Октябрь 97
Стремительное увеличение мощности вычислительной техники и одновременное ее удешевление, которые мы все наблюдаем последние годы, хотя и не имеет каких-то заметных скачков, время от времени приводит к революционным последствиям в областях, где эта техника используется. То, что раньше было возможно только теоретически, вдруг становится доступным и общеупотребимым.
Существующие технологии
Пожалуй, одной из таких, вдруг получивших реальное решение задач, является задача создания электронных архивов чертежей. Причем решение это появилось именно сейчас: еще год — два назад это было нереально для большинства предприятий. В данной статье я хотел бы немного коснуться истории вопроса и общих направлений его решения. При этом я оставляю за рамками такие вопросы, как первичная обработка (очистка) сканированных изображений, а также вопрос создания базы данных чертежей предприятия. Под задачей создания электронных архивов чертежей я подразумеваю способы перевода чертежей с бумаги "в компьютер" и их последующее использования.
Задачу перевода чертежных архивов на бумажных носителях в электронный вид нельзя назвать надуманной или маловажной. Действительно, после того, как человек на практике почувствовал достоинства создания и редактирования чертежей в CAD системе, ему уже кажется ненормальным перечерчивать старый чертеж для того, чтобы внести в него незначительные изменения.
Конечно, формально технологии для решения этой задачи существовали и раньше.
Например, планшетные дигитайзеры большого формата, так называемые "сколки". Преимущество у сколки было только одно — сходство с чертежной доской, что несколько облегчало работу еще не освоивших компьютеры чертежников. Но рассматривать ее как реальный инструмент для создания электронных архивов чертежной документации, нельзя. Процесс работы со "сколкой" является, по сути, простым перечерчиванием, со всеми вытекающими отсюда последствиями — большими затратами времени и высокой возможностью ошибки оператора — чертежника.
Давно был известен и другой способ. Чертеж можно сканировать с помощью сканера большого формата. Но сколько стоил такой сканер лет пять назад? И что можно было сделать с полученным растровым файлом на стандартной 286-й машине? Какие CAD-системы поддерживали растровые форматы? Да и где хранить все эти мегабайты информации? Часть вопросов вроде-бы решалась с помощью векторизаторов — программ конвертирования растровых изображений в векторные. Но, во-первых, для их эффективной работы требуются куда более мощные компьютеры, чем 286 AT, а во вторых, полученные с их помощью файлы в векторном формате имеют в большинстве реальных случаев не меньший размер, чем исходные растровые.
В общем, огонек в глазах энтузиастов создания электронных архивов угасал очень быстро.
Но все меняется, и технический прогресс снял, казавшиеся непреодолимыми, препятствия. Сканер формата A0 реально купить сегодня за сумму менее 10000 долларов, слово "Мегабайт" никого уже не пугает —в ОЗУ нормальной машины их уже не меньше 8-ми. И вот опять вопрос создания электронных архивов ставится в повестку дня. Схема взлелеяна еще в старые времена: сканер — векторизатор — CAD-система.
Рис. 1 Сканер, векторизатор, CAD — система.
На первый взгляд, все логично. Но стоит задать вопрос: всегда ли это самый короткий и удобный путь? Чтобы ответить на него, задумаемся: в чем преимущества векторного формата данных перед растровым?
Удобство редактирования. Безусловно, это так. Вот только подходит ли это правило к векторизованным чертежам? Не стоит забывать, что сканирование производится, как правило, со старых, истрепанных по сгибам и не всегда четких "синек". В таких условиях окружность может превратиться в цепочку из 40 полилиний, состоящих в общей сложности из 84 элементов (реальные данные). А дуга углового размера, уже едва угадываемая на исходном изображении, представляется практически неразличимыми 3-мя — 4-мя короткими отрезками. Удобно?
Рис. 2 Процесс векторизации может не дать желаемого результата.
По этой же причине сводится на нет и второе преимущество векторного формата данных — компактность. Чертеж формата A1, отсканированный с разрешением 400 dpi и векторизованный с помощью одной известной и очень неплохой программы, занял около 2Mb в растровом формате PCX и примерно столько же после векторизации, записанный в формате DWG системы AutoCAD 12. Можно только добавить, что для данной задачи достаточно сканирования с разрешением 300 dpi, что часто делает растровый формат даже выгоднее.
Информацию в векторном формате можно использовать для передачи геометрической информации в некоторые прикладные программы — например, при подготовке управляющих программ для ЧПУ (CAM-системы). Но и здесь векторизованные чертежи вряд ли могут пригодиться — подведет точность. Ведь чертеж создавался с помощью кульмана — не самого точного инструмента, был представлен линиями с определенной (до 1 мм по ГОСТу) толщиной, плюс возможные деформации бумаги при прогонке через сканер. Результирующую точность можно себе представить.
