Лекція 1

Вступ

Практично немає галузей виробничої або творчої діяльності, де б не застосовувалась комп'ютерна техніка. Широкою популярністю користуються різноманітні програми комп'ютерної графіки, і це легко пояснити — візуальне сприйняття є для людини головним серед органів чуттів. Розглянемо складові частини комп'ютерної графіки.
Комп'ютерна графіка — це розділ інформаційно-комп'ютерної технології, який використовується для створення сприятливого візуального середовища. Складові частини можна класифікувати за призначенням:

• Редактори зображень (комп'ютерне художнє малювання або оформлення, оброблення цифрових фотографій)
• Дизайнерські розроблення
• Розроблення комп'ютерних ігор
• Ділова графіка (діаграми, графіки тощо)
• Тривимірне моделювання
• Комп'ютерне відео
• CAD\CAM\CAE-системи інженерного креслення
• Оформлення WEB-сторінок (Internet).
  

Слід зазначити, що деякі сучасні прикладні програми комп'ютерної графіки мають багатоцільове призначення.
За принципом внутрішнього збереження зображення комп'ютерну графіку можна класифікувати на:

• Растрову
• Векторну

Термін растрове зображення (або бітова карта - bitmap) застосовується до зображення, яке представлене фіксованою кількістю пікселів, тобто це зображення створене за допомогою маленьких точок.
Термін векторне (або об'єктне) зображення стосується об'єктів, які описані математичними формулами, що дає змогу користувачу виділити й редагувати будь який об'єкт ("примітив").
В комп'ютерній графіці обидва формати мають особливе призначення. Для інженерного креслення застосовують векторне зображення.

Порівняння растрової і векторної графіки

Як малюнки (растрові зображення), так і креслення (векторні зображення) мають свої переваги і недоліки.
Перевага растрових програм - у природному способі створення зображень.
Недолік — в обмеженій щільності піклелів (російською - „разрешение”, англійською - „resolution”, адекватного українського терміну не існує, дослівний переклад: аналіз, розподіл на складові частини).

Оскільки бітова карта складається з фіксованого числа пікселів, дозвіл зображення (число пікселів на дюйм - dpi) залежить від розміру, в якому зображення роздруковується. У роздруківці невеликого розміру пікселі маленькі і дозвіл високий; роздруківка великого розміру збільшує пікселі й знижує дозвіл. Зображення на повний екран 800х600 пікселів дає безупинну зміну кольору лише в роздруківці розміром близько 2х1,5 см. При збільшенні чітко проявляються окремі пікселі, що утворять зазублини на місці гладких ліній. Поліпшити ситуацію можна, збільшивши число пікселів у зображенні, але це різко збільшить об'єм файла. Наприклад: цифрове фото 1200х800 у tiff-форматі займає близько 3 МБ на диску.

В основу програм малювання закладені методи, характерні для традиційного образотворчого мистецтва. Засоби ж креслярських програм не мають аналогів у реальному світі. Процес векторного креслення можна назвати конструюванням. Кожний об'єкт можна редагувати незалежно від інших, це одна з переваг об'єктного підходу, проте зображення доводиться будувати поетапно.

У креслярській програмі лінії, фігури і текст задаються математичними вираженнями, що дає можливість автоматично настроювати їх на максимальний дозвіл пристрою виведення. У результаті роздруковане зображення буде гладким і контрастним, незалежно від розміру. Ще одна перевага креслень полягає в тому, що для них не потрібно багато місця на диску. Об'єм файла з кресленням залежить тільки від кількості і складності об'єктів, що складають це креслення, тому розмір креслення, на відміну від малюнка, практично не впливає на цей об'єм.

На мою думку, користувачу варто мати на комп'ютері програми обох видів. Конкретний вибір програмного забезпечення залежить від виконуваних задач та особистих уподобань, але для професійної інженерної діяльності, для створення різноманітних креслень можна рекомендувати застосовувати пакети Компас або AutoCAD.

