Биргер И А , Шорр Б Ф , Иосилевич Г Б - Расчет На Прочность Деталей Машин Справочник (1993.4 Изд)(Scan) (947315), страница 129
Текст из файла (страница 129)
Ограничимся рассмотрением проблем автоматизированного (машинного) проектирования. СТРУКТУРА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ Мотгмитичгской моделью условнмси называть совокупность уравнений, условий и ограничений, описывающих функционирование элемента, узла или всей машнкы в целом.
Общая модель должна отражать следующие основные факторы: !) работоспособность (взаимодействие с внешней средой и другими элементами); 2) энергетический балан", коэффициенты полезного действия; 3) надежность (запасы прочности, долговечность и др.); 4) экономическую эффективность (стоимость производства и эксплуата. цин, технологичность и др.).
Общая модель обычно содержит частные подмодели, отражающие отдельные факторы функционирования системы. Структурная схема математической модели (в системе автоматизированного проектиронания) показана на рис. 2. Модель осуществляет преобразование входных параметров, отражающих условия нагружения, среды н т.
д., в параметры выхода, характеризующие процессы и состояние самой системы. Например, при расчете лопатки газовой турбины в качестве входных пара. метров используют частоту вращения ротора, давление, скорость, темпера. туру и расход газа на входе в турбину, радиусы корневого и концевого сечения н др. Параметры выхода включают показатели, характеризующие состояние газа на выходе из турбины, напряжения н температуру в лопатке, геомет. рню профилей сечения лопатки на различных радиусах и т.
д. Блоки преобразования содергкат блоки и модули, каждый из которых осуществляет физически определенную часть преобразования (например, расчет напряжений в лопатке и т. и.). Входные параметры подразделяют иа зоданнмг (приходящие из модели более общей системы) и улравлякжусе. Именно управляющие нлн внутренние параметры позволяют осуществить про. цесс оптимизации. Последний реализуется с помощью блока внутренней олтимизонии. В этом блоке содержатся наиболее простые и универсальные условия оптимизации (мннимум массы, максимум коэффициента полезного дей- 620 О<ноем автоматизированного проектирования Рнс 2.
С»аул»у»« млтсматн«еслла мод«лм стеня), позволяющие достичь локального оптимума. Важную роль играет блок ограничений, устанавливающий область возможных значений управ. лающих и выходных параметров. Модель содержит банк данных, хранящий необходимую для работы информапию, и блок управлении. Последний позволяет воздействовать на упрочняющие параметры, осуществлять переключение вариантов и др, В модели предусмотрен блок визуализации. с помощью которого формируются изображения и графическая информапия. Все блоки модели связаны между собой, сама модель может являться частью более сложной модели.
Работа модели осуществляется по принципу последовательных приближений. Сначала принимают начальные значения управляющих параметров Они вместе с заданными поступают в блок преобразований, где формируются параметры выхода. Выходные параметры направляются в блоки оптимнзапии и ограниченкй, в которых выра. батываются указания об изменении исходных значений управляющих пара. метров. Далее переходят к следующему приближению, причем цинлы продолжаются до завершения прон«оса оптимизаиии. Окончательные результаты поступают в банк данкых и на вход следую. щих моделей системы.
УРОВМИ И КЛАССЫ МОДЕЛЕЙ В проне«се автоматизированного проектирования создается болыпое число математических моделей отдельных процессов, элементов, узлов и т. п. Будем различать уровни и классы моделей. Уровень модели характеризует ее «качество» вЂ” степень глубины н полиоты отображения связей. существующих между параметрами входа и выхода. Различают модели нулевого, первого, второго и более высоких уровней. Разделение на уровни является условным и зависит от нааначения, струк. туры модели, требований точности и других факторов. Часто используют модели следующих уровней: нулевого — модели, основанные на статистической обработке параметров предшествующих или аналогичных изделий; первого — модели, использующие простейщие одномерные теории при ряде упрощающих предположений; второго — модели, включающие все ниже. иериые расчеты, проводимые для рас- Создание систем авгпоматиэированпого проектирования 62! сматриваемого элемента, узла и т.
пц третьего — сложные модели, использующие двухмерные и трехмерные теории, специальные численные методы типа метода конечных элементов и т. п. В системе автоматизированного проектирования целесообразно использовать модели нескольких уровней; более простые модели для предварительного отбора вариантов, более сложные для формирования окончательной математической модели. К«асс мобгло — определяется ее «объемом», т. е.
числом элсмеитов, узлов и т. д., функционирование которых описывает модель. Часто оказывается удобным разбиение иа три класса моделей: А — изделия; Б— узла;  — элемента. Например, если класс А представляет собой модель всего двигателя, то модели класса Г> — модели компрессора, турбины и т.
