Разработка программно-алгоритмического комплекса проектирования электромонтажных чертежей в приборостроении

Полный текст

Введение. Выпуск электромонтажного чертежа является одним из самых трудоемких этапов в работе инженера-конструктора в приборостроении. Получив от разработчика принципиальную электрическую схему прибора, конструктор должен оформить электромонтажный чертеж, таблицу соединений и таблицу контактов, предварительно организовав оптимальным образом межмодульные соединения проектируемой конструкции с учетом предъявляемых требований. На этом этапе ему необходима вся оперативная информация о геометрии прокладываемых жгутов, их диаметрах и проводниках в любой точке [1]. Множество требований, предъявляемых к организации межмодульных соединений, можно условно разделить на категории [2] : - схемотехнические, согласно списку цепей, прокладке отдельных цепей (цепи питания, экранированные и т. д.); - конструктивные, ограничивающие объем свободного места в конструкции, где предполагается прохождение межмодульных жгутов; - технологические, накладывающие ограничения на используемые типы проводов (свивка проводов, наличие плетенок и т. д.) и типы электрорадиоизделий (распределение токовой нагрузки, максимально допустимое суммарное сечение проводов, распаиваемых на контакты и т. д.). Монтажный чертеж, таблицы соединений и контактов оформляются согласно требованиям государственных стандартов и должны в полной мере соответствовать исходной принципиальной электрической схеме [3-6]. Оформление электромонтажного чертежа усложняется организацией взаимодействия разработчика и конструктора. Так, передав актуальный вариант схемы конструктору, разработчик может продолжить ее модернизацию. При этом возникает задача синхронизации изменений в электрической схеме с уже разрабатываемой конструкцией. Зачастую конструктор может неявно внести изменения в схему, например, сменить тип соединителя или перераспределить узлы в цепях, исходя из удобства их расположения. Существующие программно-алгоритмические комплексы и системы автоматизированного проектирования (САПР), такие как «Кабели и жгуты - КОМПАС 3D», «SOLIDWORKS - SWR Электрика» и др., в основном предполагают объединение электрической и механической частей проектного решения, что существенно усложняет разделение задач по проектированию [7; 8]. Следует заметить, что современные САПР предусматривают наличие трехмерной модели прибора, которая может отсутствовать на момент начала проектирования электромонтажного чертежа. Также к недостаткам таких систем следует отнести сложность настройки отображения данных в таблицах соединений и контактов, отсутствие исчерпывающей полноты отображения данных, что затрудняет работу монтажника и может привести к ошибкам в распайке проводов. При этом формализация требований к организации межмодульных соединений в современных САПР сложна и малоприменима в отечественном приборостроении. САПР-независимый программно-алгоритмический комплекс проектирования электромонтажных чертежей, учитывающий специфику параллельной работы инженера-конструктора и адаптированный для отечественного приборостроения, способен ускорить время разработки проектного решения и существенно повысить его качество. В настоящий момент в ОАО «НПЦ «Полюс» разрабатывается подобный комплекс, который позволит разработчику и конструктору действовать параллельно, автоматически синхронизировать данные, формировать извещения об изменениях. В соответствии с техническим заданием «Автоматизированное формирование таблицы соединений и таблицы контактов. Визуальная прокладка жгута» в конструкторские отделы предприятия передано программное обеспечение, дающее возможность еще до начала проектирования 3D-модели прибора оценивать раскладку жгутов конструкции, их диаметры и сечения в любой точке, автоматически получать электромонтажный чертеж, таблицы соединений и контактов, оформленные по стандарту. Комплекс соответствует основным требованиям, предъявляемым к современным программным продуктам, и обладает следующими характеристиками: - САПР-независимый ввод, хранение, графическое отображение данных электрической схемы; - входной контроль данных; - автоматизированное получение таблиц соединений и контактов электрической схемы; - интерактивная и автоматическая прокладка жгута; - отображение диаметра, длины и количества проводов в любой точке сегмента прокладываемого жгута; 75 Вестник СибГАУ. 2014. № 4(56) - формирование отчетов о текущем состоянии данных конструкции; - экспорт графики электромонтажного чертежа. Разрабатываемый программно-алгоритмический комплекс реализован в виде программного продукта (приложения) с современным графическим пользовательским интерфейсом. Приложение не нарушает лицензионные соглашения и может поставляться с открытым исходным кодом. В качестве графического программного инструментария применяется библиотека компонентов графического интерфейса Qt, широко используемая в проектировании современных программных продуктов и поставляемая с открытым исходным кодом под лицензией LGPL [9; 10]. Она является переносимой между платформами и хорошо адаптирована к взаимодействию с другими библиотеками [11; 12]. Для решения задач раскладки жгутов, хранения и отображения данных служит С++ библиотека графовых алгоритмов BGL (Boost Graph Library), которая также имеет открытый исходный код и способна существенно ускорить разработку графовых алгоритмов, включенных в состав комплекса [13]. Для хранения данных о разрешенных типах проводов, разъемов и соединителей электрической