Інженерна комп'ютерна графіка

На сучасному етапі розвитку промисловості, в умовах жорсткої конкуренції, виникла нагальна необхідність прискорення випуску якісної продукції і скорочення термінів розробляння нових зразків, при одночасному зменшенні витрат на їх виготовлення. Крім того, постають питання підвищення гнучкості виробництва. Виконання цих вимог можливе завдяки широкому застосуванню обчислювальної техніки на всіх етапах виробництва:

• Конструкторське проектування
• Промисловий дизайн
• Технологічне проектування
• Проектування організації і управління виробництвом
• Виготовлення виробу або будівництво споруди
• Оцінка якості виробництва на основі моніторингу

Комплексне вирішення проблем впровадження комп'ютерів у виробничий процес дає можливість перейти до автоматизованого виробництва.
Виготовлення конструкторської і технологічної документації в органічному зв'язку з дизайнерськими розробками є передумовою виробництва. Креслення деталей, складальні креслення, специфікації, перелік матеріалів, технологічні операційні плани, інструкції, схеми наладки, схеми контролю, технологічні карти, розрахункова документація і т. п. — усе це документи, необхідні для виробництва. Між ними існують інформаційні зв'язки, обумовлені самим виробом. Отже, створення автоматизованого виробництва являє собою інтеграцію всіх його етапів на основі єдиної інформаційної бази і єдиного механізму керування. Одним з основних компонентів автоматизованого виробництва є автоматизована система проектування.

Структура і головні принципи побудови автоматизованої системи проектування

Термін походить від англійського Computer Aided Design -скорочено CAD і означає проектування за допомогою комп'ютерів. У літературі широко вживається термін CAD-система, яка містить у собі комп'ютер (тобто апаратну частину - hard ware), системне і прикладне програмне забезпечення (soft ware) і, звичайно, - користувач, інженер-проектувальник. До речі, комп'ютер у CAD-системі повинен мати доволі високі технічні характеристики, вищі за стандартні, бізнес-класу. Продуктивність комп'ютера, його архітектура, зв'язок з іншими ЕОМ, кількість й номенклатура зовнішніх пристроїв визначають технічну продуктивність системи проектування.

Системне програмне забезпечення керує організацією обчислювального процесу і повинно задовольняти вимоги режиму діалогового опрацювання інформації.

Ефективність CAD-системи значною мірою визначається можливостями прикладного програмного забезпечення, під котрим звичайно розуміють набір програм, які реалізують вирішення на комп'ютері конкретних задач проектування. Аналіз застосування CAD-систем показує, що вони використовуються для виготовлення робочої конструкторської документації, дизайнерських розробок, інженерних розрахунків технологічної підготовки виробництва і моніторингу якості продукції. З кожним роком складність прикладного програмного забезпечення зростає, а це, в свою чергу, ще більше підвищує вимоги до технічної досконалості апаратної частини комп'ютера. Крім того, значно підвищились вимоги до професійної підготовки інженера-користувача.

Ефективність застосування CAD-систем при розробці конструкторської документації забезпечується такими її можливостями:

• наявністю засобів модифікації: копіювання, повороту, переносу, вирівнювання, масштабування, побудови дзеркального зображення та ін.
• використанням готових фрагментів креслень, конструктивних і геометричних елементів, уніфікованих конструкцій, стандартних виробів;
• веденням діалогу з комп'ютером у звичних для конструктора термінах і зі звичними для нього об'єктами (графічними зображеннями);
• наявністю мовних засобів опису типових моделей-представників креслень об'єктів, коли процес створення конкретного креслення виробу зводиться до завдання розмірів — система параметризації;
• одержанням креслень високої якості, оформлених за стандартами ЕСКД шляхом виведення на плотери, принтери та інші пристрої.
• можливостями використання локальних та глобальних комп’ютерних мереж.
  

