Методика переноса 3D-моделей между системами CAD и CAE Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Рисунок 6 - Колебания платы при резонансных частотах

Таблица

Частотный диапазон внешних частот по ТЗ 10-70 Гц

1 резонансная частота 5 4 0,49 Гц

2 резонансная частота 890,32 Гц

3 резонансная частота 8 92,4 8 Гц

4 резонансная частота 976, 97 Гц

Вывод. Вибропрочность платы при заданных диапазоне частот внешних воздействий, геометрии платы, распределённой массе элементов и схеме закрепления удовлетворительная.

Заключение. С помощью SolidWorks Simulation так же можно проводить статические и термические анализы конструкций, исследования на потерю устойчивости, испытания на ударную нагрузку, усталостные анализы, а так же проектирование сосудов давления.

Как видим, в диапазоне частот от 0 до 1000 Гц данная плата имеет 4 резонансные частоты, которые не входят в диапазон внешних частот по техническому заданию, а значит, никаких изменений в конструкции данной платы не требуется.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ямпурин, Н. П. Основы надежности электронных средств [Текст] учеб. заведений / Н. П. Ямпурин, А. В. Баранова ; под ред. Н. П. центр «Академия», 2010. - 240 с.

2. Леухин, В.Н. Радиоэлектронные узлы с монтажом на поверхн.: конструирование и технология [Текст] : учеб. пособие / В.Н. Леухин; под ред. В.Н. Леухина. - Йошкар-Ола : МарГТУ, 2006. - 248

учеб. пособие для студ. высш. Ямпурина. - М. : Издательский

УДК 004.94

Севцов И.А., Юдин А.А., Жихарев К.В., Кочегаров И.И.

ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия

МЕТОДИКА ПЕРЕНОСА ЭР-МОДЕЛЕЙ МЕЖДУ СИСТЕМАМИ CAD И CAE

Актуальность данной статьи заключается в том, что на сегодняшний день существует большое количество САПР для автоматизации различных конструкторских задач. Универсальной системы не существует и она вряд ли появится. Поэтому задача переноса данных из одной САПР-системы в другую всегда актуальна для инженера конструктора. Далее рассмотрим общие подходы к выбору формата обмена и конкретные рекомендации на примере программ Компас и ANSYS.

КОМПАС - продукт российской компании «АСКОН». Это система автоматизированного проектирования с возможностью оформления документации в соответствии со стандартами серии ЕСКД [1].

Программный пакет Компас-SD обладает мощным чертежно-графическим редактором Компас-График для двухмерного проектирования, обеспечивающим поддержку всех отечественных стандартов и международного стандарта ISO. Основой автоматизированного проектирования в системе Компас-SD является реализованный в ядре графической системы и производящий трехмерные изображения серьезный математический аппарат, включающий математические зависимости, описывающие формирование цифровой модели реальных объектов, и алгоритмы для просчета освещения трехмерных сцен.

При помощи системы КОМПАС можно создавать 3х-мерные ассоциативные модели деталей и отдельных единиц, которые содержат оригинальные либо стандартизированные конструктивные элементы. Благодаря параметрической технологии, модели типовых изделий быстро создаются на основе ранее рассчитанных прототипов. САПР Комрас в версии 16 поддерживает экспорт в 23формата и импорт из 18 форматов .

Программа ANSYS, использующая метод конечных элементов. Многоцелевая направленность программы, независимость от аппаратных средств (от персональных компьютеров до рабочих станций и суперкомпьютеров), средства геометрического моделирования на базе B-сплайнов (технология NURBS), полная совместимость с CAD/CAM/CAE системами ведущих производителей и «дружеский» интерфейс привели к тому, что именно ANSYS в настоящее время используется во многих университетах для обучения студентов и выполнения научно-исследовательских работ[2].

Более 35 лет использование программы ANSYS дает возможность ее клиентам производить продукцию высокого качества и быстро добиваться успеха на рынке товаров и услуг.

