ВВЕДЕНИЕ 5
1 Анализ предметной области 7
1.1 Анализ системы «SprutCAM» 7
1.2 Описание проблемы в системе «SprutCAM» 10
1.3 Описание бизнес-процессов в системе «SprutCAM» 11
1.3.1 Загрузка 3D модели детали и заготовки 12
1.3.2 Формирование топологически связанной модели 15
1.3.3 Создание последовательности технологических операций с
деталью 15
1.3.4 Расчет траектории обработки 18
1.3.5 Генерация управляющей программы 19
1.4 Анализ существующих алгоритмов 21
1.4.1 Анализ алгоритма «Marching Cubes» 21
1.4.2 Анализ алгоритма «Extended Marching Cubes» 23
1.4.3 Анализ алгоритма «Cubical Marching Squares» 25
1.4.4 Сводная таблица и анализ существующих алгоритмов 28
1.5 Анализ возможности использования существующих алгоритмов 31
1.6 Структура данных формата файлов STL 31
1.6.1 Текстовое представление (ASCII) формата STL 32
1.6.2 Двоичное представление формата STL 33
1.7 Топологически связанная полигональная модель 34
1.7.1 Понятие топологии модели 34
1.7.2 Правила корректной топологии полигональной модели 35
1.7.3 Возможные ошибки в топологии модели 36
1.8 Вывод по первой главе 39
2 Проектирование системы 40
2.1 Требования на разработку алгоритма 40
2.1.1 Функциональные требования 40
2.1.2 Нефункциональные требования 44
2.2 Разработка функциональной модели 46
2.3 Разработка BPMN-диаграммы 46
2.4 Разработка диаграммы прецедентов 47
2.5 Спецификации прецедентов 49
2.6 Анализ согласованности требований и спецификаций прецедентов .... 53
2.7 Проектирование структуры данных для алгоритма 54
2.7.1 Табличное представление 54
2.7.2 Представление в виде диаграммы классов 61
2.8 Вывод по второй главе 63
3 Реализация системы 64
3.1 Реализация алгоритма 64
3.1.1 Этап 0. Кэширование полигонов 66
3.1.2 Этап 1. Поиск начальных пар 67
3.1.3 Этап 2. Сшивка полигонов 69
3.1.4 Этап 3. Самопересекающиеся полигоны 77
3.1.5 Этап 4. Создание дублированных полигонов 78
3.1.6 Этап 5. Поиск всех пар 81
3.1.7 Этап 6. Поиск оболочек 84
3.1.8 Этап 7. Формирование твердотельных поверхностей 87
3.2 Экспериментальные замеры времени 91
3.2.1 Модель 1 91
3.2.2 Модель 2 95
3.3 Анализ проведенных экспериментов 99
3.4 Вывод по третьей главе 101
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 102
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 103
ПРИЛОЖЕНИЕ 105
Российская компания «СПРУТ-Технология» занимается разработкой и внедрением систем в области автоматизации подготовки производства с момента своего основания в 1993 году. Одним из разрабатываемых программных продуктов этой компании является первая в стране система подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ на персональных компьютерах и первая в мире CAM-система, основанная на NURBS-ядре - «SprutCAM».
«SprutCAM» - система генерации управляющих программ для обработки деталей на многокоординатных фрезерных, токарных, токарно-фрезерных, электроэрозионных станках и обрабатывающих центрах с Числовым Программным Управлением. Система позволяет создавать управляющие программы для станков с различными кинематическими схемами и может настраиваться на любые типы устройств ЧПУ.
Для того, чтобы приступить к созданию управляющих программ, пользователю нужно импортировать в «SprutCAM» 3D модель детали, которую он в дальнейшем желает обработать. Также необходимо создать заготовку, из которой будет формироваться деталь. Заготовка может быть создана непосредственно в системе, где предложено несколько простых вариантов, например, «коробка», которая полностью покрывает объем детали. Или же в качестве заготовки может быть импортирована 3D модель, созданная пользователем вручную. Импорт моделей может быть произведен несколькими способами. Один из способов - это загрузка модели, представленной в файловом формате. «SprutCAM» предлагает множество вариантов таких форматов, например, формат STL(StereoLithoGraphy). После загрузки модели пользователь может перейти к созданию различных обработок для своей детали. Перед тем, как пользователь откроет соответствующую вкладку, будет выполнен алгоритм формирования топологически связанной полигональной модели на основе загруженных данных. Формирование топологически связанной модели необходимо для того, чтобы последующие операции с этой деталью выполнялись корректно, ведь несвязанная и неправильная модель может вызвать массу ошибок при её последующих обработках. На данный момент в программе «SprutCAM» имеется алгоритм, который решает поставленную задачу, но он показывает не самое лучшее время на больших объемах входных данных и не самый лучший результат на запутанных и сложных моделях.
Основной целевой группой системы являются предприятия малого и среднего бизнеса. Как выяснилось в ходе анализа, модели, для которых на предприятиях пытаются создать управляющую программу, не всегда топологически связанные и корректные.
Таким образом, целью данного проекта является повышение эффективности алгоритма формирования топологически связанной полигональной модели в системе «SprutCAM».
Для достижения цели требуется решить следующие задачи:
- выполнить анализ среды применения алгоритма, проблемной области этой среды, существующих алгоритмов;
- разработать структуру данных;
- разработать требования к алгоритму и сам алгоритм.
Перед работой была поставлена цель - повышение эффективности
алгоритма формирования топологически связанной полигональной модели.
Для достижения цели были решены следующие задачи:- проведен анализ системы «SprutCAM», среды применения алгоритма в этой системе, проблемной области и существующих алгоритмов;
- разработаны диаграмма прецедентов, диаграмма классов и их спецификации;
- разработаны требования к алгоритму;
- разработана структура данных для алгоритма;
- реализован алгоритм;
- был проведен ряд экспериментов;
- был проведен анализ полученных результатов.
Таким образом, в ходе выполнения выпускной квалификационной работы был разработан совершенно новый алгоритм формирования топологически связанной полигональной модели для системы «SprutCAM». Данный алгоритм является более надёжным, чем уже существующий в системе, что подтверждают проведенные эксперименты. В связи с этим можно утверждать, что основная цель работы достигнута.
