ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Необходимость графического моделирования в проектировании из "Пространственно-графическое моделирование и развитие творческих способностей студентов " Символические модели, применяемые в проектировании на различных этапах технического творчества, подразделяются сегодня на два типа математические и графические. Математическая модель используется при машинном описании структуры изделия [19, 40J, графические относятся к более традиционным видам символических моделей. [c.14] Наиболее известная форма отображения графической информации — комплексный чертеж — появилась в начале XIX в., когда Г. Монж разработал основные положения свосгэ теоретического метода — начертательной геометрии. С этого периода система графического представления информации в технике почти не претерпела никаких изменений. Ортогональный чертеж прочно вошел в жизнь и стал одним из главных факторов, определивших технический прогресс XIX—XX вв. [c.14] Метод графического моделирования, предложенный Мон-жем, имел значительные преимущества перед изобразительным методом, применявшимся до XIX в. для решения разнообразных задач технического творчества. Эти преимущества определялись строгой формализацией модели, геометрической верностью построения, простотой графического выражения. Черчение в масштабе стало главным фактором, определившим появление новой профессиональной деятельности — технического проектирования. [c.14] Ортогональный чертеж соответствует технической задаче формообразования прежде всего по своей геометрической основе. Он дает структурно верный эквивалент реальной конструкции. Трехмерный объект и плоское изображение могут рассматриваться в плане как позиционного, так и метрического соответствия. Складывающийся на основе чертежа в сознании конструктора образ по своей структуре вполне соответствует реальному пространству. Метрическая эквивалентность чертежа и технического объекта определяет возможность увязкн размеров всех деталей в единое целое. Благодаря данной графической модели конструктор получил эффективное средство анализа и синтеза задач, которые практически не поддавались решению в дочертежный период. [c.15] Автоматизация проектирования и системный подход явились в наше время главной причиной того, что традиционный метод технического синтеза перестал соответствовать современным задачам конструирования. Чертежный способ, отлично зарекомендовавший себя на уровне компонентов, оказался совсем неэффективным на уровне проектирования систем [17]. Основная трудность проектирования в настоящее время заключается в том, что для системных задач анализа и синтеза нет ни одного метода отображения конструктивной информации, который мог бы выполнить, подобно чертежу, роль структурообразующего звена поисковой деятельности. В традиционных задачах проектирования по прототипам вокруг графической модели, как около некоторого структурного центра, разворачивался интеллектуальный процесс поиска решения. Сейчас роль такого системообразующего стержня деятельности должна взять на себя информационная система (база данных) ЭВМ. [c.15] Визуальная модель геометрического образа изделия (ГОИ)—это графический образ пространственной структуры изделия на экране дисплея. Изобразительные и графические характеристики подобной модели намного превышают возможности ручного графического изображения за счет введения в пространство модели фактора времени. По своим динамическим возможностям машинная визуализация ГОИ максимально приближается к натурной модели. Конструктор на самом раннем этапе разработки формы получает возможность увидеть структуру будущего изделия в полном соответствии с кинематикой и динамикой всех входящих в нее элементов. Увязку кинематически связанных звеньев конструкции можно осуществлять на движущейся модели-изображении в любом масштабе времени. При разработке изделий сложной объемно-пространственной структуры для уточнения кинематических взаимосвязей компонентов приходилось осуществлять построение экспериментальных натурных моделей. В процессе испытаний на таких моделях уточнялся и окончательно отрабатывался мысленный образ конструкции (рис. 1.1.2,а). Преимущества визуальной модели перед статическими графическими моделями выступают особо ярко в сложных элементах конструкций, каковыми являются средства механизации летательных аппаратов. [c.17] Кроме преимуществ, связанных с полнотой отображения кинематических свойств объекта, визуальная кибернетическая модель превосходит свои статические аналоги в плане психологии ее восприятия. Динамические свойства модели позволяют приблизить восприятие изображенной пространственной сцены к естественному процессу, протекающему в повседневной жизни. Как известно [2], основная черта зрительного восприятия пространственных структур заключается в его целостности, в способности глаза выхватывать из поступающей на сетчатку информации наиболее общие и существенные свойства объектов. Последние же выступают как некоторые инварианты динамического процесса восприятия. Недостаток формирования пространственного образа на основе традиционной графической модели заключается в невозможности выделения главных геометрических инвариант пространственной структуры из несущественных для строения формы факторов, выступающих в данном случае в роли помех. С целью ликвидации нежелательных последствий статического характера восприятия в ортогональном чертеже приходится использовать два, а в некоторых случаях и больше статических изображений для получения образа, соответствующего реальной пространственной структуре. [c.17] Соответствующие программы инвариантных преобразований геометрических структур позволяют совместить процесс визуализации математической модели изделия с желаемым изменением точки зрения, относительно которой строится изображение на традиционной графической модели. Тем самым значительно расширяется возможность автоматизированной пространственно-графической модели в качестве необходимого средства познавательной деятельности в поисковом конструировании. Взаимодействие проектировщика (при уточнении мысленного образа издел-ия) с визуальной моделью геометрического образа изделия показано на рис. 1.1.2,б. [c.18] В процессе работы конструктора над изделием графическая модель выполняет две функции коммуникативную, которая является средством общения между участниками создания технического изделия, и познавательную, помогающую осмыслить структуру появляющегося конструктивного образа и фиксирующую определенные этапы мыслительной деятельности проектировщика. Коммуникативная функция графической модели требует строгой формализации изображения. Ортогональный чертеж, выполненный по всем правилам стандартов, наиболее полно отражает эту функцию. [c.18] Познавательная