схемы спроектированы соответствующие базы данных с системой управления SQLite, поддерживающей стандартные запросы, транзакции и механизм многопользовательского чтения данных. Основные модули обобщенной структурной схемы разработанного программно-алгоритмического комплекса (рис. 1) выполняют следующие задачи: - импорт данных электрической схемы в формате файла САПР или внутреннего файла проекта приложения; - экспорт данных проекта приложения в виде графических, текстовых или бинарных файлов САПР; - проверку корректности входных данных; - хранение данных проекта; - формирование отчетов о состоянии данных проекта; - синхронизацию данных конструкции и новой модифицированной электрической схемы, формирование извещений об изменениях проекта; - визуализацию данных проектного решения; - прокладку траекторий жгутов, вычисления сечений и диаметров проводников, входящих в жгуты. При работе приложения (рис. 2) в качестве входных данных используется файл принципиальной электрической схемы в формате P-CAD 2006 Schematic. Разработанный интерфейс главного окна приложения (рис. 3) позволяет конструктору видеть актуальное состояние проектного решения: статус любого объекта схемы представлен своей иконкой и цветом, что существенно облегчает навигацию по объектам и их свойствам. Интерфейс главного окна приложения содержит следующие элементы: - строка меню 1, которая используется для быстрого доступа к основному функционалу приложения; - панель компонентов схемы 2, служащая для отображения параметров компонентов схемы, навигации по компонентам, а также для доступа к функционалу добавления, удаления и редактирования компонентов схемы; - панель цепей схемы 3, предназначенная для отображения параметров цепей схемы, навигации по цепям, а также для доступа к функционалу добавления, удаления и редактирования цепей схемы; - графическое пространство приложения 4; - панель проводов схемы 5. Для автоматического определения и индикации состояний цепей, разводимых в проекте схемы, используется API-библиотека BGL. При этом каждая цепь схемы представляется графом, узлы которого -контакты компонентов схемы, а ребра - соединения с сопоставленными им наборами проводников. Библиотека BGL имеет ряд готовых к применению графовых алгоритмов: поиск в ширину, поиск в глубину, поиск путей на графе. В ней используется концепция «посетителя» алгоритма, позволяющая адаптировать тот или иной графовый алгоритм под конкретную задачу программиста. Для определения текущего состояния цепи применен алгоритм (рис. 4), который формирует номера состояний цепей: 0 - цепь не разведена, 1 -цепь разведена без избыточности (в графе цепи существует единственный путь, составленный из его ребер, соединяющий все его узлы), 2 - цепь разведена с избыточностью (в графе цепи существуют несколько путей, соединяющих все его узлы). Состояния цепей отображаются на соответствующей панели приложения (рис. 5). Рис. 1. Обобщенная структурная схема приложения 76 Математика, механика, информатика Рис. 2. Обобщенная схема работы приложения Рис. 3. Главное окно приложения 77 Вестник СибГАУ. 2014. № 4(56) N - количество вершин графа. М - максимальное возможное число ребер графа. Проверка полноты графа. Вызов функции BGL boost: :breadth first search от первой вершины графа, формирующей список предшественников для всех вершин графа. Сформированный выше список предшественников неявно хранит найденные «древесные» ребра графа, отсутствие хотя бы у одного ребра концевой вершины говорит об отсутствии пути, соединяющего все вершины графа. Инициализация бинарной матрицы А размером n х п, формируемой по списку найденных «древесных» ребер графа, где значение элемента A[i, j] равно числу ребер из і-й вершины в j-ю вершину. Пусть е - найденное ребро с концевыми индексами вершин s и t. Тогда если A[s, t] = 0 или A[t, s] = 0, то путь, соединяющий все вершины графа, не является единственным. Рис. 4. Блок-схема алгоритма определения состояния цепи схемы 78 Математика, механика, информатика Панель цепей S $ 1 ^ Ш ® -Г Ы sjc Цепь j Компонент 1 КоЛ'БО 1 Кол-ео жил 1 Сечение І Статус І Примечание II : >■# NETQQQOO 4 11 - 2 Цепь с избыточностью XP1;A1 XP1 - 5 0,6/4 2 b Qt XP1:A2 XP1 - 6 0,72/4 2 € XP1:B1 XP1 - Is 0,96/4 ft L-C> XP1:B2 XP1 - 3 0.36/4 2 E H-'V NET00001 2 3 - 1 Цепь разведена 4 XP2:A1 XP2 - 3 0,36/4 3 XP2:A2 XP2 - 3 0,36/4 3 □ • J NET00QQ2 3 - - 0 Цепь не разведена [••••Qt XP1:A3 XP1 - - -/4 1 h Qt XP1:A4 XP1 - - -/4 1 LQt XP1:B3 XP1 - - -/4 1 Рис. 5. Панель цепей главного окна приложения Заключение. Собственная разработка ОАО «Научно-производственный центр «Полюс» уменьшает трудоемкость выпуска электромонтажных чертежей, исключает несоответствия между таблицей соединений, таблицей контактов и графическим изображением раскладки жгута и успешно используется в конструкторских бюро для автоматизации работы инжене-ров-конструкторов. В дальнейшем планируется осуществить интеграцию приложения с разрабатываемой на предприятии автоматизированной системой управления инженерными данными и производством, а также реализовать инструмент синхронизации данных электрической схемы и конструкции [14; 15].

Об авторах

Александр Александрович Козлов

ОАО «Научно-производственный центр «Полюс», г. Томск

Email: polus@online.tomsk.net
инженер-программист лаборатории САПР

Николай Николаевич Коблов

ОАО «Научно-производственный центр «Полюс», г. Томск; Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: polus@online.tomsk.net
начальник лаборатории САПР

Список литературы

Дополнительные файлы