8.3. 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 конструирование 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 виды инженерных расчетов используются в современной практике проектирования?

2. Охарактеризуйте структуру современных программ кинематических и динамических характеристик механизмов и машин кузнечно-штамповочного оборудования?

3. Какой метод используется для определения работоспособности элементов конструкции механизмов и машин кузнечно-штамповочного оборудования?