Проектирование автоматизированнь2х станков и комплексов (831035), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Процессы, анализируемые в ходе принятия проектныхрешений, определяют следующие математические модели: дискретные и непрерывные,стационарныеи нестационарные,детерминированныеи стохастические, статические и динамические, тепловые и вибрационные, механические и электрические и т. д.Классификационными параметрами функции качества являются размерность ее вектора и тип : одно- и многокритериальная модель; модель точностии производительности или надежности и эффективности.По виду и числу варьируемых параметров математические модели бываютструктурныеипараметрические,одно-наличию или отсутствию ограничений-имногопараметрические,апоусловные и безусловные.
Методварьирования параметров выделяет оптимизационные и поисковые математические модели.Вид составляющих математических моделей в значительной степени зависит от объекта проектирования и вида проектных работ, т. е. от уровняавтоматизации проектирования. Можно построить иерархию математических моделей по иерархии объекта проектирования и по иерархии автоматизированных проектных работ. Так, для различных уровней иерархии объекта проектирования структурная модель может иметь вид формы, схемы,компоновки и структуры. Параметрические модели на уровнях иерархииобъекта проектирования могут быть с распределенными и со сосредоточенными параметрами; непрерывные и дискретные.В процессе разработки математических моделей нужно учитывать ихадекватность, универсальность и эффективность.Адекватность означает, во-первых, описание процесса функционированияобъекта проектирования с достаточной точностью, а также обеспечение соответствия выбранных параметров математической модели проектной задаче и,во-вторых, правильность выбора варьируемых параметров и ограничений наних, а кроме того, функций качества.
Универсальность предполагает возможность многократного использования математической модели для анализа илисинтеза некоторой группы объектов проектирования. Эффективность требуетвыбора таких методов варьирования параметров и других составляющих математической модели, которые позволяют получить проектное решение приминимальной сложности модели.Требования адекватности, универсальности и эффективности являютсяпротиворечивыми. Например, чем точнее и универсальнее модель, тем она15.
Автоматизированное проектирование металлоре;11сущих станков246сложнее. Предпочтительность тех или иных требований, поиск компромиссных решений в основном определяются особенностями конкретной проектной задачи и наличием средств для ее вьшолнения.15.2.2. Методики инженерных расчетовстаночных узловОбщесистемными составляющими функции качества являются критерииточности, устойчивости и эффективности. При расчете деталей станков показатели точности и устойчивости в основном соотносятся с их геометрией,т. е. сохранением формы под действием различных нагрузок(силовых,тепловых, изнашивающих). Эффективность применения деталей прежде всегозависит от их долговечности. В свою очередь эта характеристика определяется статической и усталостной прочностью детали.В основном при расчете станочных деталей ограничения назначают исходя из обеспечения заданной прочности и устойчивости, а показатели качества-на основе параметров, определяющих точность изготовления деталина станке.
Например, показателем качества детали несущей системы станкаможет являться ее жесткость. Поскольку детали входят как составные части встаночные узлы, то для последних сохраняются все те показатели качества,которые имели место для деталей, но в них вкладывается другой смысл. Одной из основных характеристик деталей является их геометрия, а выходнойхарактеристикой узла-перемещение. Например, узлы станков должныобеспечивать точность и устойчивость перемещений, которые они реализуют. Появляются новые оценки эффективности функционирования. Однакопри автоматизированных расчетах используют лишь расчет КПД. Точностные показатели и показатели устойчивости применяют для оценки установившихся процессов в станочных узлах.Автоматизированные расчеты в зависимости от того, какие инженерныеметодики реализуются, могут быть только для вычислений проектных параметров по формулам, только для проверочных расчетов, а также комбинированные.
В последнем случае часть проектных параметров рассчитывают,часть-задают, а работоспособность конструкции в целом определяют проверкой. Кроме того, специально для автоматизированных расчетов используют общие инженерные методики с универсальными математическими моделями.Как правило, существующие инженерные методики нельзя использовать врасчетных программах без соответствующей адаптации к новой информационной среде. Нужно разработать банк данных, содержащий информацию, которую раньше конструктор брал из справочников в виде таблиц, номограмм,графиков, соотношений, т. е. требуется провести аппроксимацию данных ввиде, удобном для хранения в памяти ЭВМ.
