6.6. Микропроцессорная и вычислительная техника при проектировании машин

Новая технология инженерного творчества при создании новой техники основывается на методах стимулирования творческого процесса инженера и использует последние достижения в области банков данных, банков знаний и искусственного интеллекта в направлении автоматизированного сбора и обработки информации при решении задач поиска новых технологических решений. Применение современных методов стимулиро­вания творческого процесса заставляет проектировщика выйти за пределы привычного круга мыслей, а также предохраняет от искушения использо­вать первую попавшуюся идею. При этом проектировщик вырабатывает настолько большое количество решений, что исследовать их для выбора оптимального (рационального) решения на базе синтеза и оценки вариантов множества технических решений возможно лишь с помощью ЭВМ.

Средством реализации информационного обеспечения, необходимого для поиска возможных технических решений уже на стадии формирования технического предложения и разработки технического задания, может быть автоматизированная система синтеза рациональных технических решений (АСТР), которая позволяет решать следующие задачи: поиск допустимых технических решений, удовлетворяющий техническому заданию, формирование наиболее эффективного технического задания и составление соответствующих ему допустимых технических решений, поиск новых патентоспособных технических решений. Система АСТР может быть использована как основа для построения САПР различных технических объектов.

Повышение эффективности и качества выпускаемых промышлен­ностью машин и оборудования для производства строительных материалов и изделий на современном этапе в значительной степени зависит от степени эффективного использования вычислительной техники и САПР при их создании. В связи с этим, одним из главных направлений вузов в подготовке бакалавров для народного хозяйства должно стать освоение методов и средств автоматизированного проектирования машин и оборудования, разработка моделирующих алгоритмов проектирования и соответствующих машинных программ целевого назначения, подготовка специалистов, способных использовать САПР для поиска оптимальных решений при создании новой техники.

При проектировании с использованием САПР важнейшей составной частью процесса является разработка или формирование конструктивного образа технического объекта, который определяется его математической моделью. В свою очередь, математическая модель представляет собой совокупность математических зависимостей и ограничений, связывающих характеристики состояний процесса с рабочими параметрами машины и заданными условиями, эксплуатации. В процессе проектирования машин и оборудования формирование образа объекта осуществляется на стадии предварительного проектирования, включающей этапы разработки технического задания и технического предложения.

В системе автоматизированного проектирования при разработке моделирующих алгоритмов и программ формирования образа машины решаются следующие задачи:

– разработка математической модели проектируемой машины;

– установление связей между техническими параметрами машины как системы и характеристиками условий ее эксплуатации;

– установление рациональных значений основных параметров объекта, необходимых и достаточных для формирования чертежей общего вида и технических параметров на этапе предварительного проектирования;

– оценка технического уровня и технико-экономической эффективности проектируемого объекта (машины);

– разработка блок-схемы моделируемого алгоритма формирования образа машины для САПР;

– разработка программы расчета основных технических параметров и составление чертежей проектируемого объекта (машины).

В значительной степени решение этих задач определяется постановкой задачи на проектирование машины. Возможны три типа постановки задач:

1. Создание машин, основанных на традиционных методах воздействия на среду. При этом известны возможные конструктивные решения, математическое описание рабочего процесса и условия однозначности, условия эксплуатации. В этом случае при проектировании конструктивно-размероподобных машин целесообразно создание моделирующего алгоритма базировать на положениях теории подобия и анализа моделей эффективности машин в подобных условиях эксплуатации. В качестве примера здесь можно проанализировать создание новых машин для измельчения каменных материалов, основанных на известных способах воздействия их рабочих органов на среду (раздавливание, удар, истирание и др.).

2. Создание машин, основанных на новых физических эффектах и методах воздействия на среду. При этом постановка задачи характеризуется отсутствием конструктивно подобного решения, наличием приближенного математического описания рабочего процесса либо его основных параметров, отсутствием сведений об эксплуатации создаваемой машины. Техническую основу алгоритма в этом случае могут составлять математические модели протекания физического явления, лежащего в основе принципа действия машины. Модели определяются на базе предварительного исследования физического эффекта, основу которого составляют методы математического, физического и комбинированного моделирования. Примером постановки задачи подобного типа может служить создание машин для эффективного измельчения с использованием ультразвука, высокотермического воздействия и других нетрадиционных способов.

3. Создание машин, основанных на комбинировании традиционных решений и новых физических эффектов. В этом случае могут быть известны конструкция традиционной части машины и ее математическое описание, но отсутствовать сведения об эксплуатации машины и конструктивных особенностях ее подсистемы, основанной на новом физическом эффекте. В задачах этого типа алгоритмы проектирования составляются на основе положения о моделировании сложных систем. При этом алгоритм, описывающий традиционную часть машины (системы), базируется на теории подобия, а подсистема машины, основанная на новом физическом эффекте, проектируется по моделям, установленным экспериментально. Результат соединения двух подсистем (традиционной и новой) выявляется на основании положения о подобии сложных систем, а формирование моделирующего алгоритма далее рассматривается, как и при проектировании конструктивно-размеро-подобных машин.