Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Замечания, полученные в результате увязок и поверочных расчётов, учитываются конструкторами при следующих прорисовках деталей, также как и замечания, полученные во время консультации с технологами. В случае удовлетворения этих замечаний проводится окончательная увязка конструкции и выпускается конструкторская документация на детали и сборочные единицы (детальные чертежи, сборочные чертежи и спецификации узлов, агрегатов и изделия в целом. Полученная таким образом документация передаётся технологам на технологическую проработку и далее, - в производство. Замечания, возникающие в процессе технологической проработки, производства и эксплуатации, передаются конструкторам и они вносят изменения в чертежную документацию на детали, сборочные единицы, узлы, агрегаты и изделие.

Итак, мы видим, что проектирование - это творческая реализация технического замысла изделия, определение его функциональной структуры и технологии изготовления. Конструирование включает процедуры обдумывания и отображения, выбор материалов и технологии изготовления, детальные расчёты и анализ полученных результатов.

Последовательность действий, производимых проектантами в процессе работы над проектом, называют технологией проектирования. Последняя характеризуется как итеративная процедура, имеющая шесть четко различимых этапов, или фаз, изображенных на левой половине следующей схемы (Рис.1.3):

Рис. 1.3

Стрелки свидетельствуют об итеративном характере процедур.

Выявление потребностей предполагает установление кем-либо самого факта существования проблемы, в соответствии с которой должно быть предпринято то или иное корректирующее воздействие. Такой проблемой могло бы быть выявление некоторого дефекта в конструкции эксплуатируемой машины инженером или определение агентом по сбыту возможности выпуска на рынок нового изделия.

Постановка задачи включает в себя детальное описание изделия, подлежащего проектированию. Это описание должно содержать информацию о физических и функциональных характеристиках объектов проектирования, его стоимости, качестве и рабочих параметрах.

Этапы синтеза и анализатесно связаны друг с другом и многократно повторяются в процессе проектирования. Итеративный характер этих этапов проявляется в том, что вначале проектировщик определяет концептуальную основу конкретного компонента или узла создаваемой системы, затем эта концепция подвергается анализу, усовершенствованию по результатам анализа и повторному воплощению в проектное решение. Этот цикл повторяется до тех пор, пока не будет получено решение, оптимальное в условиях проектных ограничений, учитываемых разработчиком. Спроектированные компоненты и подсистемы синтезируются затем в рамках окончательного проектного решения по всей системе в целом с использованием аналогичных итеративных методов.

Этап оценки связан с измерением проектных характеристик конкретного варианта и сопоставлением их с требованиями, установленными на этапе постановки задачи. Для проведения такой оценки часто бывает необходимо изготовить и испытать опытный образец-прототип в целях получения реальных рабочих характеристик, параметров качества, надежности и др.

Представление результатов - заключительная фаза процесса проектирования, которая предполагает документирование проекта с помощью чертежей, спецификаций материалов, сборочных листов и т.п. Естественно, что для подготовки такой документации необходимо иметь надлежащую базу данных по всему проекту: геометрические размеры, спецификации используемых материалов и т.п.

В каждой такой инженерной дисциплине традиционный подход состоял в ручной разработке технического проекта изделия и последующем анализе проектных решений тем или иным способом. Для проведения анализа могут требоваться сложные инженерные расчеты, либо он может основываться на крайне субъективных суждениях об эстетических достоинствах конструкции. В результате анализа выявляются конкретные усовершенствования, которые можно внести в проектируемый объект. Как уже отмечалось выше, весь процесс проектирования носит итеративный характер, и на каждой итерации происходит улучшение первоначальных проектных решений, однако неудобство состоит в том, что при отсутствии автоматизации каждый цикл анализа занимает очень много времени и для завершения всего проекта необходим большой объем трудозатрат.

Автоматизация этапов процесса проектирования

Как уже отмечалось, термин "автоматизация проектирования" характеризует любую проектную деятельность, в рамках которой ЭВМ находят применение в процедурах разработки, анализа или видоизменения технических проектных решений.

