Материал: Основы проектирования Р Э С. Комплект учебно-методической документации по дисциплине. Учебное пособие. Самойленко Н.Э., Скоробогатов В.С

67

изображение в электрический сигнал с разрешающей способностью 10...30 точек/мм и выше.

Лазерные сканеры обладают лучшей разрешающей способностью, чем светодиодные, однако они более дорогостоящие. Желательно, чтобы разрешение рабочего органа было не хуже разрешающей способности дисплея ПЭВМ. При преобразовании полутоновых графических

изображений фиксируется до 256 градаций яркости. В этом случае сканер записывает не только информацию об элементе как о черной и белой точках, но и дополнительную. При дискретизации полутонов «серой шкалы» применяется упрощение: для аппроксимации полутона элемента изображения используется определенное число точек. Большее число точек создает иллюзию темного тона, меньшее - белого. Для различения четырех уровней «серой шкалы» необходимо не менее 2 бит дополнительной информации, при 256 уровнях - уже 8 бит. Для различения трех основных цветов (красного, зеленого и синего) применяются цветовые фильтры и источники с различным спектром излучения. При вводе полутоновых или цветных изображений необходимо обработать большой объем информации, а это предъявляет определенные требования к характеристикам ПЭВМ.

Сканеры выполняются в основном в четырех различных вариантах. В первом используется плоский планшет. Страница вводимого документа закрепляется на плате из стекла, а рабочий орган движется вдоль страницы. Плоские сканеры удобны при вводе графики, так как страница может быть нестандартного размера. В этом случае точность считывания зависит от точности перемещения рабочего органа. Однако плоские сканеры занимают достаточно много места возле ПЭВМ. В сканерах второго типа рабочий орган неподвижен, а вводимый документ перемещается перед окном рабочего

68

органа. Для движения документа используются различные механизмы: барабанного типа, «тракторного» и др. Такие сканеры удобны для ввода многостраничных документов, поскольку они «чувствуют» страницы. Барабанные механизмы перемещения уменьшают габаритные размеры и массу сканеров. Достоинством является также возможность ввода документов с рулонного носителя. Все более популярным становится третий тип - «ручные» сканеры. Рабочим органом

вних является малогабаритный датчик, размещаемый в руке, который, подобно манипулятору типа «мышь», можно двигать или катить по бумаге. Такие сканеры сравнительно дешевы и позволяют вводить в ПЭВМ информацию со сложных поверхностей реальных объектов. В сканерах четвертого типа датчик считывания включается

врегистрирующий орган печатающего устройства или графопостроителя.

Современные настольные модели сканеров имеют разрешающую способность по полутонам до 16 линий/мм, прекрасно различают шрифты и формуляры. Автоматическая подача позволяет сканерам принимать до 100 страниц. При применении модулей обработки изображения максимальная разрешающая способность повышается до 50...64 точек/мм.

Недостатком автоматических графических устройств ввода является то, что при считывании наряду с необходимой информацией вводятся и дефекты оригинала, особенно при считывании старых чертежей.

Дальнейшее расширение функциональных возможностей и областей применения графических устройств ввода в значительной степени связано не только с развитием их технических средств (особенно со снижением стоимости и габаритов), но и с развитием программного обеспечения.

3.4. Графопостроители

69 3.4.1. Назначение и классификация

Графопостроители - устройства вывода информации из ЭВМ, предназначенные для преобразования и записи данных в графической форме на носителе данных. Графическая форма (чертежи, образы, графики, диаграммы, гистограммы и т. п.) представления информации - одна из наиболее распространенных и удобных для человека и по сути единственная, применяемая в качестве технической документации.

Роль графопостроителей в составе профессиональных ПЭВМ непрерывно возрастает. Это связано прежде всего с применением их в системах комплексного автоматизированного проектирования изделий и выпуска графической конструкторской документации на базе ПЭВМ.

Для регистрации информации графопостроители могут использовать различные виды носителей: чертежную, писчую, картографическую и диаграммную бумагу, картон, кальку, холст, пленки различного вида и др.

По принципу создания графических изображений на носителе информации графопостроители делятся на векторные

ирастровые.

Ввекторных графопостроителях изображение регистрируется с помощью прямых отрезков линий различной длины, воспроизводимых в горизонтальном и вертикальном направлениях (по координатам Х и У) и под углом 45° к ним. В таком случае контур изображения - сложное сочетание этих отрезков. К классу векторных относятся перьевые и фотографопостроители.

