wzór może zostać umieszczony w katalogu. W czasie zapamiętywania wzoru tworzony jest automatycznie identyfikator, który zawiera nazwę funkcji i listę zmiennych wykorzystywanych w funkcji. Taki zapis ułatwia użytkownikowi analizę wzorów i pozwala na odszukanie tych wzorów, które "posługują" się znanymi zmiennymi.

Katalog wzorów połączony jest z oknem wyświetlacza i zmiana pozycji w katalogu wzorów powoduje jego automatyczne wyświetlenie w tym oknie.

Katalog wzorów może składać się z wielu tablic. Identyfikacja tablicy następuje na podstawie jej nazwy. Podział na różne tablice umożliwia tworzenie tematycznych zestawień wzorów, umożliwia również indywidualnie traktowanie obliczeń przez różnych użytkowników występujących w tym samym katalogu konstrukcji.

Sekwencje obliczeniowe

Analiza potrzeb użytkownika korzystającego z katalogu pokazała, że dobór konstrukcji bardzo często nie następuje na podstawie prostej selekcji, czy w wyniku obliczenia pojedynczego wzoru. Zwykle bywa tak, że dobór konstrukcji wymaga obliczenia dodatkowej wielkości na podstawie wielu wzorów. Zakładając więc, że istotna jest kolejność obliczeń można utworzyć pewne sekwencje wzorów, których obliczenie doprowadzi do uzyskania wyniku. W oparciu o katalog sekwencji użytkownik może tworzyć pewne cykle wzorów obliczających złożone problemy. Taka sekwencja może być używana do rozwiązywania pojedynczego zadania lub do tworzenia nowego parametru w katalogu rozwiązań wyliczanego na podstawie kilku wzorów. W katalogu istotna jest kolejność i dlatego nowy wzór dopisywany jest zawsze na końcu sekwencji.

Sekwencje przechowywane są w identycznych plikach jak pojedyncze wzory i identyfikowane są na podstawie nazwy. Jako nazwa odpowiedzi przyjmowana jest nazwa ostatnio wyliczanej funkcji.

Automatyczne generowanie sekwencji

Jeśli dostępna jest odpowiednio pełna lista wzorów dla danej dziedziny, to możliwe jest automatyczne tworzenie sekwencji wzorów wyliczającej wskazaną wielkość. Jako podstawę analizy przy odszukiwaniu właściwego wzoru przyjmuje się listę parametrów poszczególnych funkcji.

Jako wyjściowy w algorytmie przyjmowany jest wprowadzony przez użytkownika wzór. Jeśli któryś z jego parametrów nie jest dostępny w katalogu, to następuje przeszukanie katalogu wzorów w celu odszukania funkcji obliczającej ten parametr. Jako rozwiązanie zostaje przyjęty pierwszy napotkany wzór. Proces poszukiwania przeprowadzany jest cyklicznie dla całej listy niewiadomych (również tych, które występują w nowo odszukanych wzorach) aż do wyliczenia wszystkich niewiadomych lub do wyczerpania możliwości.

W algorytmie korzysta się z listy dostępnych wzorów, tworzonej listy wzorów, listy parametrów tabeli oraz z listy zmiennych tymczasowych.

Rys. 11 Algorytm automatycznego generowania sekwencji wzorów.

Selekcja danych

Podstawą selekcji danych są pewne ograniczenia, których spełnienie powoduje, że konstrukcja traktowana jest jako właściwa. Odszukanie konstrukcji najlepszej następuje w wyniku wielokrotnego zastosowania różnych funkcji ograniczających. W prezentowanym module rozwiązania umieszczane są w katalogu odpowiedzi (rozwiązań), którego struktura jest identyczna jak struktura katalogu bazowego. Funkcje selekcji są logicznymi wyrażeniami zawierającymi nazwy pól katalogu i operatory: ">","<","=" oraz "&"(AND), "|"(OR) i "!" (NOT.

W celu umożliwienia stopniowego poszukiwania rozwiązania przyjęto, że każde rozwiązanie częściowe może zostać użyte jako katalog bazowy.)

Uwagi o komputerowych katalogach

Charakteryzując komputerowe bazy danych katalogowych nie uniknie się ich porównania do tradycyjnych katalogów inżynierskich będących w powszechnym użyciu. Jak wynika z dotychczasowej praktyki w zakresie realizacji i użytkowania "katalogów komputerowych" bilans korzyści i mankamentów nie potwierdza wszystkich optymistycznych oczekiwań. Oczekiwane rezultaty tzn. zrealizowane bazy danych mimo dużych nakładów prac projektowo-programistycznych nie posiadają wielu oczekiwanych własności. Jedną z przyczyn jest złożona natura danych inżynierskich oraz operacji na tych danych. Inny problem to konieczność nowego kompleksowego podejścia do katalogów w momencie

projektowania ich komputerowych odpowiedników. Podstawowy błąd popełniany w realizacji oprogramowania w dziedzinie CAD jest mniej lub bardziej uświadomiona próba przenoszenia do projektu oprogramowania tych mechanizmów, które stosowano bez użycia techniki komputerowej. Punkt wyjścia prac projektowych omawianych w niniejszym rozdziale jest inny. Przyjęto, że na zagadnienie należy spojrzeć z dwóch stron. Jedna z nich prowadzi do określenia zbioru zadań wykonywanych przez system komputerowy najbardziej pożądanych przez użytkownika. Druga strona to, skrótowo, możliwości sprzętu i oprogramowania komputerów. Projekt systemu powstaje przy tym podejściu jako kompromis między, najogólniej rzecz ujmując, potrzebą a możliwościami. Projekt systemu nie jest zatem prostym i narzucającym się przeniesieniem tradycyjnego podejścia do nowego środowiska jakie uzyskujemy dzięki zastosowaniu techniki komputerowej. Projektowany system ma nowe cechy dotychczas nie występujące w praktyce. To prowadzi często do sytuacji, w której w pierwszej fazie stosowania systemu nie są zauważane i wykorzystywane przez użytkowników najciekawsze mechanizmy systemu. Wiele wartościowych programów i systemów z dziedziny CAD jest przyjmowanych na początku bardzo krytycznie na podstawie prostego porównania podejścia starego z nowymi możliwościami. Aby choć częściowo wyeliminować ten efekt należy zrealizować atrakcyjne i skuteczne mechanizmy współpracy użytkownika z systemem oraz opracować przekonywujący opis użytkowania systemu. Opis ten musi zawierać zrozumiały, możliwie pełen model funkcjonalny systemu w odróżnieniu od powszechnej praktyki szczegółowego opisywania możliwości systemu (np. szczegółowe opisy komend). Szczegółowy opis jest oczywiście potrzebny ale nie jako jedyny materiał opisowy, gdyż wobec braku "wizji" systemu użytkownik odkrywa samodzielnie najważniejsze zalety systemu analizując dziesiątki szczegółów oczywiście pod warunkiem, że starczy mu czasu i cierpliwości.

Tworząc komputerową wersję katalogów inżynierskich jako bazę danych katalogowych jednym z podstawowych zadań jest przeniesienie do pamięci komputerowej informacji zawartych dotychczas w "klasycznych" katalogach. Pierwszy problem jaki się pojawia w takiej sytuacji jest znalezienie komputerowych odpowiedników dla bardzo zróżnicowanych form zapisu danych takich jak np. rysunek, tabelka, szkic, opis tekstowy. W niniejszym opracowaniu przedstawiono propozycję rozwiązania tego problemu. Trudniejszym zadaniem jest odwzorowanie w komputerze specyficznych powiązań między zapisanymi danymi. W książkowej wersji katalogu sprawa jest o tyle prostsza, że powiązania te całkowicie realizuje człowiek, który także wykonuje wszystkie operacje na katalogu (przeliczenie, wybór, znalezienie odpowiednich współrzędnych na wykresie wraz z wykorzystaniem tych współrzędnych w obliczeniach itd.).

Mając w ręce dowolny specjalistyczny katalog inżynierski dużo łatwiej stwierdzić, które dane mają być zapisane w komputerze natomiast trudniej jest określić zasady operowania tymi danymi.

Analizując sprawę dokładniej okazuje się, że na danych katalogowych wykonuje się wiele różnorodnych operacji często bardzo wyrafinowanych jeśli porównać je do operacji zawartych w typowych algorytmach przetwarzania danych. Określenie reguł "operacyjnych" jest podstawowym, najważniejszym zadaniem projektantów systemu katalogowych baz danych.

Zalety katalogowych baz danych

Korzystając z komputerowych baz danych katalogowych użytkownik-inżynier uzyskuje jakościowo nowe możliwości w stosunku do metod tradycyjnych. Poniżej zestawiono najważniejsze zalety baz danych katalogowych.

Możliwość dynamicznej selekcji informacji na podstawie wymagań konstrukcyjnych, technologicznych i funkcjonalnych interakcyjnie określanych przez użytkownika. Do decyzji użytkownika należy określenie zbioru wymagań stawianych wobec poszukiwanego obiektu w bazie danych. Zbiór ten może jednocześnie zawierać bardzo różnorodne wymagania, które rozpatrywane są łącznie. W podejściu tradycyjnym użytkownik ma wiele zadań często bardzo prostych, ale bywa też, że czasochłonnych, gdyż sam dokonuje przeglądu, sam sprawdza warunki, sam wykonuje niezbędne przeliczenia itp. Doświadczenie pozwala często inżynierowi na szybkie skojarzeniowe wyszukanie potrzebnych danych w katalogu tradycyjnym ale występuje tutaj niebezpieczeństwo pominięcia elementów, które obiektywnie rzecz ujmując powinny być wyszukane, gdyż spełniają postawione warunki. Istotną zaletą jest dynamiczny charakter działań, gdyż na podstawie wcześniejszych rezultatów, uzyskanych przy mniej pełnych danych, uściśla się zadanie kierowane do bazy danych. Mankamentem często występującym przy wyszukiwaniu w bazach komputerowych jest konieczność wykonywania kilku kroków aby dotrzeć do informacji, która przez człowieka z doświadczeniem uzyskana jest natychmiastowo z katalogów tradycyjnych.

Tworzenie zestawień porównawczych obiektów ze względu na cechy wskazane dynamicznie przez użytkowników systemu baz danych. Takich możliwości nie dają katalogi tradycyjne. Oczywiście w tych katalogach znajdują się zestawienia ale opracowano je z punktu widzenia twórców katalogu, co nie zawsze musi pokrywać się potrzebami użytkownika. Jeżeli do zestawień porównawczych dodać choćby najprostsze środki graficzne (wykresy słupkowe itp.) to porównania realizowane komputerowo mogą być zarówno efektywne jak i efektowne, co ma także istotne znaczenie. Dodajmy dla porządku, że przy opracowywaniu zestawień często trzeba wykonywać wiele obliczeń co jest domeną komputerów.

Wspomaganie użytkownika w tworzeniu "bilansów" typu np.: wzrost cen w czasie, moc obiektów odniesiona do ich masy, średnie czasy realizacji operacji itp. Katalog tradycyjny jako twór statyczny nie ma takich możliwości. Mechanizmy, które tutaj są sygnalizowane mogą być przydatne we wspomaganiu podejmowania decyzji inżynierskich.

Automatyzacja generowania wykazów elementów składowych konstrukcji z/bez szczegółowych charakterystyk. Tego typu działania mogą dotyczyć tylko złożonych obiektów przechowywanych w bazie danych. Ze względu na znaczną czasochłonność prac polegających na tworzeniu wykazów oraz, przede wszystkim, ze względu na bardzo rutynowy charakter działań, wszelkie wspomaganie użytkownika w omawianym zakresie jest bardzo pożądane.

Możliwość uzyskania gotowego fragmentu projektu w postaci akceptowalnej przez systemy CAD/CAM. Jeśli faktycznie uda się w implementacji oprogramowania spełnić powyższy postulat, a tym bardziej gdy chodzi o przekazanie danych w obie strony, to jest to istotna zaleta. Szczególnie atrakcyjna dla użytkownika systemu i jego twórcy jest możliwość przekazywania danych między katalogami a innymi programami z dziedziny CAD/CAM. W świetle dążeń integracyjnych w zakresie zastosowań komputerów w przemyśle rozpatrywany aspekt jest faktycznie ważny.

Wykonywanie zautomatyzowanych wielowariantowych obliczeń inżynierskich w trakcie korzystania z katalogów komputerowych. Ze wszystkich możliwych sytuacji, gdy ważne jest wykonywanie obliczeń w procesie korzystania z katalogów komputerowych uwypuklono taki przypadek, gdzie możliwości komputerów z zatem korzyści użytkowników mogą być największe.

Przechowywanie zapisów zadań rozwiązanych z wykorzystaniem systemu baz danych katalogowych w celu ich ponownego wykorzystania po wprowadzeniu niezbędnych modyfikacji. Podano tutaj typowy przykład mechanizmu, który co prawda w sensie merytorycznym nie wnosi nowych jakościowo operacji w procesie użytkowania katalogów komputerowych ale jest bardzo pożądany jako istotne usprawnienie prac.

W katalogach komputerowych mogą być przechowywane obiekty w postaci parametrycznej tzn. faktycznie przechowuje się opis grupy obiektów wraz ze zmiennymi, których wartości są dobierane wg. znanego algorytmu. Jest to bardzo "silny" mechanizm jeśli porównać z możliwościami takich systemów jak AutoCAD, LogoCAD, czy inne. Wiadomo, że parametryzacja jest ciągle słabą stroną systemów CAD.

Możliwości prezentacji charakterystyk w postaci graficznej przy dowolnie dobieranym skalowaniu co pozwala np. porównywać charakterystyki pierwotnie podane dla innych skalowań. Jest to cecha całkowicie nowa jeśli porównać z katalogami tradycyjnymi.

Proces konstruowania rozpoczyna się od analizy otoczenia wytworu, której wynikiem jest uściślone sformułowanie zadania. Zawiera ono żądaną funkcję, wymagania techniczne i zadane koszty.

Obieg informacji:W procesie rozwiązywania zadań istnieje ciągła potrzeba nowych informacji: szukanie,

przetwarzanie, i prezentowanie informacji.Obieg informacji jest z reguły bardzo złożony. Do rozwiązania zadania potrzebne są

informacje bardzo różnorodne, o różnej treści i zakresie. Poziom uzyskiwanej informacji jest poprawiany poprzez wielokrotne powtórzenia

Katalogi:Zbiór znanych i wypróbowanych rozwiązań określonych rozwiązań konstrukcyjnych.

Katalogi zawierają informacje o znacznie zróżnicowanej treści oraz rozwiązania o różnym stopniu konkretyzacji. Mogą być w nich gromadzone informacje o efektach fizycznych, zasadach rozwiązań, części znormalizowane,:

Zadania:Szybki, nieskomplikowany, zorientowany na typ zadania dostęp do zgromadzonych

rozwiązań lub danychMożliwość uzupełniania wiedzyNiezależność od branżyZapis danych rozmytych ()

Komputerowe środowisko prezentacji i przetwarzania danych o konstrukcji

Analiza tradycyjnych środków zapisu informacji o konstrukcji oraz rozpoznanie możliwości tehik komputerowych pozwala na wytypowanie grupy obiektów, które powinny w wystarzającym i zadawalającym stopniu pozwolić na zapis informacji o konstrukji i umożliwić dowolną jej analizę.

Proponuje się zdefiniowanie i użycie następujących prostych kategorii danych (PKD), które staowić będą podstawę do zapisu konstrukcji.:

1. Rysunek wektorowy2. Rysunek bitmapowy3. Wykres4. Zapis tekstowy5. Funkcja matematyczna6. Zapis tabelaryczny7. Animacja8. Dźwięk

Dla kategori tych określona jest postać danych na wejściu i wyściu oraz wewnętrzne funkcje przetwarzania. pomyślane są one w ten sposób, by istniała możliwość tworzenia połączeń

między poszczególnymi kategoriami i tworzenie z nich obiektów złożonych to znaczy obiektów bezpośrednio reprezentująych stosowane w projektowaniu postaci danych.

W oparciu o te kategorie tworzone będą złożone kategorie danych (ZKD).Jako przykładowe złożone kategorie danych można przedstawić:Rysunek parametryczny wektorowy - realizowany on będzie przez rysunek wektorowy i funkcję matematyczną oraz zapis tabelarycznyProces obliczeniowy - funkcja matematyczna i zapis tabelarycznyRysunek techniczny - rysunek wektorowyRysunek ideowo-konstrukcyjny - rysunek wektorowyNotatka - zapis tekstowyWykres funkcji matematycznej - funkcja, zapis tabelaryczny i wykresSchemat ideowy - rysunek wektorowy i zapis tabelarycznyFilm - animacja komputerowaModel konstrukcji - rysunek wektorowy (3D)

Możliwe jest również tworzenie nowych kategori nie spotykanych w tradycyjnym projektowaniu takich jak opis hypertekstowy tworzony z wielu kategorii prostych, aktywna tabela (arkusz kalkulacyjny) - zapis tabelaryczny i funkcja matematyczna, graficzna prezentacja danych tabelaryznych. itp.Dodatkowym elementem stosowanym w proponowanych kategoriach są wewnętrzne funkcje przetwarzania danych umożliwiające przykładowo zmianę sposobu prezentacji wykresu czy wprowadzenie oświetlenia w rysunku wektorowym.

Dla ujednorodniena zasad posługiwania się poszczególnymi kategoriami wprowadza się Zintegrowane Środowisko Prezentacji i Wymiany Danych.

WyjścieWyjście

Wejście

Wejście

Funkcjewewnętrzne

Kategoriedanych

Warstwa koordynacji działań

Ilustracja A Model środowiska prezentacji o przetwarzania danych

Zadania ZŚPiWD:

Przyjmowanie informacji z bazy danych niezależnie od struktury danych i ich modelu

Przyjmowanie informacji z systemów graficznych w postaci rysunków wektorowych oraz wariantów rysunkowych

Przyjmowanie informacji z systemów obliczeniowych (optymalizacyjnych , matematycznych) ; mogą to być np wzory pozwalające na wyszukiwanie danych w katalogu

Operowanie na danych katalogowych nie (również na symbolach bazy danych - pozwala to na tworzenie zapytań poza bazą danych)

Przyjmowanie danych z urządzeń przetwarzających dane (skaner, dygitalizer itp)

Tworzenie zbioru reguł przetwarzania danych wg. potrzeb użytkownika

Umożliwienie przekształcanie postaci prezentowanych danych (Zmiana postaci prezentacji nie zmienia danych przechowywanych w katalogu)

Wymiana informacji pomiędzy kategoriami i łączenie prezentacji

Wysyłanie informacji do systemów graficznych w postaci przez nie akceptowanej

Tworzenie zapytań o dane katalogowe w formatach kategorii prezentacji

Przedstawianie danych w dowolnej z zaproponowanych kategorii prezentacji wiedzy.

Zakłada się, że obsługa Środowiska oparta będzie o te same techniki jakie proponuje się w procesie konstrukcyjnym umożliwi to konstruktorowi zadawanie pytań o otrzymywanie odpowiedzi w formacie, którego aktualnie używa.

Do realizacji obsługi zaproponowanych kategori proponuje się użycie ośmiu modułów. Dla każdego z modułów określone są postaci danych na wejściu i wyjściu oraz zestaw metod obróbki danych. Moduły pomyślany są tak, by umożliwić obróbkę danych w różnych postaciach, tak by uniezależnić się od źródeł wysyłających i przyjmujących te dane. Możliwa więc staje się współpraca pomiędzy dowolnymi modułami.

Moduł obsługi rysunków wektorowych

Zapis formatuwewnętrznego w

formie tabelarycznej

Wektoryzacja

Wewnętrzne fukcjeprzetwarzania danych,óswietlenie, ukrywanie

linii itp

Obsługa wewnętrznegoformatu wektorowego

Urządzenia wektorowe,pliki

Wewnętrzny formatbitmapowy

Zewnętrze fukcjeprzetwarzania danych

Przetwarzanie dowewnętrznego formatu

Wewnętrzny formatbitmapowy

Zewnętrze formatywektorowe

Moduł obsługi rysunków bitmapowych

Zapis formatuwewnętrznego w

formie tabelarycznej

Wewnętrzne fukcjeprzetwarzania danych

Obsługa wewnętrznegoformatu bitmapowego

Urządzenia bitmapowe,monitor, pliki

Zewnętrzne formatybitmapowe

Zewnętrze fukcjeprzetwarzania danych

Przetwarzanie dowewnętrznego formatu

Wewnętrzny formatbitmapowy

Zewnętrze formatybitmapowe

Moduł obsługi wykresów

Wewnętrzne fukcjeprzetwarzania danych

Wewnętrzny formatwektorowy

Zewnętrze fukcjeprzetwarzania danych

Wewnętrzny foramttabelaryzny

Wewnętrzny foramttabelaryzny

Moduł obsługi tekstu

Zapis formatuwewnętrznego w

formie tabelarycznej

Wewnętrzne fukcjeprzetwarzania danych

tekstowych

Urządzenia tekstowe,pliki

Wewnętrzny formatbitmapowy

Zewnętrze fukcjeprzetwarzania danych

Przetwarzanie dowewnętrznego formatu

Wewnętrzny formattekstowy

Zewnętrze formatytekstowe

Moduł obliczeniowy

Zapis formatuwewnętrznego w

formie tabelarycznej

Wewnętrzne fukcjeprzetwarzania danych,„śledzenie” obliczeń

Lista wykonywanychfunkcji

Wewnętrzny formatbitmapowy

Lista wyników wwewnętrznym formacie

tabelarycznym

Zewnętrze fukcjeprzetwarzania danych

Przetwarzanie dowewnętrznego formatu

Wewnętrzny funkcjematematyczne

Zewnętrze funkcjematematyzne

Moduł obsługi zapisu tabelarycznego

Zapis formatuwewnętrznego w

formie tabelarycznej

Wewnętrzne fukcjeprzetwarzania danych

Wewnętrzny formatbitmapowy

Wewnętrzny formattabelaryczny

Zewnętrze fukcjeprzetwarzania danych

Przetwarzanie dowewnętrznego formatu

Wewnętrzny formatdanych

Zewnętrze formatydanyh

Moduł obsługi animacji

Zapis formatuwewnętrznego w

formie tabelarycznej

Wewnętrzne fukcjeprzetwarzania danych

Wewnętrzny formatbitmapowy

Urządzenia zewnętrzne,pliki

Zewnętrze fukcjeprzetwarzania danych

Przetwarzanie dowewnętrznego formatu

Wewnętrzny formatdanych

Zewnętrze formatyanimacji

Moduł obsługi dźwięku

Zapis formatuwewnętrznego w

formie tabelarycznej

Wewnętrzne fukcjeprzetwarzania danych

Urządzenia zewnętrzne,pliki

Zewnętrze fukcjeprzetwarzania danych

Przetwarzanie dowewnętrznego formatu

Wewnętrzny formatdanych

Zewnętrze formatydźwiękowe

Proponowana struktura modułów do obsługi kategorii umożliwia swobodne operowanie dowolnymi danymi wykorzystywanymi w projektowaniu. Zakłada się przy tym, że w czasie używania środowiska nieznae są wstępnie postaci danych wejściowych i wyjściowych. Zestaw funkcji wewnętrznyh powinien pozwolić na swobodne przekształcanie danych i tworzenie wzajemnyh powiązań między dowolnymi danymi. Nie jest celem tej pracy przedstawienie wszystkich transformacji wewnętzrnych kategorii danych ale zaklada się, że wszystkie te transformacje są możliwe. W chwili obecnej można określić tylko wybrane. Takie ujęcie problemu umożliwi tworzenie dowolnych połączeń kategorii w zależności od dostępnych danych i wymagań użytkownika. Dla sytuacji nieokreślonych w chwili obecnej przewidziano możliwość dołączania zewnętrznych funkcji przetwarzania danych i rozszerzania w te sposób środowiska w przyszłości. Nie jest rownież istotne zastanawianie się ad sesownośią i możliwością przretwarzania wybranych kategorii. Jako przykład niech posłuży absurdalne z pozoru połączenie wykresu słupkowego z dźwiękiem. o się jedak stanie, gdy poszczególnym serią danych przypiszemy wartości dźwięków. Może taki wykres zagra?!.

Dla typowych sytuacji projektowych przedstawione zostaną poniżej przykłady zastosowania opisywanego środowiska.

Parametryczny zapis konstrukcji w formie rysunkowej

Załóżmy, że w konstrukcji wykorzystywana jest nakrętka metryczna, której wielkość geometrycza i wytrzymałościowa jest znana. Wielkość nakrętki dobierana jest na podstawie przenoszonych przez nią obciążeń. Załóżmy również, że dostępny jest katalog komputerowy nakrętek metrycznych, w którym dla każdej nakrętki podane są wymiary geometryczne. Zadaniem konstruktora będzie więc w opariu o środowisko przetwarzania danych zdefiniowania złożonej struktury (ZKD) pozwalającej na modyfikację dokumentacji rysunkowej w zależności o podawanych przez konstruktora obciążeń.

Pierwszym elementem ZKD będzie więc moduł obsługi danych tabelaryznych, który pozwoli a pobranie danych z zewnętrznego katalogu. Zadaniem konstruktora będzie dopasowanie formatu przetwarzania daych oraz określenie znazenia poszczególnych danych.

Kolejnym elementem ZKD będzie moduł oblizeniowy, w którym zdefiniowane zostaną matematyczne zależości poszczególnych wymiarów geometrycznych nakrętki w zależności od wielkości obciążenia. tak przygotowane dane pozwolą na sterowanie wartościami współrzędnych obiektów podtawowyh w rysunku wektorowym.

Wykonanie rysunku powierzone zostanie oczywiście zewnętrznemu systemowi graficznemu, z którym współpracować będzie moduł obsługi rysunku wektorowego. Jego wewnetrzny zapis danych powiązay będzie z modułem obliczeniowym.

Po zdefiniowaiu wartości wejściowych dotyczących obiążenia odszukana zostanie w katalogu odpowiednia nakrętka a następniu w oparciu o pobrane z katalogu dane geometrycze zmodyfikowany zostanie rysunek zewnęrtznego systemu graficznego.

Mx6,y6

x5y5 x4,y4

x3,y3

x2,y2x1,y1

Powiązanie wzorami danych zkatalogu ze współrzędnymi

elementów rysunkowych

Przetwarzanie nawewnętrzy format

danych

Reprezetacjawewnętrzna rysunku

Moduł obsługi danych tabelarycznych

Moduł oblizeniowy

Zewnętrzny katalognakrętek

Tworzenie animacji opisującej zachowanie elementu

Kolejny przykład przedstawi możliwość tworzenia prostej animacji w oparciu o zdefiniowane zależości funkcyjne dla obiektu prostego np. wahadła.

Powiązanie elementówrysunkowych z zależnościami

matematycznymiReprezetacja

wewnętrzna rysunku

Moduł oblizeniowy

Fn

m

L

Ft

2 31

Ruch wahadła opisany jest zestawem funkcji matematycznych.

Zdefiniowanie ZKD polegać będze na połączeniu wysunku wektorowego, modułu oblizeń matematycznych, który posłuży do wyliczenia kolejnych współrzędnych wahadła w założonych odcinakach czasu. Jeśli wyniki obliczzeń przekazane będą do danych opisujących rysunek wahadła i dzięki modułowi obsługi animacji zarejestrowane zostaną kolejne kadry ruchu wahadła animaja pokazująca ruch wahadła animacja będzie gotowa.

Opis realizacji zautomatyzowanego transportu kartonów

Kolejne zadanie pokaże w jaki sposób środowisko prezentacji danych umożliwi rozwiązanie transportu kartonów.

Zadanie:

Z dwóch niezależnych żródeł podawane są kartony z różnym towarem. Kartony transportowane będą wspólnym odcinkiem transportera a następnie rozdzielane do dwóch miejsc składowania. Zadaniem projektanta jest określenie rodzaju i miejsca zamocowania urządzeń sterujących i napisanie autoamatyki sterowania tych urządzeń.

