Конспект лекций по КМР

Той же постепенностью, осторожностью в нанесении новых линий характеризуется методика вычерчивания на чертеже окончательной компоновки крепежных деталей (болтов, винтов, гаек, шайб, штифтов и т.п.). Пока форма свинчиваемых деталей окончательно не определилась, крепежные детали представляют на чертеже лишь их осевыми линиями. Затем производится работа по объединению крепежных деталей с целью сокращения их типоразмеров. Только по окончании этой работы каждую крепежную деталь вычерчивают по стандартам.

Процесс обводки деталей, а также их штриховки должен быть направленным. Последовательность обводки чертежа окончательной компоновки в основном совпадает с последовательностью его вычерчивания. Исходя из стремления оставить возможность к максимальной свободе варьирования и своевременной корректировке чертежа окончательной компоновке не следует прибегать к штриховке до окончания обводки.

Процесс создания чертежа окончательной компоновки - это не только дальнейшее развитие, но прежде всего и проверка решения компоновки. Уверенность в рациональности принятой компоновки приходит далеко не с первых шагов создания чертежа окончательной компоновки. Она возникает только по завершению реализации большинства заданных требований в конструкции. Именно в этот момент заканчивается формирование конструкции, в которой отражена и принципиальная схема, и требования технического задания, и взаимосвязи модуля с окружением, и критерии рациональности, и многое другое.

16.5.9. Конструирование с использованием систем автоматизированного проектирования

Конструирование объектов (модулей, машин, систем) – область инженерной деятельности, наиболее сложная для автоматизации. Теория и методы автоматизации конструирования находятся в стадии разработки. Хорошо разработаны различные вычислительные операции, связанные с конструированием, а также оформление текстовой и табличной документации. Но задачи, связанные с созданием комплексных автоматизированных систем подготовки производства в машиностроении, выполняющие, кроме расчетов, выбор наиболее рациональных конструкторских решений, компоновку машин из составляющих их элементов, подбор этих элементов, технологическое проектирование, выдачу проектной докумен-

535

тации в готовом виде, и т.п., еще не нашли полного решения.

В проектно-конструкторском процессе затраты времени на чертежные работы составляют приблизительно 30% от общего времени проектирования, в то время как «творческие» элементы про- ектно-конструкторских работ – около 15%. Таким образом, в процессе проектирования большая доля работ приходится на рутинные операции. Поэтому основным направлением рационализации про- ектно-конструкторского процесса является стремление автоматизировать рутинные операции с помощью средств вычислительной техники. Но в то же время главное направление в автоматизации – это не автоматизация отдельных этапов проектирования, а автоматизация процесса проектирования всей конструкции, которая должна отвечать исходным требованиям.

Автоматизация подразумевает систематическое применение ЭВМ в проектно-конструкторском процессе при научно обоснованном распределении функций между проектировщиком и вычислительной машиной и научно обоснованном выборе методов машинного решения задач.

Научно обоснованное распределение функций между человеком и ЭВМ подразумевает, что человек должен решать задачи, носящие творческий характер, а ЭВМ – задачи, решение которых поддается алгоритмизации.

Система, объединяющая технические средства, математическое и программное обеспечение, параметры и характеристики которых выбирают с максимальным учетом особенностей задач инженерного проектирования и конструирования представляет собой систему автоматизированного проектирования (САПР).

Целью системы автоматизированного проектирования является повышение качества, снижение материальных затрат, сокращение сроков проектно-конструкторского процесса и ликвидация роста числа инженерно-технических работников, занятых проектированием и конструированием.

Для достижения целей создания САПР необходимо:

совершенствование проектирования на основе применения математических методов и средств вычислительной техники;

автоматизация процесса поиска, обработки и выдачи информации;

использование методов оптимизации и многовариантного проектирования; применение эффективных математических моделей проектируемых объектов, комплектующих изделий и материалов;

536

создание банков данных, содержащих систематизированные сведения справочного характера, необходимые для автоматизированного проектирования объектов;

повышение качества оформления проектной документации;

повышение творческой доли труда проектирования за счет автоматизации нетворческих работ;

унифицикация и стандартизация методов проектирования;

подготовка и переподготовка специалистов;

взаимодействие с автоматизированными системами различного уровня и назначения.

Комплекс средств автоматизации проектирования включает в себя методическое, лингвистическое, математическое, программное, техническое, информационное и организационное обеспечение.

