автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Автоматизация параметрического проектирования гидроцилиндров с учетом условий их эксплуатации

На правах рукописи

ииЗОВЗЭ25

Беспалов Виталий Александрович

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРОЦИЛИНДРОВ С УЧЕТОМ УСЛОВИЙ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.13 12 - Системы автоматизации проектирования

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

о 7 ГОН 2007

Брянск 2007

003063925

Работа выполнена в Брянском государственном техническом университете

Научный руководитель Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор В.И. Аверченков.

Официальные оппоненты Заслуженный работник высшей школы РФ,

доктор технических наук, профессор В.Б. Ильицкий,

кандидат технических наук, доцент Л.И. Евельсон.

Ведущее предприятие ГОУ ВПО «Орловский государственный

технический университет»

Защита состоится 26 июня 2007 года в 14 часов на заседании диссертационного совета К212 021 01 Брянского государственного технического университета по адресу 241035, г Брянск, бульвар 50-летия Октября, д 7, Брянский государственный технический университет

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянского государственного технического университета

Автореферат разослан 26 мая 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

В А Шкаберин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Одним из важных этапов автоматизации процесса технической подготовки производства (ТПП) является автоматизация проектирования изделий Основным показателем комплексного подхода к автоматизации ТПП является снижение материальных затрат на него, сокращение сроков проектирования и повышение производительности труда

Потребность в автоматизации инженерного труда связана с постоянным увеличением объема информации и с необходимостью устранения противоречий между качеством проектных решений и сроками их разработки

Анализ состояния работ в области автоматизации проектирования машиностроительного гидропривода показал, что основной проблемой, возникающей при постоянной сменяемости типоразмеров является минимизация трудоемкости и временных затрат на проектирование Несмотря на высокий уровень типизации элементов конструкции гидроцилиндров, в каждом конкретном случае приходится выполнять большой объем проектно-конструкторских работ Учитывая необходимость в сокращении сроков проектирования, попытки использовать существующие универсальные САПР не дают возможности получать твердотельные модели и конструкторские чертежи проектируемого изделия в автоматизированном режиме и требуют дополнительной реализации этапа структурного синтеза конструкции и алгоритмов автоматизированного расчета Для решения данной проблемы на этапе конструкторской подготовки предложено автоматизировать этот процесс при помощи разработки специализированной САПР

Данная работа направлена на решение задачи автоматизации конструкторской подготовки производства гидроцилиндров и является актуальной для решения всего комплекса задач, возникающих при выполнении проектно-конструкторских работ этого вида изделий

Целью работы является сокращение трудоемкости, повышение производительности работ и качества проектирования гидроцилиндров за счет автоматизации процедур параметрического проектирования на основе формализации описания моделей их конструкций, выбора компоновочных схем, учитывающих условия эксплуатации, и создания программно-методических модулей, расширяющих функциональные возможности современных САБ-систем

Для достижения указанной цели в работе решались следующие задачи

1 Разработка методики автоматизированного проектирования гидроцилиндров с учетом условий их эксплуатации

2 Формализация методов выбора конструкции гидроцилиндра и их оценки с учетом условий эксплуатации

3 Разработка методики и алгоритмов построения моделей основных групп элементов конструкции гидроцилиндра для использования их при создании сборочных параметрических моделей

4 Создание автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров с учетом условий их эксплуатации и всех видов ее обеспечения

5 Разработка библиотеки параметрических моделей уплотнительных элементов, определяющих конструкцию узлов гидроцилиндра в зависимости от условий эксплуатации

Методология и методы исследования. При выполнении теоретических исследований и реализации поставленной задачи использовались методы системно-структурного анализа и декомпозиции, объектно-ориентированного программирования и анализа, системология инженерных знаний, теория проектирования, теория графов, теория принятия решений и экспертных оценок

Научная новизна работы состоит в следующем:

1 Проведена формализация процесса автоматизированного проектирования гидроцилиндров с учетом условий эксплуатации

2 Предложен подход к созданию прикладных САПР на основе параметризации, представляющий собой расширение функциональных возможностей существующих CAD-систем с помощью специализированных программно-методических модулей, использующих возможности API-интерфейса CAD-систем по созданию твердотельных параметрических моделей, адаптированных к конкретной предметной области

3 Предложена методика параметризации и хранения твердотельных моделей на примере деталей силовых цилиндров

Основные положения, выносимые на защиту.

1 Структура и универсальные алгоритмы автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров, учитывающие условия их эксплуатации, которые могут быть использованы при автоматизации конструкторской подготовки производства широкого класса изделий

2 Методика автоматизированного проектирования гидроцилиндров, позволяющая учитывать условия их эксплуатации

3 Способ формального описания процесса параметризации объектов проектирования, заключающийся в определении множества структурных элементов объекта, отношений между ними и способов их формирования

Практическую ценность работы составляют:

1 Предложенные методики автоматизированного проектирования гидроцилиндров, основанные на выборе оптимальных конструкций узлов для конкретных условий их эксплуатации

2 Созданная автоматизированная система параметрического проектирования гидроцилиндров

3 Разработанный специализированный модуль автоматизированного формирования сборочных ЗО-моделей в системе Autodesk Inventor

Реализация результатов работы Созданная автоматизированная система параметрического проектирования гидроцилиндров с учетом условий их эксплуатации применялась на ОАО «Агрегатный завод» (г Людиново, Калужская обл) в ходе работ по автоматизации конструкторской подготовки производства гидроцилиндров, в частности гидроцилиндров общего назначения серии ГЦО Результаты работы использовались в рамках ведомственной научной программы «Развитие научного потенциала высшей школы» при выполнении проекта «Автоматизация процедур параметрического проектирования типовых конструкций транспортных машин с учетом условий их эксплуатации» (руководитель В И Аверченков), а также в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторных и практических занятий по дисциплинам «Разработка САПР», «Геометрическое моделирование» и «Лингвистическое и программное обеспечение САПР» специальности «Системы автоматизации проектирования»