Jako dane wejściowe posłuży rysunek z miejsami podawania i odbioru kartoów i przebieg transporterów:

A

B

C D

Automatyka sterująca zamontowana będzie w miejscach, gdzie spotykać się będą kartony podawane ze źródeł A i B oraz w miejscu, gdzie kartony będą rozdzielane do punktów odbioru C i D. Dla umożliwienia rozdzielania kartonów będą na nich naklejae nalepki z kodem paskowym umożliwiając w ten sposób zastosowanie skanera. Cykl podawania kartonów w punktach A i B zapisany zostanie do tabeli i na jej podstawie podawane będą na transportery kartony.

Miejsce zetknięcia się podawanych kartonów zabezpieczone będzie dwoma blokadami sterowanymi fotokomórkami imieszczonymi na transporterach podających. Fotokomórka F1 połączona jest logicznie z blokadą B2 a fotokomórka F2 z blokadą B1. Blokady zamykane są, gdy połączone z nimi fotokomórki są aktywne.

Rozdzielanie kartonów realizowane będzie za pomocą blokady B3, skanera S1 i fotokomórek F3 i F4 i rozjazdu R1. Identyfikacja kartonu przez skaner powoduje włączenie blokady B3 i w

zależności od rozaju kartonu odpowiednie ustawienie rozjazdu. Zniesienie blokady następuje po aktywowaniu jednej z fotokomórek F3 i F4.

A

B

C D

S1

B3

F3

F4

F2

F1

B2

B1

ZKD powstanie przez połączenie modułu grafiki wektorowej do obsługi rysunkowej, modułu obsługi danych tabelarycznych do obsługi podawania i zdejmowania kartonów, modułów obliczeniowych powiązanych z obiektami automatyki do ich sterowania i sterowania ruchem kartonów oraz modułu obsługi animacji do wizualizacji ruchu kartonów.

f(x)

f(x)f(x)f(x)

f(x)f(x)f(x)

f(x)

Opis struktur zapisu informacji o obiektach (entity)

(Organizacja systemu zapisu (e-proces I))

()Program przeznaczony jest zarówno dla osób modelujących procesy na własne potrzeby

jak i profesjonalistów - informatyków, analityków procesów i konsultantów wdrożeniowych - którzy przetwarzają utworzone modele w celu ich analizy. Oprócz modelowania, przeglądania modeli i raportowania, program w wersji standardowej umożliwia:

weryfikację, analizę modeli konfigurowanie standardów modelowania definiowanie zawartości i formatu raportów dokumentowanie procedur ISO 9000 import i eksport danych z innych systemów do modelowania procesów opartych o

bazę danych definiowanie użytkowników oraz ich uprawnień do bazy danych procesów

Dla systematyzacji i ułatwienia odszukiwania modeli diagramów zostały one podzielone na pięć grup:

Organizacja Informacje o strukturze organizacyjnej firmy Dane Diagramy umożliwiające modelowanie danych oraz związków pomiedzy

nimi. Procesy Diagramy opisujące szczegółowe działania w firmie, procesy i

megaprocesy zachodzące w firmie. Funkcje Diagramy opisujące tematyczne związki pomiędzy procesami. Tabele Tabele są specjalnymi diagramami, które nie są przedstawiane w formie

graficznej. Tabela może zawierać obiekty tylko jednego typu (wzorca) i służy do przechowywania informacji w formie listy.

Zawartość poszczególnych grup może zostać zmieniona w zależności od potrzeb, dlatego zawartość twojego programu może rożnić się od opisywanej w tej instrukcji.Najważniejsze modele diagramów programu eproces dga.

Procesy zachodzące w przedsiębiorstwie mają różnorodny charakter, dlatego w programie eproces dga dostępne są różne typy diagramów. Do każdego typu diagramu przypisana jest lista dostępnych obiektów oraz ich reprezentacji graficznych a co się z tym wiąże różna funkcjonalność modelu. Reprezentacje graficzne obiektu mogą być różne dla różnych modeli. Poniżej przedstawione zostaną najważniejsze modele diagramów programu eproces dga z listami dostępnych w nich obiektów.

Diagram „Schemat organizacyjny”

Diagram ten wykorzystywany jest do zobrazowania struktury organizacyjnej. Struktura przedstawia zarówno stanowiska jak i komórki organizacyjne - ich przynależność i podległość. Połączenie łącznikiem obiektu stanowisko o nazwie Dyrektor administracyjny ze stanowiskiem Asystentka Dyrektora Administracyjnego oznacza, że pierwszy z tych obiektów jest zwierzchnikiem drugiego.

Na „Schemacie Organizacyjnym” dostępne są następujące obiekty: „Jednostka Organizacyjna”, „Stanowisko”, „Osoba”, „Rola”.

Rysunek 1 Fragment diagramu Schemat Organizacyjny.

Model „Diagram ról”

Model „Diagram ról” umożliwia przypisanie w strukturze obiektów: „Rola” i „Grupa”. Obiekty te symbolizują typ stanowiska lub grupy osób.

W procesie, na którym znajduje się funkcja: „weryfikacja wykonanych prac”. Funkcję tą może wykonać Kierownik Projektu. Kierownik projektu nie jest stanowiskiem, jest rolą, jaką może pełnić któreś ze stanowisk zdefiniowanych w strukturze organizacyjnej. Aby umożliwić zdefiniowanie takiej zależności, na diagramie ról łączymy obiekt „Kierownik Projektu” z konkretnymi stanowiskami. Ważne jest, aby łączenie przebiegało od roli do stanowiska, a nie odwrotnie. Połączenie roli z funkcją oznacza, że tylko jedno z tych stanowisk może pełnić daną funkcję w jednym konkretnym procesie (może być tylko jeden kierownik jednego projektu).

Podobna sytuacja zachodzi wtedy, gdy funkcję może pełnić kilka stanowisk jednocześnie (np. Grupa dyrektorów na którą składają się dyrektor administracyjny, dyrektor marketingu, dyrektor IT weryfikują budżet). W takiej sytuacji zamiast umieszczać wszystkie stanowiska jednocześnie przy tej funkcji i pogarszać czytelność procesu umieszczamy obiekt grupa dyrektorów, który definiujemy na diagramie ról analogicznie podobnie jak „Typ Osoby”.

Obiekty dostępne w „Diagramie Ról”: „Jednostka Organizacyjna”, „Stanowisko”, „Osoba”, „Rola”.

Rysunek 2 Typ osoby "Kierownik projektu" zdefiniowany na diagramie ról.

Diagram alokacji funkcji

Diagram ten służy to przypisania pojedynczym funkcjom lub całym procesom obiektów informacyjnych bądź organizacyjnych. Na przykład w celu określenia właścicieli procesów, którymi mogą być zarówno stanowiska, jak i osoby. Wstawiamy np. osobę Jan Kowalski umieszczamy funkcję Planowanie budżetów, podpinamy pod nią proces planowanie budżetów, łączymy łącznikiem Jana Kowalskiego z funkcją i w ten sposób tworzymy właściciela procesu.

Obiekty dostępne na „Diagramie alokacji funkcji”: „Funkcja”, „Jednostka organizacyjna”, „Grupa”, „Stanowisko”, „Osoba”, „Rola”, „e-mail”, „Telefon”, Dokument”, „Dokumenty zewnętrzne”, „Załącznik”, „Dokumenty związane”, „Rejestr”, „Dyskietka”, „Formularz”, „FAX”, „Aplikacja”.

Rysunek 3 Fragment diagramu alokacji funkcji - definicja właściciela procesu.

Proces biurowy

Jest to typ procesu, który w najbardziej szczegółowy sposób określa przebieg procesu biznesowego. Jest budowany z następujących obiektów: „Proces” , „Funkcja”, „Zdarzenie”, „Stanowisko”, „Jednostka organizacyjna”, „Grupa”, „Stanowisko”, „Osoba”, „Rola”, „e-mail”, „Telefon”, Dokument”, „Dokumenty zewnętrzne”, „Załącznik”, „Dokumenty związane”, „Rejestr”, „Dyskietka”, „Formularz”, „FAX”, „Aplikacja”, operatory (i, lub, albo).

Dla diagramów tego typu zdefiniowano specjalne reprezentacje graficzne, tak by stał się ona czytelny również dla osób nie związanych bezpośrednio z projektowaniem diagramów a uczestniczących w modelowanym procesie.

Rysunek 4 Fragment procesu biurowego.

Łańcuch wartości dodanejEEPC

EEPC (wierszowy)Drzewo funkcjiTabela osobowaDiagram instrukcji

W poniższej tabeli zostały umieszczone ważniejsze obikety programu eproces.

Ikona Nazwa Opis

Jednostka organizacyjna

Przykłady jednostek organizacyjnych:

- Zarząd;- Departament

Administracyjny;- Dział obsługi klienta;

Stanowisko Przykłady stanowisk:- Prezes Zarządu;- Dyrektor

Administracyjny;- Konsultant;- Asystentka zarządu.

Osoba Konkretny pracownik firmy opisany imieniem i nazwiskiem

Model danych dla zapisu konstrukcji

W większości systemów CAD/CAM i CIM zwraca się szczególną uwagę na technikę modelowania danych. Motywacją do tego jest kompleksowe podejście do projektowania i przewidywana integracja z innymi systemami. Znane międzynarodowe standardy modelowania danych (PDES/STEP) również przewidują ewentualne użycie wymiany informacji pomiędzy różnymi systemami CAD/CAM.

Model informacyjny bazy danych dla wspomagania projektowania powinien umożliwiać pełen zapis informacji o konstrukcji. Możliwy powinien być zapis cech konstrukcyjnych, zasad operowania konstrukcją, informacje o cyklu eksploatacji, produkcji, charakterystykach, opis pracy w układzie itp. Należy pamiętać, że pożądana postać informacji zależy nie tylko od rodzaju konstrukcji ale również od przygotowania odbiorcy, aktualnych potrzeb. Informacja może zmieniać się w czasie eksploatacji. Produkt zostaje zaprojektowany i wyprodukowany. Wyprodukowany przedmiot może zostać opisany typowymi charakterystykami zgodnymi ze standardowymi bazami danych. Inaczej jest, gdy konstrukcja jest tylko w fazie koncepcji. Ważnym elementem w projektowaniu jest podejście prób i błędów z uwzględnieniem krokowej analizy cech obiektów.

Aby uporać się z odpowiedzią na pytanie: jakie struktury danych są odpowiednie do implementacji bazy danych dla celów wspomagania projektowania, jakie są własności tych danych i jak powinny one być reprezentowane przez struktury fizyczne potrzebna jest solidna znajomość rodzajów informacji, którą zamierza się przechowywać w bazie danych. Dla celów analizy posłużymy się nieformalnym modelem danych zwanym modelem związków encji.

Nie popełnimy zbyt wielkiej pomyłki, gdy na struktury zdefiniowane w modelu związków encji spojrzymy jak na schematy pojęciowe.

W tej części przedstawione zostanie głębokie spojrzenie na informacje potrzebne w procesie projektowym i na analizę kryteriów weryfikacji tych informacji.

Obiektywność wszystkich modeli informacyjnych opisuje się współczynnikiem możliwości modelowania wszechświata (universe of discourse UoD). Wskaźnik ten reprezentuje możliwość przedstawienia form, wyrażeń, związków modelowanej rzeczywistości przy pomocy opisywanego modelu. UoD może zostać przedstawiony jako n-wymiarowa przestrzeń definiowana przez reprezentowane w modelu cechy. Oceniany model jest pewnym regionem w tej przestrzeni ustawionym w ten sposób, że pewne cechy łatwiej a pewne trudniej w nim modelować.

Obiekt

Wszystkie modele danych zawierają obiekty lub encje (entity). Encja jest to odpowiednik istniejącego fizycznego obiektu. Może to być nakrętka M6, wiertło 8 itp. Encją może też być złożona klasa obiektów np. silnik, łożysko. Wszystkie podobne obiekty (encje) tworzą zbiór encji. Przykładowym zbiorem mogą być wszystkie łożyska, wszystkie łożyska kulkowe itp. Obiekty mogą być niskiego poziomu (low-level) np. cecha lub pojedyncza część, lub wysokiego poziomu (high-level) np. maszyna, rurociąg, system złożony z większej liczby części. Obiekty są zwykle reprezentowane przez agregacje (aggregation) i mają lub nie swoje nazwy.

Dobranie odpowiedniego zbioru obiektów (encji) jest jednym z najbardziej istotnych posunięć przy wyborze właściwego dla konkretnej bazy danych modelu.

Encje mają własności, zwane atrybutami, które każdej encji przypisują pewną wartość z dziedziny wartości danego atrybutu (niektóre modele traktują atrybuty jako obiekty). Pewne atrybuty mają pojedynczą wartość inne rozbudowaną strukturę wartości, jak np. skomplikowane powierzchnie . Pewne atrybuty mogą być definiowane proceduralnie jako funkcje, np zjawiska termiczne, mogą być również pochodnymi innych atrybutów. Inne atrybuty mogą zmieniać się w czasie np. dla celów symulacji. Atrybuty o charakterze funkcji w obiektach wysokiego-poziomu są identyfikowane intencjami, np. kubatura miejsc siedzących w audytorium. Inne atrybuty mają charakter złożonych form, np. geometria, właściwości materiałowe.

Atrybut (lub zestaw atrybutów), którego wartość jednoznacznie identyfikuje każdy obiekt w zbiorze obiektów, jest nazwany kluczem do tego zbioru.

Związki (relacje)

Związek (relacja) jest generalnym terminem służącym do grupowania podobnych obiektów. Jest to po prostu uporządkowana lista zbiorów encji. Poszczególne zbiory mogą na tej liście występować wielokrotnie. Relacje są kluczowymi pojęciami we wszystkich koncepcjach modelowania informacji. Pewne modele używają wyłącznie relacji binarnych; inne wykorzystują relację n-argumentową. Relacje są zwykle informacyjnie definiowane przez wyrażenia lub określnik. W wielu systemach, relacje są definiowane proceduralnie przez ciało wykonywalnego kodu. Relacje mogą mieć kierunek z jednego obiektu do innego; większość modeli umożliwia definiowanie wielokierunkowe.

Podstawowym typem relacji jest agregacja, która grupuje elementy niskiego-poziomu (lower-level) w relacje wysokiego poziomu (higher-level). Agregacja jest często definiowana jako stała. Agregacje są dwojakiego rodzaju. Pierwsze bazują na wspólnych odwołaniach, to

jest zbiorze atrybutów opisującym pewien obiekt wysokiego-poziomu. Nazywamy to koherencją. Drugie bazują na składnikach obieków, które tworzą inny obiekt, tak jak część mechanizmu. Nazywamy to kompozycją agregacji. Jej przeciwieństwem jest dekompozycja. Kompozycja jest relacją między częścią obiektu a całym obiektem. Złożony obiekt jest traktowany jako abstrakcja części składowych.

Agregacje w rzeczywistości pozwalają wariantować elementy konstrukcyjne (constructors) definicji. Elementy te są różnymi drogami grupowania obiektów lub atrybutów w relacje. Zwykłe konstruktor zawierają ustawienia, uporządkowane listy i rekordy. Agregacja może być strukturalizowana jako rekord, tak jak atrybuty opisują obiekt; w innym wypadku mogą one być uporządkowaną listą, tak jak np. sekwencja zdefiniowanych punktów opisuje powierzchnię.

Inną ważną relacją w modelowaniu jest specjalizacja. Specjalizacja jest binarną relacją pomiędzy pewnym obiektem, którego definicja jest częściową definicją innego obiektu. Dla przykładu, pewien obiekt należący do klasy łożyska posiada atrybuty wspólne dla łożysk kulkowych, łożysk wałeczkowych i innych łożysk. Łożyska kulkowe i łożyska wałeczkowe są specjalizacją łożysk, natomiast obiekt łożyska jest ich abstrakcją. Czasami specjalizacja jest opisywana jako relacja "is a". Specjalizacja jest zwykle definiowana formalnie jako relacja "subset". Generalizacja jest relacją, której przeciwieństwem jest specjalizacja. Agregacja i specjalizacja odgrywają fundamentalną rolę w projektowaniu. Ponieważ w kompleksowym projektowaniu, obiekty definiowane są przyrostowo, wykorzystuje się obie relacje. W pierwszym przypadku, nowa definicja jest tworzona przez specjalizację istniejących obiektów, to znaczy przez definiowanie nowych obiektów, które zawierają pierwotne obiekty plus dodatkowe własności lub funkcje. Przykładem mogą być omawiane łożyska. W innych mechanizmach, kompozycja i dekompozycja, obiekty są dekomponowane na części, np. maszyna jest dekomponowana na części. Specjalizacja i dekompozycja mogą być stosowane dopóki znaczenie powstających obiektów jest istotne w produkcie. Obie relacje korespondują do generalnego pojęcia "design refinement"

Specjalizacja w projektowaniu

W tej części zostaną przedstawione warianty definicji i realizacji specjalizacji. Pewne definicje zawierają tylko specjalizację atrybutów, np. obiekty powiązane przez koherencję. Inne zawierają również inne relacje, takie jak np. dekompozycja. Jeszcze inne umożliwiają przedstawienie zależności obiektów w specjalizacji w granicach dostępnych definicji. To jest możliwe przez włączenie mechanizmów pozwalających zmieniać opisy obiektów w czasie. Pewne modele wyróżniają klasy obiektów i dopuszczają tylko specjalizację klas. Pewne dopuszczają by wartości zmiennych były specjalizowane, eliminowane eliminując wszystkie różnice pomiędzy klasami i przykładami. Pewne dopuszczają przekazywanie atrybutów, metod lub wartości, kiedy inne wprowadzają relację „subset”.

W projektowaniu, różnorakie typy atrybutów są potrzebne do opisu procesu wykonania obiektu. Większość obiektów posiada cechy geometryczne i pewne szczególne cechy, np. termiczne, elektryczne lub dotyczące struktury. Każdy typ odgrywa pewną rolę w opisie zawiłej struktury i w operowaniu tą strukturą. Typy te pozwalają stworzyć obraz obiektu. Tak więc definicja obiektów z wielorakimi funkcjami pozwala na wykorzystanie zdolności dopuszczającej wieloraką specjalizację w pojedynczych obiektach. To jest także pożądane do specjalizacji bardziej kompleksowych relacji, takich jak np. montaż zespołu, czy symboliczne przedstawienie szczególnych przypadków przy pomocy aktualnie używanych w systemach CAD symboli.

Klasa i przykładowa dychotomia, ze specjalizacją tylko klas, wymaga, by poziomy detali dla wszystkich obiektów były określone zanim zostanie rozpoczęte projektowanie. W standardowym projektowaniu, w którym nowy projekt jest parametrycznym wariantem poprzednich projektów, takie podejście może być zadawalające. W większości współczesnych projektów pojawiają się jednak dodatkowe cechy, takie jak np. dźwięki, drgania, związki termiczne itp. W takich przypadkach muszą być dodane nowe atrybuty, by umożliwić opis tych obiektów. Może to być także przydatne do określenia wartości określonych zmiennych dla klas obiektów. Tak więc zbiór otworów może być określony przez stałą średnicę i gwint, ale mieć różną głębokość. Takie podejście jest udostępnione w większości systemów CAD jako „zapisywalne atrybuty”. Umożliwia to modyfikowanie środowiska projektowego już po zamknięciu procesu wykonania programu, gdy ustalono ostateczny kształt aplikacji, zdefiniowano zmienne i nadano im wartości.

Przykładowa klasa dychotomii narzuca oddzielne traktowanie poszczególnych części procesu projektowego. Platforma do modyfikowania środowiska projektowego już w czasie działania jest bardzo atrakcyjną opcją systemu.

(Composition in design)

Kolejnym typem wydzielonym w projektowaniu jest kompozycja. Wszystkie modele danych przygotowane do wspomagania projektowania uwzględniają kompozycję jako bardzo ważną relację i podstawową (primitive relation). Kompozycja jest relacją odwracalną. Kompozycja jest stosowana w wielu różnych przypadkach: układ pokoi w budynku, układ wejść w budynku i ich układ logiczny, struktura zasuw, zamków i połączeń tworzących logiczną strukturę, układ przewodów smarujących w obrabiarce, połączenia układu sterującego obrabiarki itp. W projektowaniu pojęcie kompozycji jest więc szeroko stosowane.

Analiza potrzeb wykazuje, że kompozycja powinna uwzględniać co najmniej dwa typy składowych relacji. Pierwsza, właściwości obiektów złożonych są definiowane przez właściwości elementów składowych. Przykładowo, kształt obiektu złożonego jest zwykle związany z kształtem części; natężenie przepływu w rurociągu jest funkcją przepływów w poszczególnych częściach obwodu. Te wymienione relacje zachodzą pomiędzy cechami układu i cechami części. Nosi to nazwę relacje właściwości. Relacje właściwości pomiędzy zespołem i częściami składowymi mogą mieć charakter bardzo złożonych związków. Ma to miejsce np. w opisach struktur, przepływach cieczy, propagacji akustycznej itp. Drugi typ, to relacje określające jaka jest rola części w konstrukcji traktowanej całościowo, Przykładowo, aby rurociąg stanowił sprawny układ przystosowany do transportu cieczy, elementy rurociągu muszą być połączone przy pomocy łączników takich jak kolanka, reduktory. Nazywa się to warunkami wstępnymi dla relacji pomiędzy właściwościami. Obie relacje powinny być uwzględnione w relacji kompozycji.

Pojedynczy element jest składową wielu kompozycji. Przykładowo kompozycja kształtu geometrycznego jest tworzona przez wiele elementów, które są jednocześnie składowymi kompozycji cech funkcyjnych czy technologicznych. Zwykle zakłada się, że w konstrukcji jest tylko jedna dekompozycja. Jednakże, ponieważ część ma wiele cech (funkcji) możliwa jest różnoraka dekompozycja. Jeden element może być użyty w dekompozycji do zbioru kształtów, do zbioru elementów składowych uwzględnianych przy obliczeniach wytrzymałościowych, czy elementów modelu przepływu ciepła. Wynika z tego, że model danych powinien uwzględniać takie wielokierunkowe relacje.

Więzy

W modelach informacyjnych semantyka relacji jest określana dwoma różnymi metodami. Pierwsza metoda polega na określaniu relacji na podstawie pewnych związków, które warunkują istnienie relacji. Przykładem może być specjalizacja, która może być zdefiniowana w różnorodny sposób. Zwykle określenie obiektu następuje w wyniku wydzielenia podzbioru innego obiektu według pewnej przyjętej zasady. Innym przykładem jest łącząca wiele obiektów w jeden agregacja. W opisach takich atrybuty obiektu są od niego zależne. Znaczy to, że jeśli obiekt zostanie usunięty z bazy danych, to znikną także wszystkie atrybuty opisujące ten obiekt. Tak więc w agregacji zawarte są związki pomiędzy obiektem a jego atrybutami.

Inną metodą definiowania relacji jest użycie więzów. Więzy są regułami, które przyporządkowuje się relacjom i pozwalają określać rolę relacji. Możliwe więzy tworzą podzbiór konieczny i wystarczający. Relacje mogą być początkowo definiowane zupełnie intuicyjnie a dopiero później, w czasie eksploatacji systemu, precyzowane przez dodanie więzów określających rolę relacji. Jako przykład przyjmiemy obiekt „samochód” , zapewniając mu posiadanie czterech „kół” jako części składowych. Relacja „part-of” jest tu określana przez użycie koniecznych i wystarczających więzów. Więzy zaczynają istnieć, gdy zostanie zdefiniowany obiekt „samochód”, jednocześnie zaczynają również istnieć obiekty „koła”. Więzy konieczne narzucają istnienie czterech kół natomiast więzy wystarczające określają, że pojawienie się czterech kół wystarczy, by powstał samochód.

(Variant constrains and partial integrity)

Więzy wariantowe mają wielorakie zastosowanie w projektowaniu. W tym rozdziale zostaną omówione dwa z nich.

Kolejność wykonywania operacji projektowych nie jest ściśle określona. Tylko w nielicznych przypadkach kolejność ta jest ustalona. Wynika to z faktu, że wykonanie niektórych operacji jest uzależniona od prawidłowego zakończenia innych operacji. Przykładowo naprężenia mogą być wyliczone dopiero po określeniu obciążenia, kształt maszyny zależy od przewidywanych funkcji, które ma ona realizować itp. Ze względu, na fakt, że proces projektowy oparty jest o pewne skończone działania, akcje w jednym obszarze zmieniają założenia w innym obszarze i wpływają na zmianę procesu projektowania. Wariantowe więzy dopuszczają wybór ze zbioru możliwości w zależności od sytuacji i stanu w danej chwili zadawalającego konstruktora.

Jeśli więzy są przykładowo określane jako funkcja momentu zginającego, siły ścinającej, to dla pewnego przypadku (wartości funkcji) możliwe jest wyliczenie naprężeń ścinających czy nacisków powierzchniowych. Jeśli jednak nastąpi zmiana struktury krystalicznej spowodowana obróbką cieplną czy plastyczną dane te mogą być niewystarczające. W tym przypadku dane do obliczeń mogą być udostępniane z poziomu innej operacji projektowej pozwalając na przejęcie opisu więzów przez inne elementy procesu projektowego. Pozwala to na rozszerzanie możliwości opisu już w po wstępnym określeniu przez projektanta warunków i wykonaniu pewnych obliczeń.

Drugi sposób użycia więzów wariantowych polega na użyciu translacji informacji pomiędzy aplikacjami. Każda aplikacja posiada pewną płaszczyznę umożliwiającą przejmowanie danych z innych aplikacji pozwalając w ten sposób traktowanie danych wyjściowych jednej aplikacji jako danych wejściowych innej aplikacji. Taka translacja danych pozwala na zmianę formatu danych, przykładowo:

-zmianę jednostek (np. cale na metry)

-agregację danych niskiego poziomu (low-level) do postaci zintegrowanej (high-level) (np. łączenie masy elementów przy obliczaniu obciążenia wypadkowego)

-konwersję pewnych atrybutów (np. Zmianę zbioru płaszczyzn w bryłę)

-możliwość definiowania nowych definicji (np.Wat=Amper*Volt lub Gęstość=Masa/Objętość)

Takie proponowane zmiany są jeszcze dzisiaj trudne do zrealizowania, wymagają zdefiniowania silnych powiązań w szeroko rozumianym translatorze.

Tak rozumiane więzy dopuszczają konwersje danych realizowaną centralnie, dopuszczają przekształcanie wartości z jednego widoku do drugiego. Powinny również umożliwiać łączenie więzów pierwszego i drugiego typu.

Jeśli relacje są wariantowe, to musi również istnieć możliwość dynamicznego określania ich statusu. W pewnych przypadkach relacje mogą być definiowane proceduralnie z uwzględnieniem modelu informacyjnego, pozwalając na prezentację dosłowną lub zmodyfikowaną związków wewnątrz bazy danych. W innych przypadkach, gdy systemy zarządzające są zbyt wielkie , sterowanie danymi może odbywać się z zewnątrz. Taka organizacja danych pozwala na ustawianie „aktywności” relacji w miarę potrzeb. Zależy to od koniecznej postaci danych na wyjściu programu. Pozwala także na zerowanie więzów, gdy następuje zmiana argumentów.

Podsumowując, opisywane relacje stosowane w opisie danych w projektowaniu występują w dwóch poziomach. Pierwszy to pewne stałe relacje strukturalne, które są podstawą struktury danych, o które model informacyjny dla projektowania jest zdefiniowany. Zawierają one dwa typy agregacji związków obiektu: kompozycja i specjalizacja.