В САПР обеспечивается удобство использования программ за счет применения средств оперативной связи инженера с ЭВМ, специальных проблемно-ориентированных языков и наличия ин- формационно-справочной базы.

Структурными составляющими САПР являются подсистемы, обладающие всеми свойствами систем и создаваемые как самостоятельные системы.

Следует отметить, что САПР – это вспомогательное средство, а не замена конструктора.

Исторически так сложилось, что применение ЭВМ при про- ектно-конструкторских работах в своем развитии прошло несколько стадий и претерпело значительные изменения. Вначале был сделан акцент на автоматизацию проектных задач, имеющих четко выраженный расчетный характер, когда реализовывались методики, ориентированные на ручное проектирование. Затем стали создавать программы автоматизированных расчетов на основе методов вычислительной математики (параметрическая оптимизация, метод конечных элементов и т.п.). С внедрением специальных терминальных устройств появились универсальные программы для ЭВМ для решения как расчетных, так и некоторых рутинных проектных задач (изготовление чертежей, спецификаций, текстовых документов и т.п.). В последние годы большое внимание уделяется автоматизации расчетно-конструкторских работ при проектировании механизмов и машин, когда синтез конструкции проводится эвристически, а основные параметры выбираются и оптимизируются в интерактивном режиме диалога проектировщика и ЭВМ. Проектирование объекта проводят по функциональным требованиям, информации о компонентах и описанию процессов с использованием

537

моделей объектов, что дает возможность конструктору задавать отношения между отдельными свойствами как внутри объекта, так и между разными объектами в рамках разработки.

В модели под конструкцией объекта понимают следующую совокупность признаков:

словарь понятий, представляющих наиболее существенные свойства объекта в предметной области;

состав и структуру конечного изделия;

функциональные требования к отдельным частям конструкторских решений, согласованных между собой через словарь понятий двунаправленными ассоциативными связями;

взаимную компоновку частей конструкторских решений в рамках некоторой глобальной системы координат, учитывающую накопленные правила комплексирования из типовых решений;

возможность получения информационно-выразительного представления о принятых решениях как в компьютерной форме (включая возможность трехмерной анимации (3D-анимации) объекта), так и в форме чертежно-конструкторских документов;

возможность выполнения компьютерного моделирования, обеспечивающего контроль за соотношениями как между отдельными свойствами объекта, так и всего объекта в целом.

При проектировании различных изделий конструктор вынужден учитывать многие источники информации и уметь управлять процессом проектирования во времени и среди коллектива сотрудников. Для этого необходимо выбрать программные средства проектирования и автоматизации. К ним можно отнести различные версии AutoCAD, AutoCAD Mechanical, Mechanical desktop, КРЕ-

ДО, КОМПАС-5, T-FLEX и др.

AutoCAD - универсальная графическая система, в основу структуры которой положен принцип открытой архитектуры, позволяющий адаптировать и развивать многие функции AutoCAD применительно к конкретным задачам и требованиям.

Эффективность применения AutoCAD при разработке конструкторской документации обеспечивается следующими ее возможностями:

наличием средств преобразований: поворота, переноса, симметрирования, масштабирования, построения зеркального изображения и др.;

использованием готовых фрагментов чертежей: конструктивных и геометрических элементов, унифицированных конструкций, стандартных изделий;

538

ведением диалога с компьютером в привычных для конструктора терминах и с привычными для него объектами (графическими изображениями);

наличием языковых средств описания типовых моделейпредставителей чертежей объектов, когда процесс создания конкретного чертежа изделия сводится к заданию размеров;

получением чертежей высокого качества, оформленных по стандартам ЕСКД, путем вывода на графопостроители, принтеры и другие устройства.

AutoCAD позволяет осуществлять параметрическое двухмерное черчение и параметрическое трехмерное каркасное (проволочное), полигональное (поверхностное) и объемное (твердотельное) моделирование, а также создавать параметрические сборочные чертежи из параметрических элементов. Значения параметров берутся из баз данных.

AutoCAD Mechanical и Mechanical desktop являются расшире-

нием AutoCAD с уклоном в машиностроительное конструирование. Пакеты обеспечивают продуктивность и качество при подготовке машиностроительных чертежей и оптимальны при двухмерном (2D) конструировании.

Система КРЕДО – первая отечественная интегрированная система, работающая под управлением ОС Windows, с возможностями трехмерного моделирования геометрических объектов, оформления конструкторской документации, подготовки управляющих программ и создания архива конструкторско-технологической документации.

