123553 (598586), страница 38

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

Текст из файла (страница 38)

Непрерывно проверять релевантность промежуточных результатов и неопределенностей, имеющих критическое значение, и при необходимости корректировать методику.

Перечисленные приемы позволяют выполнить и второй этап приведенной блок-схемы процесса проектирования. Для выполнения этапа "Формирование идеи" используют морфологический анализ и синтез, метод обобщенной цели, метод поэтапного улучшения объекта АРИЗ и другие методы, ряд которых рассмотрен в теме: "Системный подход в технике".

После того, как сформированы конкретные идеи, наступает этап инженерного анализа. Этот этап включает следующие операции:

описание более конкретной технической задачи;

разработка плана;

построение модели аналитической или экспериментальной;

применение физических принципов (т.е. по существу, создание системы расчета ТО);

вычисления;

проверка;

оценка;

оптимизация.

После проведения инженерного анализа выполняется этап конкретизации решения, т.е. разработка проекта эскизного, технического, рабочего.

Рабочий этап, включающий чертежи всех элементов конструкций со всеми размерами, техническими требованиями и технология изготовления ТО идут в производство.

Завершением разработки проекта не заканчивается работа конструктора. В течение всего производственного процесса он курирует работу, решая в необходимых случаях вопросы замены конструкционного материала, возможности использования деталей, в которых допущены отклонения размеров от указанных в чертеже, внося изменения в проект в соответствии с принятыми рационализаторскими предложениями и т.д.

Курирование проекта со стороны разработчиков продолжается и на этапе сбыта и эксплуатации ТО. Ведь только на этом этапе можно выявить быстро изнашивающиеся детали, оценить срок их службы и т.д.

9. Основы САПР

9.1. Актуальные задачи по повышению конкурентоспособности промышленного производства. Определение сапр

Успеха на мировом рынке можно добиться, лишь обеспечив выполнение следующих задач:

ускорение темпов обновления выпускаемой продукции, что в частности, в машиностроении, требует значительного сокращения сроков выполнения проектно-конструкторских работ;

повышение технического уровня продукции за счет использования оптимальных технических решений;

максимальное использование новейшей научно-технической информации и технологии ее изготовления.

Все указанные задачи можно успешно решать, лишь используя ЭВМ, и, в частности, в проектных работах, применяя САПР.

Под автоматизацией проектирования понимают такой способ проектирования, при котором все проектные операции и процедуры или их часть осуществляется посредством взаимодействия человека и ЭВМ.

Использование ЭВМ, по данным А.В. Алферова [1], при проектировании станочных приспособлений повышает производительность труда конструкторов в 5-10 раз. Это же подтверждают данные Рурского университета (ФРГ), согласно которым машинное выполнение рабочего чертежа детали производится в 10 раз быстрее, чем в ручную, а стоимость работы уменьшается в 2 раза [2].

Оптимизация конструктивных решений в ряде случаев вообще невозможна без применения ЭВМ. В этом нетрудно убедиться, рассмотрев нижеследующие простейшие примеры.

Заметим предварительно, что любая проектно-конструкторская задача имеет, как правило, множество решений, одно из которых может оказаться более экономичным или эффективным по сравнению со всеми остальными решениями. Этот вариант и является оптимальным.

Пример 1. Требуется спроектировать цилиндрический сварной сосуд с плоскими днищами, имеющий объем V, и работающий под атмосферным давлением. Варьируя в широких пределах значениями диаметра сосуда D при граничном условии V = const можно получить целый ряд значений высоты или длины сосуда из соотношения

(рис.9.1).

Однако расход материала на изготовление сосуда будет различным.

Приняв в качестве критерия оптимизации материалоемкость сосуда и применив метод дифференцирования для поиска экстремума функции одной переменной, можно получить:

, (9.1)

где D_опт - оптимальный диаметр сосуда; S₁ и S₂ - толщины соответственно корпуса сосуда и его днищ.

Решение рассмотренной задачи не требует применения ЭВМ.

Пример 2. Определить основные размеры сварного цилиндрического сосуда с плоскими днищем и крышкой, работающего под атмосферным давлением. Крышка устанавливается на сосуде с помощью фланцевого соединения (рис.9.2).

Рис.9.1 Сварной цилиндрический Рис.9.2 Цилиндрический сварной емкостной аппарат емкостной аппарат с отъемной крышкой.

Наличие фланцев на корпусе аппарата существенно уменьшает величину его оптимального диаметра, поскольку фланец имеет более значительную толщину, чем стенки и в нем сконцентрирована основная часть массы сосуда.