Inne relacje są zdefiniowane jako stałe lub zmienne relacje uwzględniające generalną strukturę. W tym wypadku spójność obiektu może pociągać za sobą przekształcenia związków i relacje pomiędzy różnymi geometr6cznymi modelami, które są potrzebne do prezentacji różnorodnych widoków, np. ten sam obiekt w różnych aplikacjach może być prezentowany w różny sposób. Kompozycja pociąga za sobą specyficzne relacje zawierające podstawowe reguły do opisu przepływu energii, zasady działania, struktury obiektu. Zawierają one relacje określające wpływ atrybutów poszczególnych części na cały obiekt. Są więc dwa rodzaje relacji: jeden definiuje abstrakcyjne zależności obiektu jako całości, drugi określa relacje wewnętrzne. Oba rodzaje są potrzebne, by w kompletny sposób przedstawić informacje o projektowanym obiekcie.

Dynamiczna definicja modelu opisu

Większość modeli nie przewiduje dynamicznej modyfikacji czy rozszerzalności. Jest to podejście niepraktyczne, ponieważ wymaga to pełnego zdefiniowania informacji przed jej implementacją. Aby uczynić aplikację bardziej adekwatną do potrzeb procesu projektowego powinna ona uwzględniać następujące elementy procesu projektowego:

selekcja, zmiany , dobór materiału czy opracowywanie technologii

Definiuje to partykularną kompozycyjną strukturę obiektu i/lub dodawanie istotnych atrybutów obiektu

Zmianę pewnych elementów z predefiniowanego zbioru kryteriów analizy: Każda taka ocena wymaga, możliwie niepowtarzalnego, zbioru materiałów czy cech geometrycznych.

Muszą one być dodane do przetwarzanego obiektu, przez modyfikację lub specjalizację. Wydzielenie i sformatowanie zdolności jest możliwie potrzebne jeśli ocena jest uruchomiona jako zewnętrzny program. To może być widoczne w pewnym czasie kiedy ocena modelu informacyjnego jest potrzebna w projektowaniu. Projektowanie wymaga obu tych zdefiniowanych informacyjnych struktur i jeszcze wypełnienia struktury wartościami.

Dynamiczna ocena nie musi być osobno włączona do modelu inicjowanego jako statyczny. Problemy powstają w relacjach do akcji które modyfikują obiekt należący do wielu innych obiektów. Narusza to definicję tych obiektów. Inne zmiany mogą powodować usunięcie zapisu. Jeśli usunięcie jest wywołane do obiektu lub zmiennej która jest powiązana przez relację . Implikacje lub dynamiczne zmiany stają się widoczne w formalnych definicjach modelu danych, w relacjach do jego niezmiennych cech. Muszą one istnieć w bezpośredniej formie z rozszerzeniami i modyfikacjami. Jeśli są możliwe tylko ze statycznymi ... to wtedy dynamiczne warunki nie są dostępne.

Model obiektowo-zorientowany

Współczesnym kierunkiem w modelowaniu informacji jest obiektowo-związkowy system zarządzania bazą danych. Obiektowo-zorientowany model pozwala użytkownikowi intuicyjnie posługiwać się nowym pojęciem w modelowaniu: obiektem. Obiekty są abstrakcyjnymi typami danych (ADT), w których określa się specyficzne zachowanie się obiektu i ukrywa się strukturę danych i technikę implementacji. Implementacja ADT zawiera strukturę danych oraz operatory które pozwalają na odpowiednie operowanie zawartą w nich informacją. Przez ukrycie wewnętrznych danych, operowanie danymi poza obiektem nie jest możliwe; wszystkie manipulacje na danych muszą być udostępnione przez połączone z obiektem i widoczne na zewnątrz obiektu metody.

Najistotniejszą właściwością obiektowego modelu danych jest odwrócenie zależności między danymi i funkcjami do operowania nimi. W ujęciu tradycyjnym wykonanie jakiejkolwiek operacji w bazie danych polega na wywołaniu pewnej funkcji, której przekazywane są informacje o przechowywanych danych. W ujęciu obiektowym postępuje się odwrotnie. To funkcja usługowa jest wywoływana na rzecz danych. Odwrócenie relacji między funkcjami i danymi nie jest zabiegiem formalnym. Umożliwia ono uniknięcie sytuacji, w której funkcja jest wywoływana dla danych do przetwarzania których nie została uprawniona. Dzięki temu zmniejsza się ryzyko popełniania błędów opisu danych i korzystania z informacji. Obsługa bazy danych jest tym łatwiejsza im jawniejsza jest jej struktura wewnętrzna. Sprowadza się to do grupowania informacji i odseparowania danych i związanie ich jedynie z funkcjami uprawnionymi do ich przetwarzania. Zabieg ten nazywa się hermetyzacją i związany jest pojęciem klasa. Klasa jest strukturą danych, której egzemplarze składają się nie tylko z pól ale również operatorów pozwalających na operowanie tymi danymi. Jeśli informacja jest pewnej klasy, to na jej rzecz mogą być aktywowane tylko operatory zadeklarowane w tej klasie. W szczególności umożliwia to sprawdzenie, czy polecenie aktywowania funkcji zostało wydane we właściwym kontekście.

Ważną właściwością modelu obiektowego jest możliwość tworzenia na podstawie klasy bazowej pewnej wywodzącej się od niej klasy, nazywanej klasą pochodną. Klasa pochodna dziedziczy po klasie bazowej wszystkie jej komponenty, uzupełniając je swoimi własnymi polami i funkcjami składowymi. Umożliwia to rozszerzanie klasy o nowe właściwości, w tym jej uszczegółowienie.

Inną ważną cechą stylu obiektowego jest możliwość rozstrzygania o wyborze aktywowanej funkcji dopiero podczas używania bazy danych a nie już w czasie tworzenia

katalogu. Tę cechę nazywa się polimorfizmem. Zapewnienie środków do realizowania polimorfizmu wyrażające się możliwością związania funkcji z obiektem dopiero podczas wykorzystywania katalogu, umożliwia rozbudowywanie już istniejących klas i wyposażanie ich w pierwotnie nie przewidziane właściwości funkcjonalne. W przypadku wspomagania projektowania takie właściwości są bardzo pożądane ze względu na stale rozbudowywany zbiór dostępnych materiałów, technik wykonania metod klasyfikacji i oceny konstrukcji.

Kryteria doboru modelu

Złożoność procesu projektowo-konstrukcyjnego i jego specyfika powinna znaleźć możliwie wierne odbicie w strukturach danych modelu zastosowanego do przechowywania informacji o obiektach używanych w tym procesie. Aby umożliwić pełną ocenę poniżej przedstawione zostaną cechy, które powinny charakteryzować dobrze dobrany model informacyjny.

Możliwość w tworzenia pełni abstrakcyjnych typów danych. Jest to potrzebne do ścisłego opisu modelowanych danych.

Różnorodne metody specjalizacji.

Kompozycja obiektów

Relacje pomiędzy kompozycjami

Relacje wewnątrz struktury obiektu

Relacje pomiędzy zmiennymi

Relacje wariantowe

Wariantowe relacje definiowane operacyjnie

Możliwość połączenia z zewnętrznymi aplikacjami

Możliwość zarządzania częściową integralnością

Uwzględnienie rozwoju technik projektowania

Umożliwienie rozdrobnienie analizowanych cech na mniejsze części

Rozszerzony model obiektowo-związkowy jako przykład poddany ocenie

W tym rozdziale przedstawione zostanie wykorzystanie modelu obiektowo-związkowego (ER) opracowanego przez Petera Chena do reprezentacji pewnej prostej konstrukcji. Jest to fragment budynku, który jest przedstawiony na rysunku

Powierzchnia 2OcieplenieElement konstrukcyjnyŚciana nośnaDrzwiOknoPowierzchnia 1

Rys. 0-A Zestawienie elementów konstrukcji opisywanej w przykładzie

Opis zdarzeń podobnie jak w Kick and Play, GameMaker, …

SoftVelocity przedstawia Clarion 5.5, następny krok w rozwoju linii produktów Clarion. Szczególnie silny nacisk w tej wersji został położony na produktywność programisty i łatwe połączenie z siecią Internet.

Nowy interfejs użytkownika

Nowy Edytor właściwości charakteryzuje się intuicyjnym interfejsem, który po prostu trzeba zobaczyć, by w pełni docenić jego zalety. Możemy teraz m.in. zmieniać właściwości wielu kontrolek jednocześnie.

W nowy edytor właściwości został także wyposażony słownik danych. Pozwala on na edycję tablic, pól, kluczy i relacji bez potrzeby wchodzenia do każdej tabeli. Pozwala również na zaznaczanie większej ilości pól dla masowych zmian lub zmiany atrybutów tablic.

Dużym udogodnieniem jest dzielony panel w generatorze aplikacji.Wystarczy po prostu zaznaczyć procedurę myszką żeby zobaczyć tablice, zmienne, strukturę okna, formu ły, kod źródłowy, rozszerzenia procedury. Kliknięcie myszką na którymkolwiek z tych obiektów powoduje otwarcie jego właściwości bądź odpowiedniego edytora.

Na rysunku powyżej warto zwrócić uwagę na nową zakładkę "Modified". Pokazuje ona ostatnio modyfikowane procedury w porządku chronologicznym. To nowe rozszerzenie będzie szczególnie przydatne w pracy z dużymi aplikacjami, wtedy kiedy np. zachodzi potrzeba sprawdzenia, jakie zmiany były zrobione 2 tygodnie temu a nie bardzo pamiętamy, w których procedurach.

W edytorze wstawek kodu źródłowego znajdziemy nowy przycisk "Filled". Jego wciśnięcie powoduje otwarcie tych wstawek kodu, które zostały przez nas wypełnione. Redukuje to czas generowania kodu i daje w rezultacie dużo lepszy podgląd kodu w procedurze

Nowości w sterownikach plików danych

CallbacksNowe dodatki do języka pozwalają na wykorzystanie interfejsu Callback. Daje to dostęp trigerów SQL zarówno dla zbiorów ISAM jak i SQL.

Rozbudowana składnia dla filtrów SQLMożliwe jest teraz stosowanie wyrażeń FILTER, ORDER, czy JOIN. Wszystko, co zdefiniujemy jako wyra żenie SQL, jest przekazywane w postaci czystego kodu SQL.Przykłady: MyView VIEW (AFile), FILTER ('Ord:PurchaseDate = TODAY() AND ' & |'SQL(A. Info LIKE "%Must deliver today%")'), ORDER('SQL(A. Customer)') END

MyView{PROP:Filter} = 'SQL(A.Customer IN (SELECT CustID FROM Customers WHERE BadCustomer = 0)'

Procedury składowane w plikach SQLClarion 5.5 umożliwia wywoływanie procedur składowanych, dodatkowo pozwalając na stosowanie parametrów wejściowe i wyjściowe.

Wartości nieokreślone w tablicach SQLObsługa wartości nieokreślonych (NULL) w tablicach SQL jest teraz znacznie lepsza.

Dodatkowe właściwości plików Jest teraz dodatkowo dostępna pewna liczba właściwości plików, takich jak np. PROP:Record. Umożliwiają one np. pobieranie rekordu bezpośrednio z pliku.Przykłady: Rec &GROUPCustomer FILE, DRIVER ('TopSpeed') Record RECORD Name STRING (20) ..

CODE  Rec &= Customer {PROP:Record}

Rozszerzenia w szablonach

ViewOnly Form Programiści często korzystają z wyświetlania rekordu w trybie tylko do odczytu. Podczas gdy było to relatywnie łatwe do zastosowania przy użyciu kodu źródłowego, to jednak zastosowanie szablonu jest dużo wygodniejsze. Z tego powodu programista ma teraz do dyspozycji trzy nowe szablony tego typu. Przy użyciu przez aplikację Web, kontrolki tylko do odczytu pokazywane są jako tekst.

Audyt rekordów

Zachowywanie zmian następujących w danych jest istotnym elementem aplikacji bazodanowych. Globalny szablon DbAuditing pozwala na określenie zbiorów i poszczególnych pól w zbiorach, których zmiany mają być rejestrowane w specjalnych zbiorach ASCII Log.

Opcje wiersza poleceń Globalny szablon RunCommandLineProc umożliwia określenie, która procedura ma być uruchomiona przy starcie aplikacji. Dzięki temu możemy zdefiniować kilka różnych procedur "main" dla naszej aplikacji i wybierać tę właściwą poprzez zastosowanie odpowiedniego parametru, z którym jest ona uruchamiana.

Fuzzy MatchingTen szablon pozwala na zastosowanie kontrolek typu ENTRY oraz BUTTON do obsługi wyszukiwania i wyświetlania rezultatu według wagi trafień. Rozszerzenie to jest dodawane do okna typu Browse, dzięki czemu końcowy użytkownik aplikacji może w łatwy sposób wyszukiwać dane i oglądać rezultaty w wybranej kolejności.

Przekierowanie do stronyProsty szablon kodu umożliwiający dynamiczne przekerowanie do wybranej strony (URL).

Zmiany w technologii Web

Technologia WEB została kompletnie przebudowana, tak by nie wymagała stosowania Java. Teraz aplikacje WEB pracują znacznie szybciej. Co więcej, istniejące apliacje opracowane za pomocą Internet Connect, które używały szablonów Java, będą dalej obsługiwane przez C5.5.

Równolegle z przejściem do czystego HTML, Clarion 5.5 wprowadza specjalne style Web. Są to pliki tekstowe przechowujące kod HTML i TSSCRIPT. TSSCRIPT to skrypty przypominające JavaScript i współpracujące wygenerowanym kodem HTML aplikacji WEB . Style Web umożliwiają autorowi aplikacji lub webmasterowi zmianę wyglądu gotowej aplikacji Web i dopasowaniu jej do strony użytkownika bez potrzeby rekompilacji.

Application ServerWraz z Clarion 5.5.Enterprise Edition jest dostarczany Application Server wraz z licencją dla 50 użytkowników (dawniej rozpowszechniany pod nazwą Application Broker). Może on być bezpłatnie dostarczany użytkownikom naszych aplikacji! Application Server został wzbogacony o obsługę metody POST pozwalającej na obsługę formularzy i pól memo poprzez sieć Web. Istotną nowością jest możliwość wkompilowania Application Server'a w kod aplikacji. Dzięki temu aplikacja Web uruchamiana lokalnie otwiera się w oknie przeglądarki WWW. Możemy nadawać aplikacji ten sam wygląd i zachowanie bez względu na to, czy pracuje lokalnie, czy poprzez Internet.

AppGuard Szablon pozwalający w łatwy sposób ograniczać dostęp do aplikacji, procedury lub poziomu aplikacji. Inny szablon pozwala nowemu użytkownikowi na zalogowanie sie i dopisanie go do bazy danych. Szablon AppGuard jest łatwo konfigurowalny i prosty do zastosowania w istniejących aplikacjach

AppHit Manager

Szablon umożliwiający monitorowanie ilości uruchomień (trafień) aplikacji lub wybranych jej procedur. Licznik może być zastosowany nawet dla dowolnego okna lub kontrolki. Inny szablon pozwala na prezentowanie ilości trafień (uruchomień).

Szablony CyberCashSzablony CyberCash pozwalają na obsługę weryfikacji i autoryzacji kart kredytowych. CyberCash jest światowym liderem w dostarczaniu usług tego typu. Więcej informacji na stronie www.cybercash.com

Szablony MessagingZestaw szablonów pozwalający na obsługę poczty (SMTP) lub grup dyskusyjnych (NNTP) bezpośrednio z aplikacji. Dzięki nim nasze programy stają się kompletnym system obsługi poczty i grup dyskusyjnych pracującym niezależnie od innych klientów poczty i grup dyskusyjnych.Te szablony pozwalają na łatwe i funkcjonalne:

Wysłanie dokumentu (email lub newsgroup) Przekształcenie danych w dokument przed wysłaniem Wysyłanie wiadomości w oparciu o zdarzenia (triggers) Określenie globalnych odbiorców lub grup odbiorców Załączanie pliku do wiadomości Wysłanie wiadomości do pojedynczego lub grupy odbiorców w oparciu o szablon

typu proces. Wysłanie wiadomości do grupy dyskusyjnej i jako poczty w tym samym momencie.

Zastosowana technologia pozwala na wprowadzenie w późniejszym czasie innych funkcji, takich jak obsługa FTP, czy Telnet.

Środowisko pracy systemu Microsoft SQL Server Wprowadzenie do programowania z wykorzystaniem MS SQL Server'a Tworzenie i zarządzanie bazami danych Tworzenie typów danych i tabel Integralności danych, planowanie Tworzenie i obsługa indeksów Tworzenie perspektyw, funkcji, procedur składowanych oraz wyzwalaczy Praca z danymi rozproszonymi Wydajność zapytań Analiza zapytań z wykorzystaniem opcji SHOWPLAN Zarządzanie transakcjami i blokadami

Elementami

tyczeÒ ñ luty ñ marzec ñ nr 1/1997 4mÛg ten doskonale spe³nia najnowsze dziecko amerykaÒskiej firmyAutodesk o nazwie AMD ñ Autodesk Mechanical Desktop.Jedn¹ z podstawowych zalet pakietu jest bazowanie na dobrzeznanym AutoCAD-zie, wykorzystywanie jego rysunkÛw p³askich,

wreszcie pos³ugiwanie siÍ dobrze znanymi komendami. Uøytkownikmoøe przy relatywnie niewielkim nak³adzie pracy konstruowaÊskomplikowane obiekty przestrzenne, wykorzystuj¹c do tegocelu wczeúniej wykonan¹ (np. w poprzedniej wersji AutoCAD-a)dokumentacjÍ p³ask¹. Nadawanie konstrukcjom p³askim (jak i przestrzennym)wiÍzÛw geometrycznych pozwala na ³atwe i bardzo precyzyjnewykonywanie projektÛw 3D.Bardzo bogate rozwijalne menu ikonowe, praca na obiektachrenderowanych, szybki wybÛr odpowiedniej iloúci rzutni przedstawiaj¹cych przedmiot, b³yskawiczne dopasowanie ca³ego widokuprzedmiotu do obszaru roboczego ekranu, dowolne ustawienie wprzestrzeni przedmiotu reprezentowanego siatkowo lub renderowanegoñ to tylko czÍúÊ z wielu zalet programu. Wszystkie te elementywp³ywaj¹ na znaczne skrÛcenie czasu potrzebnego na wykreúleniemodelu.Ca³y pakiet, wyposaøony w opracowany specjalnie dla projektantÛwi inøynierÛw mechanikÛw interfejs, sk³ada siÍ z trzech zasadniczychczÍúci:AutoCAD 13 (w jego najnowszej wersji c4),AutoCAD Designer ñ do modelowania bry³owego,AutoSurf ñ do zaawansowanego modelowania powierzchniowego.Bardzo przydatn¹ cech¹ pakietu jest projektowanie parametryczneposzczegÛlnych elementÛw konstrukcji z zapisaniem danychdo pliku tekstowego, mog¹cego podlegaÊ dalszej obrÛbcew arkuszu kalkulacyjnym lub zwyk³ym edytorze w DOS. Rozwi¹zanieto umoøliwia tworzenie w³asnej bazy elementÛw powtarzalnych,typoszeregÛw itp., oczywiúcie w trzech wymiarach.AutoCAD Designer posiada wiele przydatnych narzÍdzi do projektowaniamodeli. Bry³Í tworzymy przez wyci¹gniÍcia, obroty itp.Sama opcja wyci¹gniÍÊ oferuje wiele uøytecznych moøliwoúci,np. wyci¹gniÍcie zarysu znajduj¹cego siÍ na zewn¹trz bry³y do jejpowierzchni lub do p³aszczyzny, tworzenie elementÛw typu wewnÍtrznychøeber wzmacniaj¹cych z p³askich zarysÛw zewnÍtrznych. Dodatkowoprzy wyci¹gniÍciach jednoczeúnie wybieramy sposÛb skojarzenianowo tworzonej czÍúci elementu z obiektem bazowym ñwyciÍcie, po³¹czenie, czÍúÊ wspÛlna. ZaoszczÍdza to w znacznymstopniu czas zuøyty na wykonanie elementu 3D.Dodane nowoczesne narzÍdzia do fazowania, zaokr¹glania,szyku ko³owego lub prostok¹tnego, mog¹ce kopiowaÊ, wycinaÊlub ³¹czyÊ ca³e czÍúci obiektu trÛjwymiarowego, jak i wbudowanyautomatyczny generator otworÛw prostych, pog³Íbionych, stoøkowychñ przelotowych, nieprzelotowych i gwintowanych, przypo³¹czeniu z pe³n¹ parametryzacj¹ wszystkich danych okreúlaj¹-cych wyøej wymienione operacje, stwarzaj¹ bardzo przyjazne i silnenarzÍdzie do prawdziwego projektowania wszelkiego typu konstrukcjidla inøynierÛw.W kaødej chwili uøytkownik moøe edytowaÊ swoje obiekty przezklikniÍcie myszk¹ na czÍúci elementu maj¹cej ulec zmianie. Edycji mog¹rÛwnieø podlegaÊ wczeúniej nadane wiÍzy, wymiary ñ a wiÍc wszystkoto, co jest odpowiedzialne za efekt koÒcowy: gotowy produkt.TwÛrcy pakietu posunÍli siÍ tak daleko w moøliwoúciach edycyjnych,øe umoøliwili analizÍ procesu powstawania naszej konstrukcjikrok po kroku za pomoc¹ bardzo przydatnej komendyAMREPLAY. Komenda ta pozwala na úledzenie go pocz¹wszy odpierwszego zarysu i przeprowadzenie modyfikacji w dowolnym,odpowiadaj¹cym konstruktorowi momencie. Jeøeli po³¹czymy toz moøliwoúci¹ edytowania parametrÛw okreúlaj¹cych wymiaryprzedmiotu (przechowywanych w pliku tekstowym), moøliwoúci¹redefiniowania wiÍzÛw, jak i wykorzystaniem wczeúniej stworzonychrysunkÛw, to moøliwoúci s¹ ogromne.

Obiekty projektowane nie musz¹ byÊ bry³ami. Do ich konstrukcjimog¹ byÊ wykorzystane wszelkiego rodzaju powierzchnie ñ zaoperacje na nich odpowiada modu³ AMD AutoSurf. Ta czÍúÊ pakietuumoøliwia nam rozpinanie wszelkiego rodzaju powierzchniopartych na zarysach, liniach, poliliniach i poliliniach 3D. Utworzeniepowierzchni odbywa siÍ w najprostszy sposÛb: przez wskaza-

AMD ñ NOWY STANDARD W PROJEKTOWANIU MECHANICZNYM?Projektowanie jedynie w dwÛch wymiarach staje siÍ przesz³oúci¹. Coraz wiÍksza iloúÊ uøytkownikÛw decydujesiÍ na pracÍ w 3D, szczegÛlnie wtedy, gdy ich zak³ad dysponuje obrabiarkami sterowanymi numerycznieoraz gdy prowadzona jest zaawansowana analiza konstrukcji (MES, kinetyka w 3D). Nie kaødy jednak systemumoøliwia tak potrzebne rÛwnoleg³e pos³ugiwanie siÍ rysunkami p³askimi i przestrzennymi konstrukcji. Wy-styczeÒ ñ luty ñ marzec ñ nr 1/1997 5nie zarysu i úcieøki, przez wskazanie dwÛch linii lub krzywych, wskazaniekilku linii okreúlaj¹cych przekroje i úcieøek itp.Moøliwe jest wzajemne przycinanie powierzchni, ³¹czenie, zaokr¹glanie, dodawanie, edycja naroøy itp. AutoSurf radzi sobie tymsamym doskonale z tak k³opotliwymi dotychczas operacjami, jaknp. zaokr¹glanie rÛønymi promieniami naroøy kostki.Dodajmy, øe oba sposoby modelowania konstrukcji: bry³owy ipowierzchniowy, mog¹ harmonijnie wspÛ³istnieÊ na jednym rysunku.Zmiany w rysunkach 3D s¹ automatycznie przenoszone narysunki p³askie i odwrotnie; modyfikuj¹c wymiary na rysunkup³askim zmieniamy konsekwentnie bry³Í ñ czyø nie jest to optymalnerozwi¹zanie?Osoby dobrze znaj¹ce Ñpoczciwego AutoCAD-aî i projektuj¹-ce w trzech wymiarach, doskonale znaj¹ utrudniony sposÛb sk³adaniai wzajemnego ustawiania modeli 3D. Autodesk MechanicalDesktop problem ten rozwi¹zuje w sposÛb doskona³y. TwÛrcy oprogramowaniawyposaøyli go w specjalistyczne narzÍdzia do sk³adania,ustawiania i edycji z³oøeÒ 3D. Ca³y problem sprowadza siÍdo wskazania plikÛw rysunkowych (istnieje moøliwoúÊ skorzystaniaz przegl¹darki ñ Assembly Browser), maj¹cych tworzyÊ ca³oúÊ,i nadania im ³atwych i przyjaznych dla uøytkownika wiÍzÛw przestrzennych(co wi¹øe siÍ z automatycznym ustawieniem wzglÍdemsiebie przedmiotÛw i ograniczeniem ich liczby stopni swobody).Warto teø dodaÊ, øe do definiowania z³oøenia moøemy wykorzystaÊnie tylko pojedyncze elementy, ale takøe wczeúniej zdefiniowanepodz³oøenia czy ca³e z³oøenia, a ca³oúÊ zapisywana jestw postaci pliku *.dwg zawieraj¹cego jedynie informacje o nazwachposzczegÛlnych czÍúci, úcieøkach dostÍpu, informacje o wiÍzach,wzajemnym usytuowaniu, co znacznie ogranicza jego wielkoúÊ.Zalet¹ tego typu zapisu jest rÛwnieø to, øe uøytkownik nie musi siÍmartwiÊ o wygl¹d z³oøenia po dokonaniu jakiejkolwiek modernizacjijednego z elementÛw wchodz¹cych w sk³ad ca³oúci konstrukcji.Rysunek z³oøeniowy zostanie automatycznie uaktualniony.ZarÛwno pojedyncze elementy zaznaczone przez konstruktoragrupy, jak i z³oøenia, mog¹ byÊ przedstawione w postaci rysunkÛwp³askich, generowanych na podstawie obiektÛw trÛjwymiarowychw postaci rzutÛw prostok¹tnych, przekrojÛw, widokÛw izometrycznychca³ych obiektÛw, a takøe czÍúci ciÍtych. Na rysunkach p³askichmoøna wstawiÊ tabelÍ rysunkow¹ (program jest w takie tabelewyposaøony), odnoúniki oraztabele z³oøeniowe. Oczywiúcie,wszystkie te elementy uøytkownik moøe dostosowaÊ do swoichpotrzeb. Program umoøliwia takøe automatyczne wykonywanie dokumentacjiserwisowej, tzn. rysunkÛw eksplodowanych, z moøliwoúci

¹ dowolnego definiowania odleg³oúci pomiÍdzy poszczegÛlnymielementami w przestrzeni.Takie po³¹czenie obiektÛw 3D z rysunkami p³askimi tworzy zpakietu AMD bardzo efektywne narzÍdzie.Do pakietu do³¹czony jest najnowszy IGES Translator, umoøliwiaj¹cy komunikacjÍ z innymi systemami, a wed³ug informacji uzyskanychz Autodesku polska wersja pakietu jest praktycznie gotowa.BÍdzie ona bezp³atnie dostÍpna dla kaødego obecnego uøytkownikasystemu.mgr inø. Pawe³ Maci¹gAutoRÆ Komputerowe Systemy InøynierskieAuthorised AutodeskÆ Systems CenterAutoRÆ jest pierwsz¹ w Polsce firm¹, ktÛra uzyska³aautoryzacjÍ Autodesk na szkolenia Autodesk MechanicalDesktop.

