6.4.2. Типовые процедуры и маршруты сапр

Проектные процедуры делят на процедуры синтеза и анализа. Синтез нацелен на создание описаний проектируемых объектов (генерацию проектных решений), а анализ – на их оценку, в результате которой становится возможной верификация проектных решений, т.е. проверка их соответствия требованиям ТЗ.

Различают синтез структурный и параметрический.

К типовым процедурам структурного синтеза в САПР машиностроения относят:

• определение принципа действия проектируемого объекта, выбор

технического решения, компоновку подсистем и узлов;

• определение формы (конструкции) деталей;

• изготовление конструкторской документации;

• разработку управляющих программ для программно-управляемого

технологического оборудования.

Процедуры структурного синтеза являются трудноформализуемыми и в большинстве САПР выполняются в интерактивном режиме при ведущей роли инженера-проектировщика. Для формализации процедур структурного синтеза перспективно применение систем искусственного интеллекта и прежде всего экспертных систем, использование методов дискретной математики.

Параметрический синтез предназначен для расчета значений параметров проектируемых объектов. Обычно стремятся определить значения, оптимальные с позиций некоторого критерия, и параметрический синтез в этом случае называют оптимизацией. Результатами параметрического синтеза могут быть номинальные значения параметров, таких, как геометрические размеры деталей, межосевые расстояния, зазоры, характеристики прочности и жесткости деталей, числа зубьев зубчатых колес и т.п., а также допуски на параметры. При формулировании ТЗ к определяемым величинам относят значения технических требований (норм) к параметрам объектов.

Постановка задач оптимизации осуществляется на основе теории выбора и принятия решений, а выполнение оптимизации формализуется с помощью методов математического программирования.

Различают анализ одно- и многовариантный.

К типовым процедурам одновариантного анализа относят расчет величин, характеризующих состояние и свойства заданных объектов в заданных условиях внешних воздействий (нагрузок, температур, вибраций и т.п.). Такой расчет обычно сводится к определению полей сил и деформаций в деталях узлов, скоростей центров масс и сил, прилагаемых к элементам механических систем, параметров автоколебаний, возникающих при функционировании механических систем.

Расчет названных величин при вариациях внешних условий или значений параметров деталей составляет цели многовариантного анализа. К типовым процедурам многовариантного анализа относят анализ чувствительности и статистический анализ.

Анализ чувствительности заключается в расчете градиента функции y_j = F(X), где y_j – выбранный выходной параметр объекта; X – вектор параметров деталей и внешних условий.

Статистический анализ имеет целью определение числовых характеристик распределения выходных параметров при учете случайного характера аргументов, обусловленного технологическими погрешностями изготовления деталей. К результатам статистического анализа относятся оценки математических ожиданий, средних квадратических отклонений, гистограммы параметров y_j, коэффициенты корреляции между параметрами.

Для процедур анализа в САПР имеются развитые методы и средства, обеспечивающие автоматизацию, как составления математических моделей, так и выполнения на их основе процедур анализа. При этом широко используют математический аппарат численного решения дифференциальных и алгебраических уравнений.

Маршруты проектирования сложных объектов машиностроения чаще всего организуют по нисходящему принципу, при котором первоначальные проектные решения по проектируемой системе принимают раньше первоначальных проектных решений по ее подсистемам и элементам. На каждом иерархическом уровне нисходящее проектирование имеет итерационный характер. Каждая итерация включает выполнение синтеза очередного проектного решения (варианта описания) и верификации этого решения. При положительном результате верификации формулируют ТЗ на проектирование объектов, составляющих следующий уровень в иерархической структуре проектируемой сложной системы, и оформляют необходимую документацию (в традиционной форме или в виде специальным образом организованных файлов в базе данных).

На уровне деталей типовые маршруты проектирования состоят из следующих основных процедур: интерактивный синтез конструкции детали; анализ технологичности; расчет (оптимизация) параметров и допусков; выбор условий верификации (внешних воздействий) и анализ свойств детали в этих условиях; изготовление чертежей и формирование заданий на технологическую подготовку производства.

На уровне узлов типовые маршруты проектирования включают следующие процедуры:

• синтез принципиального решения (выбор типового или оригинального проекта, компоновок, кинематических схем и т.п.);

• расчет значений параметров, проверка кинематической корректности;

• анализ технологичности конструкции для сборки; выбор условий верификации и моделирование динамических режимов и статических состояний работы устройства в этих условиях;

• формирование ТЗ на проектирование деталей и оформление конструкторской документации.

Итерационный характер проектирования означает возможность циклического повторения групп процедур, возвратов с последующего уровня на предыдущие.

Таким образом, процесс автоматизированного проектирования машин является многоэтапным динамическим процессом. Этот творческий и многоплановый процесс позволяет значительно снизить трудовые и материальные затраты, сократить время и повысить качество проектирования машин, в том числе и машин строительного комплекса.

Контрольные вопросы

1. Что такое САПР?

2. Какие виды обеспечения должна включать САПР?

3. Что включают в себя процедуры анализа и синтеза?

4. Из чего состоят типовые маршруты проектирования деталей?

5. Какие технические средства и организационные мероприятия необходимы для эффективной работы САПР?