7.3 Автоматизация инженерных расчетов и подготовки рабочих чертежей

К концу 80-х годов XX века в машиностроении начали широко применять ЭВМ с целью автоматизации инженерных расчетов. Однако, это применение сводилось к программированию известных из механики формул. Но даже такое использование ЭВМ позволило значительно ускорить процесс вычисления основных параметров кузнечно-прессового оборудования. В кузнечно-прессовом машиностроении в силу специфики организации производства автоматизация расчетных методик допустима в пределах проектирования несложных механических устройств и их деталей.

Любая система, автоматизирующая тот или иной вид инженерной деятельности в рассматриваемой области, включает в себя два основных компонента: множество объектов и множество связей между ними. Для решения этих задач компьютеры “переключаются” на генерацию программных средств, которая носит название CASE-технологии (Computer-Aided Software/System Engineering). В широком смысле CASE-технология представляет собой совокупность методологий анализа, проектирования и разработки сложных систем программного обеспечения, поддержанную комплексом взаимосвязанных средств автоматизации.

В основу большинства CASE-средств положен следующий принцип:

методология - метод - нотация- средство,

в котором методология определяет шаги работы и их последовательность, а также правила распределения и назначения методов. Метод - это систематическая процедура генерации описаний компонентов программного обеспечения. Нотации предназначены для описания структур данных, порождающих систем и метасистем. Средства - инструментарий для поддержки методов с использованием принятой нотации.

Объединяя в себе знания и методы вышеописанных технологий появились так называемые мультиагентные системы компьютеризации инженерной деятельности. Основой для этих преобразований послужили: 1) распределенный искусственный интеллект; 2) активный объектно-ориентированный подход. При этом понятие “агент” представляет собой дальнейшее развитие понятия “объект”.

Объект - это абстракция множества сущностей реального мира или виртуальных сущностей, имеющих одни и те же свойства и правила поведения. Агент - это объект, возникающий в среде, где он может выполнять определенные действия, способный к восприятию части своей среды, к обобщению с другими агентами и обладающий автономным поведением, которое является следствием его наблюдений, знаний, взаимодействий с другими агентами. Архитектура агента вытекает из свойств объекта, который в свою очередь обладает собственными свойствами и правилами поведения. Преобразование входных атрибутов в выходные осуществляется методом агента, которые определяет его поведение. Метод агента может быть реализован с помощью традиционных технологий процедурного типа с использованием алгоритмических языков. В мультагентных системах автоматизации инженерной деятельности в качестве искусственных агентов выступают сборочные единицы, их детали и конструкторско-технологические элементы. Средой является проект, формируемый агентами в базе данных. Фрагмент концептуальной модели инвариантного ядра содержит модели понятий из общеинженерных дисциплин “Детали машин” и “Технология машиностроения”. На сегодняшний день программы, построенные на CASE-технологиях, включаются в состав систем геометрического моделирования и позволяют получить несколько вариантов расчетов. Конечной целью таких подпрограмм является получение на основе выбранного варианта чертежа соответствующего узла или детали.

На сегодняшний день наиболее перспективной является следующая формула автоматизации: 2-3 рабочих места на графических станциях с мощной CAD/CAM/CAE-системой в окружении персональных компьютеров различной мощности, которые выделяются для выполнения основной массы рядовых проектных задач. В соответствии с этим направление развития подобных систем на практике происходит в следующем направлении: 1) автоматизация разработки рабочей конструкторской документации; 2) проектирование механических устройств, машин, деталей; 3) проектирование изделий сложных форм; 4) проектирование коммуникаций; 5) анализ проектных решений; 6) разработка программ ЧПУ с выбором оптимальной стратегии обработки и ее анализом.

Для упрощения и ускорения разработки чертежей, содержащих стандартные типовые детали, в системах обработки геометрической информации создаются различные библиотеки. Библиотека - это приложение созданное для расширения стандартных возможностей системы, работающее в его среде и представляющее собой сложную подсистему автоматизированного проектирования, которая после выполнения проектных расчетов формирует готовые конструкторские документы. Запуск библиотек реализует соответствующие диалоги в определенной последовательности в соответствии с опытом многолетней практики неавтоматизированного проектирования выполняют проектирование наиболее часто используемых деталей, например зубчатых колес. В большинстве случаев предусматривается 3 вида расчетов выполняемых последовательно.

1. Геометрический расчет (ГОСТ 16532-70 "Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет геометрии")

2. Расчет на прочность (ГОСТ 21354-87 "Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет на прочность")

3. Расчет на долговечность (производится по методу эквивалентных напряжений).

В качестве примера можно привести библиотеку Kompas Shaft+ системы КОМПАС-ГРАФИК, ввод исходных данных в которой осуществляется посредством диалогового окна. При этом существует возможность сохранения исходных данных для расчетов в файлах, как через главное меню основного окна программы, так и непосредственно при выполнении расчетов. При загрузке расчета из КОМПАС-Shaft + данные будут переданы автоматически из модели тела вращения. В результате геометрического расчета определяются основные геометрические параметры, выполняется расчет размеров для контроля и делается проверка качества зацепления по геометрическим показателям. В случае невыполнения каких-нибудь показателей качества зацепления выдаются информационные сообщения с рекомендациями по дальнейшим действиям. После проведения расчета, его результаты будут показаны в левой верхней части окна диалога в качестве справочных данных.

Вопросы для самоподготовки

1. Какие методы используют при конструировании с учетом прочности и выполнения служебного назначения современных механизмов и машин ?

2. Приведите классификацию видов расчетов, используемых при проектировании современных механизмов и машин ?

3. Какие программные компоненты входят в системы анализа кинематики и динамики механизмов ?

4. Из каких частей состоит архитектура САПР МКЭ ?

5. С помощью чего можно обеспечить ускоренную разработку рабочей конструкторской документации ?