Апробация работы Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на 57-й научной конференции профессорско-преподавательского состава (Брянск, БГТУ), IX всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов НИТ-2004 (Рязань), VI международной научно-технической конференции «Материалы, технологии и оборудование в производстве, эксплуатации, ремонте и модернизации машин» (Новополоцк, 2007), техническом совете предприятия ОАО «Агрегатный завод» (г Людиново)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ в виде научных статей и тезисов докладов, в том числе одна публикация в журнале, входящем в перечень рекомендованных ВАК изданий

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения Общий объем работы - 214 страниц машинописного текста, 61 рисунок, 36 таблиц и список литературы из 91 наименования

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертации, формулируется цель диссертационной работы, указываются применяемые методы исследований и научная новизна, приводятся краткий обзор структуры работы и основные научные положения, выносимые на защиту

В первой главе дается обзор существующих подходов к автоматизации проектирования элементов машиностроительного гидропривода Рассматриваются вопросы автоматизация проектирования гидроцилиндров в условиях применения интегрированных САПР

Выявлено, что в зависимости от условий эксплуатации гидроцилиндров существует достаточно большое количество вариантов их исполнения различные конструктивные схемы, определенные типы уплотнений, вид герметизации неразъемных соединений В результате этого при проектировании новой модели гидроцилиндра значительное время уходит на выбор необходимых конструктивных схем основных узлов гидроцилиндра, выполне-

ние проектных и проверочных расчетов, подготовку комплекта документации, необходимой для изготовления изделия

Проведен анализ современного состояния работ по автоматизации проектирования и проектирования гидроцилиндров, в частности Вопросы автоматизированного проектирования машиностроительных объектов рассматривались в работах В И Аверченкова, А И Баженова, И И Бажина, Г Н Васильева, Г Б Евгеньева, В Б Ильицкого, Н М Капустина, В А Камаева, И П Норенкова, А Г Раковича, В Д Цветкова и др

Установлено, что в настоящее время малоизвестны или не существуют САПР, способные осуществлять весь цикл проектирования гидроцилиндров с учетом условий их эксплуатации и получением твердотельных моделей изделия и комплекта конструкторской документации Процесс проектирования сводится к выбору уже существующих моделей или к частичной автоматизации традиционной методики расчета и конструирования, которая опирается на использование справочной литературы и собственного опыта проектировщика, если модели изделия, удовлетворяющей требованиям технического задания (ТЗ) на предприятии нет

Приводится обоснование актуальности создания автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров

Рассмотрены подходы к автоматизации процесса проектирования гидроцилиндров С учетом особенностей рассматриваемых конструкций гидроцилиндров, выбран метод типового вариантного проектирования, который был положен в основу создаваемой системы Практическая реализация данного метода осуществлялась с помощью методов параметризации Проблема параметризации машиностроительных объектов рассматривалась в работах С А Борисова, С Ю Козлова, В И Аверченкова, М Ю Рытова и др При этом под параметризацией понимается возможность изменения геометрических и/или негеометрических характеристик модели объекта проектирования путем изменения ограниченного числа определяющих эти характеристики параметров

Дан анализ современных отечественных и зарубежных CAD-систем, на основе которого установлено, что система Autodesk Inventor, обладающая большими возможностями параметризации создаваемых моделей, является подходящей основой для разработки автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров

Вторая глава посвящена разработке математической модели выбора конструкции гидроцилиндра, основанной на использовании метода анализа иерархий (МАИ)

По условиям эксплуатации проектируемых объектов выделяют три группы

- гидроцилиндры, приводящие в действие рычажные механизмы рабочего оборудования и совершающие полезную работу, которая повторяется циклически,

- гидроцилиндры, осуществляющие перемещение рабочих органов и совершая полезную работу в процессе движения,

- гидроцилиндры, устанавливающие рабочие органы или всю машину в определенное положение

Основными задачами, на решение которых ориентирована математическая модель, являются формирование множества допустимых альтернативных вариантов конструкций гидроцилиндров, оценивание альтернатив по выявленным критериям и их ранжирование с учетом предпочтительности

Для выбора конструкции гидроцилиндра, наиболее соответствующей требованиям ТЗ, необходимо иметь описания множества основных узлов конструкции гидроцилиндра и алгоритмы оценки конкретных показателей каждого узла из этого множества

В виду большого количества моделей и конструкций гидроцилиндров в рамках данной работы рассматривались гидроцилиндры с односторонним штоком Для обеспечения процедуры выбора конструкции гидроцилиндра, основываясь на его структуре (рис 1), было определено множество допустимых для рассмотрения вариантов компоновки узлов узел соединение головок с гильзой, поршень со штоком, направляющая штока, демпферное устройство, грязесъемник, устройство для удаления воздуха, устройство для подвода рабочей жидкости, устройство для крепления гидроцилиндра к машине

Из набора принципиальных элементов гидроцилиндра, содержащего множество альтернативных решений, выбирался один вариант компоновки каждого узла в соответствии с требованиями ТЗ Это позволило сформировать принципиальную схему гидроцилиндра

Каждому элементу принципиальной схемы соответствует один или несколько конструктивных элементов (технических решений), хранящихся в базе знаний в форме параметризованных фрагментов Окончательно одно из решений выбирается на основании соответствия варианта конструкции тому или иному критерию

Анализ вариантов компоновки основных узлов гидроцилиндра и характеристик условий их эксплуатации позволил выделить 2 группы узлов