Значительно усложняется расчет оптимальных размеров сосуда в силу следующих обстоятельств

Фланцы стандартизованы (ОСТ 26-01-54-77) по дискретному ряду внутренних диаметров, следовательно, изменение металлоемкости и диаметра сосуда не является непрерывной функцией и оптимум ее нельзя искать дифференцированием. Это можно сделать методом итерации, то есть многократным повторением расчета для разных диаметров сосуда, предусмотренных стандартом. А это уже задача для ЭВМ.

В стандарте предусмотрены все размеры фланца и его масса. Следовательно, металлоемкость должна выражаться не в объемных единицах, как выше, а в единицах массы.

В некоторых случаях корпус аппарата и фланцы изготовляют из разных материалов. Например, на медных аппаратах устанавливают стальные фланцы. Следовательно, вместо металлоемкости в этом случае нужно использовать стоимость затраченного материала.

Таким образом, при изготовлении фланцев, корпуса и крышек, аппарата из одного и того же конструкционного материала критерий оптимизации имеет вид

, (9.2)

где G_i - массовая металлоемкость аппарата при диаметре D_i;

 - плотность конструкционного материала;

n - количество корпусных фланцевых соединений на прочность;

G_фi - масса фланца, соответствующего диаметру D_i.

В случае изготовления фланцев и корпуса аппарата из разных материалов критерий оптимизации примет вид:

, (9.3)

где q_к - стоимость металла в изделии для корпуса, днища и крышки (руб. /кг);

q_ф - стоимость металла в изделии для материала фланцев.

Задачей оптимизации для критериев (9.2) и (9.3) является минимизация этих критериев:

Блок-схема алгоритма решения этой задачи приведена на рис.9.3.

Рис.9.3 Блок-схема алгоритма решения задачи (пример 2)

Пример 3. На площадке, ограниченной координатами от X_* до Х_* и Y_* до Y_* установлены 4 насоса (рис.9.4). Требуется поставить общий сборник так, чтобы суммарная длина трубопроводов, идущих от насосов к сборнику была минимальной. Таким образом, критерием оптимизации является длина трубопроводов.

Цель оптимизации - минимизировать длину трубопроводов.

Рис.9.4 Схема расположения сборника жидкости и насосов (пример 3)

Варьируемые параметры - координаты расположения сборника X₀ и Y₀. Координаты расположения насосов:

1 - X₁, Y₁;

2 - X₂, Y₂;

3 - Х₃, Y₃;

4 - X₄, Y₄.

Длина трубопроводов, соединяющих насос со сборником, в соответствии с теоремой Пифагора:

;

;

;

.

Суммарная длина трубопроводов . Задача оптимизации может быть записана в виде:

.

Координаты насосов X₁, X₂, X₃, X₄, Y₁, Y₂, Y₃, Y₄ являются фиксированными переменными.

Координаты сборника варьируются в пределах

; .

Дополнительных условий нет. Следовательно, эта задача на безусловный экстремум.

Эта задача, как и предыдущая, решается методом итерации. Сборник и насосы рассматривают как готовые объекты, характеристики которых заложены в базу данных, а результат решения может быть выдан в виде планировки цеха.

Задачи, подобные примерам 2 и 3, решаются с помощью ЭВМ.

Но наилучшей формой организации процесса проектирования является применение систем автоматизированного проектирования (САПР), то есть комплекса средств автоматизация проектирования, взаимосвязанного с подразделениями проектной организации и выполняющего автоматизированное проектирование [4].

9.2. Специфика проектной деятельности и виды проектных ситуаций

Проектная деятельность имеет ряд специфических особенностей:

Продуктом проектной деятельности является упорядоченная совокупность сведений, служащих знаковой моделью объекта, в момент проектирования еще не существующего.

Процедуры проектирования реального объекта, соответствуют преобразованию его исходного описания в некотором конечном пространстве.

Способы преобразования информации при проектировании нельзя выразить в виде математических соотношений, то есть невозможно построить строгую математическую модель такого процесса преобразования.

В с вязи со сложностью проектируемых объектов на каждом этапе разработки в процесс вовлекаются различные специалисты, что придает проектированию характер коллективной деятельности.

Проектируемый объект входит в упорядоченную иерархию объектов и, с одной стороны, выступает как элемент системы более высокого уровня, а с другой - как система объектов более низкого уровня.

В соответствии с этим процесс проектирования можно разделить на два этапа: внешнего (объект как элемент системы более высокого ранга) и внутреннего проектирования (объект - система элементов более низкого ранга).

Характеристики

Список файлов книги