функция графической модели может быть реализована в иных формах изображения, более удобных для восприятия самим автором. Пространственно-графическая модель в этом случае служит промежуточной опорой сознания в творческом процессе создания искомой конструкции и поэтому выступает главным средством представления информации. Пространственный эскиз, технический набросок элемента конструкции, ее структуры является здесь основной формой изображения. Одних ортогональных проекций в подобных задачах бывает недостаточно для выявления характера объемно-пространственной структуры, особенно на начальных стадиях формирования конструктивного образа. Даже от опытных проектировщиков можно слышать жалобы на недостаточное пространственное воображение и на трудности, связанные с графическим выражением первоначально нечетких конструктивных идей. Ход от общего и неясного к конкретному и определенному — естественный путь рождения нового в познавательном процессе. Особенно это важно в условиях автоматизации проектирования, когда всю работу, связанную с окончанием выполнения чертежной кострукции, берет на себя машина. [c.18] Традиционные формы графических моделей в технике являются именно такими документами, предназначенными для координаций деятельности большого количества людей, участвующих в создании нового изделия. Поэтому познавательная функция графической модели не находила до настоящего времени должного развития и выражения в профессионально-конструкторской деятельности. Аналогичная картина складывается и в системе подготовки будущих инженеров. [c.19] Только с появлением дизайна основным средством разрешения профессиональных задач в проектировании становится поисковая графическая модель. С ее помощью дизайнер разрабатывает целостную структуру изделия, обусловленную всей совокупностью социальных и потребительских требований к нему. В силу того что дизайнер принимает участие в проектировании на самом начальном этапе, коммуникативная фуикция графической модели в его творчестве отодвигается на второй план. Дизайнер создает исходную графическую модель будущего изделия, именно с нее начинается дальнейшее уточнение и развитие найденной конструктивной идеи. Потребность в создании подобной первичной графической модели имеется и в чисто техническом проекте в том случае, когда отсутствуют базовые аналоги и прототипы. А ведь именно такая ситуация выдвигается сегодня на первый план требованиями конкуренции качества. [c.19] Так же, как и в дизайне, в техническом конструировании на начальном этапе поиска решения задачи появляется необходимость в определенных технических средствах анализа и синтеза, свободных от жестких ограничений, накладываемых на мышление ортогональным чертежом. Таким средством, как и в дизайнерском творчестве, должна являться пространственно-графическая модель, конструктивный эскиз дизайн-формы, на основе которой создается визуальноматематическая модель геометрического образа изделия на ЭВМ. Основное возражение против этого заключалось в том, что построение параллельных, тем более центральных проекций недоступно для инженера в силу невозможности получения соответствующих профессиональных навыков (в структуре содержания образования дизайнера графическая подготовка является основной). [c.19] Если основным средством построения пространственнографической модели рассматривать ЭВМ, то в структуру содержания образования инженера можно не включать цели формирования навыков графических построений, необходим лишь определенный уровень знаний о правилах выражения конструктивной мысли в эскизных концептуальных моделях, уточнение и строгое построение которых осуществляется уже с помощью ЭВМ. Такая ориентация содержания образования инженера вполне целесообразна, и в будущем пространственно-графическое моделирование на базе ЭВМ займет должное место в системе теоретической подготовки технического вуза. Ни чертеж, ни визуальная компьютерная модель не могут заменить фантазии, воображения, технической интуиции проектировщика. За ним остается основное требование современного проектирования — выдвижение целостной структуры гипотезы, создание с ее помощью математической модели геометрического образа изделия. [c.20] Так как постоянно возрастающие требования конкуренции качества в технике приводят к изменениям на уровне новых структурных решений изделия, то возникает необходимость привести в соответствие содержание образования с новым типом подсистемы графического отображения информации, которая предназначена обслуживать процесс системного синтеза целостной структуры технического изделия. [c.20] Чертеж для ЭВМ является графической моделью, которая не расширяет, а в значительной мере сужает возможности визуализации геометрического образа изделия. Поэтому автоматизированное построение чертежа имеет в основном технологическую ориентацию, в познавательном плане оно не представляет особого интереса. [c.21] Кроме этого, следует остановиться на характере процесса создания основной рабочей модели объекта проектирования и ее визуального образа на экране дисплея. Для автоматизированного проектирования основным структурообразующим стержнем, объединяющим всех участников технического синтеза, является математическая модель. Ее создание может осуществляться аналитически или с помощью специальных пакетов программ и геометрических образов базы данных. В последнем случае параллельно с математической создается и визуальная модель формы изделия, позволяющая контролировать основной процесс математического моделирования. Внешне это напоминает создание графического изображения. Но внутренняя сущность процесса не графическая, а структурно-композиционная. На экране дисплея изображение не строится с помощью линий, точек, плоскостей, а конструируется из целостных объемных элементов базы данных посредством операторов теоретико-множественных операций склейки, вычитания, объединения и т. д. Этот процесс может быть представлен как некоторая фиксация в визуальном выходном устройстве отдельных этапов процесса объемно-пространственного композиционного формообразования. [c.21] Структура машинной графики в данной постановке и структура дизайнерского композиционно-графического формообразования оказываются сходными по своей методологи ческой основе. Деятельность проектировщика в том и другом случае выступает как системно-композиционная. [c.21] В заключение можно кратко резюмировать основные положения, приводящие к идее о необходимости простран-ственно-графического моделирования в современном поисковом конструировании. [c.21] В структуру технического проектирования вошел дизайн, как специальная деятельность по проектированию формы технического изделия, отвечающей показателям социаль-но-потребительского качества. [c.21] Вернуться к основной статье