1 Узлы, конструкция и состав которых зависят от требований ТЗ на проектирование и технологических возможностей производства

2 Узлы, исполнение которых зависит от условий эксплуатации (параметров окружающей среды, режима работы)

При поисковом конструировании использовался морфологический метод синтеза и анализа принципиальных и конструктивных решений При этом, практически каждый функциональный элемент проектируемого гидроцилиндра имел несколько вариантов реализации

Созданное морфологическое множество включает в себя все структурные решения и конструктивные исполнения гидроцилиндров, которые были полностью или частично упорядоченными

Для создания формальной модели узла И/ИЛИ-дерева был предложен следующий алгоритм

1 Выделяются классификационные признаки конструкций

2 Определяются значения этих классификационных признаков

3 Составляется система этих классификационных признаков

Соединение головок с гильзои

Ы

На наружной резьбе_

На внутренн резьбе

На наруж полукольцах

На внутр полукольцах

На закладн проволоке

Головка глухая

Головка приварная

На

штифтах

На стяжных шпильках

Поршень со штоком

Тип уплотнения поршня с гильзой

шевронные уплотнения

манжетные уплотнения

чашечные уплотнения

кольца прямоуг сечения

кольца круглого сечения_

поршневые кольца

фасонные уплотнения

Способ крепления поршня к штоку

илипри помощи

безрезьбовое соединение

Направляющая штока

а

Тип уплотнения штока

или

— шевронные

— воротниковые

кольца круглого сеч

фасонные

Конструкция направляющей

головка гидроцилиндра

втулка запрессован

наплавленная направляющая

съемная втулка

Устройство для удаления воздуха

шариковыи клапан

конусный клапан

'отверстие в головке ГЦ

через устр во для подвода пябочей жид*

X

Устройство для подвода рабочей жидкости

— через бобышку

О- через головку

Устройство

крепления

гидроцилиндра к

машине

ИЛИ

О} на лапах

— через штуцер

через шток

с проушинои у задней головки

с вилкой у задней головки_

с цапфой у передней головки

с цапфой посередине

с цапфой у задней головки

1на основании яловок

фланец у передн головки

фланец посередине

фланец у задней головки

неподвижный шток

удлинитеяьн шпильками

на резьбе у передн головки

Рис 1 И/ИЛИ-дерево структуры гидроцилиндра

Исходное И/ИЛИ-дерево структуры гидроцилиндра обозначено как Т, а через N - модель узла этого дерева И/ИЛИ-дерево содержит узлы 3-х типов «И», «ИЛИ» и терминальные

N-(It/,rм,R,SN), (1)

где 1ц - имя (идентификатор) вершины (узла), Удг — тип узла («И», «ИЛИ», терминальный), Я - родительский узел, Ям - множество подчиненных узлов

Для терминальных узлов Б = 0 Для корневого узла родительский узел (К) не определен

Образующая модель альтернативы строилась следующим образом Для всех существующих вариантов альтернатива X представляет собой решающее поддерево исходного дерева Т и определяется рекурсивно следующим образом

1) КЕХ,

где N0 - корневая вершина дерева Т,

2) если МЕХ и у="И", то

(2)

3) если МЕХ и у = "ИЛИ", то

(3)

где уЕХ

Недопустимых (с точки зрения структуры) альтернатив нет Для построения алгоритма комбинаторно-морфологического синтеза альтернатив были приняты следующие допущения

Введен вспомогательный массив (вектор) индексов Н

,кр), (4)

где кк - номер текущего узла в подмножестве

*-[1, >Р]>

где р - число узлов,

тк - количество всех элементов множества 8к Тогда алгоритм будет иметь вид

1 Выделить из дерева Т поддерево заканчивающееся в вершинах, принадлежащих множеству /, Это поддерево составляет основу любой альтернативы Дальнейший выбор альтернатив производить в пределах выделенных поддеревьев, т е осуществить поиск альтернативных вариантов компоновки каждого узла гидроцилиндра

2 Циклы

цикл по \ = 1, ,т1 цикл по = 1, ,т2

цикл по И = 1, , тр сформировать вектор

где Вн - вектор переменного состава альтернативы,

добавить его к поддереву 7} конец всех циклов

В результате было сформировано множество альтернатив, где любая альтернатива X представлена в виде структурной модели

х = (тпвн) (6)

Для генерации множества альтернатив необходимо обеспечить максимально возможное сокращение количества терминальных узлов дерева И/ИЛИ-дерево описания структуры гидроцилиндра состоит из двух типов терминальных узлов

- постулируемых (конструкции и варианты компоновки задаются проектировщиком),

- оцениваемых (варианты которых оцениваются в соответствии с критериями оптимизации)

На этапе ввода исходных данных необходимо указать постулируемые узлы, конструкция которых определена ТЗ

Оцениваемые узлы LK предложено разделить на 2 группы

1) конструктивное исполнение узла,

2) тип уплотнений узла

В соответствии с этим делением для оценки каждого типа вершин И/ИЛИ-дерева применялся свой набор критериев Для примера рассмотрим процедуру выбора узла с уплотнительным элементом с учетом особенностей их эксплуатации

Исходный набор допустимых для рассмотрения конструкции исполнения узлов был представлен в виде множества К0

K0-{K\j-1, ,J0], (7)

где J0 - число рассматриваемых конструкций исполнения узла гидроцилиндра Исходный набор типов уплотнений узла представим в виде множества U0

u0~{ur\r = i, (8)

где Ro - число рассматриваемых уплотняемых узлов гидроцилиндра

Для каждого узла с уплотнениями существуют рекомендуемые диапазоны значений диаметров D"