КОМПАС-5 – высокоэффективная среда проектирования различных изделий, включающая чертежно-конструкторский редактор со средствами интерактивной параметризации, модуль управления документами, готовые библиотеки для различных областей применения, прикладные конструкторские пакеты, инструментальные средства разработки приложений.

T-FLEX CAD 3D является параметрической системой автоматизированного проектирования и черчения. Она содержит полный набор удобных средств для создания качественной конструкторской документации:

любые типы элементов построения: прямые, окружности, эллипсы, сплайны, кривые, задаваемые функциями;

всевозможные типы линий: основные, тонкие, штриховые, штрих-пунктирные и т.п. Линии могут иметь различную толщину и цвет; имеется возможность создания собственных типов линий;

ассоциативные штриховки, заливки, штриховки по образцу;

539

любые типы размеров: линейные, размеры на окружности, угловы. Полное соответствие ЕСКД и международным стандартам.

автоматический расчет предельных отклонений.

возможность быстрого изменения стандарта оформления;

допуски формы и расположения поверхностей, шероховатости, надписи, тексты.

Последние версии T-FLEX CAD 3D позволяют работать как в параметрическом, так и в непараметрическом режиме создания чертежей.

T-FLEX CAD 3D разработан так, что позволяет проводить параметрическое черчение и параметрическое твердотельное моделирование. Это позволяет на основании разработанных чертежей перейти к трехмерным моделям и наоборот по 3D-модели можно легко получить проекции и оформить необходимый чертеж.

В системе все элементы являются параметрическими. Это касается геометрических соотношений линий (касания, симметрии и т.п.), расстояний, положения, размера, видимости и цвета элементов. На любой параметр может быть назначена численная или текстовая переменная. Переменные могут быть связаны между собой математическими и логическими выражениями. Значения параметров могут браться из баз данных и электронных таблиц.

Следует отметить, что T-FLEX CAD 3D позволяет создавать параметрические сборочные чертежи из параметрических элементов, связывая их параметры между собой. Изменение параметров сборочной конструкции приводит к автоматическому изменению всех деталей, входящих в сборку. Из сборочного чертежа можно автоматически получить полностью оформленные чертежи деталей и спецификацию.

Работа в T-FLEX CAD 3D может осуществляться двумя способами:

от двумерного чертежа к трехмерной модели;

от трехмерной модели к чертежам изделия.

T-FLEX CAD 3D, построенный на геометрическом ядре ACIS фирмы Spatial Technology, которое используется более чем в ста зарубежных системах моделирования, позволяет передавать трехмерную информацию через SAT-формат – собственный формат ядра

ACIS.

Для T-FLEX CAD 3D создано множество приложений, решающих различные специализированные задачи. Одним из таких приложений является «Интегрированная интеллектуальная система (ИнИС)»

ИнИС представляет собой:

540

открытую рабочую среду для приложений пользователя;

в ИнИС основными понятиями пользовательского интерфейса являются окно и меню.

открытую графическую оболочку. От пользователя не требуется ввод директив с клавиатуры в виде текстовых строк. Необходимо только внимательно смотреть на экран и выбирать из предлагаемого меню требуемую операцию с помощью манипулятора «мышь».

ИнИС – интегрированная программа. Под ее управлением могут работать как специальные, так и «обычные» программы, обеспечивая обмен информацией между ними.

Принципиальной особенностью ИнИС является применение объектно-ориентированных подходов при проектировании.

ИнИС предназначен для построения программных приложений групповой поддержки решений конструкторскотехнологических задач. В современном производстве роль групповой поддержки проектных решений резко возрастает, так как в основе действий человека в ходе решения задач конструкторскотехнологической информатики лежит коммуникация между лицами, принимающими решения (покупатель – заказчик – конструктор – технолог – производитель – продавец – покупатель), осуществляющими обмен информацией и знаниями. Это позволяет использовать распределение ролевых функций в ходе решения задач проектирования, и добиться оптимальных вариантов при совместном решении проблемных ситуаций.

Цель ИнИС:

повышение качества и технико-экономического уровня проектируемых объектов;

сокращение трудоемкости проектных расчетов, конструирования и выпуска рабочих чертежей объектов за счет мощной информационной поддержки проектирования (базы данных, графической базы знаний, расчетные процедуры и т.д.);

автоматизация принятия проектных решений (символьные базы знаний), редактирования и выпуска конструкторской текстовой и графической документации.