КОМПАС-Документы f.cdw. *frw *.kdw. ".зри. *.a3d. ".t3d. *m3d]

КОМПАС-Чертежи f.cdw)

КОМПАС-Фрагменты ffrw)

КОМ ПАС-Текстовые документы f.kdw)

КОМПАС-Спецификации f.spw)

КОМПАС-Модели r.a3d. *t3d.*.m3d)

КОМПАС-Сборки f.a3d)

КОМПАС-Технологические сборки (*.t3d)

КОМПАС-Детали (*.m3d)

Шаблоны КОМПАС-Документов f.cdt. *frt. *.kdt. 'apt. *a3L *m3t)

.AutoCAD DWG f-dwg)

AutoCAD OXFf.dxF)

IGES f .¡gs. *.iges)

Текстовые Файлы T.txt)

Текстe Формате RTF (*rtf)

ACIS Г sat)

Parasolid f x_t, *x_b, "jntjxt, *jmt_bin. *лпр_М, *.xnip_bin) STEP AP2D3. AP214 P.stp. '.step'

Все Файлы

Рисунок 1

Форматы экспорта, использующиеся в системе КОМПАС

самым добиваться максимальной эффективности затрат на вычислительную технику и программные средства.

Предлагаемые фирмой ANSYS Inc. средства численного моделирования и анализа совместимы с некоторыми другими пакетами, в частности система ANSYS сопрягается с CAD-системами Unigraphics, CATIA, Pro/ENGINEER, SolidEdge, SolidWorks, Autodesk Inventor и некоторыми другими[3].К сожалению, продукт компании Аскон в этот список не входит. С учетом популярности Компас среди отечественных разработчиков, необходимо иметь возможность взаимообмена. В комплексе Ansys нет таких возможностей работы с чертежами как в Компасе, а Компас в свою очередь не дает возможности такого анализа различных воздействий, которое предоставляет Ansys. Довольно часто возникает потребность «связать» в одном проекте несколько систем [4].

В модуле подготовки графической модели «DesignModel» (версия 15) есть возможность импортировать модель из 23 форматов (рис.2).Далее проанализируем эти форматы и удобство их использования с точки зрения инженера-конструктора.

В течение этого времени компания ANSYS, Inc., непрерывно совершенствуя технологию, создает гибкие и удобные системы численного моделирования для широкого круга отраслей производства, что позволяет различным компаниям выполнять полноценный анализ своих проектных разработок и тем

All 6ю

Рисунок 2 - Форматы импорта, использующиеся в системе ANSYS

Для удовлетворения этой потребности необходима возможность использовать один и тот же файл в нескольких системах. В виду того, что различные системы хранят данные в файлах собственной структуры и формата, следовательно, для переноса

данных из одной системы в другую необходимо разработать механизмы преобразования результатов работы в одной системе в формат, «понятный» для другой. На рисунке 3 изображены обе схемы обмена.

Рисунок 3 - Схемы обмена данными между CAD-системами

Первая схема, очевидно, является менее практичной ввиду того, что для каждой системы необходимо иметь большое количество конверторов для осуществления необходимого «общения» с каждой из связанных систем, конкретно для п систем необходимо иметь п(п — 1) различных конверторов, так как в каждой связке обязательно должна быть пара «импорт-экспорт». При добавлении в связку систем изnсистем одной дополнительной системы возникает необходимость написания двух конверторов для каждой из уже присутствующих систем. Такой объем работы для программистов увеличивает стоимость реализации систем при применении первой схемы, а так же увеличивает объем, занимаемый программным комплексом на жестком диске конечного компьютера. В основном именно из-за этого недостатка популярность обрел метод, показанный на второй схеме.

При использовании второго метода возникает необходимость написать лишь по паре конверторов (импорт-экспорт) для каждой системы. Конвертор, отвечающий за экспорт должен преобразовывать файл результатов работы одной системы в файл нейтрального формата, понятный для конвертора, отвечающего за импорт в другой системе соответственно [5].

Как видно из рис. 1 и 2, для обмена 3D моделями можно использовать форматы «Parasolid», STEP, IGES.

Parasolid — коммерческое ядро геометрического моделирования, которое разрабатывается и поддерживается компанией SiemensPLMSoftware. Общий формат обеспечивает единство данных между внутренними предложениями и коммерческими системами. Первая версия Parasolid появилась в 1988 г.,

именно ядро Parasolid легло в основу системы Unigraphics[6].

В этой статье речь пойдет о таких универсальных форматах, как: IGES (*.iges;*.igs) и STEP(*.stp;*.step).