Еще одна причина, по которой векторные чертежи вроде бы предпочтительнее – проблема получения бумажных копий, проще говоря, вывода на графопостроитель. Во времена безраздельного господства на предприятиях перьевых графопостроителей, растровый чертеж был обречен на существование только на компьютере, без шансов быть отпечатанным на бумаге. Теперь же, с появлением дешевых струйных графопостроителей, ситуация изменилась. Успешно конкурируя с перьевыми графопостроителями, эти устойства могут отображать информацию в как в векторном, так и в растровом виде.
К этому необходимо добавить, что даже на современных компьютерах векторизаторы, являясь сложными программами и оперируя с большими (до десятков Mb на один чертеж) объемами информации, работают довольно долго. По имеющимся у меня данным, полученным в результате опроса пользователей и продавцов подобных программ, векторизация одного чертежа формата A0 может занимать от получаса до нескольких десятков часов. К тому же любая программа может допускать ошибки, на поиск и исправление которых также необходимо время.
На практике, активное редактирование архивного чертежа обычно не требуется. Как правило,редактирование ограничивается небольшими фрагментами или надписями.
Все это говорит о том, что нет необходимости в обязательном переводе каждого сканированного чертежа в векторный вид. В большинстве случаев достаточно иметь его растровую модель.
Остается только одно препятствие, большинство CAD-систем работает исключительно с векторными форматами данных. Возможность вставки отдельных растровых фрагментов (текстов или небольших изображений) работой с растровыми чертежами назвать нельзя.
Предлагаемые технологии
Уже появилось и активно развивается новое понятие — гибридный чертеж. На чертеже данного типа представлены как растровый, так и векторный типы графики, способные активно взаимодействовать друг с другом.
На рынке уже появились программы, реализовавшие понятие гибридного чертежа. Системы эти, получая растровое изображение чертежа, способны редактировать его, используя, в том числе, и более удобную для этого векторную графику. Часто они имеют в своем арсенале встроенные векторизаторы для соответствующей обработки фрагментов чертежа в интерактивном режиме. К сожалению, в силу ряда причин, эти системы не являются полнолценными CAD-системами, а служат лишь для решения узкой специальной задачи — внесения изменений в существующее сканированное (растровое) изображение средствами векторной графики.
Возможен и другой подход — ввести функции работы с растровым изображением непосредственно в развитую CAD-систему, специализированную для работы с векторной графикой. Исходя из опыта, в том числе и собственного, работы с архивным чертежами в КБ,попробую сформулировать наиболее необходимые, на мой взгляд, требования к CAD-системе,дающие ей возможность эффективной работы с гибридными чертежами:
- загрузка растрового файла с заданным разрешением;
- позиционирование растровой модели в системе координат векторного редактора;
- позиционирование векторных элементов относительно растрового изображения;
- выделение части растровой модели с последующей возможностью ее удаления или проведения над ней конформных операций (копирование, перенос и т.д.);
- сохранение векторной и растровой моделей в качестве единого чертежа;
- вывод чертежа, включающего векторную и растровую модели, на печатающее устройство;
Такой подход реализован в системе ADEM for Windows фирмы Omega Technologies Ltd. Система ADEM — это система, предназначенная для сквозного проектирования от формирования облика изделия до подготовки управляющих программ на ЧПУ. Она поддерживает:
- автоматизацию плоского проектирования и выпуск чертежей любой сложности;
- автоматизацию объёмного проектирования, создание твердотельных моделей, получение любых видов и сечений, расчет геометрических характеристик;
- подготовку управляющих программ для 2, 2,5 и 3х координатного фрезерования,точения, резки, пробивки, сверления, гравирования и 4,5х координатной электроэррозии;
- подготовку данных для технологии быстрого прототипирования: стереолитографии, лом-технологии;
- выпуск технологической и технической документации, содержащей текстовую и графическую информацию.
Рис. 3. ADEM — интегрированная CAD/CAM система.
Таким образом, понятие гибридного чертежа стало доступно в полноценной, мощной CAD/CAM/CAE системе, уже оснащенной развитыми средствами создания и редактирования машиностроительных чертежей, трехмерных моделей, а так же использования созданной информации в производственном процессе. В системе ADEM возможна загрузка изображений большого размера в формате PCX. Реализованы средства точного позиционирования растрового изображения и замещения части растрового изображения векторным. Удаление части растрового изображения доступно путем использования характерной для системы ADEM технологии векторной аппликации. Гибридный чертеж хранится в едином файле и может быть выведен на печать.
Рис. 4 Редактирование сканированого изображения в системе ADEM.
Как показала практика, схема работы со сканированными архивными чертежами, реализованная в системе ADEM, достаточно эффективна, хотя это и не исключает ее дальнейшего развития.