D" < D" < D" (9)

min I ma\ v /

Рекомендуемые диапазоны рабочих температур Т"

ти ти jö

min 1 ma\ ^ '

Диапазоны рабочих давлений pt, при которых возможно использование уплотнений конкретного типа

Ршп & Ртач 0 0

При герметизации подвижных соединений дополнительно имеется величина, характеризующая срок службы уплотнения в виде числа двойных ходов

За обеспечение требуемой степени герметизации отвечает параметр количество уплотнений в узле М'

М[' = Р{р,0), (13)

где Т7 (/?,£>) - функция, обеспечивающая возврат числа уплотнений в узле в зависимости от значений рабочего давления р и диаметра уплотняемого объекта О

При наличии в ТЗ параметра «скорость движения штока» Ушт, дополнительно осуществляется оценка параметров уплотнений по условию обеспечения конкретным типом уплотнения требуемой скорости

V" а-V (14)

' тах = ' жт ' V 1

где V" - максимально допустимая скорость перемещения конкретного типа уплотнения

Для критериев, которые на стадии проектирования выражаются неизмеримыми понятиями (технологичность, материалоемкость, энергоемкость и др ) оценка производилась методом парных сравнений

Множество допустимых альтернатив компоновок узла формировалось на основе базовых наборов альтернативных вариантов

Оценка альтернативы по критерию С/ - «технологичность» осуществлялась следующим образом Имеется узел А /

4 10} (15)

Пусть С1(А1х) - оценка конструктивного варианта узла А, по критерию С/, полученная методом парных сравнений Исключением вариантов узлов, не отвечающих требованиям по значению диаметра поршня Д температуры рабочей среды Т, рабочему давлению Р, получим множеств А / х, такое что А1Х<ЕА1Я и хЕА1Х

Проводится парное сравнение относительных весов критериев исходя из основной цели задачи Для каждого критерия также определяются относительные веса парного сравнения оцениваемых вариантов компоновки Осуществляется упорядочивание и ранжирование весов вариантов компоновки для каждого критерия, полученных в результате определения собственных векторов матриц парного сравнения

А.. А.

(16)

А я л,, А12

СМ я) сМп) сМи) СМ,„)

Все альтернативы хЕА, х будут иметь оценку по данному критерию

С,(х)= ^ см,)' °7)

4 к

где С1(А1К) - оценки вариантов множества А, Л по критерию С/, полученные

методом парных сравнений,

ЫХ{А{Х) - число альтернатив в множестве А,х

Аналогичным образом проводилась оценка вариантов компоновки узла и по остальным критериям

В третьей главе рассмотрена алгоритмизация процесса параметрического проектирования гидроцилиндров, сформулированы требования к автоматизированной системе параметрического проектирования гидроцилиндров и определены её функции Проанализированы способы представления инженерных знаний, используемых при осуществлении процесса параметризации моделей деталей гидроцилиндра, предложен способ формального описания процесса параметризации этих объектов и рассмотрены структура и механизм построения параметрических моделей деталей и сборочных единиц, выявлены виды и способы задания параметрических связей

Процесс разработки проекта гидроцилиндра состоит из 2-х основных этапов

1 Этапа проектирования, на котором изделие представляется как формальная система и осуществляется выбор соответствующих схем конструкции

2 Этап конструирования, на котором формируются данные общих видов (рассчитанные параметры элементов гидроцилиндра и его характеристики, значения размеров конструктивных элементов) и рабочая документация

Входной информацией этого процесса является дескриптивное описание проектируемого гидроцилиндра, которое содержится в техническом задании

Выходная информация в соответствии с функциональным назначением системы определяет конструктивное описание проектируемого объекта, общепринятой формой представления которого является проектная и конструкторская документация, а компьютерной формой - графические модели, текстовые документы, реляционная и графическая базы данных

Процесс автоматизированного проектирования гидроцилиндров с учетом условий их эксплуатации можно представить в виде следующих структурной схемы (рис 2)

Все блоки было предложено реализовать в виде самостоятельных программных модулей Построение твердотельных моделей необходимых деталей осуществляется программным способом (программная параметризация), синтез конструкции гидроцилиндра осуществляется в автоматическом или автоматизированном режимах путем взаимодействия САПР гидроцилиндров с модулем твердотельного моделирования САБ-системы

Автоматизация проектирования гидроцилиндров с учетом условий их эксплуатации включала решение следующих задач

- формирование исходных данных,

- синтез конструктивной схемы гидроцилиндра, учитывающей условия эксплуатации,

- расчет конструктивных параметров гидроцилиндра,

- проверочный расчет элементов гидроцилиндра,

- автоматизацию построения твердотельных моделей гидроцилиндра и комплекта конструкторской документации

Рис 2 Структурная схема процесса автоматизации проектирования

Для решения данных задач был определен необходимый состав средств автоматизации проектирования (рис 3), который состоит из САПР гидроцилиндров, включающей в себя БД правил формирования сборочных моделей, БД моделей деталей гидроцилиндра, САО-системы и разработанной параметрической библиотеки твердотельных моделей уплотнительных элементов и стандартизованных деталей

САПР гидроцилиндров

Модуль интерфейса с ОАЭ-системой

4

Специализированные модули проектирования гидроцилиндров

БД моделей деталей гидроцилиндра

БД правил формирования сборочных

<1

Модуль твердотельного моделирования

I

САБ-система

ЗЭ-модель гидроцилиндра или детали

Модуль подготовки чертежей

Парам етри ■ческая библиотека Т1/ уплотнительных I элементов

Рис 3 Состав средств автоматизаг^ии проектирования гидроцитнд-

ров

Разработан общий алгоритм автоматизированного проектирования гидроцилиндров с учетом условий эксплуатации (рис 4) Исходными данными для проектирования является формализованное техническое задание, содержащее основные параметры гидроцилиндра (диаметр цилиндра Д ход поршня X, рабочее давление Р, климатические условия, режим работы)

