Оценка результатов конструкторского проектирования на основе функциональных моделей

Математическое описание конструктивных элементов машины базируется на блочно-иерархическом подходе к процессу проектирования. Для машин характерны иерархические уровни, показанные на рисунке 14.

С оответственно иерархии объектов строятся и их математические модели. Выходные параметры деталей являются статическими параметрами (позиционными и метрическими), которые будут внутренними при проектировании узлов. Выходными параметрами узлов являются динамические параметры, которые определяют качество движения (скорости, ускорения, частоты). Выходные параметры агрегата характеризуют качество выполнения операций. Система машин характеризуется параметрами технологического процесса, состоящего из отдельных операций машин или агрегатов.

Рисунок 14 - Уровни машин

Математические модели на микроуровне (модели деталей) чаще всего строятся на основе дифференциальных уравнений в частных производных. Решение этих уравнений производится методом конечных элементов или методом конечных разностей. В результате решения математической модели получаются параметры искажения формы детали под нагрузкой. Внутренними параметрами для таких моделей будут параметры материала детали и их формы.

Анализ узлов с позиции функционирования проводится на основе обыкновенных дифференциальных уравнений. Цель анализа их динамики - оценка устойчивости и качества, которая проводится по показателям точности и быстродействия.

На уровне агрегатов и машин основное внимание уделяется определению динамического качества их несущих систем. Внутренними показателями являются жесткость, масса, показатель демпфирования; а внешними - нагрузки и воздействия на конструктивные узлы.

Математические модели машин и станков служат для расчета производительности, надежности, эффективности технологической системы в целом. В основном анализ таких систем выполняется с помощью имитационного моделирования.

Задачи автоматизации технологического проектирования

В технологии машиностроения решаются задачи по всем технологическим процессам от получения заготовки до приемки собранного изделия. Основное внимание уделяется этапу механической обработки заготовок и сборке машин, т.к. это наиболее трудоемкие процессы - 60% - 80% всей трудоемкости.

Проектирование производственного процесса включает в себя ряд иерархических уровней:

1) разработка принципиальной схемы технологического процесса;

2) проектирование технологического маршрута обработки детали;

3) проектирование технологической операции;

4) разработка управляющих программ для станков с ЧПУ.

В зависимости от особенности изготовляемого объекта и условий проектирования технологические процессы подразделяются на единичные, типовые и групповые. Единичные технологические процессы устанавливают на изделие одного наименования, типоразмера и исполнения независимо от типа производства. Типовые - на группу изделий с общими конструктивными признаками. Групповые - на конструктивно и технологически сходные изделия.

При проектировании технологического процесса обработки, исходными данными являются чертеж детали, технологические условия на ее изготовление, годовая программа выпуска изделия, в которую входит эта деталь.

Принципиальная схема технологического процесса выражает состав и последовательность этапов обработки и сборки изделия. Проектирование операций включает определение состава технологических переходов, планов и маршрутов обработки поверхностей, последовательности выполнения переходов обработки разных поверхностей, расчет технологических параметров (припусков, режимов резания, нормы времени обработки и т.д.).

При технологическом проектировании применяют структурно логические и функциональные математические модели.

Структурно логические модели подразделяются на табличные, сетевые, перестановочные. Табличные - описывают одну конкретную структуру технологического процесса. Сетевые модели описывают множество структур технологического процесса, отличающихся количеством и составом элементов структуры при неизменном порядке. Перестановочная модель описывает множество структур технологических процессов, отличающихся количеством и составом элементов при изменении порядка. Эти модели представляются в виде графа, который определяет состав и последовательность выполнения этапов операций переходов и рабочих ходов при обработке или сборке изделия. Вершины графов соответствуют элементам технологического процесса, а ребра характеризуют последовательность выполнения элементов технологических процессов.

Функциональные модели отражают физические процессы, протекающие в технологических системах. Наиболее распространены дискретные модели, имеющие численные параметры и счетное количество решений. По форме связи между выходными, внутренними и внешними параметрами при обработке и сборке различают модели в виде систем уравнений - алгоритмические модели и модели в виде явных зависимостей выходных параметров от внутренних и внешних - аналитические модели. Математические модели применяют в процедурах анализа и оптимизации. В качестве критериев оптимальности используют приведенные затраты, себестоимость, точность, расход инструмента и т.д.

Наиболее типичными задачами при использовании функциональных моделей являются:

1) нахождение наилучшей последовательности выполнения технологических переходов и рабочих ходов;

2) объединение переходов для одновременного выполнения и распределения их по позициям оборудования, нахождение оптимальной очередности выполнения переходов;

3) определение оптимального маршрута обработки поверхности;

4) оптимизация параметров обработки или сборки при выполнении технологического перехода или рабочего хода.