Головними принципами побудови CAD-систем є:

• адаптованість системи до різноманітних задач, тобто розширення можливостей її використання;
• інформаційна єдність усіх частин, що припускає єдність бази даних для різноманітних призначень;
• інваріантність - максимальна незалежність складових частин та системи. Наприклад, система електронних пристроїв може бути використана як графічна підсистема в системі керування роботизованим комплексом та як графічна підсистема в системі керування контрольно-вимірювальним пристроєм при моніторингу.
• можливість розширення CAD-систем шляхом доповнення нових складових частин і розвиток існуючих.

Побудова таких систем значно спрощується, якщо вони створюються на базі універсального, відкритого середовища проектування для реалізації графічних можливостей САПР. Прикладами такого середовища є системи КОМПАС-3D і AutoCAD — універсальні графічні система, в основу структури якої покладено принцип відкритої архітектури, що дає змогу адаптувати й розвивати функції програм стосовно конкретних задач і вимог.

Основне завдання, що вирішується системою КОМПАС-3D від компанії Аскон — моделювання виробів з метою скорочення термінів проектування і швидкого запуску у виробництво. Це можливо за рахунок:

• швидкого отримання конструкторської і технологічної документації, необхідної для випуску виробів (складальних креслень, специфікацій, деталювань і т.д.);
• передачі геометрії виробів в розрахункові пакети;
• передачі геометрії виробів в пакети, що управляють устаткуванням з ЧПУ;
• створення додаткових зображень виробів (наприклад, для складання каталогів, створення ілюстрацій до технічної документації і т.д.).

Основні компоненти КОМПАС-3D — власне система тривимірного твердотільного моделювання, креслярсько-графічний редактор і модуль проектування специфікацій.

Креслярсько-графічний редактор (КОМПАС-ГРАФІК) призначений для автоматизації проектно-конструкторських робіт в різних галузях промисловості: у машинобудуванні, архітектурі, будівництві, складанні планів і схем, тобто скрізь, де необхідно розробляти і випускати креслярську і текстову документацію.

Система тривимірного твердотільного моделювання призначена для створення тривимірних асоціативних моделей окремих деталей і складальних одиниць, що містять як оригінальні, так і стандартизованные конструктивні елементи. Параметрична технологія дозволяє швидко одержувати моделі типових виробів на основі вже спроектованого прототипу.

В 2015 році компанією Аскон було представлено версію КОМПАС-3D V16, а також випущено оновлення програми та декілька прикладних бібліотек, наприклад бібліотека проектування зовнішніх мереж санітарно-будівельного призначення.

В 2016 році представлено версію КОМПАС-3D V17, з суттеввою зміною інтерфейсу.

Лінія програмних продуктів:

• Система управління інженерними даними й життєвим циклом виробу ЛОЦМАН:PLM
• Система тривимірного моделювання КОМПАС-3D
• Система тривимірного моделювання архітектурно-будівельного спрямування Renga
• Система автоматизації технологічної підготовки виробництва КОМПАС-Автопроект
• Прикладні бібліотеки, спеціалізовані системи проектування, електронні довідники.

Типи документів КОМПАС-3D

Тип документа, що створюється в системі КОМПАС-3D, залежить від роду інформації, що зберігається в цьому документі. Кожному типу документа відповідає розширення імені файлу і власна піктограма.

Деталь — модель виробу, що виготовляється з однорідного матеріалу, без застосування складальних операцій. Файл деталі має розширення m3d.

Зборка — модель виробу, що складається з декількох деталей із заданим взаємним положенням. До складу зборки можуть також входити інші складки (підзборки) і стандартні вироби. Файл зборки має розширення a3d.

Креслення — основний тип графічного документа в КОМПАС-3D. Креслення містить графічне зображення виробу, основний напис, рамку, іноді - додаткові об'єкти оформлення (знак невказаної шорсткості, технічні вимоги і т.д.). Креслення КОМПАС-3D завжди містить один аркуш заданого користувачем формату. У файлі креслення можуть міститися різні графічні документи. Файл креслення має розширення cdw.