Рис 4 Алгоритм автоматизированного проектирования гидроцилиндров

В качестве основы для разработки автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров предложено использовать САО-систему Функциональные возможности системы были расширены с помощью программно-методических модулей расчетного, модуля построения твердотельных моделей, модуля построения сборочных ЗО-моделей и др В

качестве среды разработки этих модулей использовалась среда объектно-ориентированного программирования Delphi

Для выбора модели представления знаний, используемых при параметризации, было проведено исследование структуры параметрической модели рассматриваемого объекта, представляющей собой перечень конструктивных элементов и отношений между ними Модель детали Д предложено представлять в виде совокупности двухмерных эскизов Sc (контуров) и примененных к ним операций трехмерного моделирования Ор

При описании трехмерной модели были использованы геометрические объекты,ограничения и операции

В качестве геометрических объектов использовались следующие элементы CAD-системы Autodesk Inventor точка, отрезок, дуга, окружность, прямоугольник, правильный многоугольник, сплайн

Ограничениями выступали перпендикулярность, параллельность, каса-тельность, совмещение, концентричность, коллинеарность, горизонтальность и вертикальность

Для формирования твердотельных объектов применялись следующие операции твердотельного и объектно-ориентированного моделирования выдавливание, вращение, отверстие, оболочка, по сечениям, сдвиг, резьба, сопряжение, фаска, наклонная грань

Четвертая глава посвящена созданию автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров

Результатом работы по созданию САПР стала система, обеспечивающая формирование твердотельной модели гидроцилиндра, конструкция которого учитывает условия эксплуатации, и комплекта проектно-конструкторской документации (включая чертеж общего вида, сборочные и деталировочные чертежи и др ) в автоматизированном режиме

На основе предложенного подхода к созданию прикладных САПР разработана структурно-функциональная схема автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров (рис 5)

Построение ЗО-моделей осуществляется подсистемой построения трехмерной модели гидроцилиндра, которая использует набор правил формирования сборочных моделей на основании результатов, полученных в ходе синтеза структуры объекта проектирования Создание твердотельной модели производлось с использованием API Inventor, доступ к которому осуществлялся при помощи СОМ-технологии Укрупненная структурная схема подсистемы построения трехмерной модели гидроцилиндра представлена на рис 6

В созданной системе заложена возможность редактирования создания новых параметрических моделей конструкций изделий На основе новых параметрических моделей возможно осуществить процесс проектирования нового изделия

Разработаны методики построения параметрических моделей структурных элементов конструкции гидроцилиндра в системе Autodesk Inventor

(18)

Техническое задание на проектирование гидроцилиндра

Параметрическая

библиотека уплотнительных

^ элементов _

Подсистема управления библиотекой уплотнений

i

Подсистема ввода исходных данных и анализа условии эксплуатации

Модуль управления подсистемами САПР гидроцилиндров

БД правил формирования 30 моделей и сборочной модели гидроцилиндра

Подсистема структурно параметрического синтеза гидроцилиндра

♦

i

Модуль построения твердотельных моделей деталей CAD-система Autodesk

Inventor

БД исходных данных параметров узлов ГЦ результатов . расчетов

Подсистема расчета конструктивных параметре» ГЦ

Подсистема формирования отчета

3D модель гидроцилиндра

Комплект конструкторской документации

внутренний диаметр гильзы ход поршня рабочее давление коэффициент штока диаметр штока

минимальная и максимальная заделка диаметр условного прохода вид нагрузки

способ затяжки болтовых соединении тип фланца

вид прокладки для фланца фирма изготовитель уплотнения тип уплотнения

1 Расчет толщины сгенки /адроциливдра

2 Расчет резьбовых соединении в гидроцилиндре

3 Расчет фланцев

4 Расчет крепления крышек с гильзои на внутренних и наружных полукольцах

5 Расчет проушин

6 Расчет цапф

7 Определение толщины днища цилиндра

8 Расчет гидроцилиндра на прочность и устойчивость

9 Расчет опорно несущей способности колец гидроцилиндра

Рис 5 Структурная схема САПР гидроцилиндров

Рис 6 Структурная схема подсистемы построения трехмерной модели гидроцилиндра

I! питой г:тт рассмотрен порядок проектирования гплрошшинлров с использованием разработанной автоматизированной системы. Сформулированы минимальные требования к информационному, программному и техническому обеспечению автоматизирован ной систем ы параметрического проектирования гидроцилиндров. Приведена методика и произведена оценка техппко-экономнческон эффективности от использования разработанной автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров.

Внешний вид окон программы представлен на рпс.7.

Рис. 7. Интерфейс окон разработанной системы

Результаты исследований и разработанная автоматизированная система проектирования г и дро цилиндров прошли успешные испытания на предприятии ОАО «Агрегатный завод», а гакже внедрены в учебный процесс Брянского государственного технического университета на кафедре «Компьютерные технологии и системы» при подготовке студентов специальности «САПР» по дисциплинам «Основы САПР», «Разработка САПР», «Автоматизация конструкторского И Технологической? проектирования».