Dane dodatkowe (xdata) to potężne narzędzie pozwalające użytkownikowi zapisać w bazie danych rysunku dodatkową informację w zasadzie o dowolnym typie. Dzięki tej możliwości, z której korzysta każda profesjonalna nakładka pracująca w środowisku AutoCAD-a możliwe jest tworzenie aplikacji o bardzo dużych możliwościach. Po dołączeniu danych dodatkowych do obiektu można stworzyć szereg programów, które będą z nich korzystały w oparciu o odczyt, modyfikacje i analizę. Dopuszczalny rozmiar danych dodatkowych dla obiektu wynosi 16383 (16K)bajtów.Dostęp do danych dodatkowych, jako że rysunek może być wykorzystywany przez szereg różnych aplikacji, opiera się na zasadzie rejestracji nazwy aplikacji przez AutoCAD-a. Każda aplikacja ma unikalną nazwę APPID APPlication IDentity name. Przed uruchomieniem aplikacji jej nazwa zostaje zarejestrowana przez AutoCAD-a poprzez wpis do tablicy symboli APPID. Gdy przypisujesz dane dodatkowe, dołączana jest również informacja o nazwie aplikacji. Każdy odczyt lub zapis danych dodatkowych wymaga podania nazwy aplikacji. Do rejestracji aplikacji służy funkcja REGAPP. Wstawienie bloku lub dołączenie rysunku zawierającego dane dodatkowe za pomocą XREF automatycznie rejestruje nazwy aplikacji, które w nich występują. Próba rejestracji aplikacji, która jest już zarejestrowana powoduje zwrot przez REGAPP wartości nil. Dla uzyskania pewności, że ta nazwa jest nazwą właściwej aplikacji należy nadawać im unikalne nazwy. Dopuszczalna długość nazwy - do 31 znaków może zawierać litery, cyfry, $, znak podkreślenia i myślnik. Dostęp do danych dodatkowych umożliwiają te same funkcje AutoLISP-a, jakie używamy przy dostępie do danych podstawowych. O fakcie, że chodzi nam o dane dodatkowe informujemy AutoCAD-a dołączając do funkcji nazwę aplikacji. Poniżej zamieszczam program umożliwiający edycję danych dodatkowych, służył mi on do podliczania długości elementów narysowanych specjalnym typem linii, stąd zawiera takie opcje jak sumowanie:

Logotec PDM9000® Web Edition, zwany dalej również PDM9000®, (Product Data Management) jest systemem przeznaczonym do zarządzania dokumentacją techniczną i okołoprojektową. System organizuje pracę z rysunkami i dokumentami w logice projektu, tworzy centralną bazę rysunków i dokumentów z mechanizmami zarządzania ich stanami oraz wersjami, z sygnalizacją próby użycia nieaktualnej wersji rysunku czy dokumentu.

Rejestrowane w systemie rysunki i dokumenty mogą być tworzone przy pomocy dowolnej aplikacji CAD lub np. dowolnej aplikacji biurowej. PDM9000® umożliwia generowanie dowolnego typu analiz i raportów: list zamówieniowych, wykazów pozycji, wykazów rysunków projektu i wielu innych. Możliwość sterowania przepływem dokumentacji gwarantuje powtarzalność i zgodność z procedurami, wspomagając wdrażanie systemów zapewnienia jakości z serii ISO 9000.

Cel systemu: Stworzenie jednej centralnej bazy KNOW-HOW przedsiębiorstwa, tworzenie i zarządzanie dokumentacją techniczną, wspomaganie projektowania procesów technologicznych oraz pełną integrację działań związanych z dokonaniem zmian w dokumentacji, zgodnie z wymaganiami normy ISO serii 9000.

 

SYSKLASS pozwala na:

zarządzanie dokumentacją konstrukcyjną tworzoną systemami CAD (AUTOCAD, SolidWorks)

opracowywanie rozwinięć konstrukcyjnych tworzenie dokumentacji technologicznej normowanie czasów operacji zarządzanie dokumentacją związaną z zleceniami produkcyjnymi wspomaganie prac marketingowych w zakresie kalkulacji kosztów wyrobów

podobnych system zapewnia szybki dostęp do pełnej informacji o wyrobie lub zleceniu

produkcyjnym w obszarze całej objętej nim dokumentacji technicznej (np.: kto i kiedy zlecił, opracował, wprowadził zmiany, zatwierdził, itp.)

obieg dokumentacji po działach biorących w jej generowaniu, przebieg każdej zmiany jest automatycznie rejestrowany przez system. Umożliwia to natychmiastowe uzyskanie informacji o historii wprowadzanych zmian (pracownik, data operacji, itp.)

zdefiniowanie zgodnie z procedurami obiegu dokumentów, co zapewnia automatyczne sterowanie obiegiem informacji w przedsiębiorstwie

zarządzanie zamawianiem i wykorzystaniem elementów z bazy magazynowej zarządzanie zamawianiem i wykorzystaniem narzędzi handlowych i specjalnych

unifikację produkowanych elementów Obszar działania systemu SYSKLASS.Potrzeba zoptymalizowania pracy przedsiębiorstwa z punktu widzenia technicznego przygotowania produkcji i zarządzania produkcją wymusiła opracowanie systemu integrującego pracę różnych działów rozwoju przedsiębiorstwa. Podstawę takiego systemu można zbudować w oparciu o filozofię obróbki grupowej, która w połączeniu z rozwijającą się coraz szybciej techniką bazodanową, pozwala zbudować system spełniający wymagania większości przedsiębiorstw.

Podstawowym założeniem koncepcji obróbki grupowej jest klasyfikacja elementów, które tworzą całość produkowanego asortymentu w przedsiębiorstwie, na grupy o zbliżonych, bądź prawie jednakowych własnościach technologicznych. Opracowanie klasyfikatorów grupujących elementy według podobieństwa z punktu widzenia różnych kryteriów, stwarza między innymi podstawę do stworzenia odpowiednich struktur bazodanowych, w którym mogą być przechowywane wszystkie niezbędne informacje o danym elemencie czy też zespole.

W trakcie prac nad koncepcją systemu stwierdzono, że idealnym rozwiązaniem byłaby taka konstrukcja baz, w której byłyby zawarte informacje o:

własnościach konstrukcyjnych projektowanych detali - graficzna postać elementu, dane konstrukcyjne, wymiary, wartości chropowatości, odchyłki, pasowania, informacje dotyczące rozwinięć konstrukcyjnych itd;

półfabrykacie, z którego projektowany detal ma być wykonany - kształt półwyrobu (reprezentacja graficzna), podstawowe wymiary charakterystyczne, rodzaj materiału;

własnościach technologicznych detalu - procesy technologiczne w różnych wariantach, alternatywach;

normatywach czasów obróbki; narzędziach i przyrządach wykorzystywanych w produkcji; środkach produkcji. Należy przy tym zauważyć, że tak skonstruowana baza danych zawiera większość

informacji o najważniejszej sferze działalności przedsiębiorstwa jaką jest technologiczne i konstrukcyjne przygotowanie produkcji. Z punktu widzenia przedsiębiorstwa system zawierający tego rodzaju dane może radykalnie poprawić sposób zarządzania dokumentacją oraz w optymalny sposób gromadzić wiedzę pracowników firmy. Pozostaje jedynie kwestia połączenia ze sobą wszystkich pakietów działających w obrębie zakładu i sprzężenia ich z centralną bazą danych.

Centralny system przechowywania informacji o działalności przedsiębiorstwa nosi nazwę Bazy KNOW-HOW zakładu, a jego informatyczną implementacją jest pakiet SYSKLASS

firmy GTSystems2.

Koncepcja systemu SYSKLASS. Koncepcję działania systemu SYSKLASS oparto na stworzeniu możliwości jak najdokładniejszego identyfikowania istotnych parametrów dowolnego obiektu będącego przedmiotem produkcji. Na podstawie określonych przez identyfikację informacji system może wygenerować pewne rozwiązanie techniczne, realne do zastosowania w danych warunkach produkcyjnych. Skuteczność identyfikacji zapewnia systemowi łatwy w obsłudze klasyfikator oparty na oryginalnej, hierarchicznej kombinacji metod rozpoznawania kształtu i parametrów przedmiotów, bazie konstrukcyjnych cech i właściwości elementu oraz danych związanych z procesem wytwarzania. W oparciu o ten system możliwy jest dostęp do bazy znanych rozwiązań i wcześniejszych wyników prac technicznego przygotowania produkcji.Baza obejmuje przykładowo następujące dane:

numer rysunku, numer kształtu (kod kształtu + numer porządkowy elementu w zakresie danego

kodu kształtu), długość, szerokość, wysokość, pozostałe wymiary konstrukcyjne, klasy dokładności wykonania, klasy chropowatości powierzchni, kod obróbki cieplnej, dane ekonomiczne, inne.

Chociaż opracowany w oparciu o powyższe założenia model elementu obejmuje szeroki zakres informacji, korzystanie z nich przy pomocy systemu SYSKLASS jest stosunkowo proste i komfortowe. Pracownik nie musi używać kodów, pracuje tylko z bieżącymi danymi rysunkowymi. Dane kodowe system generuje i opracowuje sam. Omawiana metoda umożliwia proste a zarazem precyzyjne i zrozumiałe opisanie każdego elementu kodem numerycznym. Proces identyfikacji może być przeprowadzony przez wszystkich specjalistów uczestniczących w pracach związanych z technicznym przygotowaniem produkcji. Taki opis obrabianych przedmiotów, sposób identyfikacji, umożliwia użytkownikowi systemu odszukanie dowolnego elementu według jego określonych parametrów, pozwala uzyskać żądany o nim zasób informacji lub dane o wcześniej wykonywanym przedmiocie. Na tej podstawie można przygotować dokumentację produkcyjną podobnego elementu. Geometryczne cechy odszukiwanej pozycji sprawdza pracownik w stopniowanym graficznym katalogu reprezentantów typowych obrabianych przedmiotów. Minimum pytań a maksimum łatwo przyswajalnych i jednoznacznych informacji przedstawionych w postaci graficznej tworzy komfort pracy i wysoką produktywność działań. Wynikiem jest możliwość uzyskania w ciągu kilku sekund rozwiązań wzorcowych dla typowych przedstawicieli wyrobów.

SYSKLASS dzięki swojej specyficznej architekturze, umożliwia szerokie wykorzystanie w ramach komputerowego wspomagania produkcji (CIM) systemów CAD/CAM. Umożliwia wspomaganie projektowania w oparciu o istniejące rozwiązania. Pozwala ponadto stworzyć tzw. bazę KNOW-HOW firmy, w której zgromadzone są wszystkie informacje i dane związane z konstrukcyjnym, technologicznym przygotowaniem produkcji, bazą wydziałów, parkiem maszynowym itp. Implementacja specjalistycznych algorytmów pozwala na korzystanie z zebranych informacji, przetwarzanie danych do potrzeb własnych oraz tworzenie i wprowadzanie do systemów bazodanowych kolejnych elementów. Poprzez to zwiększa się zasoby wiedzy przedsiębiorstwa oraz możliwości jej wykorzystania w przyszłości.

SYSKLASS a zakładowe systemy CAD/CAMSystem SYSKLASS został pomyślany jako podstawa do tworzenia bazy KNOW-HOW przedsiębiorstwa i współpracy z innymi aplikacjami wspomagającymi w zakresie organizacji produkcji, sterowania produkcją, zarządzaniem czy tworzeniem dokumentacji konstrukcyjnej. W ramach tej tematyki opracowano szereg modułów mających na celu integrację bądź transfer danych pomiędzy różnymi systemami. Jako przykład można podać moduł spełniający rolę menedżera przy tworzeniu dokumentacji konstrukcyjnej. Otwartość SYSKLASSA sprawia, że pozwala on zarządzać praktycznie każdym systemem CAD (m. in. AutoCAD, LogoCAD, SolidWorks, SolidEdge itp.). Z opracowanej dokumentacji konstrukcyjnej można w SYSKLASS-ie korzystać posługując się dowolną przeglądarką do rysunków . Współpraca z systemami CAD z jednej strony integruje SYSKLASS-a z aplikacjami

wdrożonymi w biurze konstrukcyjnym. Z drugiej strony pozwala na integrację z systemami do zarządzania firmą klasy MRP II. Jako przykłady można podać współpracę systemu SYSKLASS z systemami jak BAAN, SAAP R3, MAX, COMET.

Opis podstawowych modułów systemu SYSKLASS:

Moduł Konstrukcji Moduł ten umożliwia tworzenie dokumentacji konstrukcyjnej (w dziale konstrukcyjnym firmy) takiej jak: Nagłówek konstrukcyjny, Konstrukcyjny i Inwersyjny wykaz części (dla elementów typu złożenie) oraz podpięcie rysunków elementów stworzonych pod jednym z wymienionych wcześniej systemów CAD. Podczas zakładania rysunku generowany jest niepowtarzalny numer pliku rysunkowego. Praca z systemem ACAD umożliwia automatyczne przenoszenie jakichkolwiek danych zawartych w nagłówku konstrukcyjnym do tabeli rysunku CAD. W samym nagłówku konstrukcyjnym podawane są podstawowe informacje o elemencie wprowadzone do systemu przez konstruktora oraz tworzenie wariantów wykonań produktów. Podczas tworzenia konstrukcyjnych wykazów części można korzystać: z wykazów wcześniej wykonanych (metodą kopiowania przenosimy całość lub część rozwinięcia konstrukcyjnego) oraz z bazy elementów normowych znajdującej się w systemie. Cała dokumentacja, również konstrukcyjna, ma możliwość wydruku odpowiednich raportów.

Moduł Technologii Za pomocą tego modułu obsługiwane są podstawowe bazy systemowe. Z najważniejszych można wymienić: bazę części produkowanych, materiałów, narzędzi, części znormalizowanych, półfabrykatów, wydziałów, stanowisk pracy, obrabiarek oraz bazę magazynowa. Korzystając z tych baz danych możliwe jest tworzenie ( w dziale technologicznym) dokumentacji technologicznej. W jej skład wchodzą: Nagłówek procesu technologicznego, Proces technologiczny, Norma materiałowa, Montażowy wykaz części i Inwersyjny montażowy wykaz części. Pierwszy składnik dokumentacji technologicznej - Nagłówek procesu technologicznego zawiera podstawowe informacje dotyczące technologii wykonania elementu, łącznie z określeniem alternatyw technologicznych. Tworzenie Procesu technologicznego jest ułatwione przez możliwość korzystania z systemowych baz danych i łatwej metodzie kopiowania składników (metodą Drag and drop) do operacji procesu. Możliwe jest również korzystanie z wcześniej stworzonych procesów przez kopiowanie całości lub wybranych elementów do nowego procesu. W samych operacjach obok przypisania narzędzi w nich używanych (korzystając z bazy narzędzi), możliwe jest normowanie czasów operacji przy użyciu modułu normowania czasów pracy: Sysnorm.Również tworzenie Normy materiałowej jest znacznie uproszczone przez możliwość korzystania z istniejących baz danych i narzędzi umożliwiających automatyczne obliczenie naddatków.Montażowe wykazy części w przejrzysty sposób pokazują montażowe powiązania części typu złożenie. Spod dokumentacji technologicznej możliwe są wydruki wszystkich jej elementów.

Moduł technicznego przygotowania produkcjiPrzez moduł TPP obsługiwana jest baza zleceń produkcyjnych. Możliwe jest tworzenie oraz praca z konkretnymi zleceniami produkcyjnymi. W skład tej dokumentacji wchodzą następujące jej części: Tytuł zlecenia ( obejmujący podstawowe dane dotyczące danego zlecenia, łącznie z nazwą firmy dla której to zlecenie jest realizowane), Wykaz części zamówienia - jest wykazem części, które obejmuje zlecenie ( łącznie z rozpiską kosztów po wcześniejszym przeprowadzeniu kalkulacji kosztów) oraz Specyfikacja zlecenia - czyli spis wszystkich elementów, które trzeba wyprodukować lub zakupić aby było możliwe zrealizowanie danego zlecenia. W obrębie zleceń możliwe jest dokonanie zmian w dokumentacji konstrukcyjnej i technologicznej nie przenosząc ich na dokumentację wzorcową. Jest to związane z powstaniem Konstrukcyjnego rozwinięcia zlecenia.Takie rozwiązanie umożliwia jednoznaczne określenie według jakiej dokumentacji konstrukcyjnej, technologicznej, z jakiego materiału, na jakiej obrabiarce i przy użyciu jakich narzędzi został wykonany dany produkt, co jest niezbędne przy dzisiejszych uwarunkowaniach produkcyjnych i marketingowych.

Moduł KalkulacjiModuł pozwala na dowolne definiowanie przez użytkownika spisów dotyczących pojedynczych wytwarzanych części, złożeń jak również zleceń produkcyjnych. Za pomocą tego modułu możliwe jest przeprowadzanie kalkulacji kosztów produkcji. Przeliczane są automatycznie koszty materiałów, narzutów, płac i kooperacji. Kolejne

części kalkulacji kosztów obejmują: rozpiskę danego elementu na części składowe (z możliwością podglądu jakie koszty są generowane przez te części) oraz obciążenia stanowisk pracy i wydziałów produkcyjnych firmy.

Cechy oferowane przez system SYSKLASSW zakresie zarządzania dokumentacją SYSKLASS oferuje:

dostępność całości dokumentacji dla wszystkich użytkowników według przyznanych im praw dostępu;

dostęp użytkownika do kompletnych projektów (dokumentacji zarówno konstrukcyjnej jak i technologicznej, wszelkiego typu wykazów części oraz zleceń produkcyjnych);

przechowywanie dokumentacji tylko w jednym egzemplarzu; automatyczne zarządzanie wersjami i alternatywami dokumentacji technicznej; określanie przez użytkownika stanu kompletności dokumentacji, umożliwiających

wykonanie pewnych operacji; możliwość tworzenia wymaganego obiegu tworzonej dokumentacji (WorkFlow); automatyczne tworzenie zapisów dotyczących wszystkich zmian dokonywanych

w dokumentacji (elektroniczny podpis); automatyczne opisanie każdego elementu dokumentacji; archiwizowanie dokumentów; dostępność rysunkowej dokumentacji konstrukcyjnej dla wszystkich

uprawnionych dzięki możliwości zastosowania dowolnej przeglądarki umożliwiającej podgląd rysunku stworzonego w systemie CAD.

Korzyści wynikające z wdrożenia systemu SYSKLASSZ dokonanych do chwili obecnej wdrożeń systemu SYSKLASS wyni-kają następujące fakty:

radykalne skrócenie wszystkich etapów technicznego przygotowania produkcji nowych produktów o 30-300%;

obniżenie nakładów na TPP nowych wyrobów o 10-100%; obniżenie i optymalizacja asortymentu produkcyjnego oraz oprzyrządowania i

narzędzi specjalnych dzięki zastosowaniu filozofii obróbki grupowej; zwiększenie jakości i efektywności technicznego przygotowania produkcji; wyraźna redukcja czynności rutynowych; zwiększenie udziału czynności twórczych w pracach TPP;

radykalne zwiększenie elastyczności TPP przy operatywnym zarządzaniu zamówieniami.

Cechy obiektów

Wszelkie obiekty wykorzystywane w procesie projektowo-konstrukcyjnym dzięki temu, że wykonane są z jakiegoś tworzywa posiadają zespół stałych cech, będących ich identyfikatorem.

Wpływ na postać cech obiektów ma nie tylko przeznaczenie konstrukcji ale również cały zespół czynników związanych z eksploatacją konstrukcji, możliwościami technologicznymi, ergonomią, estetyką, ekologią.

Zasadniczym czynnikiem poprawności projektowania jest struktura zewnętrzna (otoczenie) konstrukcji. Po ogólnym lub szczegółowym zaprojektowaniu obiektu następuje poszukiwanie, najczęściej metodą postępowania iteracyjnego, adekwatnej struktury wewnętrznej. W przypadku obiektów technicznych jest to na ogół struktura trójpoziomowa (zespoły, podzespoły, części). Pełna identyfikacja struktury wewnętrznej (konstrukcji) polega na określeniu ilości i jakości wszystkich jego składników oraz wzajemnych relacji pomiędzy tymi składnikami. Cechy składników projektowanego obiektu zależą od cech tworzywa konstrukcyjnego, te z kolei zależą od jakości surowców naturalnych. Projektant jest dodatkowo uzależniony od możliwości bazy materiałowo-technologicznej.

Właściwy proces doboru cech obiektu powinien uwzględniać możliwie w pełnym zakresie wszelkie zjawiska zachodzące w środowisku pracy projektowanego obiektu. Duże znaczenie w tym procesie odgrywają np. zjawiska losowości stanów i cech. Wpływ na taki stan rzeczy mają wyniki pomiarów, które nigdy nie dają jednoznacznej odpowiedzi na pytanie o wielkość mierzonej cechy. Innym ważnym czynnikiem jest np. zjawisko tarcia wynikające ze współpracy z innym elementami. Nie należy również pomijać wpływu otoczenia: atmosferycznego, chemicznego itp. Mają one wpływ między innymi na korozję. Bardzo istotnym problemem w doborze cech jest kwestia poziomu przygotowania odbiorcy. Ważne jest, czy cechy ważne dla przedstawiciela jednej grupy odbiorców są istotne dla przedstawiciela innej grupy. Takich ważnych elementów jest w opisie projektowanego obiektu bardzo wiele. Zestawienie całości problematyki związanej z cechami projektowanego obiektu przedstawiono na rysunku 2-1

Cechy projektowanego obiektu

Cechy procesu wytwarzania obiektu

Cechy procesu dystrybucji

Cechy procesu eksploatacji

Cechy procesu likwidacji

Struktura wewnętrznaStruktura zewnętrzna

Cechy przedmiotów zotoczenia obiektu orazwzajemne relacje

Cechy składników obiektuoraz wzajemne relacje

Cechy surowców i materiałówkonstrukcyjnych

Rys. 0-A Problematyka cech w projektowaniu

Dzieląc cechy obiektu można podzielić je na następujące cztery grupy:

cechy konstrukcyjne

cechy technologiczne

cechy funkcjonalne - opisujące działanie obiektu

cechy związane ze środowiskiem - opisujące współpracę obiektu z innymi obiektami

Cechy konstrukcyjne

Zgodnie z definicją konstrukcji [] jest ona układem struktur i innych stanów wytworu. Wynika z tego, że definiowanie konstrukcji polega na wyznaczaniu tego układu. Układ stanu wytworów określa się posługując się cechami konstrukcyjnymi. Stanowią one logiczną sumę postaci konstrukcyjnej i układu wymiarów.

Jako cechy konstrukcyjne wyróżnia się:

geometryczne cechy konstrukcyjne

materiałowe cechy konstrukcyjne

dynamiczne cechy konstrukcyjne

Geometryczne cechy konstrukcyjne

Geometryczne cechy konstrukcyjne wyznaczają rozkład struktury zewnętrznej wytworu.

Opisują one kształt, powiązania wzajemne poszczególnych elementów i zespołów a także

wymiary i ich tolerancje.

Na rysunku [] przedstawiono zapis postaci konstrukcyjnej prostopadłościanu. Taka forma

prezentacji nie jest jednak kompletna. Dla jednoznacznego opisu konstrukcji rysunek ten

należy uzupełnić odpowiednimi wymiarami. Wymiary stanowią ilościowy składnik

geometrycznych cech konstrukcyjnych. Układ wymiarów W jest funkcją zbioru wymiarów

{x,y,z}. Jeśli postać konstrukcyjną oznaczymy jako , cechę geometryczną jako Cg, to

możemy zapisać: Cg=W

W praktyce projektowania konstrukcji nie stosuje się opisu wymiarów w postaci zbioru liczb.

Ze względu na ograniczenia wytwórcze i niemożliwość dokonania pomiarów nie obarczonego

błędem wymiary uzupełnia się tolerancją, z jaką dopuszcza się wykonanie opisywanej

konstrukcji. Można więc napisać, że układ wymiarów jest sumą zbiorów:

W=NTx (x=a,b,c ...p,r,s,u)

przy czym:

N - wymiar nominalny;

Tx- tolerancja wraz z położeniem jej pola.

Przedstawione własności odnoszą się do makrostruktury zewnętrznej. Cechy geometryczne

opisują także mikrogeometrię powierzchni.

Jako przykład przypatrzmy się budowie powierzchni materiału poddanego obróbce

skrawaniem:

Utworzona w wyniku obróbki powierzchnia i związana z nią zewnętrzna warstwa materiału mają odmienne właściwości od właściwości pozostałej masy (rdzenia) materiału, nie poddanej działaniom sił, odkształceń i temperatury, jakie wywołane zostały w czasie obróbki. Warstwa ta jest niejednorodna, a przy dokładniejszych badaniach można wydzielić w niej kilka warstewek mniejszej grubości, o pewnych cechach charakterystycznych (rys. )

Warstwę 1 stanowi powłoka gazowa, złożoną z cząsteczek gazów (tlenu, azotu, pary wodnej itp.) zaabsorbowanych z atmosfery otoczenia. Powłoka ta, w postaci bardzo cienkiej warstewki, o grubości 0.2÷0.3 nm, tworzy się niezależnie od stopnia oczyszczenia i odtłuszczenia powierzchni, jest ona właściwie warstwą graniczną pomiędzy atmosferą otoczenia a powierzchnią przedmiotu obrabianego.

Warstwa powierzchniowa 2 składa się z cząstek pochodzenia obcego (cząstki materiału ostrza, pyłu, cieczy smarująco-chłodzącej itp.), przemieszanych z wykruszonymi podczas skrawania cząstkami materiału obrabianego. Grubość tej warstewki zależy od sposobu i rodzaju obróbki. Wymiary jej wahają się od granicy 0.1·10-5 ÷ 0.3·10-4 mm.

Warstwa przypowierzchniowa 3 zawiera rozdrobnione i odkształcone w procesie skrawania ziarna materiału rodzimego. Warstwa ta jest obszarem silnie umocnionym przez odkształcenia plastyczne. Ma ona znacznie zwiększoną twardość w porównaniu z materiałem rdzenia. Grubość tej warstwy, w zależności od sposobu i rodzaju obróbki, waha się w granicach 0.5·10-2÷0.5 mm.

Warstwa podpowierzchniowa 4 jest granicznym obszarem zalegania naprężeń własnych powstałych w procesie skrawania. Różni się budową od warstw poprzednich, w których również skupione są naprężenia własne. Struktura warstwy podpowierzchniowej zbliżona jest do struktury materiału rdzenia. Grubość tej warstwy może dochodzić nawet do kilku milimetrów.

Warstwa 5 nie jest zmienionym pod względem budowy i właściwości rdzeniem materiału.

Stan nierówności powierzchni i właściwości warstwy wierzchniej nadane podczas skrawania określają jakość powierzchni. Czynniki opisujące stan nierówności oraz określające warstwę wierzchnią, związane z jakością powierzchni, przedstawiono schematycznie na rys.

Jakość powierzchni

stan nierówności stan warstwy wierzchniej

falistość

chropowatość

przyleganie

kierunkowość

skażenia

grubość

struktura

utwardzenie

naprężenia własne

wady

Rys. 0-B Czynniki określające jakość powierzchni

Czynnikami charakteryzującymi stan nierówności powierzchni są takie cechy geometryczne jak: falistość, chropowatość, kierunkowość.

Każdą z cech określających stan warstwy wierzchniej, podobnie jak cechy określające stan nierówności, można określić ilościowo, w danym przypadku: przyrostami i gradientami utwardzenia i naprężeń własnych, wskaźnikami zmian kształtu i wymiarów ziarn, za pomocą współczynników charakteryzujących nasilenie i rodzaj wad warstwy wierzchniej itp.

Jakość powierzchni ma bezpośredni wpływ na jej wartość użytkową, określoną zespołem takich czynników, które wpływają na trwałość oraz prawidłowość współpracy obrobionej powierzchni z powierzchnią innej części, ośrodkiem ciekłym lub gazowym, przy złożonych normalnych warunkach eksploatacji. Można więc przyjąć, że w najogólniejszym przypadku czynnikami decydującymi o wartości użytkowej powierzchni będą: odporność na wywierane naciski, cierność, czyli zdolność do stawiania oporu podczas współpracy z inną powierzchnią (np. sprzęgła cierne), odporność na zużycie, odporność na chemiczne działanie (korozję) ośrodków ciekłych i gazowych.

Każdy z czynników określających jakość powierzchni wpływa, w mniejszym lub większym stopniu, na wskaźniki określające wartość użytkową powierzchni. Zmniejszając falistość i chropowatość powierzchni obrobionej zwiększamy przyleganie (nośność) powierzchni, w efekcie wzrasta odporność na przenoszone naciski, odporność na zużycie, wytrzymałość zmęczeniowa, odporność na korozję itp.

