Механизация и автоматизация плазовых работ

ЛЕКЦИЯ 4

Механизация и автоматизация плазовых работ

Стремление снизить трудоемкость плазовых работ, повысить их точность и получить цифровую информацию для работы технологического оборудования с цифровым программным управлением поставило задачу замены всех или большинства графических операций,  выполняемых на плазе, аналитическим расчетом.

В настоящее время в отечественном судостроении и во всех странах мира с развитым судостроением интенсивно разрабатывают аналитические методы задания обводов корпуса и на базе этих математических методов выполняют плазовые работы с использованием компьютеров.

На современном этапе эти работы сводятся к следующему:

1) аналитическому согласованию обводов, заданных таблицей ординат конструкторским бюро;

2) математическому заданию обводов корпуса (созданию математической модели в памяти компьютера);

3) расчету координат точек теоретических линий продольных связей корпуса;

4) трассировке пазов и развертыванию листов наружной обшивки;

Рекомендуемые материалы

5) аналитическому определению размеров и контуров деталей корпуса;

6) аналитическому составлению карт раскроя листового металла;

7) механизированному вычерчиванию масштабных разбивок и копир-чертежей на оборудовании с цифровым программным управлением;

8) программированию операций обработки деталей, в том числе: тепловой резки, маркирования, гибки листов и профилей и др.;

9) расчету необходимой плазовой информации для изготовления сборочных постелей, проверки корпуса и для других операций.

Применение расчетных методов изменяет приемы и характер труда при выполнении плазовых работ, вызывает необходимость в замене плазово разметочного бюро плазово-вычислительным Высокая производительность труда в новых условиях позволяет передать плазово-вычислительным бюро функции плазово-разметочиых бюро нескольких судо­строительных заводов.

Работы в плазово-вычислительных бюро осуществляются на основе накопленной в компьютерах информации, характеризующей форму корпуса, положение конструктивных связей и контуры отдельных его деталей.

Компьютеры выполняют работу на основе определенных алгоритмов и системе формальных правил, четко и однозначно определяющих процесс переработки данных для решения заданной задачи.

Алгоритм содержит формулы, по которым происходит расчет, описание последовательности их применения; условия, при которых используется та или иная формула; правила перехода от данного этапа вычислительного процесса к следующему.

Компьютер выполняет ограниченное число основных операций: сложение, вычитание, умножение, деление, перенос числа из одного места памяти в другое и некоторые другие под действием команд.

Последовательность команд образует программу. Программа заранее составляется для каждой задачи в соответствии с алгоритмом ее решения. Работа при решении задачи управляется программой и происходит автоматически.

Одним из первых вариантов получения с помощью компьютера ординат согласованной поверхности корпуса можно двумя путями: используя параболографический метод построения и согласования обводов и путем аналитического согласования.

Параболографический метод построения и согласования обводов основан на возможности аппроксимации (замены) плазовой кривой любой формы участками парабол второй степени и прямых (при наличии на  кривой  прямолинейных участков).

Для этого на кривой (рис. 4.1, а) намечают характерные точки: перегиба (точка F), границы участка прямой (точки С и D), начала и конца кривой (точки А и К). Соединяют эти точки прямыми АС, DF,  FK, разбивая таким образом кривую па отдельные  участки.

Через характерные точки проводят касательные АВ, СВ, DE, EJ, K.J. Совокупность треугольников ABC, DEF и FJK и прямых (CD) образует каркас кривой. Участки кривой в пределах каждого треугольника заменяют участками парабол путем геометрического способа построения ее, который  заключается в следующем. В заданном треугольнике АВС выполняют построения, указанные на рис. 4.1, б, и через точки А, М, J, P, F, Q, R, S, С проводят плавную кривую, касательную к полученной ломаной линии Эта кривая будет представлять собой две дуги парабол AF и FC. стыкующихся при равенстве их первой производной в точке F.

Криволинейную поверхность корпуса судна рассматривают, как поверхность, образованную перемещением каркаса кривой в направлении, перпендикулярном его плоскости. При этом вершины каркаса будут перемещаться по плавным пространственным кривым, называемым параметральными (кривые L_2-3, L_3-4 рис. 4.1 в), которые задаются двумя проекциями на основные координатные плоскости корпуса.

Параметральные  кривые тоже заменяются  участками парабол, для чего к их проекциям, в свою очередь, подбираются каркасы. При задании судовой поверхности параболографическим методом исходный теоретический чертеж графически обрабатывают. В каче­стве основной проекции для задания обводов параболами может приниматься корпус или полуширота.

После выбора основной проекции к вычерченным на ней сечениям (шпангоутам или ватерлиниям) подбирают каркасы с учетом минимальных отклонений дуг парабол от заменяемых ими линий, таким образом, чтобы вершины этих каркасов лежали па плавных параметральных кривых.