Разнообразные задачи проектирования, решаемые в современных САПР, можно объединить в четыре группы функций:

• геометрическое моделирование

• численный анализ и оптимизация

• автоматизированный обзор и оценка проектных и конструктивных решений

• автоматизированное изготовление проектно-конструкторской документации

Эти четыре группы функций соответствуют четырем заключительным фазам общей схемы процесса проектирования и приведены на правой половине схемы.

Геометрическое моделирование относится к фазе синтеза, в рамках которой проект физического объекта принимает конкретную форму в системе интерактивной машинной графики (ИМГ).

Численный анализ выполняется на четвертом по счету этапе, связанном с анализом и оптимизацией.

Вслед за этим на пятом этапе осуществляются автоматизированный обзор и оценка проектных решений.

Для автоматизированного изготовления проектно-конструкторской документации требуется преобразование данных о будущем объекте, хранящихся в памяти ЭВМ, в документальную форму. Такое преобразование выполняется на шестом этапе и обеспечивает представление проектных решений в виде конструкторских чертежей.

Ниже каждая из четырех выделенных функций САПР рассматривается более подробно.

Геометрическое моделирование

Геометрическое моделирование в рамках автоматизированных систем проектирования связано с получением понятного машине математического описания геометрических свойств объекта. При наличии такого описания образ проектируемого объекта можно воспроизвести на экране графического терминала, а с ним можно манипулировать посредством различных сигналов, идущих от центрального процессора. Программные средства, обеспечивающие геометрическое моделирование, должны быть удобны для эффективного использования их как в вычислительном процессе, так и при человеко-машинном взаимодействии пользователя конструктора с системой.

Современные автоматизированные системы основываются на широком использовании средств интерактивной машинной графики (ИМГ). Это понятие охватывает графические системы, ориентированные на потребности пользователя и предназначенные для формирования, преобразования и представления информации в наглядной форме или в виде символов. Пользователем графической системы автоматизации проектирования является разработчик, который сообщает машине соответствующие данные и команды с помощью одного из имеющихся в ее комплекте устройств ввода. Основным средством взаимодействия ЭВМ с проектировщиком является экран графического дисплея. Разработчик создает нужное ему изображение на экране дисплея, вводя команды обращения к желаемым стандартным подпрограммам, которые хранятся в памяти ЭВМ. В большинстве систем изображение на экране конструируется из стандартных геометрических элементов-точек, линий, окружностей и т.п. Сформированное изображение может затем видоизменяться в соответствии с конкретными командами разработчика - увеличиваться, уменьшаться, перемещаться в другое место экрана, поворачиваться и подвергаться другим преобразованиям. В процессе выполнения различных манипуляций с изображением формируются его требуемые детали.

Для проведения геометрического моделирования разработчик конструирует графическое отображение нужного объекта на экране терминала системы ИМГ, вводя в машину команды минимум трех типов. Команды первого типа обеспечивают формирование базовых геометрических элементов, таких, как точки, линии и окружности. По командам второго типа осуществляются масштабирование, повороты изображения и прочие преобразования базовых элементов. С помощью команд третьего типа производится компоновка различных элементов в целостное изображение проектируемого объекта желаемой формы. В ходе геометрического моделирования ЭВМ преобразует поступающие сигналы в компоненты математической модели, запоминает нужную информацию в файлах данных и отображает получаемую модель проектируемого объекта в наглядной форме на экране терминала.

Впоследствии эта модель может извлекаться из машинных файлов в целях проведения обзора, анализа (расчета) или изменения.

Типичная система ИМГ представляет собой совокупность аппаратных и программных средств. Аппаратные средства включают центральный процессор, одну или несколько рабочих станций (в том числе, графические дисплейные терминалы) и набор внешних устройств, таких, как печатающие устройства, графопостроители и чертежное оборудование. В состав программного обеспечения системы ИМГ входят машинные программы обработки графической информации, а также специальные дополнительные (не поставляемые в комплекте системы) прикладные программы, предназначенные для реализации конкретных функций проектирования, необходимых той или иной фирме-пользователю.