д., класса В— модели лопаток и т. д. При необходимости могут быть введены подклассы для автономного описаиня отдельных частей системы. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ При создании систем автоматизированного проектирования целесообразно использовать следующие общие прииципы: !) блочпо-модульный; 2) иерархии; 3) адаптации и развития; 4) информационного единства; 5) итерации, Био«по-модульный принцип построения основан па том, что система создается из отдельных самостоятельных частей блоков и модулей, Блоком системы автоматизированного проектирования называют часть системы, имеющую функциональную опрелелениость (например, блок огра. иичений, блок газодииамического рас. чета и т.
п.). Модули — это наименьшие структуриые элементы блока (для определения растнгивающих напряжений, расчета крутящего момента и т. п.). Каждый из блохов системы выполняет определенные задачи, имеет свою вхолиую и выходную информацию, составляется и доводится отдельно и только после этого включается а систему автоматизированного проектирования.
Среди блоков системы следует выделить стандартные (например, блок решения систем уравнений, блан плоской задачи теории упругости) Стандартные блоки инвариантны по отношению к элементам и узлам изделия и включаются в математические модели как стандартные элементы. При формировании станлартных блоков широко используют библиотеку стандартных программ. Применение блочио-модульного принципа необходимо, так как попытки создания системы всей «сразу» всегда заканчивались кеудачей. Принцип иерархии моделей состоит в том, что каждая математическая модель включается как составная часть в модель более высокого класса.
Например, математическая модель элемента входит в модель узла, которая, в свою очередь, включается в молель изделия Принцип иерархии отражает соотношения «старшинства» в любой сложной системе. По принципу адапгпации и развитил система автоматизированного проектирования лолжна быть согласована со сложившейся практикой проектирова. ния.
Методы расчета и проектирования, их программное обеспечение должны стать основой при разработке моделей пулевого, первого н второго уровпей. Целесообразно, чтобы создаваемые модели и их блоки могли использоваться независимо при проведении инженерных расчетов. Это ускорит и облегчит синтез сложиых систем, разработку систем автоматизированного проекти.
роваиия. Создаваемая система лолжиа предусматривать воэможность включеиия новых моделей и более широкого взаимодействия с другими системами. По принципу ипфсрмациоппого единства все потоки информации в системе должны быть совместимыми. Программирование должно осуществляться нп одном из универсальных языков (например, на языках Р!. или Фортран).
Термины, условные обозначения, размерности физических величии должиыбытьодияаковымидля всейсистемы. Целесосбразно с самого начала создания системы выработать единые требо- Основы овтомотизировпнною лроентировония Рнс. Э > хема пр цесса Функцноннрованн снстемм автома напр ванн>со проеатнро- ваннв ванна к программам, реализующим модели и блоки системы (аннотации, инструкции, описание, графы алгоритмов, тестовые примеры и т.
д.). При большом числе действующих программ оказываетсн необходимым иметь управляющие программы. Для формирования таких программ и работы с ними удобно использовать специально приспособленные для системы автоматизированного проектирования языки, которые можно построить двумя способами — с помощью дискрнпторов (ключевых слов) и командных процедур или путем добавления специальных процедур в универсальные алгоритмические языхн.
По принципу итерации система автоматизированного проектирования ре. шается методом последовательных приближений, результаты постепенно уточняются и конкретизируются. Общая схема функционирования системы показана на рис. 3. Сначала, исходя из потребностей старшей системы н предварительной оптимизации, формулируются технические предложения для основных параметров изделия.
Зги параметры поступают в линию анализа. где прорабатываются более детально технические характеристики различных типов изделий и нх конструктивных вариантов. Технические условия для всего изделия позволяют указать требуемые параметры узлов и элементов, что дает возможность выбрать нх конструктивные схемы, определить размеры, массу, габариты, провести нх локальную оптимизацию. Г!осле того как выяснен «облип» отдельных элементов, начинается синтез.
По техническим характеристикам элементов уточннются параметры узлов и всего изделия, и эти параметры поступают в блок оптимизации старшей системы. В блоке оптимизации вырабатываются указания по изменению параметров и характеристик изделия, и их поные значении поступают в линию анализа для второй итерации (второго цикла), и процесс итерации продал.
жается. Важно отметить следующую особен. ность итерационного процесса автома. тизнрованного проектирования. Первые циклы осуществляются только для моделей класса А и лишь частично для моделей класса Б. В иих проводится разработка проекта на стадиях технического задания и технического предложения. Полный цикл для всех к«ассов моделей осуществляется только после того, как выбран основной конструктивный вариант изделия. Если первые циклы проводятся на моделях нулевого и первого уровня, то на стадии зскизнога проекта используются модели второго и более высокого уровней.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