Должны быть решены вопросыэффективного ввода и вывода данных, выдачи сообщений о неудачно заданных параметрах, режима взаимодействия конструктора с ЭВМ, максимальнойдлительности одного цикла решения. Автоматизация инженерных методик15.2. Автоматизированные расчеты детш~ей и узлов металлоре;)!Сущих станков 247позволяет повысить точность расчетов,а следовательно, возможны другиеметоды вычислений.
Особое внимание уделяется программам для вычисления исходных параметров: моментов инерции, объемов, центра тяжести,площади сечений деталей сложной конфигурации.хЬ;Х;уРис.15.5.Расчетная схема для определенияцентра тяжести станкаПредставленная на рис.15.5расчетная схема предполагает аппроксимацию параллелепипедами отдельных узлов и деталей станка. Для уточнениярасчета можно ввести аппроксимирующие тела типа цилиндра. Центр тяжести (хо, у0 ,z0)системы, состоящей из п материальных точек, можно рассчитать по формуламппI;m;X;Хо=;;[Уоп=I;m;z;j;[Zoп=j;[(15.2)пI;m;I;m;I;m;j; ]j; ]j; [z; - координаты центра тяжести i-й точки.(15.2) с учетом аппроксимации составных частейстанка в виде параллелепипеда (см. рис.
15.5):гдеm1 -пI;m;y;масса i-й точки; х;, у;,Преобразуем выраженияХ; = х; + Ь;/2; у1 =у;+ d;/2; z; = z; + h;/2,где х;, у;,текущие координаты элемента i-го блока модели станка.z; -Принимая плотность материала детали постоянной, получаемппХо=j; ]1=!__пппI:fuI;b;d;h1(x; +О,5Ь;)пI;b;d;h;(y; +0,5d;)Уо=j; ]1=.!...__пI;b1 d;h;I:/4;I;b;d1 h;j; Jj; ]f; [пZo=пI;b;d;h;(z; +0,5h;)I:/з;~~пI:/2;=-n--Lb;d;h;I:/4;j; ]j; [пI:/4;f; J15. Автоматизированное проектирование металлоре;11сущих станков248Уточнить формулы можно введением коэффициента заполнения i-гоблока модели станка:гдеV;: -оценочный объем деталей i-го блока; V; -объем i-го блока.Тогда/i;=b;d;h;a;(x; +О,5Ь;); // 3;2;=b;d;h;a;(y; + 0,5d;);=b;d;h;a;(z; + 0,5h;); /4;=b;d;h;a;.Оценка этих координат на этапе проектирования позволяет предусмотреть конструктивные мероприятия, обеспечивающие удобное и надежноетранспортирование станка.Обобщенная схема процесса получения проектных решений при автоматизации инженерных расчетов представлена на рис.граммы (блок(блок2).1)15.6.После запуска проконструктор определяет исходные данные для расчетаИсходные данные для проектирования можно условно разделить натри категории-инженерные параметры х, проектируемых конструкций,заданные показатели качества Р0 и накладываемые ограниченияПускКонструктор2-~----,8_____13 --'----~Банкданных~11НетНет6 -~--х (х 1 , х2),g,, P17 - ~ - -.....ОстановРис.15.6.Схемапроцессарасчета блоков модели станкаавтоматизироваmюгоgo.Осталь-15.2.
Автоматизированные расчеты детш~ей и узлов металлоре;)!Сущих станков 249ные сведения, необходимые для реализации процесса проектирования, находятся в банке данных (блокопределяютсянеизвестныеструкций, текущие(блок3).4(блокиданные8).В процессе автоматизированного расчетаинженерныезначения Р 1параметры х2показателейпроектируемыхконкачества и ограниченийg1Затем осуществляется оценка и проверка полученных результатови5соответственно).
Если условия ограничений выполняются и запоказателикачествасоответствуютполученнымрезультатам,тоформируются обобщенные результаты х,g 1, Р1 расчета конструкции (блок 6)7). В противном случае конструкторблоке 2. Следует отметить, что в качествеи расчет считается законченным (блоккорректирует исходные данные вограничений часто используют значения показателей качества.15.2.3. Автоматизациярасчетов деталей и узлов станковОдним из основных требований, предъявляемых к математическим моделям автоматизированного проектирования, является их универсальность.