Важно, однако, иметь в виду, что помимо самостоятельного значения система ИМГ представляет собой лишь один из компонентов автоматизированных систем проектирования. Другой важной частью ее является разработчик, использующий ИМГ в качестве инструментального средства решения конструкторских задач. В этом единстве человека и машины конструктор выполняет ту часть работы по проектированию, которая в наибольшей степени соответствует его интеллектуальным способностям (концептуальное представление, независимое мышление). ЭВМ поручаются задачи, наилучшим образом приспособленные для машинного решения (требующие высокой скорости вычислений, визуального отображения информации и запоминания больших объемов данных). В результате такого гармоничного взаимодействия человека и ЭВМ эффективность решения задач проектирования оказывается большей, чем сумма эффектов работы человека и машины в отдельности.

Численный анализ и оптимизация

При выполнении почти любого проекта технического назначения требуются в той или иной форме процедуры анализа (расчёта). Этот анализ может включать расчеты механических напряжений и усилий, тепловых процессов или даже основываться на решении дифференциальных уравнений, описывающих динамическое (статическое) поведение проектируемого объекта. На каждой фазе проектирования присутствуют расчёты различной сложности и различного объема. На отдельных фазах конструирования в машиностроении на расчёты приходится временных затрат: в фазе разработки концепции - 3%, в фазе собственно проектирования -10%, в фазе проработки - до 5%. Эти затраты не включают время для подготовкиисходных данных для расчётов. Необходимые процедуры анализа могут быть автоматизированы за счет использования ЭВМ. Часто для этого бывает необходимо, чтобы группа инженерного анализа разработала специальные программы для решения конкретных задач проектирования. В целом ряде случаев для этого удается использовать универсальные программы инженерного анализа, имеющиеся в продаже в виде коммерческих пакетов.

В готовых к непосредственному применению автоматизированных системах проектирования такие средства либо часто предусматриваются в составе стандартного программного обеспечения, либо могут включаться в библиотеку программ и вызываться для использования в процессе работы с каждой конкретной моделью проектируемого объекта. Мы здесь остановимся лишь на двух характерных типах подобных программных средств: для решения задач анализа свойств масс и задач анализа методом конечных элементов.

Задачи первого типа получили при проектировании наибольшее распространение. Программные средства для решения этих задач позволяют исследовать такие свойства монолитных объектов, как площадь поверхности, масса, объем, центр тяжести и момент инерции. Применительно к плоским поверхностям (или поперечным сечениям твердых тел) соответствующие вычисления охватывают расчет периметра, площади и инерциальных свойств.

Наиболее мощным инструментом анализа, имеющимся в настоящее время, является метод конечных элементов, в соответствии с которым объект разбивается на большое количество элементов конечных размеров (обычно стержней, прямоугольников или треугольников), образующих связную сеть узлов концентрации напряжений.

Используя затем богатые вычислительные возможности ЭВМ, можно проанализировать свойства целостного объекта в аспекте возникающих механических усилий, передачи тепла и других характеристик, исследуя поведение каждого отдельного элемента. Оценка поведения целостного объекта производится на основе определения взаимосвязанного поведения всех его узлов.

В некоторых автоматизированных системах, реализующих метод конечных элементов, имеется возможность автоматического выделения узлов и получения сетевой структуры для данного объекта. Пользователь при этом должен лишь задать параметры модели на основе метода конечных элементов, и система самостоятельно произведет все нужные вычисления.

Результат анализа по методу конечных элементов часто лучше всего отображается системой в графической форме на экране дисплея и легко воспринимается пользователем благодаря наглядности. Так, например, при исследовании развиваемых в объекте механических усилий конечный результат может быть отображен на экране в виде деформированной формы, совмещенной с изображением ненагруженного объекта. Еще одна возможность - это цветная графика. С помощью цвета можно сделать изображение на экране графического дисплея гораздо более информативным. Деформации, например, могут воспроизводиться разными цветами.

Цель поверочных расчётов - установить, лежат ли контролируемые значения величин в допустимых пределах. Поэтому поверочные расчёты требуют подробного описания конструкции.

Характеристики

Список файлов лекций