Глава 12 Системы автоматизированного проектирования электрических машин (Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин), страница 2

Узлы и детали всех двигателей, входящих в отрезки серии (груп­пы смежных высот осей вращения), как правило, имеют геометриче­ски подобные формы. Некоторые детали являются подобными для всех машин серии. Характерна также широкая унификация узлов, деталей, материалов в пределах одной высоты оси вращения, а по некоторым элементам — ив пределах ряда высот. Это позволяет обобщить геометрию конструкции, другими словами, создать ее ма­тематическую модель. Модель дает возможность по размерам ак­тивной части машины вычислять размеры сборочных единиц и от­дельных деталей асинхронного двигателя.

Проектировщик, работая с ЭВМ, может работать в одном из следующих режимов: генерация математической модели, оптимиза­ция параметров в автоматическом режиме, оптимизация параметров в режиме диалога, конструирование в режиме диалога, вывод графической информации на плоттер, корректировка чертежей в производстве, представление по запросам конструкторской и техно­логической информации.

Рис. 12.2. Структурная схема САПР АД

Структурная схема САПР АД представлена на рис. 12.2 Выбор основных параметров специальной электрической маши­ны (мощности, частоты вращения, массогабаритных показателей системы охлаждения и т. д.) должен производиться на основании общей оценки. Так, в основу выбора конструктивной схемы мало­шумного электромашинного преобразователя положен комплекс­ный подход к объединению двигателя и генератора в одном корпу­се, исключение резонансов конструкции с основными вибровозмущающими силами, композиционная обработка конструкций, уменьшающая влияние производственно-технологических факторов, т.е. разрабатывается методология обеспечения малошумности конст­рукции.

Алгоритм разработки конструктивной схемы включает взаимо­зависимый выбор размеров электромагнитного ядра электрической машины на основе технических требований, затем по результатам предварительных электромагнитных расчетов определяются разме­ры ротора. После чего в диалоговом режиме по выбранным крите­риям происходит корректировка размеров ротора. Аналогично про­исходит выбор размеров корпуса, но уже по своим критериям, и, наконец, выбор подшипниковых узлов.

В результате операций создается конструктивная схема электри­ческой машины. Математическая модель конструктивной схемы не содержит подробной проработки каждой сборочной единицы по их конфигурации и уточненным размерам, а ограничивается лишь упрощенными формами, наиболее характерными для общего по­строения данного исполнения машины.

Основу подсистемы оптимального проектирования определяет сводная математическая модель, состоящая из следующих расчетов: электромагнитного, размеров, конструктивной схемы, теплового, механического, виброакустического.

Математическая модель электромагнитного расчета включает в себя расчеты магнитной цепи, холостого хода, номинального и пус­кового режимов. Тепловой расчет определяет превышение температуры различных частей машины. Математическая модель расчета виброакустических характеристик предусматривает расчет магнит­ных и подшипниковых шумов и вибраций, а также вентиляционно­го шума. Механический расчет узла вал-подшипники обеспечивает расчеты вала и выбор подшипников качения.

В подсистеме оптимального проектирования предусмотрены признаки, указывающие на марки используемых материалов, вари­анты фрагментов конструкций электрических машин (например, фрагменты сборочных единиц, формы частей паза) и т. п. Эти при­знаки определяют выбор расчетных формул в математических моде-

В качестве ограничений в подсистеме оптимального проекти­рования выбираются требования стандартов (допустимые значе­ния кратности начального пускового и максимального моментов, превышение температуры обмотки статора, долговечность под­шипников, запас прочности вала и т. п.). Кроме того, в этой под­системе предусмотрены ограничения конструкторского и техно­логического характера (ширина верха и низа зубца статора, высота спинки статора, расстояние от лобовой части обмотки до щита).

Поиск оптимального варианта проводят по нескольким крите­риям в режиме диалога конструктора с ЭВМ. Эти критерии выбира­ют из списка критериев: масса машины, момент инерции ротора, об­щий уровень звуковой мощности, интегральный критерий по виброускорениям, КПД и т. д.

Подсистема оптимального проектирования позволяет уточнить размеры активной части и параметров машины в первоначально по­лученной конструктивной схеме и сделать ее основой для разработ­ки общего вида электрической машины, т. е. перейти таким образом к подсистеме конструирования.

Подсистема конструкторского проектирования предусматривает выпуск чертежей общего видя сборочных единиц и деталей, а также текстовой конструкторской документации.

Структурная схема подсисте­мы конструкторского проектирования приведена на рис. 12.3.

Разработки общего вида ма­шины ведут на основе конструктивной схемы с использованием

типовых фрагментов единиц и интерактивной графики. Конст­руктивная схема является осно­вой, на которой формируется общий вид путем добавления от­дельных фрагментов сборочных единиц.

Рис. 12.3. Структурная схема подсистемы конструкторского проектирования

Разработку чертежей сбороч­ных единиц и деталей проводят на основе общего вида с использованием типовых фрагментов деталей.

В САПР СЭМ предусматривается разработка обширной биб­лиотеки фрагментов сборочных единиц и деталей. Каждый из фрагментов имеет свою математическую модель. Изменяя вход­ные (параметры) модели, можно получить фрагменты с необходи­мыми размерами. Библиотека фрагментов сборочных единиц и деталей позволяет конструктору значительно повысить произво­дительность труда и сократить сроки разработки чертежей. Этот этап работы обеспечивается пакетом графических подпрограмм функционального уровня и программой, связывающей параметры чертежа конструктивной схемы с координатами характерных гра­фических точек, необходимых для функционирования графиче­ских программ.