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1 Разработаны общая методика и алгоритм автоматизированного проектирования гидроцилиндров в рамках применения интегрированных САПР, что позволило учитывать условия эксплуатации на ранних стадиях проектирования

2 Построена математическая модель процесса синтеза конструкции гидроцилиндра, компьютерная реализация которой позволяет повысить эффективность и уровень автоматизации проектных процедур за счет сокращения доли рутинных работ в общем балансе времени проектирования

3 Автоматизированы методика и алгоритм расчета конструктивных параметров гидроцилиндра, позволившие сократить время выполнения данного этапа и повысить точность расчетов по сравнению с неавтоматизированным способом

4 Создана автоматизированная система параметрического проектирования гидроцилиндров с учетом условий их эксплуатации, интегрированная с системой твердотельного моделирования Autodesk Inventor, которая позволяет сократить сроки проектирования и повысить качество проектных решений

5 Сформированы в соответствии с разработанными методиками библиотеки параметрических моделей уплотнительных элементов гидроцилиндра и параметры посадочных размеров под них, которые можно использовать при построении твердотельных моделей машиностроительных изделий

6 Предложена методика построения параметрических ЗО-моделей посредством программного интерфейса с CAD-системой, которая позволяет создавать новые твердотельные модели в процессе автоматизированного проектирования

7 Разработанные программно-методические модули, обеспечивающие получение твердотельных моделей гидроцилиндров и использующие функциональные возможности CAD-систем, позволяют применять новые подходы и приемы, выработанные в ходе их создания при разработке САПР других классов машиностроительных изделий

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Беспалов, В А Автоматизация параметрического проектирования гидроцилиндров типа ГЦО / В А Беспалов // Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании НИТ-2004 Тезисы докладов IX всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов Рязань, 2004 - С 117-118

2 Беспалов, В А Использование адаптивных сборочных единиц при параметрическом проектировании / Под ред О А Горленко, И В Говорова //

Тезисы докладов 57-й научной конференции профессорско-преподавательского состава 4 2- Брянск БГТУ, 2005 - С 23-24

3 Аверченков. В И Автоматизация параметрического проектирования гидроцилиндров общего назначения / В И Аверченков, В А Шкаберин, В А Беспалов // Известия Тульского государственного университета Серия Технологическая системотехника Вып 10 - Тула Изд-во ТулГУ, 2006 - С 141-148

4 Аверченков, В И Автоматизация структурно-параметрического синтеза гидроцилиндров / В И Аверченков, Е Е Ваинмаер, В А Беспалов // Вестник БГТУ, Вып 1 - Брянск БГТУ, 2007 - С 52-59

5 Аверченков, В И Автоматизация процедур параметрического проектирования типовых конструкций транспортных машин / В И Аверченков, В А Беспалов, В А Шкаберин // Материалы, технология и оборудование в производстве, эксплуатации, ремонте и модернизации машин Сб научных трудов 6-ой международной конференции - т 1 -Новополоцк ООО «ПГУ», 2007 -С 39-42

Беспалов Виталий Александрович

Автоматизация параметрического проектирования гидроцилиндров с учетом

условий их эксплуатации

Автореферат

Лицензия №020381 от 24 04 97 Подписано в печать 23 05 2007 Формат 60x84 1/16 Бумага типографическая №2 Офсетная печать Печ л 1 Уч изд л, 1 Т ¡00 экз Бесплатно

Брянский государственный технический университет, 241035, г Брянск, б-р 50 чет Октября, д 7 Лаборатория оперативной почиграфии БГТУ, уч Институтская, 16

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРОЦИЛИНДРОВ.

1.1. Общая характеристика гидроцилиндров.

1.2. Анализ существующих подходов к автоматизации проектирования гидроцилиндров.

1.3. Автоматизация проектирования гидроцилиндров в условиях применения интегрированных САПР.

1.4. Анализ методов параметризации технических объектов проектирования.

1.5. Обоснование выбора интегрированной САПР для автоматизации проектирования.

1.6. Постановка цели и задач исследования.

1.7. Выводы к первой главе.

ГЛАВА 2. ФОРМАЛИЗАЦИЯ МЕТОДА ВЫБОРА КОНСТРУКЦИИ ГИДРОЦИЛИНДРА.

2.1. Разработка концепции метода поискового конструирования гидроцилиндров.

2.2. Критерии выбора параметров гидроцилиндра.

2.3. Определение исходного набора альтернативных вариантов узлов гидроцилиндра.

2.4 Формирование множества допустимых альтернатив конструкций узлов гидроцилиндра.

2.5. Методика многокритериального оценивания альтернативных вариантов конструкций основных узлов гидроцилиндра.

2.6. Выводы ко второй главе.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И МЕТОДИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРОЦИЛИНДРОВ С УЧЕТОМ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ.

3.1. Анализ методов, используемых при автоматизации проектирования гидроцилиндров.

3.2. Построение общей методики автоматизированного проектирования гидроцилиндров.

3.3. Алгоритмизация процедуры ввода исходных данных.

3.4. Методика автоматизированного расчета конструктивных параметров гидроцилиндра.

3.5 Алгоритмизация процедур построения трехмерных моделей.

3.6. Выводы к третьей главе.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРОЦИЛИНДРОВ.

4.1. Выбор средств разработки автоматизированной системы проектирования гидроцилиндров.

4.2. Обоснование используемого программного обеспечения системы автоматизированного проектирования гидроцилиндров.

4.3. Разработка структурно-функциональной схемы автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров.

4.4. Информационное обеспечение автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров.

4.4.1. Информационное обеспечение библиотеки уплотнительных элементов.

4.4.2. Информационное обеспечение подсистемы расчета конструктивных параметров гидроцилиндра.

4.4.3. Информационное обеспечение подсистемы построения твердотельных моделей деталей гидроцилиндра.

4.5. Выводы к четвертой главе.

ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРОЦИЛИНДРОВ.

5.1. Краткое описание программного комплекса.

5.2. Практическая реализация автоматизированной системы проектирования.