Этоозначает, что если обычно для расчета однотипных механизмов создают отдельные программы, то при автоматизированном проектировании формируютматематическуюмодель,котораяучитываетвсевозможныесочетанияконструктивных элементов однотипных узлов. Таким образом, при использовании обобщенной модели отпадает потребность в создании новых программ,необходимо лишь с помощью задания исходных данных в универсальнойпрограмме привести обобщенную математическую модель к виду, которыйсоответствует конкретной конструкции рассчитываемого механизма или детали.Задача разработки универсальных математических моделей для автоматизированного расчета станочных узлов может быть решена введением структурных коэффициентов в параметрическую модель узла. Такая структуризация параметрической модели обеспечивает использование одной и той жематематической модели для расчета множества узлов однотипной конструкции с различной структурой.
Назовем эти обобщенные модели структурнопараметрическими. Такие модели можно построить при создании универсальных программинадругихуровняхавтоматизациипроектирования.Кроме того, структурно-параметрические модели позволяют одновременно решать задачи структурного и параметрического анализа и синтеза. Решениезадачавтоматизированногопроектированиясущественноупрощается.Одной из основных трудностей при решении задач структурного синтеза ианализа является отсутствие четких критериев структурного качества. Дляструктурно-параметрических моделей можно использовать параметрическиекритерии качества. Методы структурного синтеза разработаны в значительноменьшей степени, чем методы параметрического синтеза.Создание структурно-параметрической модели конструкции определенного типа начинают с разработки ее структурной формулы, представляющейсобой набор цифр фиксированной длины:15.
Автоматизированное проектирование металлоре;11сущих станков250<К1, К2, Кз,где К1,... , Кп -... , Кп >,структурные коэффициенты.Длина структурной формулы определяется числом вариационных признаков конструкции. Каждая позиция структурной формулы соответствует томуили иному вариационному признаку. Конкретное значение К;, которое указано в i-й позиции структурной формулы, соответствует конкретному исполнению i-го вариационного признака конструкции. Наиболее просто структурнопараметрические модели реализуются на бинарных структурных коэффициентах К;= О либо К; = 1.
В этом случае структурная формула имеет вид числа,записанного в двоичном коде:<011 ... 10>.Структурные формулы могут описывать не только вариационные конструкции, но и конструкции с изменяющейся структурой во время рабочегопроцесса.Следовательно, для описания структурных характеристик конструкции можно использовать два вида структурных формул: вариационныеи переключений. По вариационным признакам, а значит, и по структурнойформуле нельзя полностью восстановить конструкцию. Однако эти признакиопределяют характерные особенности конструкции.
Полное представление оконструкции дает совокупность вариационных признаков и элементов , являющихся одинаковыми для всех конструкций.Практика использования структурно-параметрических моделей показывает, что их эффективность при создании универсальных программ для автоматизированных расчетов резко падает при большом числе вариационных признаков или изменяющихся параметров. Поэтому в каждом конкретном случаедолжен быть найден разумный компромисс между универсальностью структурно-параметрической модели и ее сложностью.15.3.
ПАКЕТЫ ПРОГРАММ АВТОМАТИЗИРОВАННОГОПРОЕКТИРОВАНИЯ15.3.1. Средства иметоды автоматизации процессов создания изделийПрограммно-аппаратные средства САПР прошли большой путь развития с момента появления первых систем для реализации простейших построений, проведения инженерных расчетов и подготовки производства.Это системы автоматизации инженерных расчетов и анализа на основе метода конечных элементов, системы автоматизации технологической подготовки производства на базе языка программирования АРТ и программаSketchpad,котораяпродемонстрировала новые способы взаимодействияоператора и ЭВМ.По мере развития средств вычислительной техники определялись новыенаправления совершенствования САПР. В ряде отраслей промышленности, впервую очередь связанных с производством авиакосмической и автомобиль-15.3. Пакеты програ.мм автоматизированного проектирования251ной техники, применение двухмерных систем черчения не в полной мере отвечало поставленным задачам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