Powierzchnia jako wynik losowych procesów pełni istotną rolę w wyznaczaniu cech

geometrycznych konstrukcji. Związane to jest faktem, że elementy w czasie pracy

współpracują ze sobą w wyniku czego ich powierzchnia odkształca się. Właściwie

zaprojektowana konstrukcja powinna uwzględniać zmiany wymiarów i zapewnić zachowanie

dopuszczalnych tolerancji również w czasie eksploatacji konstrukcji.

Materiałowe cechy konstrukcyjne

Materiałowe cechy konstrukcyjne wyznaczają wewnętrzny rozkład struktury. Przy opisie tych

cech należy zwrócić uwagę na rozróżnienie cech wynikających ze struktury chemicznej,

struktury układu włókien, struktury metalograficznej (metale) czy struktury cząstek

chemicznych (tworzywa sztuczne). Wpływ na postać cech materiałowych mają takie zjawiska

jak proces metalurgiczny, obróbka cieplna, obróbka chemiczna itp. Informacja o postaci

konstrukcyjnej (stal konstrukcyjna 55) nie zawiera żadnych informacji o cechach ilościowych.

Konieczny jest więc jeszcze układ wymiarów. Stanowić go może zbiór liczb opisujących

takie cechy jak:

ilościowe udziały składników chemicznych,

parametry obróbki cieplnej,

właściwości wytrzymałościowe,

wymagania specjalne itp.

Na rysunku przedstawiono przykładowe rysunki odmian żeliwa. Identyfikacja materiału jest tu możliwa tylko dla osób znających metalografię. Tak przedstawiona postać konstrukcyjna tworzywa stanowi jego określenie jakościowe. Można bowiem na jego podstawie wnioskować o pewnych właściwościach tworzywa. Pełny opis właściwości materiałowych jest funkcją informacji o składzie chemicznym, obróbce cieplnej itp.

Rys. 0-C Postacie konstrukcyjne żeliwa: a-żeliwo szare, b-żeliwo ciągliwe, c-żeliwo sferoidalne

Dynamiczne cechy konstrukcyjne

Cechy dynamiczne opisują stan naprężeń wewnętrznych maszyny, wywołany zadanymi

oddziaływaniami zewnętrznymi. Postać cechy wskazuje na układ sił wymaganych ze względu

na skuteczność działania maszyny i innych oddziaływań zewnętrznych.

W przypadku dynamicznych cech konstrukcyjnych postać dynamiczna jest funkcją przede

wszystkim postaci geometrycznej, a następnie funkcją sposobu wywołania obciążenia.

Wyznaczenie dynamicznej cechy konstrukcyjnej wymaga:

analizy skutków obciążenia roboczego

analizy wpływu struktury zewnętrznej układu a zwłaszcza postaci geometrycznej

przewidzenia sposobu montażu.

Układ wymiarów dynamicznej cechy konstrukcyjnej jest zwykle mało złożony, jednak należy

pamiętać, że należy wyznaczyć nie tylko wartość nominalną obciążenia ale i tolerancję.

Cechy technologiczne

(……………………………………….)

Viewing Technologies for Computer-Aided Design Models

Preface...................................................................................................................v

Abstract................................................................................................................vii

1 Introduction....................................................................................................1

2 Background....................................................................................................2 2.1 Viewing Technology Capabilities............................................................2

3 Choosing a Viewing Technology..................................................................4 3.1 Requirements and Needs Analysis.........................................................4 3.2 Integration Issues...................................................................................4 3.3 Future.....................................................................................................5

4 Model Formats...............................................................................................6 4.1 Native CAD Formats...............................................................................7 4.2 Geometric Modeling Kernel Formats......................................................9 4.3 Exchange Specifications for CAD Data................................................11 4.4 Other File Formats Relative to the Exchange of Graphics Data...........12 4.5 Visualization Middleware......................................................................13

5 Commercial Product Information...............................................................15

6 Conclusion...................................................................................................22

References...........................................................................................................23 CMU/SEI-2003-TN-022 i ii CMU/SEI-2003-TN-022

List of Tables

Table 1: Commercial Product Information.................................................................16

CMU/SEI-2003-TN-022 iii iv CMU/SEI-2003-TN-022

Preface

This report was funded by the Technology Insertion Demonstration and Evaluation (TIDE) Program. The TIDE Program was established to accelerate the diffusion and adoption of advanced software technologies to help U.S. manufacturers. The mission of the program is to identify barriers to adoption of software technology within the community of small manufacturing enterprises and to help that community overcome those barriers.

One such barrier to adoption of tools supporting distributed, computer aided design (CAD)-model review is a lack of understanding of the characteristics of these tools, the formats they support, and other important considerations for a requirements review and product evaluation. CAD-model review tools are attractive because they offer the possibility of expanding engineering data review and collaboration to the extended enterprise.

However, finding the right tool is not usually a simple matter. There is a broad range of CAD-model viewing tools on the market today with widely varying capabilities. Choosing an appropriate tool for a given situation requires an understanding of the functionalities these tools provide and deployment-specific requirements. This report addresses the identified barrier to adoption of distributed, CAD-model review tools by documenting tool characteristics with brief explanations of the functionality they provide, the various types of CAD-model formats, as well as issues to consider when performing a needs analysis and comparative product evaluation1 with the intent of acquiring a CAD-model viewing solution.

1 Any commercial product identified in this document is for the purpose of describing a software environment. This identification does not imply any recommendation or endorsement by the National Institute of Science and Technology, the Software Engineering Institute, Carnegie Mellon University or the Technology Insertion Demonstration and Evaluation Program.

CMU/SEI-2003-TN-022 v vi CMU/SEI-2003-TN-022

Abstract

This report provides information about technologies for viewing computer-aided design (CAD) models. CAD model viewers are tools that allow engineers and other users to view CAD models from distributed locations, often using lightweight viewing applications or standard Web browsers. The report describes factors to consider when choosing a viewing technology, as well as popular CAD model file formats that viewing technologies can import. Also provided is a sampling of commercial off-the-shelf (COTS) products currently available for viewing CAD models; descriptive information for each product, such as basic product functionality, purchase price, computer platform support, file format support; and a related World Wide Web Universal Resource Locator.

CMU/SEI-2003-TN-022 vii viii CMU/SEI-2003-TN-022

1 Introduction Tools for viewing computer-aided design (CAD) models hold great potential for small manufacturers. These tools allow engineers and others involved in product development and review to view 3D models from distributed locations, often using lightweight viewing applications or standard Web browsers. Visualization solutions are also useful when multiple CAD systems are used throughout an organization, because many viewers support multiple CAD formats. Viewers solve the problem of such heterogeneity, allowing every authorized member in the organization to see designs from a variety of formats without running full-function CAD systems. Some viewers can enable a design review meeting over the Internet by allowing project members to view and analyze a model concurrently while shifting control between members. Common functionality other than visualization over the network includes mark-up, geometric measurement, extraction of inertial properties, and generation of cut views.2

Visualization solutions are distinct from manipulation solutions. Manipulation solutions are typically native CAD systems that support changing the CAD model, as opposed to only reviewing the model or a representation of the model. Visualization solutions are typically much less costly, and faster and simpler to use than native CAD systems for the purpose of supporting model review and analysis.

2 Any commercial product identified in this document is for the purpose of describing a software environment. This identification does not imply any recommendation or endorsement by the National Institute of Science and Technology, the Software

Engineering Institute, Carnegie Mellon University, or the Technology Insertion Demonstration and Evaluation Program.

CMU/SEI-2003-TN-022 1

2 Background There is a plethora of viewing technologies for CAD on the market today. These tools provide a broad range of functionality from simple viewing of printer-formatted representations of CAD models to advanced operations such as data management systems queries, simulation, animation, fly-through, collision detection, and assembly analysis. Viewer tools often allow users to rotate, zoom, section-view, measure, and mark up three dimensional (3D) models or assemblies. CAD system vendors generally offer viewers that are restricted to the formats of the CAD models they offer. These viewers are useful if there is only one CAD system being used in the extended enterprise. Independent viewers cover a variety of file formats3 for two dimensional (2D) and 3D CAD and other documentation. Some independent viewers support more than two hundred file formats.

Viewer tools typically provide good support for project review and verification activities, but may not support active, co-design activities adequately. Collaborative design activities, as opposed to product review, often require capabilities such as interaction with the CAD software to change the model (rather than merely view it), version control with associated design rationale at different levels of abstraction, and coordination provided by a workflow management system using a product realization process manager. These capabilities are more extensive than most viewing technologies provide.

2.1 Viewing Technology Capabilities

This section provides a brief overview of the various capabilities that viewing technology may provide:

• access control – mechanisms to restrict or grant access to specified model elements or files

• animation – a simulation of movement created by displaying a series of pictures or frames

• assembly analysis – computer-aided engineering (CAE) functions used to provide assessment of the behavior of the design

• collision detection – CAE function used to detect interference issues

3 File format refers to a format for encoding information in a file. Different file formats distinguish one type of file from another. The file format specifies first whether the file is a binary or ASCII file, and second, how the information contained in the file is organized.

2 CMU/SEI-2003-TN-022 • conversion or translation – exports to a different file format. (Some data loss may occur depending on the type of conversion.) • cut view or cross-section – produces a cross-section view of an object • data management system queries - provides access and view of product data, typically in context with the visual model • document management – mechanisms to organize various documents and files related to a product or other entity • edit – typically provides the ability to change appearance features of a drawing, such as line color • extraction of inertial properties – extracts inertial properties, such as mass properties • fly-through – provides real-time changes to the viewed area by creating the impression of moving through the object space • geometric measurement – measurement capabilities between geometric entities in the model • mark-up – drawing and annotation feature (sometimes called “redlining,” however redlining is being subsumed by mark-up capabilities) • mirror – produces a mirror image of the object

• model comparison – compares revisions between two models and highlights the differences • pan – changes the viewed area while maintaining a fixed perspective for the viewer • plot – produces an image by drawing lines, either on a display screen or on paper • print – creates text or illustrations on paper via a printer • publish – exports formats of views in Web and other publishing formats • rotate – changes the perspective of the view of an object • scale – changes the size of an object while maintaining its shape • section-view – creates sections of an assembly to view separately • simulation – the process of imitating a real phenomenon with a set of mathematical formulas • viewing – presentation of a computer-generated, graphical image • zoom – enlarges the view of an object, enabling the user to see more detail CMU/SEI-2003-TN-022 3

3 Choosing a Viewing Technology 3.1 Requirements and Needs Analysis When choosing a viewing/visualization technology, a company must first determine its needs, and then the ability of each candidate application to meet those needs. The most important issues are what CAD formats need to be supported and who will use the technology. Relative to this latter issue, engineers need specific capabilities that are often found in more advanced features of visualization tools, whereas others may need an easy-to-use, viewing tool. Requirements-gathering efforts should also include creating a list of database and process applications that will need to be accessed from the viewing/visualization technology. Questions that should be addressed during a requirements gathering effort include

• What CAD formats must be viewed?

• Who needs to view the CAD models?

• What capabilities are required? (See list in previous section.)

• What types of computers will the software run on?

• What is the file size of a typical CAD model to be viewed?

• Does sufficient communication capacity to move the CAD data exist?

• As the viewing technology becomes more valuable to the organization, can it be (easily) integrated with other IT systems? Do the relevant technologies have open Application Program Interfaces (APIs)?

• What are the viewing management requirements, such as confidentiality and access control during design review?

• Are customizable interfaces required or anticipated?

3.2 Integration Issues

As mentioned in the previous section, when choosing a viewing technology, it is important to realize that the functionality the viewing technology affords may become embedded in and change various business processes. Therefore, attention should be given to these candidate business processes and viewing technologies with future integration issues in mind. For instance, do all the existing and candidate technologies involved have open APIs? Changing business processes call for the review of the ability of legacy and candidate systems to meet new needs.

4 CMU/SEI-2003-TN-022

3.3 Future In the current state, many existing and evolving technologies meet niche market needs. This state is unlikely to change in the near future, as CAD system vendors strive to support their proprietary models, and generic, computer-graphics technologies are evolving at a rapid pace. In this changing marketplace, users of these technologies should identify their current and future needs and strive to find solutions that meet those needs, with the expectation of periodically repeating this needs analysis.

CMU/SEI-2003-TN-022 5

4 Model Formats CAD models are stored in many different formats. The main reason there are different model formats is that different CAD systems have their own, often proprietary, model formats. These formats are typically rich in information beyond the model’s geometry data, including such information as design intent, design history, and constraint information. Examples of these so-called “native” CAD formats include CATIA, Pro-Engineer, and I-DEAS.

Additionally, some formats have evolved, been developed, or been co-opted as exchange formats between various CAD systems and other applications. These formats do not contain all the information that native formats contain, however, they have the desirable property of conveying a representation of the CAD data to other applications. Examples include

• Three-dimensional solid shape data exchange with a kernel-based data format, which is often supported and used between CAD products that utilize the same modeling kernel

• Neutral (non-proprietary) specifications for shape and product data exchange such as IGES4 and STEP5

• Computer graphics technology that is used to view three-dimensional images, including 3-D representations of CAD data, such as 3D Studio

In response to the urgent need of solving parametric CAD data interchange problems, many services and translators have sprung up providing exchange of product data including feature, history and constraint information, with proprietary technologies. Although translation solutions are an important option for exchanging product data between CAD and other engineering and business systems, they are only pertinent to this discussion of viewing technologies when a viewer is not available for a particular CAD format. Fortunately, this is not the typical case, as viewing technology vendors have embraced an array of model formats. And, as noted above, some viewing solutions support more than 200 formats.6

4 IGES is the acronym for Initial Graphics Exchange Specification. See the section on Exchange Specifications for further information.

5 STEP is the acronym for STandard for the Exchange of Product model data. See the section on Exchange Specifications for further information.

6 Although some products claim to support a large number of formats, often these supported formats are not CAD model formats, but are other document formats. These include CompuServe Graphics Exchange Format (GIF), Encapsulated PostScript (EPS), MacPaint (MACPNT), Microsoft Windows 3.1 Icon (ICO), and Microsoft Windows Bitmap (BMP). Care should be exercised to identify requirements and application capabilities.

6 CMU/SEI-2003-TN-022

Additionally, most CAD system vendors provide a free viewing solution for their model formats.

4.1 Native CAD Formats

This section lists popular native CAD systems. The company name is given parenthetically after the product name. Some of these systems support additional capabilities, such Computer-Aided Manufacturing (CAM) and CAE. These capabilities are identified in the “System type” item for each product; however, it should be noted that some systems have additional modules that can perform these functions and that system packaging is subject to change. Additionally, it is often helpful to know what type of modeling kernel is used by a CAD system, as this characteristic often has implications for the format in which the native model is stored, and hence, can be viewed. This information is given in the “Kernel” item for each product. A proprietary kernel typically writes a proprietary CAD model file format. Each system has one or more file formats—designated in the “File extension” item for each product. It should be noted that while most CAD systems can export model representations in other formats, the native format file extensions are listed in this document. Other file formats are given in subsequent sections.

• AutoCAD Inventor (Autodesk) http://www.autodesk.com/

System type: CAD Brief description: A suite of components that do 2D and 3D design for the manufacturing industry.

The suite includes Autodesk® Mechanical Desktop® for 2D design and Autodesk Inventor™ for 3D design.

Kernel: proprietary File extension: .ipt, .iam, .idw, .dwf • AutoCAD Mechanical (Autodesk) http://www.autodesk.com/ System type: CAD Brief description: The AutoCAD solution for 2D mechanical design and engineering. Kernel: proprietary File extension: .dwg • CADDS 5 (PTC) http://www.ptc.com/products/cadds/index.htm System type: CAD/CAM Brief description: CADDS 5 is a CAD/CAM suite that is based on a hybrid, concurrent

engineering architecture, allowing large groups of engineers to simultaneously design, validate and machine the same product assembly.

Kernel: PTC hybrid kernel (proprietary) File extension: (file extension not available—commonly referred to as ‘CADDS 5’ files) • CATIA (Dassault Systemes) http://www.catia.com/ System type: CAD/CAM/CAE Brief description: CATIA is a family of CAD/CAM/CAE software solutions for product life-cycle

management developed by Dassault Systemes and marketed, distributed and supported by IBM. There are many compatible modules in the CATIA family to

CMU/SEI-2003-TN-022 7 meet various computer-aided design, manufacturing and engineering goals including data

management for digital product definition and simulation. Kernel: proprietary File extension: model, export • ICEM DDN (PTC) http://www.ptc.com/products/cadds/index.htm System type: CAD/CAM Brief description: ICEM DDN is a 3D CAD/CAM system for a large range of applications, from

2D design and drafting to complex surface and solid modeling. DDN stands for Design Drafting Numerical control.

Kernel: proprietary, based on ACIS File extension: (file extension not available—commonly referred to as ‘ICEM DDN’ files) • I-DEAS (EDS) http://www.eds.com/products/plm/ideas/ System type: CAD/CAM/CAE Main use: Applications using master product models to enhance innovation Brief description: I-DEAS, part of the Unigraphics suite, is a CAD/CAM/CAE solution. This

product purports to support the facilities to develop digital master product models, with the

assumption that this concept will better support understanding products from a “manufacturability” standpoint during the early design stage.

Kernel: proprietary File extension: .mca, .idi, .idz • IronCAD (Ironcad) http://www.ironcad.com/ System type: CAD Brief description: Solid modeling software for mechanical designers and engineers. IronCAD

provides an alternative to history-based, parametric systems, utilizing a drag and drop 3D environment with Direct Face Modeling that provides design flexibility with the ability to generate fully associative manufacturing drawings.

Kernel: proprietary File extension: .ics, .icd, .icc • MicroStation (Bentley) http://www2.bentley.com/products/default.cfm System type: CAD Brief description: MicroStation is the foundation of Bentley's CAD solutions. Discipline-specific

applications are available for civil engineering, transportation, process plants, discrete manufacturing facilities, utilities, and telecommunication networks.

Kernel: proprietary File extension: .dgn, .cel, .svf • Pro-Engineer (PTC) http://www.ptc.com/ System type: CAD/CAM Brief description: A 3D product development solution, spanning the entire product development

process, from creative concept through detailed product definition to serviceability. Kernel: Pro-Engineer (proprietary) File extension: .prt, .asm, .frm, .drw

8 CMU/SEI-2003-TN-022 • Solid Edge (EDS) http://www.solid-edge.com/

System type: CAD Brief description: Solid Edge is a 3D CAD system for mechanical design. Associated tools are

available for the machinery design and sheet metal industries. Kernel: Parasolid7

File extension: .dft, .par, .asm • SolidWorks (subsidiary of Dassault Systemes) http://www.solidworks.com/ System type: CAD/CAE Brief description: SolidWorks offers solid modeling and 2D drawing capabilities, as well as Web

publishing, animation tools, and photorealistic image generation. Kernel: Parasolid8

File extension: .sldprt, .sldasm • Unigraphics (EDS) http://www.eds.com/ System type: CAD/CAM/CAE Brief description: Unigraphics is used by manufacturers to perform conceptual, industrial and

detailed mechanical design along with engineering simulation and digital manufacturing. Kernel: Parasolid7

File extension: .prt 4.2 Geometric Modeling Kernel Formats

A geometric modeling kernel lies at the heart of every commercially available 3D modeling application. A kernel is the library of core mathematical functions that the CAD system uses to define and store 3D shapes in response to users' commands. The kernel processes the commands, stores the results, and submits the output for display. There are basically three types of licensing arrangements for geometric modeling kernels: licensed, proprietary, and open source. Licensed geometric modeling kernels are developed and maintained by one company and then licensed to other companies for use in their CAD applications. Proprietary geometric modeling kernels are developed and maintained by a CAD application developer for use solely within its application. Open source geometric modeling kernels are similar to licensed kernels. They are developed and maintained by one company and then licensed to other companies for use in CAD applications.

• ACIS (Spatial, a subsidiary of Dassault Systemes) http://www.spatial.com/products/3D/modeling/ACIS.html?LV3=Y

System type: Licensed geometric-modeling kernel Brief description: ACIS®, is the de facto 3D solid modeling foundation for a variety of 3D

products7, including CAD/CAM/CAE, animation, and shipbuilding. ACIS was the initial offering in 3D-modeling component technology. Newer versions of ACIS bundle components to give software developers various types of functionality from which to build applications, such as blending, local operations, precise hidden line,

7 Information on Parasolid is available at http://www.wave-report.com CMU/SEI-2003-TN-022 9

shelling, space warping, advanced surfacing, cellular topology, and a visualization manager. File extension: .sat, .sab • Open CASCADE (Matra Datavision) http://www.opencascade.com/ System type: Open source geometric-modeling kernel Brief description: Open CASCADE is a set of reusable C++ libraries and development tools for

the development of 3D modeling applications. The majority of Open Cascade is available as open source. This means that the source code is publicly available for software developers to use and modify. Some specialty components are available for purchase.

File extension: .brep • Parasolid (EDS) http://www.eds.com/products/plm/parasolid/ System type: Licensed geometric-modeling kernel Brief description: Originally designed for high-end, mechanical CAD applications, Parasolid is

now used in a wide diversity of mid-range systems. Parasolid is currently the fastest growing modeler available for license by MCAD developers, according to its developer, UGS (now EDS). Parasolid provides technology for solid modeling, generalized cellular modeling, and integrated free-form surface and sheet modeling.

File extension: .x_t, .x_b • SMLib (Solid Modeling Solutions) http://www.smlib.com/ System type: Open source geometric-modeling kernel Brief description: SMLib is a set of Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) -based geometry

and topology libraries that are used by more than 200 companies and universities. With integrated, nonmanifold-topology capability, SMLib includes a set of NURBS curve and surface modeling functions as well as code for object-to-object distance measurements and ray firing.

File extension: .iwp, .iwb, .pbp • Thinkdesign (think3, Inc.) www.think3.com System type: Proprietary geometric-modeling kernel Brief description: A shape-based, single-environment kernel. The architecture gives designers

parametric solids, advanced surfacing, wire frame, and 2D drafting in a single CAD system. The nonmanifold topology of the thinkdesign kernel provides the ability to mix surfaces and solids, import and use imperfect 3D geometry, integrate 2D drawings into the 3D database; it also provides diagnostic information in the event a solid modeling operation cannot be completed. The kernel can also assign variable tolerances to different geometric entities.

File extension: .e3, .e2 • VX Overdrive (Varimetrix Corp.) www.varimetrix.com System type: Proprietary geometric-modeling kernel format Brief description: VX Overdrive is an engine that provides 3D, hybrid-modeling capabilities and

enterprise-level tools. VX Overdrive is a hybrid system that combines features of solid and free-form surface modeling. The system supports functions such as concurrent engineering, object versioning, history control, filleting/blending, undo/redo, and in-context modeling of assemblies.

File extension: .vx 10 CMU/SEI-2003-TN-022

4.3 Exchange Specifications for CAD Data

Exchange specifications are neutral (non-proprietary) specifications for shape and product data exchange. Relevant specifications include the following:

• IGES – American National Standards Institute (ANSI) Y14.26M

System type: exchange specification Brief description: Initial Graphics Exchange Specification (IGES) is a specification enabling the

transfer of two- and three-dimensional drawing data, in a fixed-file format, in an electronic form. Although IGES serves its purpose of exchanging CAD data between different CAD systems, limitations of the standard include lack of upward compatibility due to the fixed file format, and most importantly, the restriction of information exchange to shape-related data only, rather than covering complete product data. Implementation problems include inability to handle large file sizes and long processing times. Despite these limitations, IGES is supported by most CAD products and is widely used for CAD data exchange [Bertoline 02].

File extension: .iges, .igs • SET – Standard d’Echange et de Transfert System type: exchange specification Brief description: SET was designed to address the difficulties in using IGES. The initial drivers

for the effort were the automotive and aerospace industries. SET version 1.1 was contributed toward the STEP standardization activity [Goldstein 98] (see below).

File extension: .set • STEP AP203 System type: exchange specification Brief description: STEP (STandard for the Exchange of Product model data) is a set of standards

for complete product data definition and exchange under the international standard ISO 10303. STEP specifications are realized as application protocols (APs). STEP AP203—Configuration Controlled Design—supports the transfer of 3D CAD models, specifically advanced boundary-representation (b-rep) solids, basic wireframe, assembly information, and configuration management data-—such as product I.D., version, and description. STEP uses an ASCII-based file serialization format (STEP part 21) that is human readable. STEP AP203 is widely implemented. Almost all major CAD systems will accept this format [Jones 00].

File extension: .stp, .step • STEP AP214 – ISO 10303-214 System type: exchange specification Brief description: STEP (STandard for the Exchange of Product model data) is a set of standards

for complete product data definition and exchange under the international standard ISO 10303. STEP specifications are realized as application protocols (APs). STEP AP214—Core Data for Automotive Mechanical Design Processes—supports the transfer of geometry data as well as design features, tolerances, 2D drawings and the STEP product data management schema. AP203 and AP214 geometry are essentially identical.

File extension: .stp, .step CMU/SEI-2003-TN-022 11 • VDAFS – VDA Surface Data Interface format

System type: exchange specification Brief description: VDAFS is used by the German Motor Manufacturers Association (VDA) to

exchange 3D CAD model data. VDAFS was published as a German national standard in 1986. A number of automotive manufacturers and suppliers throughout Europe use the standard to exchange surface data used in the design of automotive tooling and components such as body parts, injection molded parts, seats, panels, and so on.

File extension: .vda 4.4 Other File Formats Relative to the Exchange of Graphics Data • BMP (Bit Map) System type: graphics file format Main use: Bit-mapped or raster graphics file format for the Windows environment.

Brief description: The standard bit-mapped graphics format used in the Windows environment. Bit maps are representations of graphics images, consisting of rows and columns of dots, of a graphics image in computer memory. The value of each dot (whether it is filled in or not) is stored in one or more bits of data. For simple monochrome images, one bit is sufficient to represent each dot, but for colors and shades of gray, each dot requires more than one bit of data. The more bits used to represent a dot, the more colors and shades of gray that can be represented. Bit-mapped graphics are also referred to as “raster graphics.”

File extension: .bmp • GIF (Graphics Interchange Format) System type: graphics file format Main use: scanned photos, World Wide Web graphics Brief description: a bit-mapped graphics file format used by the World Wide Web, CompuServe

and many Bulletin Board Systems. GIF supports color and various resolutions. It also includes data compression, making it especially effective for scanned photos.

File extension: .gif • HPGL (Hewlett-Packard Graphics Language) System type: page description language Main use: printers and plotters Brief description: a set of commands for controlling plotters and printers. HPGL is part of

Hewlett-Packard's PCL Level 5 page description language. PCL stands for Printer Control Language, the page description language (PDL) developed by Hewlett Packard and used in many of their laser and ink-jet printers.

File extension: .hgl, .hpg, .plt, .prn 12 CMU/SEI-2003-TN-022 • JPEG (Joint Photographic Experts Group)

System type: graphics file format Main use: color photos Brief description: JPEG is a lossy compression8 technique and file format for color images.

Although the technique can reduce files sizes to about 5% of their normal size, some detail is lost in the compression.

File extension: .jpg, .jpeg • STL (stereolithography) System type: file format Main use: 3D printers and rapid prototyping machines Brief description: The STL file format is commonly used on most 3D printers and rapid

prototyping machines. It can be exported from many CAD packages. File extension: .stl • TIFF (Tagged Image File Format) System type: graphics file format Main use: high-resolution graphics Brief description: TIFF is one of the most widely supported file formats for storing bit-mapped

images. TIFF graphics can be any resolution, and they can be black and white, gray-scaled, or color.