5.3. Оценка технико-экономической эффективности от использования автоматизированной системы проектирования гидроцилиндров.

5.4. Выводы к пятой главе.

Диапазон использования гидравлических машин и механизмов в современной технике очень широк: от стыковочных узлов сложных технических комплексов до простых гидравлических подъемников. Главным рабочим органом во всех этих машинах являются гидроцилиндры, которые состоят из цилиндрического полого корпуса с донышками с перемещаемым внутри штоком и поршнем. В настоящее время ежегодный объем изготовления некоторых типов гидроцилиндров измеряется миллионами штук. В дальнейшем эти объемы будут увеличиваться, т.к. будет повышаться уровень механизации и автоматизации в промышленности и на транспорте.

Для обеспечения выпуска конкурентоспособной продукции производитель должен предлагать изделия в максимальной степени соответствующие требованиям заказчика. Однако, если процесс проектирования и изготовления гидроцилиндра сводится к выбору уже существующей конструкции с близкими к необходимым технико-эксплуатационным параметрами, то выполнить эти требования не всегда представляется возможным. Такой способ не позволяет создать конструкцию с оптимальными весовыми и прочностными характеристиками, а также учесть конструктивные особенности гидроцилиндра, зависящие от условий его эксплуатации.

В настоящее время условия современного рынка накладывают повышенные требования к качеству изделий машиностроения, а также гибкости машиностроительного производства. Производитель должен обеспечить минимальные затраты на изготовление изделия при сохранении необходимого качества.

Осуществить такие требования представляется возможным, используя средства вычислительной техники на всех этапах производства. Особая роль отводится применению электронных вычислительных машин (ЭВМ) в системах автоматизированного проектирования (САПР). 5

Трудоемкость и стоимость проектирования, как и качество его результатов, определяется объемом и глубиной инженерных знаний предметной области, заложенных в систему проектирования. Особенно актуальным при автоматизированном проектировании изделий является обеспечение учета влияния условий эксплуатации изделия на его конструктивно-технологические параметры.

В существующих системах автоматизированного проектирования в подавляющем большинстве случаев инженерные знания остаются вне системы проектирования. Наиболее эффективным является применение специализированных автоматизированных объектно-ориентированных систем проектирования, адаптированных к конкретной предметной области и использующих формализованные инженерные знания [14,46].

При использовании подобных систем специалист вводит в систему проектирования данные технического задания, учитывающие условия эксплуатации. Далее осуществляется автоматизированный процесс генерации проекта, в котором проектировщик принимает принципиальные решения путем их выбора из вариантов, предлагаемых компьютером на основе использования формализованных инженерных знаний. Подобный подход особенно актуален как при разработке принципиально новых видов изделий, так и при разработке проектов распространенных изделий, например, элементов гидропривода.

Несмотря на высокий уровень типизации элементов конструкции таких изделий, в каждом конкретном случае приходится выполнять большой объем проектно-конструкторских работ. Учитывая острую необходимость в сокращении сроков проектирования, неоднократно делались попытки использовать существующие универсальные САПР. Однако они не дают возможности получать твердотельные модели и конструкторские чертежи проектируемого изделия в автоматизированном режиме и требуют дополнительной реализации алгоритмов автоматизированного расчета.

В настоящее время развитые САПР включают программные компоненты в виде ядра, поддерживающие параметрические возможности. Главным достоинством таких систем является возможность многократного использования одной и той же модели с различными значениями её размерных параметров, что в значительной степени повышает производительность труда конструктора [46].

Задачи конструкторского проектирования принято делить на две основные группы. Одна группа задач группа предназначена для синтеза структуры (топологии) конструкции изделия с учетом её функциональных характеристик - задачи структурного (топологического) проектирования, а другая группа задач определяет геометрические параметры конструкции без изменения ее структуры - задачи параметрического (геометрического) проектирования [60].

Основным показателем комплексного подхода к автоматизации технической подготовки производства является снижение материальных затрат на него, сокращение сроков проектирования и повышение производительности труда.

Потребность в автоматизации инженерного труда связана с постоянным увеличением объема информации и с необходимостью устранения противоречий между качеством проектных решений и сроками их разработки.

Проблема создания систем автоматизированного проектирования машиностроительных изделий затрагивается во многих работах [8, 11, 12, 17, 32, 49, 59, 73, 80, 81], посвященных автоматизации технологической подготовки производства. В частности, в этой области проводили исследования В.И. Аверченков, Л.А. Антипина, В.Б. Ильицкий, А.Г. Ракович, В.Д. Цветков, В.В. Микитянский, Ю.Н. Кузнецов, М.Г. Косов, Н.М. Капустин и др.

Вопросы автоматизации проектирования объектов при отсутствии специализированных САПР решаются методом адаптации универсальной системы к конкретной предметной области путем разработки специализированных приложений, представляющих собой узко-направленные автоматизированные системы проектирования.

Существующие приложения автоматизированного проектирования гидроцилиндров, как правило, реализуют лишь алгоритм, который представляет собой автоматизированный расчет, и не дают возможности получать ЗО-модели и конструкторские чертежи проектируемого объекта. Целью такого расчета является определение (выбор и расчет) основных конструкционных параметров гидроцилиндра и проверка по критериям прочности. Такие системы не позволяют получить структурный состав гидроцилиндра, который зависит от технического задания (ТЗ) на проектирование и условий эксплуатации гидропривода в целом. Структура объекта проектирования позволит построить твердотельную модель объекта проектирования, адаптированную к конкретным условиям эксплуатации и подготовить комплект конструкторской документации.

Таким образом, данная работа, направленная на автоматизацию проектирования гидроцилиндров с учетом условий их эксплуатации в рамках применения интегрированных САПР с использованием методов многокритериального выбора технических решений является актуальной для решения всего комплекса проблем автоматизации технологической подготовки производства.

