Обеспечение САПР – виды, назначение

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 17Следующая ⇒

Структурное единство подсистем САПР обеспечивается строгой регламентацией связей между различными видами обеспечения, объединенных общей для данной подсистемы целевой функцией.

Согласно видам обеспечения выделяют соответствующие обеспечивающие подсистемы (ОП).

Принято выделять 7 видов обеспечения:

– математическое;

– программное;

– информационное;

– лингвистическое;

– техническое;

– инструктивно-методическое;

– организационно-технологическое;

Математическое обеспечение (МО) – совокупность математических моделей, методов решения, алгоритмов для решения задач САПР, а также совокупность специалистов, владеющих этими методами или способных разработать новые методы.

Лингвистическое обеспечение (ЛО) – совокупность языков, используемых для представления информации о проектируемых объектах, процессе и средствах проектирования.

Программное обеспечение (ПО) – совокупность программ на машинных носителях и соответствующей документации, реализующих задачи САПР. ПО делится на общесистемное, базовое и прикладное. Общесистемное – ОС, оболочки и среды (не отражают спецификации САПР). Базовое ПО – мониторная система – комплекс программ, управляющих прикладным ПО. Прикладное ПО – обычно набор пакетов прикладных программ, предназначенных для реализации тех или иных проектных процедур.

Информационное обеспечение (ИО) – совокупность справочных данных, необходимых в данной предметной области. В БД хранится эта информация, которую можно записывать, а затем извлекать. Пополнение БД выполняется специалистами при обслуживании САПР.

Техническое обеспечение – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств для ввода, хранения, переработки, передачи программ и данных.

Инструктивно-методическое обеспечение (ИМО) – совокупность документов, характеризующих состав, функционирование и правила эксплуатации САПР (содержит последовательную методику решения задач проектирования и использования пакета).

Организационно – технологическое обеспечение (ОТО) – совокупность документов, включающих положения, квалификационные требования, штатные расписания, инструкции, приказы и т.д. ОТО регламентирует взаимодействие проектной организации с комплексом средств автоматизированного проектирования.

Функционирование САПР возможно только при наличии и взаимодействии всех перечисленных обеспечивающих подсистем.

Общая модель объекта проектирования

Исторически известны два метода исследования: экспериментально – наблюдательный и теоретико – логический. Однако в САПР и кибернетике в целом, используют третий метод – моделирование. По сути это метод экспериментально–наблюдательный, но эксперименты проводятся не с реальным объектом, а с его моделью, которая проще и доступнее чем объект.

Модель – это система математических зависимостей, алгоритм или программа имитирующие структуру или функции исследуемого объекта. Модель в процессе изучения замещает объект оригинал, сохраняя его наиболее важные черты. Моделирование – представление различных характеристик поведения физической или абстрактной системы с помощью другой системы.

В САПР модели представляют в виде алгоритмов решения задач, а затем – в виде программ. Модели сложных объектов расчленяются на частные подмодели, разбиваются на более простые, отражающие отдельные стороны функционирования объекта (т.е. подвергаются декомпозиции на частные модели). Каждая частная модель представляет собой некоторое математическое преобразование

Математическое обеспечение САПР включает в себя математические модели и методики построения математических объектов проектирования и алгоритмов их решения. Методы МО используются для формализованного представления объекта проектирования в виде математических моделей, а методики и алгоритмы – при реализации конкретных алгоритмов решения задач проектирования с использованием математических моделей.

В дальнейшем по мере развития системы САПР математическое обеспечение будет пополняться новыми, необходимыми для описания процесса и объектов проектирования методами, методиками и алгоритмами.

Статистико-вероятностных анализ при проектировании

Введение

Проектирование механического оборудования и конструкций —процесс, который требует от разработчика фундаментальных знаний и опыта практической работы. В основе методов расчета и проектирования лежат законы механики, математики и прикладных инженерных дисциплин. Использование этих знаний и опыта в сочетании с применением современных компьютерных программ позволяет проектировщикам создавать механическое оборудование на уровне лучших мировых аналогов.

М е х а н и ч е с к о й с и с т е м о й называется такая совокупность твердых тел, в которой положение (движение) каждого элемента определяется положением (движением) остальных.

Совокупность механических систем образует бесчисленное множество конструкций, машин, механизмов и различных вспомогательных устройств.

Механическая система геометрически неизменных элементов называется к о н с т р у к ц и е й. Перемещение отдельных точек конструкции возможно лишь в результате деформации системы.