File extension: .tif, .tiff • VRML (Virtual Reality Modeling Language) http://www.w3.org/MarkUp/VRML/ System type: modeling language Main use: create “virtual worlds” accessible via the World Wide Web Brief description: VRML allows creation of “virtual worlds" networked via the Internet and

hyperlinked with the World Wide Web. Aspects of virtual world display, interaction and internetworking can be specified using VRML without being dependent on special gear like head-mounted devices (HMD). It is the intention of its designers to develop VRML as the standard language for interactive simulation within the World Wide Web.

File extension: .wrl 4.5 Visualization Middleware

Computer graphics tool sets have been developed for assisting computer programmers in displaying images in end-user applications. This type of tool set is categorized as “middleware” in the computer industry. Some of these tool sets have been used for developing applications for displaying CAD models. Examples of these technologies include

• EON Studio (EON Reality) http://www.eonreality.com/

Brief description: EON Studio is a graphical-user interface (GUI) based tool for developing real-time 3D multimedia applications focused on E-commerce/marketing, E-learning/training and Architecture. The development process includes importing different 3D objects, usually originating from different modeling tools such as 3D Studio or Lightscape, or from different CAD systems such as ArchiCAD, ProE, or

8 Lossy compression is a data compression technique in which some amount of data is lost. This type of compression technology attempts to eliminate redundant or unnecessary information.

CMU/SEI-2003-TN-022 13 CATIA. Once imported, behaviors can be associated with the models through EON's graphical

programming interface, scripting or compiled C++ code. Simulations can also be integrated in other tools, such as Powerpoint, Word, Macromedia Authorware, Director, Shockwave, and Visual Basic.

• Immersive Design's IPA (Interactive Product Animator) http://www.immdesign.com/ Brief description: IPA is the communication tool for Pro/ENGINEER, Unigraphics, I-DEAS,

SolidWorks, and Solid Edge, that provides product information across an enterprise in the form of highly visual full motion animations. The animations are compatible with Microsoft applications, and can be embedded in documents, presentations, and Hyper-Text Mark-up Language (HTML) pages.

• Autodesk VIZ (Autodesk) http://usa.autodesk.com/adsk/ Brief description: With its technological roots in 3ds max,™9 Autodesk VIZ (formerly 3D Studio

VIZ) provides tools for digital creation and output. Combined with the latest global illumination rendering capabilities, these tools provide a rendering for rich images that help predict what a design will look like under various lighting conditions.

9 More information on 3ds max is available at http://www.3dmax.com/ 14 CMU/SEI-2003-TN-022

5 Commercial Product Information The following table provides overview information for available, circa the date of this research,10

COTS viewing technologies supporting multiple formats or formats that can be exported from a variety of CAD systems such as ACIS or stereolithography files. Information for each product includes product name, company name, price, computer platform support, supported files, contact information, URL for accessing additional information, and additional comments that typically describe the main product features. Any commercial product identified in this document is for the purpose of describing a software environment. This identification does not imply any recommendation or endorsement by the National Institute of Science and Technology, the Software Institute, Carnegie Mellon University or the Transition Insertion Demonstration Evaluation (TIDE) Program.

Editor’s note—The use of non-native viewer technology carries some risk that the view as rendered will vary from the native products rendering of the model. Relying upon these views must be done with appropriate situational awareness. That is, will the sourcing or using organization accept the consequences of non-native viewer misinterpretation of a model?

The ever-evolving state of the native packages also implies that the non-native viewers must lag this evolution, creating vulnerability that the native packages evolution will make obsolete the non-native packages’ capabilities. Process considerations should be made for this situation; for example, if the reviewers’ tool (CADviewer) differs from the designer’s tool, perhaps a validation of the

CADviewer’s rendering should be done by the design team before it is released to the reviewer community.

10 It should be noted that information in this section is current circa March 2002. The reader should be aware that this information is time sensitive and that changes in product offerings and pricing occurs over time.

CMU/SEI-2003-TN-022 15

Table 1: Commercial Product Information 16 CMU/SEI-2003-TN-022

Product Name Company Name Web site

Price Info (1 seat)

Platform support Supported file formats

Contact information

Comments

3D-Tool Ingo Wulf http://www.3d-tool.de/

76.69 EUR Windows 95/98/NT/2000

Pro/ENGINEER SLP or STL

Email: i.Wulf@3D-Tool.de

Provides edit (change colors), move, rotate, scale, and print capabilities.

3Dview Actify http://www.actify.com/

<$500 for base system; additional components available for selected CAD model formats

Windows 95/98/NT/2000

Base system: IGES, VDA-FS, AutoCAD/Mechanical Desktop files (.DWG, .DXF, .DWF, and .SAT), STL, HPGL, ISO G-Code, VRML, RAW, 3DStudio, and Actify's .3D. Optional importers: http://www.actify. com/v2/products /3dview/formats.htm including: CATIA, PRO/E, SolidWorks, UG, Solid Edge, SDRC, AutoDesk Inventor, Parasolid, STEP

Tel: +1-415-421-1840 Email: Sales@actify.com

Provides viewing, measurement, multimedia mark-up, cross-sectioning, dimensioning, mass properties, and export of images for documents. SpinFire is the free Web plug-in from Actify for 3DView visualizations.

ACIS® Open Viewer Spatial http://www.spatial.com/products/visualization / C omponents / viewer.htm ? LV3=Y

free Windows .sat (ACIS), Microsoft® Office applications

Tel: +1-303-544-2900 or 1-800-767-5710 (U.S.A. only) Email: Info@spatial.com

A stand-alone viewer.

AutoVue Cimmetry Systems, Inc. http://www.cimmetry. com/cimweb.nsf

$395, w/optional mark-up capability $595.

DOS, Windows 3.1, for Workgroups, 95, 98 NT, 2000, JAVA and UNIX

See downloads/product selection guide: http://www.cimmetry.com/cimweb.nsf

Tel: 1-800-361-1904 Email: sales@cimmetry.com

Supports 2D CAD formats; available in thick and thin clients; multiple languages; regular and professional versions provide viewing capability but differ in mark-up capabilities.

AutoVue SolidModel Cimmetry Systems, Inc. http://www.cimmetry. com/cimweb.nsf

$995, w/optional mark-up capability: $1495.

Windows 3.1, 95, 98, NT, 2000, XP

See downloads/product selection guide: http://www.cimmetry.com/cimweb.nsf

Tel: 1-800-361-1904 Email: sales@cimmetry.com

Supports 3D CAD formats; regular and professional versions provide viewing but differ in mark-up capabilities.

Product Name Company Name Web site Price Info (1 seat) Platform support Supported file formats Contact information Comments

CADViewer Tailor Made Software, Ltd. http://www.cadviewer. com

>$1k For use with Web servers, e.g., Internet Explorer and Netscape

DWF, SVF; Enterprise version supports: DWG, DXF, HPGL, PostScript and PDF

Tel: +1-206-910-5674 Email: sales@ tailormade.com

Java-based, 4 license arrangements available.

CtrlView Alexandre Matveev http://www.ctrlview.com/index.html

$30 Windows 95/98/Me/NT/2000

http://www.ctrlview. com/input.html including TIFF, HP-GL, HP-GL/2, Autodesk 3D Studio (3DS), Stereolithography (STL), VRML (WRL)

Email: amatveev@ CtrlView.com

Provides viewing and converter capabilities.

DesignGateway SofTech http://www. designgateway.net/

1 CAD module: ~$800

Windows NT/2000/98

Reads solid model files from CATIA, SolidWorks, Pro/ENGINEER, SDRC I-DEAS, Unigraphics, and thinkdesign

Tel: 800-800-3702 or +1-978- 640-6222 Email: marketing@ softech.com

Integration with CADRA (2D drafting) and MS Office products. Provides viewing and document management capabilities.

DIVISION Product View PTC http://www.ptc.com /products/windchill/

Base: $2000, Realizer option: $4995. + annual maint.

Unix, Windows DWG, IGES, PRO/E, CADDS, CATIA, I-DEAS, UG, Solidworks, STL, VRML, etc. List: http://www.ptc.com/products/division/productview_2d3d_formats.pdf

Tel: 888-782-3776; List of contacts: http://www.ptc.com /company/contacts /index.htm

Base product capabilities: view, mark-up, calculate mass properties, create rendered images, rotate, fly-through, and create sections through an assembly. Realizer option capabilities: clash detection analysis, create animations and export MPEG movies.

DraftView for CADDS Draftware Developers, Inc. http://www.draftware. com/dvhome.htm

$425-$625 MS-Windows, Solaris and HP-UX

Native CADDS 4X and CADDS 5, CGM, DWG, DXF, GIF, HPGL, JPG and TIFF

Tel: +1-812-427-2572 Email: Info@draftware.com

Provides view, print, and mark-up capabilities; views model directly from the CAD database.

CMU/SEI-2003-TN-022 17 Product Name Company Name Web site Price Info (1 seat) Platform support Supported file formats Contact information Comments 18 CMU/SEI-2003-TN-022

DraftView for Personal Designer Draftware Developers, Inc. http://www.draftware. com/dvhome.htm

$425-$625 Microsoft Windows, DOS and SPARC

Native Personal Designer® and microDRAFT®, CGM, DWG, DXF, GIF, HPGL, JPG and TIFF

Tel: +1-812-427-2572 Email: Info@draftware.com

Provides view, print, and mark-up capabilities; views model directly from the CAD database.

FastLook Plus Kamel Software http://www. kamelsoftware.com /fastlook /overview.htm

$345 All Windows platforms

>200 formats, including: AutoCAD, Inventor, SolidWorks, MicroStation, Cadkey, ME 10/30, DXF, HPGL, TIFF, Cals G4. http://www. kamelsoftware.com /fastlook /list.htm

Tel: +1-407-672-0202 Email: Sales@kamelsoft.com

Provides viewing, mark-up, and plotting capabilities. Provides network administration for access control and has open APIs available.

ForReview™ Allegria Software http://www.allegria.com/products/forreview.htm

$299 + (annual maint. 18%)

Windows 95, 98, NT, Unix

>150 formats, including: AutoCAD, HPGL, MicroStation, IGES, SolidEdge, Unigraphics. http://www.allegria. com/products /forreview-file-format-

Tel: +1-714-974-2500 Email: jgray@web4inc.com

Provides view, mark-up, compare, and print capabilities.

support.htm

Imagenation®

Spicer Corp. http://www.spicer.com /Product_web /ImageaX/ImageaX-Overview.htm

View module: $395; View + mark-up module: $695.

Win9x/NT 4.0/2000/ME

>150 formats, including CAD http://www.spicer. com/Product_web /imagenation /imagenation_view .htm

Tel: +1-330-758-1112 Email: info@spicer.com

Thick client. View module provides view capability. Optional module provides mark-up, scan, and edit capabilities.

InViso Informative Graphics http://www.infograph. com/products /dwgviewer/

$49 Windows NT 4.0 or Windows 95/98

DWG/DXF/DWF, SolidEdge, SolidWorks, ME10, HPGL, CGM, DGN, TIFF, and CALS http://www.infograph.com/products /inViso /inVisoReadme.htm

Tel: +1-602- 971-6061 Email: info@infograph.com

Provides view and print capabilities. Myriad is the full function version.

Myriad Informative Graphics http://www.infograph. com/products /productsmyriad.htm

$195 (PDF, CATIA, PRO/E extra)

Windows NT, 95, 98, 2000

>150 formats, including: Pro/E, CATIA, Solid Edge, Solid Works. http://www.infograph.com/products /Myriad /MyriadFormats.htm

Tel: 800-398-7005 Email: Sales@infograph.com

Provides view, print/plot, publish, mark-up, cross-sections, measurement, and comparison capabilities.

Product Name Company Name Web site Price Info (1 seat) Platform support Supported file formats Contact information Comments

Normica View & V2000 IT Base http://www.it-base.com

$195 (View) $395 (V2000)

Windows 98/XP and Windows NT/2000/XP

HP-GL/2 Email: Info_us@it-base.com

View product: View and print drawings. V2000 product: View, edit, print drawings.

OneView Professional CAD Centric http://www.cadcentric. com/

$525 Windows 95/98/NT SDRC

(.asc, .dwg, .mdf, .idi), Solid Edge (.prt, .asm), STL, TIFF, HPGL

Tel: +1-513- 554-6580 Email: info@cadcentric.com

Provides view, mark-up, and 3D PMI support capabilities. Integration options available.

SolidView Solid Concepts, Inc. http://www.solidview. com/

Lite – free SolidView - $99

Windows 95, 98, ME, NT, 2000 and XP, without hardware acceleration

http://www.solidview.com/compare.html#3dformats

Tel: +1-661- 257-9300 Email: Webmaster@solidconcepts.com

Lite version is a reader for the proprietary exchange format (SFX). SolidView provides view and measurement capabilities.

SolidView/Pro Solid Concepts, Inc. http://www.solidview. com/

$495 (optional importers: $295-$495 each)

Windows 95, 98, ME, NT, 2000 and XP, without hardware acceleration

http://www.solidview.com/compare.html#3dformats

Tel: +1-661- 257-9300 Email: Webmaster@ solidconcepts.com

Provides view, publishing, translation, scale, rotate, mirror, measurement, cross-section, and access control capabilities.

STL-Viewer Floating Point Solutions http://www.fpsols.com /stl_viewer.html

free Windows Stereolithography

(.stl) Tel: +1-Email:

413- 235-7988

Info@fpsols.com

Provides view and print capabilities.

CMU/SEI-2003-TN-022 19 Product Name Company Name Web site Price Info (1 seat) Platform support Supported file formats Contact information Comments

ST-Viewer STEP Tools, Inc. http://www.steptools. com/products/stviewer/

$290 Windows NT 4.0/2000 or Windows 98/95 Systems AUTOCAD,

tested with ST-Viewer: ACIS, Alias Wavefront, CADKEY, CATIA, CoCreate, Microstation, Parasolid, Patran, Pro/ENGINEER, SDRC I-DEAS, SolidEdge, SolidWorks, IronCAD, UNIGRAPHICS

Tel: +1-518- 687-2848 Email: info@steptools. com

Supports the following APs: AP 203, AP 209, AP 214, AP 224, AP 227, AP 210. Provides view and mark-up capabilities. Additionally, displays and relate product identification information, assembly structure information, and 3D geometry information.

Trix DrawingCenter 2000 Trix Systems http://www.trixsystems.com/dcenter.html

$139 Windows XP, 2000, NT 4.x, ME and 95/98

DWG, DXF, PLT (HPGL), C4, CALS, TIF, BMP, etc.

Tel: 800-326-4443 Email: info@trixsystems.com

Provides view, mark-up, measurement, and print capabilities.

ViewCafe Spicer Corp. http://www.spicer.com/Product_web/ImageaX/ImageaX-Overview.htm

10 concurrent seats + Web server component: $3995.

Win9x/NT 4.0/2000/ME/XP

>150 formats, including CAD http://www.spicer. com/Product_web /ViewCafe /java_supported file formats.htm

Tel: +1-330- 758-1112 Email: info@spicer.com

Provides Web-based view and mark-up capabilities.

ViewCompanion Software Companions http://www.softwarecompanions.com /viewcomp.html

$45 (regular) $59 (Pro)

Windows HPGL and HPGL/2

Tel: 877-353-7297 E-mail: sales@softwarecompanions.com

Regular version provides view and print capabilities, as well as the ability to export other formats. Pro version provides an additional mark-up capability.

Vis View Standard EDS http://www.plm solutions-eds.com /products/

$1030 1 floating seat; node-lock $500

Windows & Unix VRML 1.0 and STL; optional support for I-DEAS, Pro/ENGINEER, CATIA, CADDS and Unigraphics; Separate neutral format translators for IGES, STEP, AutoCAD DXF.

Tel: 800-498-5351

Provides 2D view, measurement, mark-up, comparison, and 3D view capabilities. Additional options available.

20 CMU/SEI-2003-TN-022 Product Name Company Name Web site Price Info (1 seat) Platform support Supported file formats Contact information Comments

Vis View Professional EDS http://www.plm solutions-eds.com /products/

$3000 1 floating seat; node-lock $1750

Windows & Unix VRML 1.0 and STL; optional support for I-DEAS, Pro/ENGINEER, CATIA, CADDS and Unigraphics; Separate neutral format translators for IGES, STEP, AutoCAD DXF.

Tel: 800-498-5351 List of contacts: http://www.eds.com /products/plm/contact/

Includes Vis View Standard capabilities and provides 3D advanced viewing options, 3D measurement and comparison capabilities. Additional options available.

WiseView Samsung SDS http://www. samsungsdsa.com (Pro & Enterprise versions – depends on options purchased)

Desktop $200-1300 Client/server – same $$ range

Windows 98, NT, 2000 (desktop & thin client w/server)

CATIA, STL, DGN, IGES, Solidworks, Unigraphics, Pro-E, many office formats

Email: wiseview_sales@ usa.samsung.com

Provides view, mark-up, measurement, comparison, and conversion capabilities.

WorkView3D DeltaConcept http://www. deltaconcept.ch

399 CHF (PC) 399 CHF (linux) 499 CHF (Unix Motif)

Windows95/98/NT, Unix Motif

VRML-2.0, 3D Studio, STL, IGES, SAT

Tel: +4122/827.69.90 Email: graphic@ DeltaCconcept.ch

(Switzerland) Provides a view capability.

CMU/SEI-2003-TN-022 21

6 Conclusion Visualization solutions offer the possibility of expanding engineering data review and collaboration to the extended enterprise. These tools allow product developers to view 3D models from different sites or from throughout an organization when multiple CAD systems are used.

Currently, there are many existing and evolving technologies that meet niche market needs. This situation is very fluid as new firms, new commercial arrangements, and new technologies and capabilities continue to emerge. Users of these technologies, after assessing their current and future needs, must seek solutions in the changing marketplace knowing that comparative product evaluations are unlikely to be valid for more than a year. To facilitate that evaluation, this paper provides guidelines that can be used by the community of smaller manufacturers facing such an evaluation task.

22 CMU/SEI-2003-TN-022

References

The URLs below are accurate as of September 2003.

[Bertoline 02] Bertoline, G. & Wiebe, E. Fundamentals of Graphics Communications, 3rd Edition. New York, NY: McGraw Hill, 2002.

[Goldstein 98] Goldstein, B.; Kemmerer, S.; & Parks, C. “A Brief History of Early Product Data Exchange Standards,” NISTIR 6221. Gaithersburg, MD: National Institute of Standards and Technologies, 1998.

[Jones 00] Jones, B. “STEP comes of age,” CAD Systems Magazine (Jan. 2000) <http://www.cadsystems.com/archive/0001f03.html> (2000).

CMU/SEI-2003-TN-022 23

REPORT DOCUMENTATION PAGE Form Approved OMB No. 0704-0188

Public reporting burden for this collection of information is estimated to average 1 hour per response, including the time for reviewing instructions, searching existing data sources, gathering and maintaining the data needed, and completing and reviewing the collection of information. Send comments regarding this burden estimate or any other aspect of this collection of information, including suggestions for reducing this burden, to Washington Headquarters Services, Directorate for information Operations and Reports, 1215 Jefferson Davis Highway, Suite 1204, Arlington, VA 22202-4302, and to the Office of Management and Budget, Paperwork Reduction Project (0704-0188), Washington, DC 20503.

1. AGENCY USE ONLY

(Leave Blank) 2. REPORT DATE

September 2003 3. REPORT TYPE AND DATES COVERED

Final 4. TITLE AND SUBTITLE

Viewing Technologies for Computer-Aided Design Models 5. FUNDING NUMBERS

F19628-00-C-0003 6. AUTHOR(S)

Michelle Potts Steves, Simon Frechette, edited by John T. Foreman, William B. Anderson 7. PERFORMING ORGANIZATION NAME(S) AND ADDRESS(ES)

Software Engineering Institute Carnegie Mellon University Pittsburgh, PA 15213

8. PERFORMING ORGANIZATION REPORT NUMBER

CMU/SEI-2003-TN-022

9. SPONSORING/MONITORING AGENCY NAME(S) AND ADDRESS(ES)

HQ ESC/XPK 5 Eglin Street Hanscom AFB, MA 01731-2116 10. SPONSORING/MONITORING AGENCY REPORT NUMBER

11. SUPPLEMENTARY NOTES

12A DISTRIBUTION/AVAILABILITY STATEMENT

Unclassified/Unlimited, DTIC, NTIS 12B DISTRIBUTION CODE

13. ABSTRACT (MAXIMUM 200 WORDS)

This report provides information about technologies for viewing computer-aided design (CAD) models. CAD model viewers are tools that allow engineers and other users to view CAD models from distributed locations, often using lightweight viewing applications or standard Web browsers. The report describes factors to consider when choosing a viewing technology, as well as popular CAD model file formats that viewing technologies can import. Also provided is a sampling of commercial off-the-shelf (COTS) products currently available for viewing CAD models; descriptive information for each product, such as basic product functionality, purchase price, computer platform support, file format support; and a related World Wide Web Universal Resource Locator. 14. SUBJECT TERMS

CAD, viewer, viewing, visualization, native CAD format, computer-aided design

15. NUMBER OF PAGES

35

16. PRICE CODE

17. SECURITY CLASSIFICATION OF REPORT

Unclassified

18. SECURITY CLASSIFICATION OF THIS PAGE

Unclassified

19. SECURITY CLASSIFICATION OF ABSTRACT

Unclassified

20. LIMITATION OF ABSTRACT

UL

NSN 7540-01-280-5500 Standard Form 298 (Rev. 2-89) Prescribed by ANSI Std. Z39-18 298-102

'Super Model' project to deliver STEP data to machine tool controls

STEP comes of age

By Belinda Jones

With most major CAD vendors introducing STEP (Standard for Product Data Exchange) data translators in recent years, manufacturers in Canada and the U.S. are discovering an effective way to exchange information and move into compliance with ISO 10303. As STEP is coming of age, a new research and development project dubbed "Model-Model Driven Intelligent Control of Manufacturing"will reveal the real capacity of STEP" the potential envisioned by the standard's architects. Its mission is to silently break down barriers that will change the face of manufacturing as we know it today.

From inception, the originators of STEP envisioned globalization and a content-rich data standard that would surpass the typical data standard supporting specific data entities and topologies. Why stop here they asked? The ability to seamlessly exchange product data between CAD systems and CAM down to the machine tool controls would ultimately save billions of dollars. So the design intent of this new international standard would go far beyond its predecessor IGES to support not only 3D product data, but STEP would include product identification information, assembly structures, configuration controlled assemblies, manufacturing features and intelligence. With the emergence of STEP into fortune 500 manfacturers and leading firms overseas, the technology is at an important crossroad.

With CAM and CAE systems following.

Advanced Technology Project to Move STEP into ManufacturingSince 1991, STEP Tools, Inc had been developing an integrated suite of tools and libraries to cover all aspects of STEP implementation, as well as minimizes the effort needed to move applications and databases into compliance with ISO 10303 STEP. With a pent-up market demand for shorter and shorter product development cycles, the software developer sought funding for a new phase of STEP development and their greatest challenge as a company.

On October 8, 1999, STEP Tools, Inc announced it had received a two million dollar Advanced Technology Program (ATP) Award issued by NIST (National Institute of Standards and Technology), an agency of the U.S. Commerce Department's Technology Administration. The prestigious ATP award would fund STEP Tool's "Model Driven Intelligent Control of Manufacturing"project to develop software and databases for an integrated design-to-manufacturing system that allows numerically controlled (CNC) machine tools to be controlled by product design data.

ATP awards are based on a rigorous competitive review considering scientific and technical merit of each proposal and its potential benefits to the U.S. economy. Applicants must include a detailed business plan for bringing the new technology to market once technical milestones have been achieved under ATP support. To help STEP Tools commercialize the results of the project, the State of New York has committed $150,000 to be issued in 2002, at the completion of the research program, to hire new employees and bring new products to the market. STEP Tools will pilot the project with subcontractors including Bridgeport Machines, Allied Signal and Rensselaer Polytechnic Institute.

"The ATP's 1999 Competition attracted over 400 proposals,"stated Dr. Martin Hardwick, president and CEO of STEP Tools, Inc. "This was a very competitive arena and we were very pleased to join the winning ranks as one of only 37 new industrial research projects selected for support by the Commerce Department's Advanced Technology Program. We will essentially lay the foundation for "next generation"manufacturing that will lead to significant improvements in design flexibility, reduce time to market, and increase the quality of manufactured parts. The broad-based benefits will be felt by both large and small job shops, as well as their clients."

Benefits of the Super Model ProjectThe "Model- Model Driven Intelligent Control of Manufacturing" ATP Project, dubbed "Super Model", is a three year project. The goal is to build a database that contains all the information required to make a part, in other words a Super Model. A super model must include design information such as geometry, manufacturing planning information such as form features, and manufacturing strategy information such as tool selection. The benefits of a Super Model include a 35% reduction in the cost of process planning and a 75% reduction in the cost of shop floor control. The problem inhibiting the realization of these benefits is the lack of a database that can build, store and deliver the required information to shop floor tools and users.

The Super Model database will be defined by the STEP and STEP-NC standards. The project is challenging and unique because of the range of information that must be integrated into the database. Data will be sent to the database by CAD, CAM and process planning tools. Until now, STEP has been implemented as a data exchange process. As the Super Model emerges, the tools must be able to add their information to an existing database. A principle deliverable of the project will be easy-to-use libraries that make it reasonable for downstream manufacturing tools to annotate and extend information defined by upstream design tools.

The target for the first year of the ATP project is to build a STEP and STEP-NC database containing three kinds of manufacturing features, and use the database to drive a machine tool controller. The target for the second year is to build a database containing all the features defined by the STEP-NC milling schema and use that database to manufacture the STEP-NC test part. The target for the third year is to build and manufacture a database for another machining process such as turning, EDM or grinding.

"Super Model" Moves Into GearIn the month of November, STEP Tools has been forming an Industrial Review Board (IRB) consisting of Fortune 500 companies, software developers of both CAD and CAM products, machine tool manufacturers, job shops and industry experts and consultants to advise and participate in the Super Model project. The company officially launched the three year project on December 15, 1999 with an organizational meeting for the members

of the Industrial Review Board. The IRB will meet twice per year after the first meeting to review the progress of the project and see demonstrations.

The IRB will also meet with a sister group of organizations comprising the Verification, Implementation and Promotion (VIP) board. VIP members have agreed to run projects to verify that STEP-NC is a superior data standard for their manufacturing processes. The VIP board will take advantage of the technologies being developed by STEP Tools for Super Model. Unlike the IRB, the VIP is expected to continue after the end of the Super Model project.

To date, the Industrial Review Board is comprised of members from leading companies such as GE Fanuc, Boeing International, Lockhead Martin, General Dynamics Tank Automotive, General Motors, NASA, Lawrence Livermore, CADKEY Corporation, CNC Software, Inc., Allibra, the National Center for Manufacturing Sciences and more. For more information on STEP Tools and updates on the Super Model project, visit www. steptools.com.

STEP ToolsContact: Dr. Martin Hardwick1223 Peoples AvenueTroy, New York 12180-3558TEL 518-276-2848FAX 518-276-8471Email: info@steptools.com

Investigating STEP

For those who are interested in exploring the STEP Data standard, STEP Tools, Inc. offers a free Online Data Translation Service. CAD users wanting to convert 3D data to and from STEP part files will find a variety of translation options at STEP Tools Web site at: www.steptools.com/translate. The STEP Tools Online Translation service also includes popular graphic data formats and allows users to directly upload files without using FTP (File Transfer Protocol). To date, over 6000 data translations have been performed online.

The STEP Tools Online Translator supports importing and exporting STEP data to three file formats: Parasolid-XT (Unigraphics Solutions, Inc.), XML (W3C), and ACIS-SAT (Spatial Technology, Inc.). The service additionally includes support for the EXPRESS/EXPRESS-X Syntax Checker and the EXPRESS Pretty Printer. STEP models can also be exported to an STL (Stereolithography) file for rapid prototyping processes.

For visualization applications, users can capture their STEP AP 203 designs in three mainstream graphic file formats: GIF, JPEG or VRML (Virtual Reality Markup Language) which can be displayed on a company’s web site or utilized for design collaboration. The STEP translation service imposes an upload file size limit of five megabytes, a job run time limit of ten minutes, and requires that your Internet browser supports file upload and cookies.