Фрагмент — допоміжний тип графічного документа в КОМПАС-3D. Фрагмент відрізняється від креслення відсутністю рамки, основного напису й інших об'єктів оформлення. Використовується для зберігання зображень, які не потрібно оформляти як окремий аркуш (ескізні промальовування, розробки і т.д.). Крім того, у фрагментах також зберігаються створені типові рішення для подальшого використання в інших документах. Файл фрагмента має розширення frw.

Специфікація — документ, що містить інформацію про склад зборки, представлену у вигляді таблиці. Специфікація оформляється рамкою і основним написом. Документ часто буває багатосторінковим. Файл специфікації має розширення spw.

Текстовий документ — документ, що містить текстову інформацію, оформляється рамкою і основним написом. Документ часто буває багатосторінковим. У текстовому документі можуть бути створені записки, пояснення, сповіщення, технічні умови і т.п. Файл текстового документа має розширення kdw.

Одиниці вимірювань

Відстані між точками на площині в графічних документах і між точками в просторі обчислюються і відображаються в міліметрах. При цьому користувач завжди працює з реальними розмірами (у масштабі 1:1). При розрахунку масо-моментних характеристик деталей користувач може управляти представленням результатів, призначаючи потрібні одиниці вимірювань. Числові параметри текстів (висота шрифту, крок рядків, значення табуляції і т.п.) задаються і відображаються в міліметрах.

Системи координат

При роботі в КОМПАС-3D використовуються декартові праві системи координат. У кожному файлі моделі (зокрема в новому, тільки що створеному) існує система координат і визначувані нею проекційні площини. Зображення системи координат з'являється посередині вікна моделі. Початок абсолютної системи координат креслення завжди знаходиться в лівій нижній точці габаритної рамки формату. Початок системи координат фрагмента не має чіткої прив'язки, як у креслення. Тому, коли відкривається новий фрагмент, точка початку його системи координат автоматично відображається в центрі вікна. Для зручності роботи користувач може створювати в графічних документах довільну кількість локальних систем координат (ЛСК) й оперативно переключатися між ними.

Інтерфейс системи

КОМПАС-3D - багатовіконна і багатодокументна система. У ній можуть бути одночасно відкриті вікна всіх типів документів КОМПАС - моделей, креслень, фрагментів, текстово-графічних документів і специфікацій. Кожен документ може відображатися в декількох вікнах. Команди викликаються із сторінок Главного меню, контекстного меню або за допомогою кнопок на Инструментальных панелях.

Складові частини вікна КОМПАС-3D

При роботі з документом будь-якого типа на екрані відображаються Главное меню і декілька панелей інструментів:

Стандартная, Вид, Текущее состояние, Компактная

Главное меню служить для виклику команд. За умовчанням Главное меню розташовується у верхній частині вікна. При виборі пункту меню розкривається перелік команд цього пункту. Деякі з команд мають власні підменю (команда помічена в кінці чорною стрілкою) або діалогові вікна (команда помічена багатокрапкою).

Стандартная — панель, на якій розташовані кнопки виклику команд стандартних операцій з файлами і об'єктами.

Вид — панель, на якій розташовані кнопки виклику команд настройки відображення активного документа.

Панель Текущее состояние — на ній відображаються параметри поточного стану активного документа.

Компактная инструментальная панель — на ній розташовані кнопки перемикання між інструментальними панелями і кнопки самих інструментальних панелей.

Активізація інструментальних панелей проводиться за допомогою кнопок перемикання, але неможлива за допомогою меню. Склад меню і панелей залежить від типу активного документа.

Команди, що управляють відображенням інструментальних панелей, знаходяться в меню Вид\Панели инструментов.

Для введення параметрів і завдання властивостей об'єктів при їх створенні і редагуванні служить Панель свойств.

Робота із змінними і рівняннями ведеться за допомогою вікна Переменные.

Для управління бібліотеками і їх використанням призначений Менеджер библиотек

У рядку повідомлень Строке сообщений (якщо її показ не відключений при налаштуванні системи) відображаються підказки для поточної дії або опис вибраної команди.