Врастровых графопостроителях изображение формируется на поверхности носителя информации с использованием построчного или постраничного ввода матрицы

70

элементов (точек) этого изображения. К растровым относятся электростатические, чернильно-струйные, а также комбинированные,

печатающим устройствам в них применяются термический, матричный и лазерный способы печати. Перьевые и матричные ударного действия графопостроители относятся к электромеханическим. Электростатические, термические, лазерные, струйные и фотографопостроители используют немеханические способы регистрации.

По конструктивному исполнению выделяют три основных вида графопостроителей: планшетные, барабанные и роликовые.

Впланшетных графопостроителях (рис. 2.12, а) изображение выводится на плоский носитель информации, закрепленный на планшете. В большинстве случаев в них используют неподвижно закрепленную листовую бумагу, а в некоторых моделях могут использовать и рулонную.

Вбарабанных графопостроителях (рис. 2.12, б) изображение выводится на поверхность носителя информации, перемещаемого вращающимся барабаном. Для подачи носителя информации используется траковый механизм протяжки бумаги с краевой перфорацией (рулонной или сфальцованной в стопку) либо механизм

смикрозахватами, позволяющий использовать неперфорированные носители, как листовые, так и рулонные.

Вроликовых графопостроителях (рис. 2.12, в), приходящих на смену барабанным, в механизме подачи бумаги применяются специальные фрикционные и прижимные ролики, предотвращающие проскальзывание бумаги.

По размеру выводимых графических изображений различают крупноформатные (форматы носителя АО, А1 по ГОСТ 2.301 68), среднеформатные (форматы А1, А2) и малоформатные (форматы A3

71

и А4) графопостроители. В зависимости от производительности все графопостроители подразделяют на графопостроители высокой и средней производительности, для ПЭВМ профессионального применения, для ПЭВМ массового применения.

3.4.2.Особенности устройства Наибольшее распространение в ПЭВМ получили

векторные электромеханические перьевые малоформатные графопостроители. Это объясняется тем, что при достаточных функциональных возможностях и надежности эти графопостроители имеют низкие стоимость и энергопотребление, малые габаритные размеры и массу, удобны при эксплуатации. Они рассчитаны, как правило, на использование бумажных носителей, позволяют формировать линии графического изображения нескольких толщин и цветов.

Рис. 3.5. Внешний вид и устройство графопостроителей:

а - планшетного; б - барабанного; в - роликового; 1 - пишущий узел; 2 - каретка; 3 - бумага; 4 - барабан; 5 - прижимной

72

обрезиненный ролик; 6 - подающий ролик; 7 - вакуум; 8 - вакуумные отверстия-присоски

Основными функциональными частями перьевого векторного графопостроителя для ПЭВМ являются пишущий узел, механизмы закрепления и перемещения пишущего узла и носителей информации, а также устройство управления и пульт управления. Важным конструктивным элементом является пишущий узел. В качестве пишущих элементов используются рапидографы, шариковые или графитные стержни, фломастеры.

Важное значение имеет механизм смены пишущих элементов в процессе черчения графического изображения с линиями различной толщины и цвета. Применяются накопительные магазины пишущих

шаговых двигателей.

Устройство управления современных графопостроителей, как правило, имеет встроенный, часто высокопроизводительный, микропроцессор (микроЭВМ), ПЗУ с большим набором команд и буферное ЗУ, позволяющее в процессе вычерчивания одновременно принимать управляющую информацию от ПЭВМ. В ПЗУ могут быть записаны библиотеки программ вычерчивания графиков и символов различного вида: геометрических кривых, окружностей с заданным центром и диаметром, гистограмм, диаграмм, различных трехмерных объектов и т. п. Встроенный микропроцессор может выполнять многие вычислительные и логические операции, вследствие чего резко сокращается объем данных, поступающих из ПЭВМ, и

например, программному обеспечению печатающих устройств.

73 3.4.3. Технические характеристики и параметры

Основные технические характеристики графопостроителей:

1)максимальный вычерчиваемый формат, определяемый наибольшим размером прямоугольника по осям координат Х и

Y, который может быть вычерчен любым из пишущих элементов графопостроителя;

2)максимальная скорость вычерчивания по осям координат - наибольшее значение скорости по осям координат

Хи Y, достигаемое графопостроителем;

3)максимальное ускорение вычерчивания по осям координат - наибольшее значение ускорения движения пишущего элемента графопостроителя по осям координат Х и Y на участке разгона;

4)число пишущих элементов, определяемое возможностью вычерчивания графопостроителем линий разной толщины и различного цвета.