М а ш и н а — устройство, выполняющее преобразование движения, энергии, материалов и информации. В зависимости от функций, которые они выполняют, машины подразделяются на энергетические, транспортные, технологические, информационные и специальные.

Часть машины, преобразующая движение одного или нескольких тел в требуемое движение других тел, называется м е х а н и з м о м .Твердое тело, входящее в состав механизма, носит название з в е н а. Механизм состоит из следующих частей: входного звена, которому сообщается преобразуемое в дальнейшем механизмом движение, промежуточных звеньев и выходного звена, которое и совершает требуемое от механизма движение.

Звенья бывают неподвижные (которые не перемещаются в процессе работы механизма) и подвижные (перемещающиеся). Подвижное соединение звеньев называется кинематической парой. Звенья кинематической пары допускают относительное движение, которое можно характеризовать числом степеней свободы, равным числу возможных независимых перемещений данной механической системы.

К и н е м а т и ч е с к о й ц е п ь ю называется система звеньев, образующих кинематические пары. Кинематические цепи подразделяются на плоские и пространственные. В плоской цепи все звенья совершают движение, параллельное одной и той же неподвижной плоскости.

Элемент механической системы, изготовленный из материала одной марки без применения сборочных операций, называется деталью. Деталь представляет собой общее понятие, которое в каждом конкретном случае можно уточнить соответствующем названием.

У з е л (сборочная единица) — комплекс деталей, собранных посредством сборочных операций отдельно от других составных частей и совместно выполняющих определенные функции. Совокупность простейших узлов образует более сложное механическое устройство, такое как сложный узел, механизм, машина и т. д. Машина, как правило, состоит из сотен, тысяч и даже миллионов отдельных деталей, и выход из строя хотя бы одной из них может привести к прекращению работы машины в целом. Это обстоятельство требует от разработчика глубоких знаний и практического опыта при принятии конструкторских решений. Крометого, сегодня невозможно создать надежную конкурентоспособную конструкцию машины без использования компьютерных методов анализа, которые позволяют определить ее основные геометрические размеры и сделать выбор материалов.

Основные требования, предъявляемые к машинам и механизмам

Как отдельные детали и узлы любой машины, так и машина в целом должны

удовлетворять следующим требованиям:

• работоспособности;

• надежности;

• технологичности;

• экономичности;

• эргономичности.

Р а б о т о с п о с о б н ы м и называются детали, выходные параметры которых

удовлетворяют условиям, оговоренным при их конструировании.

Н а д е ж н о с т ь — способность детали сохранять выходные параметры в установленных пределах в течение заданного промежутка времени.

Т е х н о л о г и ч н ы м и называются детали, затраты средств, времени и труда на изготовление которых минимальны.

Э к о н о м и ч н о с т ьдеталей определяется затратами на ее проектирование, изготовление и последующую эксплуатацию. Для обеспечения экономичность прежде всего следует добиваться снижения материалоемкости, энергоемкости и трудоемкости производства.

Наконец, детали должны быть э р г о н о м и ч н ы м и, т. е. иметь современные эстетичные формы и отделку, а также обеспечивать удобство в обращении при их эксплуатации и техническом обслуживании.

Оптимальное удовлетворение совокупности описанных выше требований, которые к тому же зачастую противоречат друг другу, и определяет как квалификацию конструктора, так и уровень проектирования в целом.

Моделирование

Для практического выполнения указанных требований необходимо перейти от конкретной детали к ее модели. При этом точность определения характеристик детали существенно зависит от ее адекватности модели. Дадим краткое описание моделей, принимаемых при выполнении расчетов.

Модель материала. При выполнении статических расчетов материал (если противное не оговорено особо) представляется как однородная сплошная среда, обладающая изотропными свойствами. Изотропия свойств предполагает постоянство характеристик материала по любому направлению внутри него. Эта модель хорошо описывают металлические материалы, работающие в упругой зоне, однако для композиционных материалов оказывается неприемлемой.

Важными физическими свойствами материалов с точки зрения машиностроения являются упругость, пластичность и ползучесть.

У п р у г о с т ь — свойство материала восстанавливать форму и размеры после снятия нагрузки.

П л а с т и ч н о с т ь — свойство материала частично сохранять деформацию после снятия нагрузки.

П о л з у ч е с т ь — свойство материала увеличивать деформацию со временем при постоянной нагрузке.

Модель формы. В ряде случаев форма детали оказывается сложной, и ее упрощение (без существенной потери степени адекватности реальной детали) может значительно облегчить выполнение необходимых расчетов.