IGES (Initial Graphics Exchange Specification - первоначальная спецификация обмена графическими данными) — двумерный/трехмерный векторный формат графики; используется многими CAD-про-граммами.Датой создания этого формата считается январь 1980 года. IGES-файл состоит из 80-сим-вольных ASCII-записей (8 0-символьная длина является отсылкой к эпохе перфокарт). Текстовые строки представлены в «Холлерит» формате — число символов в строке, плюс буква «Н» и сама строка. С помощью этого формата осуществилась возможность передачи 2D/3Dмоделей междуCAD-системами. Ввиду того, что IGESбыл первым универсальным форматом такого рода, то он очень быстро снискал популярность в США. Вплоть до того, что с 1988 вся цифровая информация (диаграммы, графика и прочее) Министерства обороны США была переведена в IGESформат. Так как этот формат содержит в себе данные в тестовом формате ASCII, это облегчает перенос данных в различные программы. После первого релиза формат STEP в 1994 ввиду преимуществ последнего постепенно угасал интерес к «устаревающему» форматы IGESи следующий его релиз (версия 5.3) в 1996 году оказался последним[7].

Формат STEP —

(англ. StandardforExchangeofProductmodeldata — стандарт обмена данными модели изделия) представляющий собой обобщение стандартов ISO 10303 появился в 1994, фактически положив конец эпохе IGES. Позволяет описать весь жизненный цикл изделия, включая технологию изготовления и кон-Сравнение характеристик различных

троль качества продукции. Является основным преемником стандарта IGES. В последнее время вытесняет его благодаря более широким возможностям хранения информации[8].

У каждого из двух подходов существуют свои плюсы и минусы. О минусах первого уже было описано выше. У подхода с использованием переходного файла так же есть свои минусы. К ним относятся

- относительно медленная работа конвертора, по сравнению с прямой связью систем. Это обусловлено тем, что структура нейтрального файла имеет обобщенный формат, «понятный» не для одной, а для множества систем;

- больший размер нейтрального файла по сравнению с файлом данных собственного формата системы. Ввиду обобщенной структуры нейтрального файла;

- при переносе данных из одной системы в другую через нейтральный файл, как правило, теряется небольшая часть информации, обычно это топологическое дерево.

Для сравнения данных форматов была выполнена подготовка трех моделей различной сложности: сборка, состоящая из печатного узла с навесными элементами; печатный узел с малым числом элементов; пластина. Данные сборки подготавливались средствами Компас-3D и затем выгружались в файлы форматов STEP, IGES, Parasolid. Для полученных файлов выполнялось открытие в DesignModeler системы ANSYS (через импорт в соответствующем формате) и засекалось время открытия. Полученные данные сведены в таблицы.

В таблице 1 представлено сравнение размеров и времени открытия одного и того же файла сложной сборки в разных форматах: нейтральных форматов для сложной сборки Таблица 1

Формат файла Размер, Кб Время открытия, с

Компас-Сборка 157 -

IGS 6 855 28.75

STP 2 149 11.61

X T 1 400 5.39

Выгрузив в ANSYS-Workbench-DesignModels файлы сборки с большим количеством элементов в трех различных нейтральных форматов, получаем результаты, приведенные ниже на рисунках 4-6.

Рисунок 5 - Сложная модель формата .stp

Рисунок 6 - Сложная модель формата ^ t

В таблице 2 представлено сравнение размеров одного и того же файла сборки средней сложности в разных форматах:

Сравнение характеристик различных нейтральных форматов для сборки средней сложности Таблица 2

Формат файла Размер, Кб Время открытия, с

Компас-Сборка 149 -

IGS 3 145 18.24

STP 674 3.72

X T 383 9 8 1

При выгрузке более простой сборки получаем результаты, приведенные на рисунках 7-9.

Рисунок 8 - Модель средней сложности формата .igs

Рисунок 9 - Модель средней сложности формата.x t

В таблице представлено сравнение размеров одного и того же простого файла сложности в разных форматах:

Сравнение характеристик различных нейтральных форматов для простой детали Таблица 3

Формат файла Размер, Кб Время открытия, с

Компас-Сборка 16 -

IGS 40 ~2

STP 11

X T 5

При выгрузке более простой сборки получаем результаты, приведенные на рисунках 10-13.

А: Стержень - Dcugn Modele г — 9 X

File Скак Concept Tools

Рисунок 11 - Простая модель формата .igs

Рисунок 12 - Простая модель формата.x t

Генерация столь простых моделей из различных форматов занимает практически одинаковое количество времени (не больше 2х секунд).