Математическое обеспечение используемых при проектирова­нии ЭВМ позволяет по-разному построить графические программы выполнения узлов и деталей электрической машины.

Разработка математической модели сборочных единиц целесообразна только в тех случаях, когда сборочная единица для ряда машин является универсальной, т. е. находит применение при разра­ботке типов электрических машин. К таким сборочным единицам относятся активные части электрической машины: статор обмотанный и необмотанный машин переменного тока, короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя и т. д.

В процессе создания САПР СЭМ разработаны математические модели чертежей активной части машин переменного тока. Исход­ными данными для выпуска чертежей активной части являются ре­зультаты электромагнитного расчета.

Программы фрагментов сборочных единиц и деталей создают с использованием интерактивной графической системы. Для про­граммирования фрагмента необходимо задать положение базовой системы координат сборочной единицы или детали, а также опи­сать элементы чертежа фрагмента. Чертеж фрагмента детали за­дается в базовой системе координат, т. е. относительно такой си­стемы координат, которая определяет положение детали относительно других деталей при ее работе в электрической ма­шине. При составлении сборочного чертежа сопрягаются системы координат деталей друг с другом. За оси координат принимают осевые линии отверстий и валов, оси симметрии и т. п. Напри­мер, ось координат подшипникового щита проходит вдоль оси вращения машины, а другая - по поверхности замка служит измерительной и сборочной базой под­шипникового щита.

Для описания чертежа фрагмента используют чертежные примитивы – прямые линии, точки, дуги. Кроме того, при программировании фрагментов широко применяют команды аффинного

преобразования, позволяющие перемещать какой-либо фрагмент, поворачивать его на некоторый угол, изображать его в увеличен­ном или уменьшенном масштабе, строить новый элемент, симмет­ричный данному.

В состав подсистемы технологической подготовки производства электрических машин должны входить следующие пакеты приклад­ных программ (ППТГ):

— обеспечения технологичности конструкции, позволяющие анализировать технологические возможности производства;

— проектирования технологических процессов изготовления машины и подготовки управляющих программ для оборудования с ЧПУ: токарных, фрезерных и электроэрозионных станков;

— конструирование средств технологического оснащения для производства специального мерительного (скобы, пробки, штихмассы) и режущего (сверла, фрезы) инструмента, а также вырубных и гибочных штампов.

Пакеты прикладных программ технологической подготовки производства должны обеспечивать:

— ввод исходных данных непосредственно с конструкторских и технических документов;

— визуальный, по возможности графический контроль исход­ных данных;

— корректировку исходных данных и справочной информации

— автоматический вывод на графические устройства чертежей технологической оснастки;

— проведение необходимых конструкторских и технологиче­ских расчетов.

Математические модели технологической подготовки производ­ства должны разрабатываться на единой методологической основе с максимальным использованием унифицированных, типовых и стан­дартных решений с учетом принципа единства информационного и лингвистического обеспечений.

Математические модели технологической подготовки производ­ства должны включать формализованное описание:

— конструкторской и технологической документации;

— средств технологической оснастки и технологического обо­рудования;

— нормативно-справочных материалов.

В настоящее время развитие САПР осуществляется на пути со­здания экспертных систем. В рамках исследования по искусственно­му интеллекту сформировалось самостоятельное направление — эк­спертные системы (ЭС) или инженерия знаний. В задачу этого направления входят, в частности, исследование и разработка про­грамм (устройств), использующих знания и процедуры вывода для решения задач, являющихся трудными для людей-экспертов. В осно­ве ЭС лежат программы, предназначенные для представления и при­менения фактических знаний из специальных областей к решению конкретных задач. ЭС манипулируют знаниями в целях получения удовлетворительного и эффективного решения в узкой предметной области. Это системы которые не только исполняют заданные процедуры, но на основе метапроцедур поиска генерируют решения но­вых конкретных задач. Как и настоящий человек-эксперт, эти систе­мы используют символическую логику и эвристику (эмпирические правила), чтобы найти решение. И как настоящие эксперты они мо­гут ошибаться, но обладают способностью учиться на своих ошиб­ках.

Интерес к ЭС со стороны пользователей вызван, по крайней мере, тремя причинами. Во-первых, они ориентированы на решение широкого круга задач в неформализованных областях; на приложе­ния, которые до недавнего времени считались малодоступными для вычислительной техники. Во-вторых, с помощью ЭС специалисты, не знающие программирования, могут самостоятельно разрабатывать интересующие их приложения, что позволяет резко расширить сферу использования вычислительной техники. В-третьих, ЭС при решении практических задач достигают результатов, не уступаю­щих, а иногда и превосходящих возможности людей-экспертов, не оснащенных ЭС.

В настоящее время ЭС применяют в различных областях деяте­льности. Наибольшее распространение ЭС получили в проектиро­вании интегральных микросхем, в поиске неисправностей, в воен­ных приложениях и автоматизации программирования.

Традиционное программирование в качестве основы для разра­ботки программы использует алгоритм, т. е. формализованное зна­ние. ЭС не отвергают и не заменяют традиционного подхода к про­граммированию, они отличаются от традиционных программ тем, что ориентированы на решение неформализованных задач и обла­дают следующими особенностями:

— алгоритм решений не известен заранее, а строится самой ЭС с помощью символических рассуждений, базирующихся на эвристи­ческих приемах;

— ясность полученных решений, т. е. система «осознает» в тер­минах пользователя, как она получила решение;

— способность анализа и объяснения своих действий и знаний;

— способность приобретения новых знаний от пользователя-эксперта, не знающего программирования, и изменения, в соответ­ствии с ним, своего поведения;

— обеспечения «дружественного», как правило, естествен­но-языкового интерфейса с пользователем.