Наиболее часто в качестве моделей формы используют брусья, стержни, балки, пластины, оболочки и т. д. Справедливости ради заметим, что такое упрощение оказывается не всегда оправданным, но в ряде случаев приводит к удовлетворительным результатам.

Б р у с — твердое тело, один из размеров которого значительно больше двух других. Геометрически брус получается параллельным перемещением плоской геометрической фигуры вдоль одной из осей.

С т е р ж н е м называется брус, который нагружается силами растяжения либо сжатия. Совокупность стержней, соединенных шарнирами, образует ф е р м е н н у ю к о н с т р у к ц и ю. Если же брус в процессе нагружения преимущественно изгибается, то он называется б а л к о й .Совокупность балок, жестко соединенных между собой, носит название р а м ы.

О б о л о ч к а — тело, образованное двумя геометрически подобными и близко расположенными поверхностями. Если этими поверхностями являются параллельные плоскости, то мы имеем дело с п л а с т и н о й.

С математической точки зрения твердое тело при моделировании наиболее строго можно описать как совокупность геометрически подобных элементов, связанных между собой таким образом, что они образуют структуру, близкую по форме к моделируемому объекту. Такой прием составляет основу метода конечных элементов (МКЭ) . В этом случае форма детали моделируется достаточно точно. В качестве конечных элементов при решении плоских конечно-элементных задач обычно используются стержни, треугольники, квадраты и т. д., а в случае моделирования объемов — кубы, тетраэдры, призматические элементы и т. п.

В подавляющем большинстве случаев при формировании модели учет макро и микрогеометрии поверхностного слоя не производится. Иногда это может привести к существенным ошибкам, что заставляет разработчиков, особенно при построении объемных моделей, учитывать наличие неоднородного поверхностного слоя. При этом следует отметить, что микрогеометрия определяется чистотой обработки поверхности, а макрогеометрия описывается допуском на погрешность формы поверхности.

Модели нагружения. Внешнее воздействие на отдельную деталь либо конструкцию в целом условно можно представить как действие таких силовых факторов, как:

• сосредоточенная сила;

• сосредоточенный момент;

• сила, распределенная по длине;

• сила, распределенная по площади;

• момент, распределенный по длине;

• момент, распределенный по площади;

• объемная нагрузка;

• массовая нагрузка.

Под нагружением моментом понимается действие на объект пары параллельных сил. Массовыми называются силы, действующие на частицы материала, например, инерционные, силы тяжести и т. д.

Если нагрузка остается постоянной во времени, то она называется статической, в противном случае — переменной. Переменное нагружение может быть регулярным и нерегулярным (случайным). Регулярно изменяющаяся нагрузка характеризуется периодическим законом изменения, а нерегулярное нагружение описывается случайной функцией.

Модель закрепления. Под закреплением понимается ограничение числа степеней свободы точки закрепления.

Принятые модели можно использовать для комплексного анализа элементов

механических систем. В большинстве случаев такой анализ выполняется для геометрически определенных размеров деталей. Задача конструктора при этом сводится к проверке обоснованности принятых параметров, а серия расчетов называется

п р о в е р о ч н ы м и р а с ч е т а м и. Проверочные расчеты удобно выполнять с помощью современных программных средств. Наибольший эффект получается при использовании параметризованных компьютерных программ, что позволяет без больших затрат изменять параметры модели, добиваясь тем самым определения наилучших конструктивных соотношений.

В отдельных случаях, исходя из условий нагружения, а также кинематических, динамических и других параметров, можно с достаточной степенью точности прогнозировать основные геометрические размеры. Такие расчеты в дальнейшем называются п р о е к т и р о в о ч н ы м и .Для проектировочных расчетов

необходимо знать аналитические зависимости, связывающие между собой основные параметры, которые можно разрешить относительно любой из анализируемых переменных.

Анализ выполняется по ряду критериев. Если удается ряд расчетных критериев привести к одному объединенному, то он рассматривается как функция цели. Оптимизацией называется процедура минимизации целевой функции. Наиболее часто в механике машин и конструкций в качестве параметров оптимизации принимаются вес, габаритные размеры, стоимость и т. д. Иногда задачу оптимизации приходится решать с ограничениями, т. е. выполнять ряд дополнительных условий.

Очевидно, что конструкция, полученная посредством оптимизации, является наилучшей, а сам процесс оптимизации является необходимым инструментом создания конкурентоспособных машин.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