Точностные характеристики вычерчивания графопостроителя зависят от динамической и статической

погрешностей. Динамическая погрешность - отклонение вычерченной кривой от расчетной, т. е. кратчайшее расстояние от каждой точки заданной кривой до соответствующей точки кривой, полученной в процессе вычерчивания графопостроителем. Статическая погрешность характеризует наибольшее отклонение длины вычерченного отрезка от заданного по осям координат Х и У в пределах максимального вычерчиваемого формата.

74

В совокупности значения максимальной скорости и среднего ускорения по осям координат служат для оценки производительности графопостроителя.

Существенными для пользователя являются также разрешающая способность, емкость буферного ЗУ, показатели надежности, энергопотребление, масса, стоимость и особенно характеристики, определяющие такие функциональные возможности графопостроителей, как формирование векторов дуг и окружностей, формирование различных типов линий, генерация стандартных символов, поворот и масштабирование символов, задание определенной скорости вычерчивания.

Совокупность технических характеристик графопостроителя ПЭВМ в значительной мере зависит от конструктивного исполнения графопостроителя.

Планшетные перьевые графопостроители обеспечивают высокую плотность черчения, позволяют вести визуальный контроль результатов работы, более совершенны, но занимают большую площадь, имеют более высокие материалоемкость и стоимость, чем графопостроители других типов

Малогабаритные барабанные перьевые графопостроители, как правило, конструктивно проще планшетных, имеют меньшую материалоемкость (с учетом одинаковых форматов чертежей), занимают небольшую площадь, позволяют вычерчивать чертежи большой длины. Однако точность черчения у барабанных графопостроителей ниже, чем у планшетных, поскольку точность позиционирования при перемещении носителя информации меньше, чем при перемещении пишущего узла.

Роликовые перьевые графопостроители, одни из наиболее распространенных в ПЭВМ, компактны, позволяют работу как с листовой, так и с рулонной бумагой, имеют достаточные точность и

75

скорость черчения, относительно простые механизмы смены пишущих элементов при черчении, низкую стоимость.

В странах СНГ в разное время серийно выпускалось несколько типов моделей графопостроителей, пригодных для работы в составе ПЭВМ. Среди них: ЭМ7042АМ, ЭМ7052, «Электроника МС 6503», СМ 6470.05, «Нейрон ИС.61» и др.

Зарубежными фирмами выпускаются малогабаритные графопостроители (плоттеры) для ПЭВМ с различными техническими характеристиками и функциональными возможностями.

Наиболее известными являются фирмы Calcomp, HewlettPackard, Sumnagraphics Corp. и некоторые другие.

Развитие моделей графопостроителей идет по пути создания планшетных, роликовых, а также комбинированных с печатающими устройствами высокоточных и высокоскоростных моделей с рабочим полем различного формата, оснащенных многоперьевыми пишущими узлами. Данные модели обычно воспроизводят многоцветное изображение и имеют возможность обратного преобразования геометрической информации в цифровую. В зависимости от основных технических характеристик масса моделей графопостроителей составляет 5...20 кг,

3.5.Математическое моделирование в конструкторско-технологическом проектировании

Впроцессе проектирования многократно выполняются такие проектные процедуры как синтез, анализ и оптимизация.

76

Автоматизация решения этих задач проводится на основе математического моделирования.

Рассмотрим более подробно последовательность задач синтеза, анализа и оптимизации при конструкторско-технологическом проектировании РЭС.

1.Анализ ТЗ на разработку конструкции и ТП (выделение основных воздействующих факторов, синтез вариантов структуры ОП).

2.Анализ и выбор лучшего варианта структуры ОП на основе выбранного критерия чувствительности характеристик к внешним воздействиям и синтеза расчетных моделей и моделей чувствительности.

3.Параметрическая оптимизация на основе выбранного критерия оптимальности и сформированных ограничений на параметры.

4.Анализ, синтез и оптимизация допусков на параметры на основе выбранных ограничений на допуски и критерия оптимизации допусков.

5.Расчет и анализ технологической серийно пригодности на основе данных по технологическим разбросам параметров и в соответствии с выбранными показателями серийно пригодности.

6.Расчет и анализ эксплутационной стабильности и надежности на основе данных по зависимостям свойств материалов и деталей от воздействий и в соответствии с выбранными показателями стабильности и надежности.

7.Анализ необходимости и эффективности защиты РЭС от внешних воздействий на основе выбранного способа и средств защиты и с использованием данных о физико-конструктивных параметрах средств защиты.

8.Синтез системы регулировок, настроек и контроля работоспособности на основе выделения управляемых параметров и