Belinda Jones is with HiTech Marketing, Inc. based in Connecticut. You can reach her at 860- 648-1901 or email: bjones@cadsystems.com.

Web3D Specifications

 

The specifications found on this page are of technologies that enable 3d objects to be distributed over the internet. Past, current and developing specifications

6 Entries Listed Alphabetically by Item

Item Technology

VRML 1.0C Specification (with clarifications) VRML 1.0

This document describes the complete clarified final specification for VRML 1.0.

VRML 2.0 Specification, 8/96 VRML 2.0

This document describes the complete Final specification for VRML 2.0. The final specification reflects changes made after the latest draft specification.

VRML97 International Standard ISO/IEC 14772-1:1997 VRML97

This document is part 1 of ISO/IEC 14772-1:1997, the Virtual Reality Modeling Language (VRML), also referred to as "VRML97". The full title of this part of the International Standard is: Information technology -- Computer graphics and image processing -- The Virtual Reality Modeling Language (VRML) -- Part 1: Functional specification and UTF-8 encoding.

VRML97 Amendment 1 Final Draft Amendment VRML97

VRML97 Amendment 1 has been officially submitted to ISO as a Final Draft Amendment (FDAM) document. This is the last stage before standardization and includes responses to the over 120 comments that were generated on the Committee Draft text.It is to be incorporated into the official VRML97 ISO Specification: see above

VRML 200x Draft Specification, 9/00 VRML 200x

The X3D Task Group is designing and implementing the next-generation Extensible 3D (X3D) Graphics specification. We are expressing the geometry and behavior capabilities of the Virtual Reality Modeling Language (VRML 97) using the Extensible Markup language - XML

X3D-Specification draft X3D

The X3D Task Group is designing and implementing the next-generation Extensible 3D (X3D) Graphics specification. a revised and reorganized draft of the X3D specification is available. This goes a long way towards showing how profiles, componentization and levels of support can work.

latest draft Dec 2001

Related Links

Item Technology

Computer and Communication Standards Various

An extensive listing of standards bodies.

 

Return to the Web3D Repository Main Page

Submit Information to the Web3D Repository

Contact the Librarian of the Web3D Repository

Copyright 1999-2002 Web3d Consortium

H STRONA GŁÓWNA   H HHHHHHHHHHHH H HH HHHHHH

 Nr 27 - 9-10/2002

Problemy z translacją plików cz. IIBernard Pacula 

FORMAT IGES

Podczas pracy nad projektem, niezależnie czy jest to zapis formy, czy inne dokumenty programów CAD/CAM, istnieje zazwyczaj konieczność wymiany danych z innymi systemami. W tym celu korzystamy najczęściej z formatów uniwersalnych. Nie zawsze jednak znamy choćby podstawowe informacje o formacie, który wykorzystujemy. Dlatego uruchamiamy cykl artykułów poruszających ten temat. Najpierw zajmiemy się najbardziej rozpowszechnionym formatem – IGES.

Zacznijmy od początku – rozszyfrujmy jego nazwę. IGES – to Initial Graphics Exchange Specification. Główne korzenie tego formatu sięgają roku 1980. Oczywiście, ciągle jest on popularny i rozwijany, dzięki swej ogromnej uniwersalności. Obsługa tego standardu zawarta jest w większości programów CAD/CAM dostępnych na rynku.

Plik IGES w formacie tekstowy ASCII składa się z pięciu sekcji:

S (START) G (GLOBAL) D (DIRECTORY)

P (PARAMETERS) T (TERMINATE)

W części pierwszej (START) może znajdować się komentarz do danego pliku. Mogą to być dowolne znaki ASCII. Każdy plik musi mieć sekcję startową.

W części drugiej (GLOBAL) znajdują się, jak sama nazwa mówi, informacje globalne o pliku, czyli np. informacja o użytkowniku tworzącym plik, nawa firmy, nazwa pliku, system w którym plik był tworzony, skala przestrzeni modelu, rodzaj jednostek, oraz nazwa standardu w którym tworzona była dokumentacja (ISO, ANSI, JIS, ANFOR, BSI, CSA, DIN).

W trzeciej części i czwartej (DIRECTORY i PARAMETERS) zawarte są informacje dotyczące wszystkich elementów zawartych w pliku, czyli opis geometrii. Części te mają dość swobodny format zawartości.

W piątej części (TERMINATE) podane są tylko informacje na temat ilości sekwencji w każdej z sekcji - S,G,D,P i T. Zawiera ona tylko literę oznaczającą daną sekcję i liczbę sekwencji w niej występującą.

Jak widać, postać pliku w formacie IGES jest dość czytelna. Szczególnie dla użytkownika są ważne dwie pierwsze sekcje, gdyż z nich można bardzo wiele się dowiedzieć na temat tego, kto tworzył plik, w jakim systemie i jakie jednostki zastosował. Stosując w plikach komentarze łatwo później zorientować się, z czym mamy do czynienia.

Podczas tworzenia pliku IGES, każdy program CAD wyświetla okienko z możliwością ustawienia dodatkowych opcji.

Na załączonych ilustracjach (Rys.1 – 6) pokazane są okienka exportu z różnych systemów CAD. Jak widać – w niektórych z nich mamy jedynie możliwość sprecyzowania, w jakiej postacie chcemy wyeksportować dane, czyli czy ma to być model powierzchniowy, czy krawędziowy. Dodatkowo można ustalić, czy elementy konstrukcyjne, niebędące bezpośrednio związane z geometrią wyjściową, mają być również eksportowane. W niektórych programach można ustawić także tolerancję z jaką ma być przeprowadzona translacja.

Jako że format IGES jest bardzo uniwersalny, to należy liczyć się z tym, że niekiedy nie spełni on swojego zadania. Chodzi mianowicie o możliwość powstawania błędów przy procesie konwersji. Zazwyczaj, jeśli jest to możliwe, należy próbować zapisać elementy w którymś z formatów bryłowych, a jeśli to się nie powiedzie, dopiero sięgać po standard IGES. Jak już w poprzednim artykule poświęconym

problemom translacji, była mowa, mogą wystąpić różne błędy wynikające z tego, że bryły są zamieniane na powierzchnie, a wtedy mogą pojawić się dziury i niespójności krawędzi. Również może wystąpić powielanie się tych samych obiektów w jednym miejscu.

W sytuacji, gdy ma to miejsce, czasami niemożliwe staje się wczytanie takiego pliku, lub niezgodność po wczytaniu z oryginałem. Aby tego uniknąć, część programów posiada również pewne dodatki naprawiające i „leczące” pliki. Przykład widać na rys. 7 i 8.

Pomimo możliwości wystąpienia błędów, format IGES ma zaletę uniwersalności. Jeśli nie zależy nam na przenoszeniu elementu bryłą i akceptujemy możliwość wystąpienia drobnych błędów, to możemy spokojnie wybrać ten standard. Jest on również czasami jedynym czytanym formatem przez starsze wersje systemów CAD/CAM, więc pomimo swoich niedociągnięć jest często używany.

W następnym artykule zapoznamy się ze standardem STEP.

 

Problemy z translacją plików Bernard Pacula

We współczesnym przemyśle, dość często spotykamy się z sytuacją, że inna osoba tworzy model elementu, który zostanie wykonany, a zupełnie inna robi do niego formę, lub inne oprzyrządowanie. W związku z tym, bardzo prawdopodobne jest, że również programy, w jakich obie osoby pracują, będą inne. Ma to dość duże znaczenie dla konstruktora formy, aby mógł ją wykonać musi wczytać plik z detalem. Gdy projektant wyrobu i konstruktor formy mają te same programy, to problemu z wczytywaniem plików nie ma. Pojawia się on, gdy programy te są różne, a co gorsza, nie potrafią wczytywać bezpośrednio swoich plików. W takiej sytuacji występuje konieczność translacji do innego formatu; albo do tego jaki posiada konstruktor, albo do tzw. formatu uniwersalnego.  

Formaty uniwersalne cechują się tym, że skoro jak sama nazwa mówi są „uniwersalne„, to są czytane przez większość programów CAD, oraz programów do wizualizacji, czy też np. analizy wtrysku tworzywa. Jest kilka najczęściej używanych formatów uniwersalnych:

IGES - Initial Graphics Exchange Specification - najbardziej uniwersalny z formatów, przez co stwarzający najwięcej problemów z dokładnością odwzorowania geometrii (przenosi tylko powierzchnie - nie przenosi brył) STEP - Standard for the Exchange of Product Model Data - międzynarodowy standard, bardzo dokładny i umożliwiający przenoszenie również brył a nie tylko powierzchni, a dodatkowo całych zespołów

DXF - Drawing Exchange File - stary format o małej dokładności, najczęściej używany do rysunków płaskich

Niestety, formaty uniwersalne posiadają wady. Zawsze podczas wykonywania procesu translacji istnieje możliwość błędnej interpretacji kształtu, przez co mogą powstać błędy

geometrii. Do typowych błędów należą:

niedociągnięcia powierzchni - pomiędzy powierzchniami sąsiadującymi ze sobą powstaje szczelina, która uniemożliwia połączenie wspólną krawędzią obu powierzchni dziury - obszary, gdzie np. zniknęła powierzchnia i powstał ubytek

brak przycięcia powierzchni - z zarysu bryły, czy powierzchni jaka miała powstać, wystają jeszcze kawałki powierzchni, których obcięcie zostało podczas translacji pominięte

nachodzenie na siebie elementów geometrii - gdy w pewnym miejscu przecinają się powierzchnie lub krawędzie tworząc błędną geometrię (kształty niemożliwe do uzyskania w rzeczywistości)

niepotrzebne „śmieci„ w pliku - gdy oprócz potrzebnych danych (np. bryły) znajdują się w pliku inne, niepotrzebne informacje (np. szkice pomocnicze, dokumentacja płaska)

Są to typowe problemy, jakie mogą pojawić się podczas procesu translacji do formatów uniwersalnych. Najpoważniejsze powstają zazwyczaj podczas exportu danych z systemów klasy high-end do pliku IGES przez osoby, które nie mają pojęcia o odpowiednim przygotowaniu modelu przed przystąpieniem do translacji. Z tego powodu, oprócz wbudowanych w aplikacje translatorów, pojawiają się odrębne produkty firm specjalizujących się w tej dziedzinie. Ułatwiają one przeprowadzenie tego procesu, aczkolwiek i tam również mogą powstać błędy. Wynika to z wcześniej omówionych specyfikacji tych formatów.

Jeśli już okazało się, że dostarczony plik zawiera błędy, to nie pozostaje nic innego, jak naprawić go. Tu również można skorzystać ze specjalizowanych narzędzi, które jednak są bardzo drogie i trudne w obsłudze albo naprawiać pliki ręcznie. W sytuacji, gdy mamy do czynienia ze zgubieniem powierzchni w modelu, można takową powierzchnię stworzyć i dokleić do reszty konstrukcji. Podobnie, gdy mamy do czynienia z niedociągnięciami - można wydłużyć powierzchnie tak, aby do siebie dochodziły. Niektóre systemy CAD posiadają odpowiednie funkcje, aby już na poziomie wczytywania pliku sprawdzać czy istnieją jakieś niedociągnięcia i starają się taką geometrię naprawić samoczynnie. Jeśli natomiast w pliku znajdują się różne informacje nie związane bezpośrednio z bryłą lub powierzchnią finalną opisującą kształt, to są już większe problemy. W takiej sytuacji niektóre programy mogą odmówić otwarcia takiego pliku. Wtedy trzeba skorzystać z programu, który to umożliwi i usunąć niepotrzebne dane, które go psują. Najgorszą sytuacją jest wspomniane wcześniej zachodzenie na siebie pewnych powierzchni, gdyż takiego elementu nie da się naprawić automatycznie i trzeba to zrobić ręcznie, co niekiedy wymaga nakładu pracy od kilku do kilkunastu godzin. Osoby nie posiadające doświadczenia w tej dziedzinie, mogą skorzystać z usług firm wyspecjalizowanych, dzięki czemu można mieć pewność, że translacja pliku będzie przeprowadzona w sposób odpowiedni, a ewentualne błędy zostaną naprawione.

 

 

 

 

  Oprogramowanie dla mechaników

W artykule przedstawiamy programy CAD średniego zasięgu dla branży mechanicznej, tworzone przez Autodesk, SolidWorks, Visionary Design System oraz Bentley. Wykorzystują one te same komponenty, produkowane przez firmy trzecie, różnią się jednak diametralnie.

W naszym zestawieniu brakuje, niestety, Solid Edge'a. Nadaje on ton rynkowi

programów średniego zasięgu. W najnowszej wersji został wyposażony w Parasolida v11 oraz integralny moduł AFR (Automatic Feature Recognition). Firma Unigraphics nie była jednak zainteresowana zaprezentowaniem programu w tym artykule. Dostępne na rynku oprogramowanie można podzielić, za firmą Technicom, na dwie grupy: mid- -range oraz Large Scale Integrated Systems (zamiast high-end). Obecnie różnice między tymi grupami produktów coraz bardziej się zacierają. W związku z tym Technicom proponuje podział nie ze względu na funkcjonalność, ale cenę, która w grupie mid-range waha się od 3500 do 6000 USD. Do stworzenia prezentowanych przez nas programów producenci wykorzystali komponenty firm trzecich, takie jak GMS (Geometry Kernel Systems), translatory IGES/STEP/VDS (firm ITI, Steptools i Theorem), AFR (firmy GSSLCO). Spośród sześciu spotykanych schematów reprezentacji najczęściej używane są CSG (Constructive Solid Geometry) oraz B-Rep (Boundary Representation). Metodą najstarszą jest CSG, w której bryła jest wynikiem operacji logicznych (suma, różnica, część wspólna) na prymitywach składowych, takich jak płaszczyzna, walec, stożek, kula, torus lub cyklida. Wszystkie prymitywy dzielą przestrzeń na dwie półprzestrzenie halfspace. Najprostszym prymitywem jest płaszczyzna posiadająca wektor normalny (obliczany jako Vf), dzieląca przestrzeń na dwie części: bryłę i powietrze (solid, air). Ciekawe, że w przypadku kuli dwie półprzestrzenie nie są sobie równe. Sześcian lub prostopadłościan to złożenie sześciu płaszczyzn. Metoda CSG wykorzystuje operacje logiczne na zbiorach i nie jest metodą unikalną, tzn. model końcowy można uzyskać na kilka sposobów (różnica, suma lub część wspólna). Wyniki przeprowadzonych operacji oraz powiązane z nimi prymitywy lub ich zbiory są wyświetlane w postaci drzewa. Zaletą tej metody jest prostota obliczeń i operacji logicznych. Wadą natomiast jest brak możliwości uzyskania powierzchni swobodnych (free-form).

Metoda B-Representation zapewnia opis bryły jako zbiór elementów typu face (uciętych powierzchni), które dzielą przestrzeń na dwie części: bryłę i powietrze. Przestrzeń lub bryła wskazywana jest przez wektory normalne. Oprócz informacji geometrycznych, takich jak linie, punkty itd., wykorzystuje informacje topologiczne, jak vertex, loop, edge, wire, shell lub body, opisujące powiązania elementów składowych. Metodę B-Rep dzieli się na trzy grupy: Facetted, Elementary, Advanced. Najczęściej stosowana jest B-Rep Advanced, pozwalająca na stosowanie powierzchni typu NURB. Zaletą tej metody jest możliwość opisu brył oraz powierzchni. Metoda ta zapewnia wykonywanie operacji na prymitywach (suma, różnica, część wspólna), jednak trwa to dłużej niż w CSG i przebiega w kilkuetapowym procesie. Obie metody mają swoje zalety oraz wady, które można eliminować przez zastosowanie ich w jednym programie. Mówimy wtedy o hybrydowym modelerze, który CSG wykorzystuje do operacji logicznych na prymitywach składowych, a Advanced B-Rep do tworzenia powierzchni, edycji wyniku operacji CSG oraz przechowywania modelu. Dużym problemem jest stworzenie algorytmu, który na bazie opisu operacji wykonanych na elementach typu halfspace umożliwia stworzenie geometrii oraz topologii w metodzie B-Rep. Na razie jedynymi modelerami hybrydowymi (CSG + B-Rep) są ICEM DDN Hybrid Solid (CSG + ACIS) oraz MicroStation Modeler v7 (CSG + Parasolid). Rozwiązanie to przyspiesza modelowanie za pomocą prymitywów. Duże firmy tworzą obecnie komponenty składowe, które są kupowane i umieszczane w komercyjnych aplikacjach. Spośród kilkunastu producentów wymienić należy Spatial, Unigraphics, Ricoh oraz Matra-Datavison. Rację ma firma Unigraphics, że standardem stała się już obecność jednej lub kilkudziesięciu bibliotek *.dll w komercyjnych aplikacjach. Trudno natomiast stwierdzić, czy standardem stało się umieszczanie Parasolida w programach CAD/CAM. Trudno też stwierdzić, który z 4 GMS jest najlepszy ACIS, Parasolid, DesignBase

czy CAS.CADe. Poniżej w tabeli wymieniamy niektórych odbiorców tych kerneli. Właścicielami licencji kilku różnych GMS może być jedna firma, tworząca translatory SAT/PAR, ACIS/STEP itd., lub też własne kernele, jak np. RG (Relational Geometry) firmy Aerohydro.

GMS Firmy

ACISAutodesk, Megatech, Cadkey, IMSI, ICEM Technologies, GSSLCO, Tecnomatix, Aerohydro, VDS, Theorem

Parasolid Unigraphics, Bentley, VDS, SolidWorks, Dassault Systemes, Theorem Solutions

DesignBase MicroCADAM (IBM i Kawasaki)

CAS.CADe Matra-Datavision

Do tej pory firmy jedynie kupowały GMS produkowane przez Spatial, Unigraphics i inne, obecnie zaś tworzą także swoje rozwiązania. Przykładem może tu być Hewlett-Packard i jej SolidDesigner wykorzystujący zbiór własnych instrukcji. Firma HP nie była zainteresowana szczegółowym wyjaśnieniem, jak działa nowy rdzeń geometryczny. Zastosowanie GMS, takich jak ACIS i Parasolid, w komercyjnych aplikacjach pozwala na wykorzystanie całego wachlarza funkcji, np. tworzenia, edycji,

zapisywania brył i powierzchni, krzywych, punktów itd. Ważnym wydarzeniem było stworzenie przez firmę VDS programu IronCAD v3 z ACIS v5 oraz Parasolid v11. Jest to wspaniałe rozwiązanie zapewniające tworzenie złożeń zbudowanych z części wykonanych w ACIS oraz w Parasolid. Miało pozwolić na automatyczną konwersję modelu wraz z przypisanymi do niego cechami. Jednak konwersja bryły z jednego B-Rep do drugiego okazała się problemem. Objętość brył prostych, takich jak walec, prostopadłościan, kula itd., stworzonych w ACIS nie zmienia się po konwersji do opisu parasolidowego. Gorzej jest w przypadku tworzenia bryły wykorzystującej krzywą Bezier jako kontur definiujący lub profil w tym przypadku otrzymujemy dwie bryły o różnych objętościach. W naszych redakcyjnych testach osiągnęliśmy współczynnik Vparasolid/Vacis = 2,8. Poprosiliśmy o wyjaśnienie firmę VDS, ale jak dotąd nie otrzymaliśmy żadnej odpowiedzi. Jasne, że ACIS i Parasolid pracują z różnymi dokładnościami. Ciekawy komentarz przysłała firma Spatial: "Oczywiście, jest możliwa niedokładność kilku miejsc po przecinku, ale współczynnik 2,8 jest trochę za duży".

Wymiana danych

W dużych zakładach lub biurach konstrukcyjnych może być zainstalowanych kilka lub kilkanaście programów CAD. Każdy z nich może być lepszy w innej dziedzinie (tworzenie brył, złożeń z brył, rysunków wykonawczych itd.). Problemem jest przeniesienie geometrii z jednego

programu do drugiego. W większości przypadków używa się do tego formatów neutralnych IGES oraz STEP niezależnych od oprogramowania. IGES (Initial Graphics Exchange Specification) jest formatem neutralnym, nad którym rozpoczęto pracę w 1979 roku. Miał za zadanie umożliwić wymianę informacji między systemami CAD/CAM. Klasyczny konwerter IGES można podzielić na dwie części: preprocesor oraz postprocesor. Preprocesor zapewnia zamianę informacji składowanej w wewnętrznej bazie programu CAD w format IGES, natomiast postprocesor

zamianę informacji wczytywanego formatu IGES w format wewnętrzny programu CAD. Pierwsza wersja IGES była przeznaczona do wymiany rysunków, w skład których wchodziła geometria 2D/3D. Namiastką trójwymiarowej geometrii były modele krawędziowe. Wraz z powstawaniem kolejnych wersji format IGES zapewniał transfer:

geometrii 2D, geometrii 3D, w tym powierzchni NURB i uciętych, brył według schematu reprezentacji B-rep, brył według schematu reprezentacji CSG, adnotacji (tekst, wymiary itd.), struktur (zdefiniowane rzutnie itd.), atrybutów oraz właściwości.

W postprocesor oraz preprocesor IGES wyposażone są obecnie wszystkie programy CAD. Zastosowanie tego formatu jest jednak ograniczone ze względu na dowolność definiowania entycji składowych, dokładność tworzenia geometrii oraz rodzaj wykorzystywanej biblioteki narzędziowej. Specyfikacja IGES pozwala na wymianę informacji między programami wykorzystującymi różne schematy reprezentacji:

w przypadku B-Rep będą to entycje opisujące stworzoną bryłę w zależności od elementów składowych entycje 186 MSBO, 514 shell, 510 face, 508 loop, 504 edge (lista), 502 vertex (lista);

w przypadku CSG będą to entycje opisujące stworzoną bryłę w zależności od prymitywów i wykonanych na nich operacji (150 prostopadłościan, 152 klin, 154 cylinder, 158 kula, 160 torus oraz strukturalne: 184 złożenie, 180 drzewo logiczne);

jako ucięte powierzchnie entycja 144.

W redakcji stworzyliśmy plik IGES przedstawiający wał korbowy za pomocą uciętych powierzchni i zaimportowaliśmy go do programów biorących udział w naszym zestawieniu. Wszystkie programy zaopatrzone były w funkcje Healing lub Tollerant modelling, zapewniające korektę importowanej geometrii. Wyposażone też były w profilowane entycje IGES, które podczas eksportu geometrii zapewniają wybór najlepszych entycji dla programu odbierającego. SolidWorks 99 jako jedyny widzi modele importowane oraz eksportowane jako zbiór uciętych powierzchni. Po zaimportowaniu są

poddawane procesom typu Knitting oraz Sewing, pozwalającym na odtworzenie objętości modelu. Trudno zebrać rzeczowe informacje dotyczące formatu STEP. W niektórych periodykach STEP uważany jest za rozwinięcie IGES. Najczęściej spotykany jest STEP AP203. Plik STEP składa się z dwóch części: opisu pliku oraz opisu geometrii i topologii. Trudno stwierdzić, do jakiego stopnia formaty neutralne IGES oraz STEP pozwolą na współpracę kilku różnych systemów bez utraty informacji. Przeprowadziliśmy w redakcji test polegający na wykorzystaniu pliku STEP stworzonego w Unigraphics v13. W większości przypadków przebiegł pozytywnie. Wyjątkiem był AMD v4, w

którym funkcja importu/eksportu STEP była nieaktywna (moduł STEP jest opcją, za którą trzeba dodatkowo zapłacić). Brak możliwości exportu STEP czyni AMD v4 ubogim pod tym względem i ogranicza nas tylko do korzystania z IGES. Najlepiej wypadł SolidWorks 99. Importując plik, automatycznie wyłapał złożenie i przydzielił mu jeden plik złożeniowy oraz kilka stanowiących jego części składowe. Integralny moduł AFR wyłapywał cechy zagnieżdżone w każdej z tych części. Najgorzej wypadły IronCAD v3 oraz

Modeler v7.1, które zmieniły kształt importowanego złożenia. Podobne problemy pojawiły się w IronCAD-zie podczas importu plików SAT oraz X_T. Bardzo trudne okazuje się przeprowadzenie importu modelu, który wykonany był w programie wyposażonym w moduł DCM zapewniający projektowanie z uwzględnieniem parametrów i więzów. Podczas redakcyjnych testów informacje o więzach, parametrach i cechach zostały utracone we wszystkich programach.

Projektowanie z wykorzystaniem cech

Wszystkie omawiane programy zapewniają projektowanie uwzględniające cechy (Feature-Based Design). Zapewnia ono osadzenie w materiale wyjściowym elementu, który jednoznacznie będzie określany jako otwór, kieszeń, rowek wpustowy itd. Element składający się z kilku ścianek jest interpretowany jednoznacznie. Cechy zazwyczaj składają się z profilu definiującego,

A Standard Word Processor Format at last! …Now how about for CAD?Geoff Harrod

With the wide interest in the OpenDWG Alliance and the work of the IAI and STEP, many users continue to bemoan the lack of adequate standards for text documents. Although the wide adoption of Microsoft Office has brought a degree of standardisation to document exchange in business, but it is a pseudo-standard rather akin to the ‘de-facto’ CAD standard being claimed for Autodesk’s proprietary DWG file format.

From the viewpoint of standardisation and interchange of data, Microsoft’s DOC file format for Word suffers from the same problems as Autodesk’s DWG format; it is a private format under the control of one company, and frequently altered at whim, often with every new update of the program. It is an interesting aside that the same, unchanged document saved in DOC format for Word 2, Word 6 (the next in sequence after 2), and Word 97, doubles in file size with each update! Word 95’s DOC format is the same as Word 6 amazingly.

I have long thought that the HTML file format that is used for the Internet Web pages would serve quite well as a universal text formatting standard, probably with some refinements. Now it seems that with Office 2000 Microsoft intend to provide for HTML as a secondary file format. I hope this will turn out as well as expected. It should make life a lot easier.

Now we need to get busy on proper CAD data file standards.

To date, the situation with CAD vector data formats for use on the Internet has been highly unsatisfactory. Each and every major CAD producer has gone their own way and in some cases tried to push their own format as a universal standard. We have DWF from Autodesk and Active-CGM from Intergraph. Most others have opted for the established CGM vector format. SoftSource offered their SVF format as an unbiased system for basic vector data but it seems to have not been taken up very wdely with Bentley being the main adopter. Now a new VML format is proposed by HP, Macromedia, Microsoft, Visio and Autodesk. This has merit and has the advantage over Autodesk’s DWF of not being so intimately related to only one CAD system’s logic.

It appears the VML format is intended more for interactive viewing while systems like DWF are better for larger more complex CAD data and give better precision. VML is based on HTML or XML and is in text form, whereas the other formats use compact binary data, though generally more related to plot files than original CAD data.  Autodesk’s DWF is a variant of their Whip screen driver concept.

It seems to me we need a neutral format that can represent full detail and precision and preserve such concepts as layers and object-text attachments.

There is of course IGES and DXF. IGES is very well proven but voluminous and complex. DXF suffers as a cross-system standard through having been designed purely for one system;

AutoCAD; hence it is essentially as ‘private’ a system as is DWG. Maybe the DXF system could serve as the basis for a standard to be administered by a committee and adapted to provide for CAD concepts not found in AutoCAD and hence not at present supported by DXF, such as line weights. A body like the OpenDWG Alliance would be well placed to administer a ‘Generalised DXF’ format.

The work of the IAI on their IFC system is obviously a most excellent approach but is restricted to the area of 3D object-related modelling for building. That will almost certainly need to remain a separate issue. Similarly the STEP deliberations relate to 3D modelling and full manufacturing data.

We still need a relatively simple format for basic 2D and generalised 3D CAD. The communication of accurate design data has different requirements to that of display-only data. A 'one-size-fits-all' solution is an unlikely outcome and there is no overall trend in user acceptance of any particular system.

