Е.Л. Евсин, JI.X. Зубаирова

ВВЕДЕНИЕ

Возможности использования достижений научно-технического про­ гресса во многом определяются способностью машиностроения гибко и опе­ ративно решать разнообразные задачи развития народного хозяйства. Это требует выполнения огромного объема проектных работ. Требования к каче­ ству проектов, к срокам их выполнения становятся более жесткими. Растет сложность изготовляемых машин, увеличивается степень многовариантно­ сти решений технологических задач, ужесточаются требования к глубине проработки проектных решений. Обеспечить выполнение этих требований за счет увеличения численности технологов и конструкторов невозможно по двум причинам.

Во-первых, такой путь оказывается преградой для роста производи­ тельности труда, а значит, прогресса и благосостояния.

Во-вторых, возможность параллельного проведения проектных работ ограничена и, следовательно, увеличение численности проектировщиков не позволяет существенно сократить сроки проектирования и освоения произ­ водства новых машин.

Решение этой проблемы возможно только с помощью автоматизации проектирования на основе использования современных вычислительной и организационной техники при выполнении проектных работ.

При выполнении рутинных, формализованных работ автоматизация позволяет повысить производительность проектирования во много раз, со­ кращая соответственно его сроки. Использование современных систем авто­ матизированного проектирования (САПР) позволяет также значительно ус­ корить решение проектных задач творческого характера. Современное гиб­ кое автоматизированное производство вообще не может быть спроектирова­ но и запущено в работу без автоматизированного проектирования и управле­ ния технологическим процессом. Поэтому автоматизация проектирования является основой комплексной автоматизации производства и его эффектив­ ной работы.

Первая глава предлагаемого пособия знакомит с основными понятия­ ми, проблемами и принципами проектирования. Следующие главы посвяще­ ны трем аспектам проектирования: функциональному, конструкторскому и технологическому. Проектные процедуры рассмотрены в последовательно­ сти их выполнения. При этом приводятся постановка задачи, ее оценка с точ­ ки зрения формализации, методы автоматизации решения, а также справоч­ ный материал, необходимый для разработки алгоритма решения задачи. По­ следняя, седьмая, глава посвящена анализу САПР. В ней рассмотрены ком­ поненты автоматизированной системы, принципы проектирования САПР, надежность программного обеспечения системы.

При написании учебного пособия использованы труды следующих ав­

торов:

В.П. Быкова, А.В. Ильичева, В.А. Вязгина, В.В. Федорова, И.П. Норенкова, М. Грувера, Э. Зиммерса и др. - главы 1-3;

з

в. центром развития механики становится Франция. Этому способствовали работы Ж.Лагранжа.

В России заметный вклад в науку о машинах внесли ученые В.И. Висковатов, С.Е. Гурьев, Д.С. Чижов, iM.B. Остршрадский, В.Я Бунековский, И.И. Сомов, А. Бетанкур.

XIX в. ознаменован многочисленными достижениями в технике, опе­ режающими развитие науки и служащими для нее благоприятной почвой. Развитие техники в XX веке столкнулось с рядом противоречий. Первое из них заключаегся в преобладании темпа роста сложности технических систем (ТС) над темпом развития методов их проектирования. Возрастание сложно­ сти ТС проявляется в увеличении количество входящих в нее подсистем и элементов (в среднем по отраслям техники число подсистем и элементов уд­ ваивается через каждые 15 лет). Растет также разделение труда и число спе­ циалистов, разрабатывающих ТС; осложняется согласование действий, теря­ ется представление о разрабатываемой ТС как о едином целом (ТС иногда оказывается малоэффективной или неработоспособной, несмотря на высокие показатели ее подсистем и элементов).

Второе противоречие проявляегся во взаимодействии таких факторов, как продолжительность разработки и срок морального старения ТС. Оба фак­ тора измеряются временем, причем срок разработки с повышением сложно­ сти ТС возрастает, а время до морального износа, из-за ускорения научнотехнического прогресса, неуклонно снижается. Устранение этого противоре­ чия может быть достигнуто, во-первых, повышением производительности труда в проектировании, во-вторых, построением ТС на основе перспектив­ ных технических решений. С начала XX в. производительность труда в про­ ектировании возросла лишь на 20 %, в то время как в производстве - на 1000 %. Поиск перспективных технических решений при использовании в условиях традиционных методов и средств проектирования осложняется изза постоянного роста объема научно-технической информации.