Координаты вершин каркасов параметральных кривых заносятся в параметральную таблицу, являющуюся исходной для расчета на ЭЦВМ практических ординат корпуса.

Программа расчета составлена таким образом, что па ЭЦВМ производятся последовательно следующие операции: по данным таблицы составляются уравнения парабол, описывающих параметральные кривые; рассчитываются координаты точек на этих кривых с заданным шагом в зависимости от необходимого числа сечений на проекции, принятой за основную; по полученным координатам подсчитываются коэффициенты уравнений парабол, описывающих каждое сечение; рассчитываются практические ординаты на каждом сечении с заданным шагом.

Рис. 4.1 Задание корпуса в параболическом виде:

а – пример аппроксимации кривой АК участками парабол и прямых;

б – построение точек параболы в каркасномном треугольнике;

в – параболографическое задание носовой части корпуса.

Аналитическое согласование обводов корпуса выполняется на основе математического моделирования процесса графического согласования. Моделирование заключается в переводе на язык математики содержания задачи и требований, которые предъявляются к согласованным обводам корпуса.

При согласовании сохраняется задание поверхности корпуса с помощью обычно принятых теоретических линий: ватерлиний, шпангоутов, батоксов. Исходными данными служит информация, содержащаяся в обычной таблице теоретических ординат для разбивки на плазе.

Математически задача согласования обводов корпуса сводится к сглаживанию линий теоретического чертежа, представляющих собой таблично заданные функции. Под сглаживанием кривой понимается корректировка значений ординат с целью получения разностей ординат, обеспечивающих плавность линий.

Так, например, ватерлиния может быть выражена функцией вида у=f(х). Здесь и дальше принято следующее направление осей коор­динат: ось х направлена вдоль судна по ДП, ось у – к борту, ось z – вверх, а начало координат помещено на пересечении основной плоскости с плоскостью мидель-шпангоута и ДП.

Значения функции y известны на теоретических шпангоутах, положение которых определено значением x.

Из теории конечных разностей известно, что если приращение аргумента функции Δx=h – постоянная величина, то выражение

называется  первой конечной разностью функции у.

Выражение  (n=2,3,4…)

называется конечной разностью n-го порядка.

Если шаг изменения аргумента h – переменная величина, то вместо конечных разностей вводятся так называемые разделенные разности. Разделенная разность первого порядка имеет вид  и представляет собой частное от деления приращения функции на приращение аргумента. Аналогично могут быть получены разделенные разности 2-го и более высоких порядков.

Разности для функций, заданных таблично, играют роль, подобную роли производных для функций с непрерывно изменяющимся аргументом. Свойства разностей аналогичны свойствам производных.

Первые разности ординат кривой – Δ(δ) здесь соответствуют средней крутизне подъема или спуска кривой, вторые – Δ²(δ²) здесь указывают на скорость изменения этой крутизны.

Если кривая имеет точку перегиба, то соответствующие вторые разности будут иметь разные знаки. Для таких кривых число изменений знаков разностей второго порядка должно равняться количеству точек перегиба. Чередование знаков разностей второго порядка указывает на волнистость линии, а третьего порядка – Δ³(δ³) – на «скрытую волнистость», когда на кривой чередуются участки с большей или меньшей кривизной.

Следовательно, исследуя поведение разностей ординат, можно судить о характере кривой. При этом плавность линии будет обеспечена, если

Обратите внимание на лекцию "Лекция 9 - Закон О защите населения и территории от ЧС природного и техногенного характера".

а) изменение величин разностей 2-го и 3-го порядка происходит монотонно;

б) отсутствует чередование знака (с плюса на минус) у разностей 2-го порядка;

в) сохраняется знак разности третьего порядка на значительных участках.

При аналитическом согласовании получают плавные линии теоретического чертежа корректируя проектные значения ординат (заданные в таблице плазовых ординат) таким образом, чтобы удовлетворялись изложенные выше критерии.

В настоящее время плазовые работы в основном автоматизированы. В отечественном и зарубежном судостроении разработаны и применяются системы автоматизированного проектирования судов (САПР), в составе которых имеются подсистемы, решающие плазовые задачи математическими методами на основе математических моделей формы и конструкции корпуса судна. Подсистемы содержат так называемые модули, каждый из которых решает определенную задачу.

В отечественном судостроении известны подсистемы АТОПС (автоматизированное технологическое обеспечение постройки судов), СИБОС (система безплазового обеспечения постройки судов), ПЛАТЕР (плазово-технические расчеты) и другие. Все системы и подсистемы решают идентичные задачи и выдают аналогичные результаты. Они различаются в основном используемым математическим аппаратом.