По приведенным выше данным видно, что самым удобным универсальным форматом является Para-

solid, именно его удобнее использовать для обмена сложными сборками между САПР Компас и AN-SYS. При переносе менее сложных сборок или простых моделей преимущества этого формата менее заметны.

ЛИТЕРАТУРА

1. K0MnAC-3D: О программе — официальный сайт САПР КОМПАС [Электронный ресурс]. URL: http://kompas.ru/kompas-3d/about/ (дата обращения: 02.05.2016).

2. Морозов Е.М., Муйземнек А.Ю., Шадский A.C. ANSYS в руках инженера. Механика разрушения. М.: Ленанд, 2010. 456 с.

3. ANSYS (Электронный ресурс) Продукты компании ANSYS. Режим доступа: http://www.orcada.ru/product/.

4. Кочегаров И.И. Методика подготовки данных для моделирования с применением стандарта STEP / И.И. Кочегаров, В.Б. Алмаметов // В сборнике: Университетское образование (МКУ0-2015) XIX Международная научно-методическая конференция, посвященная 70-летию Победы в Великой Отечественной Войне. Под редакцией А. Д. Гулякова, Р. М. Печерской. 2015. С. 128-129.

5. Кочегаров И.И., Горячев Н.В., Гришко А.К. Выбор оптимального варианта построения электронных средств // Вестник пензенского государственного университета. 2015. № 2(10). С. 153-159.

6. Parasolid // Википедия. 2016.

7. IGES // Википедия. 2016.

8. STEP (стандарт) // Википедия. 2016.

УДК 621.395.7, 519.854 Скаков1 Е.С., Малыш2 В.Н.

1ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный педагогический университет», Липецк, Россия

2ФГБОУ ВПО «Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации», Липецкий филиал, Липецк, Россия

МОДИФИЦИРОВАННЫЙ АЛГОРИТМ ПЧЕЛИНОЙ КОЛОНИИ ABC ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТОПОЛОГИИ БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ

Статья посвящена решению проблемы проектирования топологии беспроводной сети. Данная работа направлена на решение задачи размещения базовых станций, учитывающей помехи при распространении сигнала, межсотовые помехи и несколько типов базовых станций. Решение задачи представляется в виде массива структур, каждая из которых хранит информацию об одном месте-кандидате (тип установленной базовой станции, список подключенных клиентов).

Разработана модификация пчелиного алгоритма ABC (Artificial Bee Colony). В основе предлагаемого алгоритма лежит понятие окрестности текущего решения. Для создания окрестности используются операции по изменению текущей конфигурации беспроводной сети. Новое решение из окрестности текущего может быть получено при помощи одной из двух операций: смена типа одной станции на более дешевый, удаление одной базовой станции.

При помощи компьютерного моделирования показано, что предлагаемый алгоритм позволяет находить решение задачи размещения базовых станций за приемлемое время, на много порядков быстрее метода полного перебора.

Ключевые слова:

размещение базовых станций, алгоритм пчелиной колонии, беспроводные сети, оптимизация.

Введение

Важным этапом при проектировании беспроводной сети передачи данных является синтез ее топологической структуры. Он подразумевает планирование территориального размещения базовых приемопередающих станций и подключение к ним клиентов [1]. Как известно ([2], 3]) задача проектирования сети (в том числе и беспроводной) может быть сведена к отысканию минимума функционала приведенной стоимости при наличии ограничений на вероятностно-временные и структурные характеристики сети и требовании принадлежности множества вариантов архитектуры сети к области технически реализуемых решений.

В данной работе исследуется задача размещения базовых станций (БС), учитывающая уровень затухания сигнала при распространении от БС к клиенту и обратно, уровень межсотовых помех и наличие в сети нескольких типов БС. Поставленная задача решается метаэвристическим методом оптимизации подражанием пчелиной колонии, демонстрирующим высокую скорость и точность нахождения решения.

Постановка задачи размещения базовых станций Задача размещения БС заключается в том, что у нас есть Ыьр клиентов, каждого из которых необходимо подключить к БС. Базовая станция может быть установлена на одном из Ыря мест-кандидатов. Имеется Ntypes типов базовых станций, отличающихся