It now appears the 'super-DXF' idea has been under development for some two years in Germany, called DXF-II, and that Autodesk itself is also working on a rival version! So with all the work being done on IFC and DXF-II, it looks like we may at last get a truly effective means of good CAD data exchange between products - one for 3D Object CAD and one for 'ordinary' CAD.

Please rate our article...

  Resource Center

Open DWG Alliance

IAI

STEP

CAD of the Web

VML

IGES

DXF-II

 

OpenDWG™, the industry standard format supported by hundreds of commercial software vendors, and used by millions of engineers, designers and architects. OpenDWG is based on the DWG format used in AutoCAD, as developed and sold by Autodesk. While OpenDWG is designed to

provide as near to perfect compatibility with DWG as is possible, it has several advantages that have made it a safe choice for even mission-critical applications. First and foremost, it is documented, with no hidden encryption, and no obfuscation. Second, it is supported, with a dedicated team of technical professionals focused on fixing any problems that may crop up from time to time. Third, our OpenDWG software libraries are clean, written in object-oriented C++, and designed to impress even the most fastidious commercial software developers. And fourth, our OpenDWG software libraries are updated, providing compatibility with all versions of DWG from 2.5 to 2004. (Our OpenDWG libraries also support DXF and DWF, using the same API, and with the same high-quality and attention to detail.)

OpenDGN™, based on the OpenDGN specification published by Bentley Systems, and compatible with MicroStation. Bentley Systems, a leading supplier of CAD software for architecture, plant & process, and highway design (among other applications,) has partnered with the Open Design Alliance to provide users and software developers with high-performance libraries supporting read/write access to their native MicroStation data file format. There are no catches and no games being played here - Bentley's support for open design data formats is in the open, and is real. Users who create designs with MicroStation can be assured that they will control over their design data.

Formerly known as the OpenDWG™ Alliance, the Open Design Alliance™ is a non-profit membership-based consortium. Commercial software developers pay an annual membership fee to belong to the Alliance. End-users (both individuals and companies) pay no membership fees at all. Membership in the Alliance is available on a level playing field basis, with all members at the same level agreeing to the same membership terms.

The Alliance utilizes the revenue from membership dues to fund the development of software libraries, which are made available to all of our members. Thus, they can focus on developing solutions, rather than on the difficulties of reading and writing complex CAD files.

IAI UKIAI is an alliance of organizations within the construction and facilities management industries dedicated to improving processes within the industry through defining the use and sharing of information. Organizations within the alliance include architects, engineers, contractors, building owners, facility managers, manufacturers, software vendors, information providers, government agencies, research laboratories, universities and more.

The IAI UK Chapter brings together organisations within Britain and Ireland who share the vision of improving industry processes through the use of information sharing. Visions from the Latham and Egan reports developed within the UK are key drivers in setting the goals and objectives of the IAI globally and IAI UK are active in the international IAI movement in their achievement.

 

  IAI ChaptersOrganizations within the alliance are members of regional Chapters. Currently, IAI has Chapters serving Australasia, France, the German Speaking countries, Japan, Korea, North America, the Nordic countries, Singapore and the United Kingdom.

 

  ImplementationMany software vendors are working to bring the IAI vision to reality by developing IFC compliant applications.

   

 ProjectsIAI members are working on projects to extend the range of information that can be shared within the construction and facilities management industries.

 

  Technical Documents IAI has created a number of documents that can be used as references in understanding the IFC model and its development. Documents include the IFC specifications (current version is IFC 2x), Specification Development Guide, Model Extension Guide, Model Integration Guide, Readers Guides to the technologies used in process and information model development, ifcXML Guide to the expression of the IFC model as an XML schema definition (XSD)

Why is STEP Important?

STEP allows companies to effectively exchange information with their worldwide partners, customers and suppliers, as well as internally. In order to remain competitive in the global marketplace, companies will have to ensure this exchange is consistent, accurate and timely.

Unlike other data transfer standards, STEP is computer sensible. It supports design reuse, data retention, and provides access to data across a product's entire life cycle. Product development strategies, such as concurrent engineering, enterprise integration, electronic commerce and quality function deployment, will significantly benefit from the use of of STEP -- allowing them to have a broad impact within enterprises.

By removing the barriers that prevent maximum flexibility in design, manufacture, and support, STEP will enable manufacturers to achieve new, higher levels of quality and productivity while reducing costs and time-to-market.

For more information, see the Canadian STEP Centre's "Introducing STEP" Publication.

Wymiana danych między systemami CAD

Dość często spotyka się sytuację, w której poszczególne etapy projektu wykonywane są w różnych programach.

Modele obiektów w systemach komputerowego wspomagania projektowania przechowywane są w wielu

różniących się między sobą formatach. Wynika to ze specjalizacji tych systemów i indywidualnych rozwiązać

twórców oprogramowania. Indywidualne podejście do zakresu i sposobu przechowywania informacji o

konstrukcji pozwala co prawda na zapis szczegółowych nie tylko o geometrii ale również o technologii, historii

zmian itp., ale bardzo utrudnia proces wymian informacji pomiędzy tymi systemami.

Formaty plików można podzielić na trzy grupy:

Formaty wewnętrzne („native”) systemów CAD (.3ds, .dwg) Formaty o uniwersalności ograniczonej zastosowanym środowiskiem graficznym (GKS (Geometry

Kernel Systems) Formaty neutralne (IGES, STEP, DXF)

Formaty wewnętrzne

Formaty o ograniczonej uniwersalności dla systemów opartych na wspólnym środowisku graficznym

W większości przypadków producenci oprogramowania wykorzystują środowisko graficzne GKS (Geometry Kernel Systems) i translatory (IGES/STEP/VDS) specjalistycznych firm. Spośród sześciu spotykanych schematów reprezentacji obiektów najczęściej używane są CSG (Constructive Solid Geometry) oraz B-Rep (Boundary Representation). Metodą najstarszą jest CSG, w której bryła jest wynikiem operacji logicznych (suma, różnica, część wspólna) na prymitywach składowych, takich jak płaszczyzna, walec, stożek, kula, torus lub cyklida. Wszystkie prymitywy dzielą przestrzeń na dwie półprzestrzenie halfspace. Najprostszym prymitywem jest płaszczyzna posiadająca wektor normalny (obliczany jako Vf), dzieląca przestrzeń na dwie części: bryłę i powietrze (solid, air). Ciekawe, że w przypadku kuli dwie półprzestrzenie nie są sobie równe. Sześcian lub prostopadłościan to złożenie sześciu płaszczyzn. Metoda CSG wykorzystuje operacje logiczne na zbiorach i nie jest metodą unikalną, tzn. model końcowy można uzyskać na kilka sposobów (różnica, suma lub część wspólna). Wyniki przeprowadzonych operacji oraz powiązane z nimi prymitywy lub ich zbiory są wyświetlane w postaci drzewa. Zaletą tej metody jest prostota obliczeń i operacji logicznych. Wadą natomiast jest brak możliwości uzyskania powierzchni swobodnych (free-form).

Metoda B-Representation zapewnia opis bryły jako zbiór elementów typu face (uciętych powierzchni), które dzielą przestrzeń na dwie części: bryłę i powietrze. Przestrzeń lub bryła wskazywana jest przez wektory normalne. Oprócz informacji geometrycznych, takich jak linie, punkty itd., wykorzystuje informacje topologiczne, jak vertex, loop, edge, wire, shell lub body, opisujące powiązania elementów składowych. Metodę B-Rep dzieli się na trzy grupy: Facetted, Elementary, Advanced. Najczęściej stosowana jest B-Rep Advanced, pozwalająca na stosowanie powierzchni typu NURB. Zaletą tej metody jest możliwość opisu brył oraz powierzchni. Metoda ta zapewnia wykonywanie operacji na prymitywach (suma, różnica, część wspólna), jednak trwa to dłużej niż w CSG i przebiega w kilkuetapowym procesie. Obie metody mają swoje zalety oraz wady, które można eliminować przez zastosowanie ich w jednym programie. Mówimy wtedy o hybrydowym modelerze, który CSG wykorzystuje do operacji logicznych na prymitywach składowych, a Advanced B-Rep do tworzenia powierzchni, edycji wyniku operacji CSG oraz przechowywania modelu. Dużym problemem jest stworzenie algorytmu, który na bazie opisu operacji wykonanych na elementach typu halfspace umożliwia stworzenie geometrii oraz topologii w metodzie B-Rep. Na razie jedynymi modelerami hybrydowymi (CSG + B-Rep) są ICEM DDN Hybrid Solid (CSG + ACIS) oraz MicroStation Modeler v7 (CSG + Parasolid). Rozwiązanie to przyspiesza modelowanie za pomocą prymitywów. Duże firmy tworzą obecnie komponenty składowe, które są kupowane i umieszczane w komercyjnych aplikacjach. Spośród kilkunastu producentów wymienić należy Spatial, Unigraphics, Ricoh oraz Matra-Datavison. Rację ma firma Unigraphics, że standardem stała się już obecność jednej lub kilkudziesięciu bibliotek *.dll w komercyjnych aplikacjach. Trudno natomiast stwierdzić, czy standardem stało się umieszczanie Parasolida w programach CAD/CAM. Trudno też stwierdzić, który z 4 GMS jest najlepszy ACIS, Parasolid, DesignBase czy CAS.CADe. Poniżej w tabeli wymieniamy niektórych odbiorców tych kerneli. Właścicielami licencji kilku różnych GMS może być jedna firma, tworząca translatory SAT/PAR, ACIS/STEP itd., lub też własne kernele, jak np. RG (Relational Geometry) firmy Aerohydro.

GMS Firmy

CISAutodesk, Megatech, Cadkey, IMSI, ICEM Technologies, GSSLCO, Tecnomatix, Aerohydro, VDS, Theorem

Parasolid Unigraphics, Bentley, VDS, SolidWorks, Dassault Systemes, Theorem Solutions

DesignBase MicroCADAM (IBM i Kawasaki)

CAS.CADe Matra-Datavision

Do tej pory firmy jedynie kupowały GMS produkowane przez Spatial, Unigraphics i inne, obecnie zaś tworzą także swoje rozwiązania. Przykładem może tu być Hewlett-Packard i jej SolidDesigner wykorzystujący zbiór własnych instrukcji. Firma HP nie była zainteresowana szczegółowym wyjaśnieniem, jak działa nowy rdzeń geometryczny. Zastosowanie GMS, takich jak ACIS i Parasolid, w komercyjnych aplikacjach pozwala na wykorzystanie całego wachlarza funkcji, np. tworzenia, edycji, zapisywania brył i powierzchni, krzywych, punktów itd. Ważnym wydarzeniem było stworzenie przez firmę

VDS programu IronCAD v3 z ACIS v5 oraz Parasolid v11. Jest to wspaniałe rozwiązanie zapewniające tworzenie złożeń zbudowanych z części wykonanych w ACIS oraz w Parasolid. Miało pozwolić na automatyczną konwersję modelu wraz z przypisanymi do niego cechami. Jednak konwersja bryły z jednego B-Rep do drugiego okazała się problemem. Objętość brył prostych, takich jak walec, prostopadłościan, kula itd., stworzonych w ACIS nie zmienia się po konwersji do opisu parasolidowego. Gorzej jest w przypadku tworzenia bryły wykorzystującej krzywą Bezier jako kontur definiujący lub profil w tym przypadku otrzymujemy dwie bryły o różnych objętościach. W naszych redakcyjnych testach osiągnęliśmy współczynnik Vparasolid/Vacis = 2,8. Poprosiliśmy o wyjaśnienie firmę VDS, ale jak dotąd nie otrzymaliśmy żadnej odpowiedzi. Jasne, że ACIS i Parasolid pracują z różnymi dokładnościami. Ciekawy komentarz przysłała firma Spatial: "Oczywiście, jest możliwa niedokładność kilku miejsc po przecinku, ale współczynnik 2,8 jest trochę za duży"

Formaty neutralne

IGES (Initial Graphics Exchange Specification) jest formatem neutralnym, najbardziej uniwersalny z formatów, przez co stwarzający najwięcej problemów z dokładnością odwzorowania geometrii (przenosi tylko powierzchnie – nie przenosi brył)

nad którym rozpoczęto pracę w 1979 roku. Miał za zadanie umożliwić wymianę informacji między systemami CAD/CAM. Klasyczny konwerter IGES można podzielić na dwie części: preprocesor oraz postprocesor. Preprocesor zapewnia zamianę informacji składowanej w wewnętrznej bazie programu CAD w format IGES, natomiast postprocesor zamianę informacji wczytywanego formatu IGES w format wewnętrzny programu CAD. Pierwsza wersja IGES była przeznaczona do wymiany rysunków, w skład których wchodziła geometria 2D/3D. Namiastką trójwymiarowej geometrii były modele krawędziowe. Wraz z powstawaniem kolejnych wersji format IGES zapewniał transfer:

geometrii 2D, geometrii 3D, w tym powierzchni NURB i uciętych, brył według schematu reprezentacji B-rep, brył według schematu reprezentacji CSG, adnotacji (tekst, wymiary itd.), struktur (zdefiniowane rzutnie itd.), atrybutów oraz właściwości.

W postprocesor oraz preprocesor IGES wyposażone są obecnie wszystkie programy CAD. Zastosowanie tego formatu jest jednak ograniczone ze względu na dowolność definiowania entycji składowych, dokładność tworzenia geometrii oraz rodzaj wykorzystywanej biblioteki narzędziowej. Specyfikacja IGES pozwala na wymianę informacji między programami wykorzystującymi różne schematy reprezentacji:

w przypadku B-Rep będą to entycje opisujące stworzoną bryłę w zależności od elementów składowych entycje 186 MSBO, 514 shell, 510 face, 508 loop, 504 edge (lista), 502 vertex (lista);

w przypadku CSG będą to entycje opisujące stworzoną bryłę w zależności od prymitywów i wykonanych na nich operacji (150 prostopadłościan, 152 klin, 154 cylinder, 158 kula, 160 torus oraz strukturalne: 184 złożenie, 180 drzewo logiczne);

jako ucięte powierzchnie entycja 144.

W redakcji stworzyliśmy plik IGES przedstawiający wał korbowy za pomocą uciętych powierzchni i zaimportowaliśmy go do programów biorących udział w naszym zestawieniu. Wszystkie programy zaopatrzone były w funkcje Healing lub Tollerant modelling, zapewniające korektę importowanej geometrii. Wyposażone też były w profilowane entycje IGES, które podczas eksportu geometrii zapewniają wybór najlepszych entycji dla programu odbierającego. SolidWorks 99 jako jedyny widzi modele importowane oraz eksportowane jako zbiór uciętych powierzchni. Po zaimportowaniu są poddawane procesom typu Knitting oraz Sewing, pozwalającym na odtworzenie objętości modelu.

Trudno zebrać rzeczowe informacje dotyczące formatu STEP. W niektórych periodykach STEP uważany jest za rozwinięcie IGES. Najczęściej spotykany jest STEP AP203. Plik STEP składa się z dwóch części: opisu pliku oraz opisu geometrii i topologii. Trudno stwierdzić, do jakiego stopnia formaty neutralne IGES oraz STEP pozwolą na współpracę kilku różnych systemów bez utraty informacji. Przeprowadziliśmy w redakcji test polegający na wykorzystaniu pliku STEP stworzonego w Unigraphics v13. W większości przypadków przebiegł pozytywnie. Wyjątkiem był AMD v4, w którym funkcja importu/eksportu STEP była nieaktywna (moduł STEP jest opcją, za którą trzeba dodatkowo zapłacić). Brak możliwości exportu STEP czyni AMD v4 ubogim pod tym względem i ogranicza nas tylko do korzystania z IGES. Najlepiej wypadł SolidWorks 99. Importując plik, automatycznie wyłapał złożenie i przydzielił mu jeden plik złożeniowy oraz kilka stanowiących jego części składowe. Integralny moduł AFR wyłapywał cechy zagnieżdżone w każdej z tych części. Najgorzej wypadły IronCAD v3 oraz Modeler v7.1, które zmieniły kształt importowanego złożenia. Podobne problemy pojawiły się w IronCAD-zie podczas importu plików SAT oraz X_T. Bardzo trudne okazuje się przeprowadzenie importu modelu, który wykonany był w programie wyposażonym w moduł DCM zapewniający projektowanie z uwzględnieniem parametrów i więzów. Podczas redakcyjnych testów informacje o więzach, parametrach i cechach zostały utracone we wszystkich programach.

DXF – Drawing Exchange File – stary format o małej dokładności, najczęściej używany do rysunków płąskich.Formaty uniwersalne posiadają niestety wady. Podczas wykonywania procesu translacji istnieje możliwość błędnej interpretacji kształtu, przez co mogą powstać błedy geometrii.

Projektowanie z wykorzystaniem cech

Wszystkie omawiane programy zapewniają projektowanie uwzględniające cechy (Feature-Based Design). Zapewnia ono osadzenie w materiale wyjściowym elementu, który jednoznacznie będzie określany jako otwór, kieszeń, rowek wpustowy itd. Element składający się z kilku ścianek jest interpretowany jednoznacznie. Cechy zazwyczaj składają się z profilu

definiującego, przekształconego w trzeci wymiar przez wytłoczenie lub obrót. Największym problemem jest eksport oraz import modeli z cechami. W większości przypadków podczas importu następuje utrata cech. Zaimportowana geometria jest "statyczna", przedstawiana przez moduł wyświetlający jako jedna operacja. W związku z tym firmy SolidWorks oraz Unigraphics zaproponowały moduł AFR (Automatic Feature Recognition), którego działanie jest analogiczne do pryzmatu. Moduł ten stara się wyodrębnić z importowanej geometrii elementarne cechy, takie jak: otwory, zaokrąglenia, sfazowania, kieszenie, rowki wpustowe, które zostały dodane lub odjęte od materiału wyjściowego. Wyodrębnione cechy są nadal w pełni parametryczne. Problemem było stworzenie AFR wychwytującego np. kieszenie o profilach definiujących innych niż prostokąt. Obecnie rozwiązanie to jest dostępne w programie SolidWorks 99 jako płatna opcja. Liderem w dziedzinie AFR jest hinduska firma GSSLCO, współpracująca z takimi gigantami jak Spatial, Unigraphics, PTC. Próbowaliśmy kilkakrotnie uzyskać od tej firmy dokładniejsze informacje dotyczące AFR niestety, bezskutecznie. Z dostarczonych programów tylko SolidWorks 99 wyposażony był w moduł AFR. Przeprowadziliśmy test sprawdzający, jak bardzo różnić się będzie geometria bez cech od geometrii z cechami. Ten sam plik SAT zaimportowaliśmy do wszystkich czterech programów. Tylko SolidWorks 99 zamienił importowany plik w materiał wyjściowy oraz wykonane na nim operacje. Podobnie jak program SolidWorks 98 Plus, tak IronCAD v3.0, MicroStation Modeler v7 oraz AMD v4 mają własne okno, w którym wyświetlane są w postaci asocjatywnego drzewka wszystkie wykonane przez użytkownika operacje. Podmoduł ten zapewnia selektywny wybór części w przypadku tworzenia dużych złożeń. Pozwala też na zapisanie do pliku wybranych części, a także na zmianę kolejności operacji.

Dimensional Constrain Manager (DCM)

Zastosowanie samego GMS w komercyjnej aplikacji zapewnia tworzenie jedynie nieparametrycznych modeli bryłowych. ACIS oraz Parasolid nie są również wyposażone w mechanizm narzucania zależności geometrycznych między elementami składowymi. Wykorzystanie nieparametrycznego programu CAD umożliwia iteracyjne tworzenie części (wykonanie wielu różnych wariantów modelu i wybór najlepszego). Zastosowanie mechanizmu DCM gwarantuje narzucenie zależności geometrycznych na zbudowany model oraz zmianę jego rozmiarów i kształtów za pomocą kilku zmiennych (podczas gdy integralny solver rozwiązuje te zależności w tle). W zestawionych programach tylko MicroStation Modeler v7 miał własny moduł DCM. DCM może współpracować z arkuszami kalkulacyjnymi lub z relacyjnymi bazami danych. Współpraca bazy geometrycznej z bazą relacyjną to zupełnie nowa jakość. Powstają już programy pozwalające narzucać relacje na elementy składowe i wiązać kilka elementów ze sobą. Obecnie na rynku znajdują się programy CAD, wykorzystujące komponenty DCM firmy D-Cubed. Komponenty DCM2D oraz DCM3D mogą pracować ze schematem B-Rep oraz CSG. Z materiałów przysłanych przez firmę D-Cubed wynika, że zastosowano 43 licencje DCM2D oraz 13 DCM3D. DCM2D umożliwia narzucanie więzów na elementy geometryczne leżące w jednej płaszczyźnie, zaś DCM3D między elementami nie leżącymi w jednej płaszczyźnie. Wykorzystanie DCM pozwala na uruchomienie funkcji Sketching możliwość interaktywnego tworzenia geometrii przez szkicowanie. DCM próbuje odgadnąć intencje użytkownika na podstawie stworzonego już szkicu. W przypadku tworzenia geometrii podpowiada, jak stworzyć linię pionową i poziomą. Przykładem może tu być AMD v4, gdzie podczas kreślenia linii DCM stara się narzucić elementarne zależności, np. prostopadłość.

Kolejną korzyścią z zastosowania DCM w wersji 3D jest możliwość precyzyjnego tworzenia złożeń bryłowych z kilkudziesięciu części. DCM3D zapewnia automatyczne wychwycenie i wykorzystanie zależności geometrycznych. Przykładowo, koło może być osadzone na wale za pomocą więzów Współśrodkowość i Bazowanie. W przypadku zmiany proporcji wału, koło zębate zostanie automatycznie do niego dopasowane, tak aby znowu było współśrodkowe oraz opierało się o bazę. DCM3D w przypadku brył działa na ich 6 stopniach swobody (Dof Degree of freedom). Uwalnia nas od żmudnego wyznaczania właściwości geometrycznych.

RAPID PROTOTYPINGW procesie projektowania i wytwarzania wyrobu, coraz większego znaczenia nabiera analiza rozwiązań konstrukcyjnych i technologicznych już na etapie projektowania, pozwalająca uzyskać wyrób lepszy, w krótszym czasie i przy mniejszych kosztach. W tym celu szeroko stosowane są systemy komputerowego wspomagania projektowania, pozwalające uzyskać matematyczny model wirtualny nadający się do różnorodnej analizy. Z kolei możliwość otrzymania modelu fizycznego dają techniki szybkiego prototypowania (Rapid Prototyping). Jedną z nich jest metoda stereolitografii.

Metoda ta polega na utwardzaniu żywicy epoksydowej lub akrylowej o niskiej lepkości, wiązką światła ultrafioletowego generowanego przez laser małej mocy. Pod wpływem promieni ultrafioletowych następuje polimeryzacja kolejnych warstw żywicy. Proces ten przyrównać można do znanego wcześniej sposobu tworzenia modelu z naklejanych na siebie kolejno przekrojów papierowych. Po wstępnym wykonaniu elementu następuje dokończenie procesu polimeryzacji światłem ultrafioletowym w specjalnej komorze i wykończająca obróbka powierzchni przez przeszlifowanie lub wypolerowanie. Otrzymujemy w efekcie wyrób wytrzymały i trwały, nadający się do różnorodnych zastosowań.

W Instytucie Mechaniki i Konstrukcji w Laboratorium Szybkiego Prototypowania zainstalowane jest i wykorzystywane urządzenie do stereolitografii serii SLA250 wraz z niezbędnym oprogramowaniem (program “Maestro”). Wygląd przestrzeni roboczej maszyny przedstawia rys1.

Proces nakładania kolejnych warstw jest kombinacją ruchów pionowych płyty podmodelowej i ruchów poziomych pióra zgarniacza. Ruchy te zapewniają precyzję i wyrównują poziom ciekłej żywicy w stosunku do poprzednio utwardzonej warstwy. Ustalana jest w ten sposób grubość nowo tworzonej warstwy. Kolejne kroki procesu nakładania warstw ilustruje poniższy schemat.

 

Krok 1.

 

Wierzch nowej, utwardzonej warstwy znajduje się na równym poziomie z otaczającą model ciekłą żywicą.

 

Krok 2.

 

Płyta podmodelowa opuszcza się, aż do całkowitego pokrycia modelu ciekłą żywicą.

Krok 3.

 

 

Płyta podmodelowa jest podnoszona do poziomu takiego, aby odległość pomiędzy górną powierzchnią modelu i dolną krawędzią pióra zgarniacza odpowiadała dokładnie zadanej grubości warstwy.

 

Krok 4.

 

Pióro zgarniacza przesuwa się zbierając nadmiar żywicy i ustalając w ten sposób precyzyjnie grubość warstwy.

 

Krok 5.

 

Płyta podmodelowa opuszcza się tak, aby poziom ciekłej żywicy nad modelem, odpowiadał zadanej grubości warstwy.

Krok 6.

 

Uruchamia się laser, utwardzając kolejną warstwę żywicy.

 

Wykonywany model oddzielony jest od płyty podmodelowej podporami (ang. support). Są one tworzone na początku procesu w taki sam sposób jak model. Jedyną różnicą jest brak ruchów pióra zgarniacza (podpory nie muszą być tak precyzyjne jak model) i to, że są one stosunkowo cienkie (łatwo dają się usunąć po zakończeniu całego procesu).

Podstawą wykonania prototypu jest trójwymiarowy model geometryczny wykonany w dowolnym systemie CAD i zapisany w formacie .stl. Model ten jest poddany obróbce przy pomocy wspomnianego wyżej programu “Maestro”, którego zadaniem jest w pierwszej kolejności sprawdzenie modelu pod kątem poprawności geometrii. Wykryte błędy są w większości korygowane automatycznie. Kolejnym krokiem jest dobranie

najkorzystniejszego, z punktu widzenia prawidłowości i czasu wykonania oraz jakości powierzchni, ustawienia modelu, a także ustalenie innych parametrów takich jak grubość warstw itp. W efekcie otrzymuje się pakiet plików gotowych do wysłania do urządzenia stereolitograficznego.

Instytut Mechaniki i Konstrukcji dysponuje kilkoma systemami CAD, pozwalającymi tworzyć trójwymiarowe modele geometryczne. Są to, między innymi, systemy takie jak:

- system AutoCAD - jeden z najpopularniejszych systemów CAD,

- system ProEngineer - posiadający między innymi możliwość parametrycznego tworzenia brył oraz zawierający liczne moduły dodatkowe (np. generowanie kodów dla obrabiarek sterowanych numerycznie),

- system SolidWorks - pracujący w środowisku Windows 95/NT, również z możliwością parametrycznego tworzenia brył.

Systemy te i nauka ich obsługi są dostępne w ramach zajęć studenckich dla wyższych lat (zajęcia z podstaw AutoCAD’a są prowadzone już dla I roku).

Wszystkie wymienione systemy mają możliwość generowania plików w formacie .stl. Ponadto modele zaprojektowane w tych systemach można wykorzystać dla celów analizy (np. wytrzymałościowej) wykonywanej za pomocą pakietów ADINA, PAM-SHOCK lub PAM-CRASH. Pakiety również są wykorzystywane w Instytucie Mechaniki i Konstrukcji.

Biorąc pod uwagę praktyczny brak ograniczeń jeśli chodzi o stopień skomplikowania kształtów zarówno zewnętrznych jak i wewnętrznych modelu, możliwość dokonania wszechstronnej analizy przyszłego produktu przed jego powstaniem, krótki czas wykonania modelu fizycznego metodą stereolitografii, mamy do czynienia z w pełni nowoczesnym i spójnym zestawem komputerowego wspomagania projektowania, sprawdzenia poprawności konstrukcji na etapie modelu wirtualnego i szybkiego prototypowania

Wykonany model stereolitograficzny może być materiałem wyjściowym do wykonania formy silikonowej metodą VACUUM CASTING.

Forma taka służy do wykonywania krótkich serii wyrobów z tworzyw sztucznych bądź odlewniczych modeli woskowych.