ИнИС на единой понятийной, информационной, программной

итехнической основе обеспечивает для пользователя выполнение следующих функций:

управление проектом;

диалоговая организация ввода и контроля исходных данных;

управление системой;

541

выполнение расчетов по отдельным зависимостям и в виде вычислительных моделей;

выбор нормативно-справочной информации;

формирование и редактирование текстовых и графических документов;

реализация обучающей функции по работе с системой;

ведение на компьютере концептуальной модели процесса создания изделия;

синхронизация действий коллектива пользователей при решении общей задачи;

Таким образом, интеграция ИнИС с T-FLEX CAD 3D позволяет осуществлять проектно-конструкторские работы на высоком научно-техническом уровне.

542

Глава 17 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Проектирование – это комплекс работ, направленный на изыскание, исследование, расчет и конструирование объекта проектирования.

Целью проектирования является создание некоторого объекта, необходимого людям.

Необходимость в проектировании возникает после описания некоторой совокупности потребительских свойств, которыми должен обладать объект проектирования. Эти свойства являются входом процесса проектирования, выходом является проектная документация, по которой можно изготовить объект, удовлетворяющий этим свойствам.

Объектом проектирования в данном случае является исполнительное устройство (ИУ) робота.

При проектировании ИУ робота необходимо решать следующие задачи: повышение быстродействия и надежности, снижение габаритов и стоимости, повышение точности позиционирования и отработки заданной траектории, создание высококачественной элементной базы и оптимальной номенклатуры моделей.

17.1. Стадии проектирования

Проектирование исполнительного устройства робота, как и любого другого объекта, состоит из следующих стадий: техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект, рабочая документация.

Рассмотрим более подробно каждую стадию проектирования. Техническое задание (ТЗ) должно содержать: цели создания

объекта проектирования, функции выполняемые объектом, критерии качества процесса и объекта проектирования, технические характеристики проектируемого объекта, технико-экономические показатели.

На стадии технического предложения (П) разрабатывают принципиально возможные способы выполнения технического задания и выбирают ряд проектных решений, наиболее предпочтительных с точки зрения требований, предъявляемых к объекту, и решают вопрос целесообразности дальнейшей разработки остальных вариантов.

На этой стадии следует изучить техническое задание: выяснить назначение изделия, его принципиальное устройство, назначение

543

основных сборочных единиц и деталей, способы их соединения. Ознакомиться по имеющимся научно-техническим материалам с конструкциями, аналогичными разрабатываемой. Провести геометрический, кинематический, кинетостатический, динамический, прочностной, жесткостной расчеты, расчеты на износостойкость, надежность, долговечность и т.п. Расчеты следует сопровождать необходимыми схемами, эскизами, таблицами. При этом проводят предварительный выбор из каталогов типоразмеров стандартных изделий и ориентировочно определяют размеры различных деталей объекта.

Техническое предложение является первым этапом компоновки объекта в результате чего выявляют относительное расположение его деталей и выявляют габариты объекта.

Эскизный проект (Э) – комплекс проектных документов, дающих общее представление об объекте проектирования, принципе его работы, назначении, основных параметрах, габаритах. В эскизном проекте могут излагаться несколько вариантов проектируемого объекта.

На стадии эскизного проекта проводят уточняющие расчеты деталей объекта.

Чертеж объекта представляет собой дальнейшую разработку первого этапа компоновки и должен включать две-три проекции, а также дополнительные виды, разрезы и сечения.

При выполнении эскизного проекта решают ряд конструкторских задач: выбор и проработка конструкции основных деталей с учетом максимального обеспечения их технологичности; выбор сопряжения деталей, способов их фиксации на валах, а последних в опорах; предусматривают возможность сборки и разборки, а также регулировки объекта; выбор системы смазки и вида уплотняющих устройств.

Технический проект (Т) дает полное и окончательное представление об устройстве объекта проектирования. Он содержит: чертежи общего вида, ведомость технического проекта, пояснительную записку и ряд других документов.

Чертеж общего вида должен давать сведения о конструкции, взаимодействии составных частей, эксплуатационно-технических характеристиках проектируемого объекта и пояснять принцип его работы.

На чертеже общего вида должны быть:

а) изображены виды, разрезы и сечения объекта, нанесены надписи и текстовая часть, необходимые для понимания конструктивного устройства объекта, взаимодействия его составных частей и принципа работы;

544