Традиционный чертежный метод решения сложных проектных задач состоит в том, что в каждый момент времени рассматривается лишь один ва­ риант решения. Когда рассматриваемый вариант не приводит к удовлетвори­ тельным результатам, проектировщик преобразует решение, заложенное в чертежах, и заменяет его новым решением. Следовательно, можно сказать, что в традиционных методах проектирования сложность создания проекта преодолевается выбором временного решения в качестве средства оператив­ ного исследования. Эго решение должно удовлетворять как проекту в целом, так и взаимосвязям между составными частями конструкций.

Черчение в масштабе дает конструктору возможность изменять как форму детали, так и изделие в целом. Таким образом, масштабный чертеж можно рассматривать как легко видоизменяемую модель взаимоотношений деталей и узлов, из которых состоит изделие. Благодаря тому, что эта модель легко поддается пониманию и изменению и способна хранить временное ре­ шение для одной детали, пока прорабатывается другая, проектировщик по­ лучает возможность решать задачи чрезвычайной сложности.

Самое трудное в любом проектировании - это преодоление сложностей поиска в обширном пространстве с миллионами возможных комбинаций от­ дельных узлов и деталей. При использовании традиционного способа боль­ шинство комбинаций исключается из рассмотрения и исследование ограни­ чивается единственным, выбранным «на ощупь» набором компонентов. Важ­ нейшим этапом процесса при этом является не взаимная подгонка узлов деталей друг к другу, а творческое мышление, благодаря которому достаточ­ но информированный и гибко мыслящий человек может выдвинуть на пер­ вый план одну из перспективных комбинаций узлов и деталей.

Такой метод дает прекрасные результаты при разработке отдельных частей, однако его пригодность для принятия решения на уровнях систем со­ мнительна по следующим причинам: нет средства фиксации видоизменений связей между частями; нет основы для интуитивного озарения, которое уп­ рощает задачу; выбор оценок при проектировании систем сложен. Поэтому, когда конструктор от внутренней увязки нового изделия переходит к его со­ гласованию с внешней средой, чертеж становится уже бесполезным и разра­ ботчику приходится опираться в основном на свой опыт и воображение, а также, в меньшей степени, - на расчет и испытание всех наиболее важных для работы систем параметров.

Проектирование можно разделить на два рода деятельности:

1)поиск и принятие решения;

2)описание и преобразование описаний объекта.

Весь предшествующий исторический период был связан с развитием второго рода деятельности - описания объекта. Начертательная и аналитиче­ ская геометрия, черчение, теоретическая механика, теория машин и механиз­ мов, детали машин и механизмов предоставляют научный аппарат для его выполнения. Практика настоятельно требует совершенствования методов поиска и принятия решения.

Современное системное проектирование. В 40-х гг. XX столетия бы­ ли заложены основы функционально-стоимостного анализа (ФСА), полу­ чившего в дальнейшем широкое развитие. ФСА представляет собой методи­ ческий инструмент проектирования, построенный на принципах: системно­ сти, функционального анализа и синтеза, стоимостной оценки, коллективно­ го творчества.

Принцип системности, развиваясь в дальнейшем, определил новый подход к проектированию. Этот подход стали называть системным. Кроме этого современное проектирование обладает огггимизационностью и харак­ теризуется использованием ЭВМ.

Системность подчеркивает целостность объединения компонентов в систему и появление у этого объединения новых свойств. Подробнее систем­ ный подход будет рассматриваться ниже.

Комплексный оптимизационный подход формируется следующим об­ разом. В процессе проектирования выделяются по возможности все ситуа­ ции, связанные с выбором наилучшего проектного решения. В процессе по­ становки задачи проектирования стремятся максимально расширить множе-

В.С. Корсакова, Н.М. Капустина, К.Х. Темпельгофа, X. Лихтенберга, И.А. Иващенко, А.А. Маталина, Э.В. Рыжова, В.И. Аверченкова, С.Н. Корчака, А.М. Дальского, Б.Е. Челшцева, А. Гансалес-Сабатера, Р.И. Гжирова, 11.11. Серебреницкого, О.Н. Калачева, В.Г Митрофанова, А.Г. Схиртладзе, Т.А.Гавриловой, В.Ф.Хорошевского и др. - главы 4-6;

В.В. Евдокимова, Г Майерса, А. IЛогребинского, А. Павлова, Г.А. Ти­ таренко, Н.Г Черняка, Л.В. Еремина, И.П. Норенкова, В.Б. Маничева, НЛ1. Щербакова и др. - глава 7.

Главы 1, 4 и 7 написаны Е.А. Евсиным и Л.Х. Зубаировой, главы 2 и 3 Л.Х. Зубаировой и главы 5 и 6 Е.А, Евсиным.

Авторы благодарны за оказанную помощь А.А. Белых, А.С. Иванову, А.В. Кубышкину, Э.В. Любимову, О.И. Мухину.