При выполнении диссертации использовались результаты, полученные в рамках ведомственной научной программы НТП «Развитие научного потенциала высшей школы», per. № 01 2005 07138, Министерства образования и науки РФ, рук. В.И. Аверченков, при выполнении проекта «Автоматизация процедур параметрического проектирования типовых конструкций транспортных машин с учетом условий их эксплуатации», а также в работах по плану проведения НИР в БГТУ с 2003г. по 2007г. Результаты исследований и разработанная автоматизированная система проектирования гидроцилиндров прошли успешные испытания и внедрены в производственный процесс на предприятии ОАО «Агрегатный завод», а также в учебный процесс Брянского государственного технического университета на кафедре «Компьютерные технологии и системы».

Целью работы является сокращение трудоемкости, повышение производительности работ и качества проектирования гидроцилиндров за счет автоматизации процедур параметрического проектирования на основе формализации описания моделей их конструкций, выбора компоновочных схем, учитывающих условия эксплуатации, и создания программно-методических модулей, расширяющих функциональные возможности современных САО-систем.

Для достижения указанной цели в работе решались следующие задачи:

1. Разработка методики автоматизированного проектирования гидроцилиндров с учетом условий их эксплуатации.

2. Формализация методов выбора конструкции гидроцилиндра и их оценки с учетом условий эксплуатации.

3. Разработка методики и алгоритмов построения моделей основных групп элементов конструкции гидроцилиндра для использования их при создании сборочных параметрических моделей.

4. Создание автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров с учетом условий их эксплуатации и всех видов её обеспечения.

5. Разработка библиотеки параметрических моделей уплотнительных элементов, определяющих конструкцию узлов гидроцилиндра в зависимости от условий эксплуатации.

Методология и методы исследования. При выполнении теоретических исследований и реализации поставленной задачи использовались методы системно-структурного анализа и декомпозиции, объектно-ориентированного программирования и анализа, системология инженерных знаний, теория проектирования, теория графов, теория принятия решений и экспертных оценок.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Проведена формализация процесса автоматизированного проектирования гидроцилиндров с учетом условий эксплуатации.

2. Предложен подход к созданию прикладных САПР на основе параметризации, представляющий собой расширение функциональных возможностей существующих САО-систем с помощью специализированных программно-методических модулей, использующих возможности АР1-интерфейса САО-систем по созданию твердотельных параметрических моделей, адаптированных к конкретной предметной области.

3. Предложена методика параметризации и хранения твердотельных моделей на примере деталей силовых цилиндров.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Структура и универсальные алгоритмы автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров, учитывающие условия их эксплуатации, которые могут быть использованы при автоматизации конструкторской подготовки производства широкого класса изделий.

2. Методика автоматизированного проектирования гидроцилиндров, позволяющая учитывать условия их эксплуатации.

3. Способ формального описания процесса параметризации объектов проектирования, заключающийся в определении множества структурных элементов объекта, отношений между ними и способов их формирования.

Практическую ценность работы составляют:

1. Предложенные методики автоматизированного проектирования гидроцилиндров, основанные на выборе оптимальных конструкций узлов для конкретных условий их эксплуатации.

2. Созданная автоматизированная система параметрического проектирования гидроцилиндров.

3. Разработанный специализированный модуль автоматизированного формирования сборочных 3 D-моделей в системе Autodesk Inventor. В первой главе дается обзор основных особенностей конструкций гидроцилиндров и проведен анализ существующих методов их проектирования.

Выявлено, что в зависимости от условий эксплуатации гидроцилиндров существует достаточно большое количество вариантов их исполнения: различные конструктивные схемы, разнообразные защитные покрытия деталей, определенные типы уплотнений, способы герметизации неразъемных соединений. Поэтому проектирование новой модели гидроцилиндра является довольно трудоемкой задачей. Значительное время уходит на выбор необходимой конструкции гидроцилиндра, анализ конфигурации отдельных ее узлов на соответствие их эксплуатационным условиям, выполнение проектных и проверочных расчетов, подготовку комплекта документации, необходимой для изготовления изделия.

Анализируется современное состояние работ по автоматизации проектирования и, в частности, проектирования гидроцилиндров. Вопросы автоматизированного проектирования машиностроительных объектов рассматривались в работах В.И. Аверченкова, Г.Н. Васильева, Г.Б. Евгеньева, Н.М. Капустина, В.А. Камаева, В.Г. Митрофанова, И.П. Норенкова, Ю.А. Пертена, A.B. Петрова, В.Д. Цветкова и др.

Выявлено, что в настоящее время отсутствуют системы автоматизированного проектирования гидроцилиндров, учитывающие условия их эксплуатации и выполняющие стадии от ввода технического задания до выхода твердотельной модели и комплекта документации. Процесс проектирования сводится к выбору уже существующих моделей или к частичной автоматизации традиционной методики расчета и конструирования, которая опирается на использование справочной литературы и собственного опыта проектировщика.

Приводится обоснование актуальности создания автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров.

Рассмотрен процесс проектирования гидроцилиндров на основе выполненного обзора методов проектирования, с учетом особенностей конструкции гидроцилиндра, выбран метод типового вариантного проектирования, который был положен в основу создаваемой системы. Практическая реализация данного метода осуществлялась с помощью методов параметризации. Проблема параметризации машиностроительных объектов рассматривалась в работах С.А. Борисова, С.Ю. Козлова, В.И. Аверченкова, М.Ю. Рытова и др. При этом под параметризацией понимается возможность изменения геометрических и/или негеометрических характеристик модели объекта проектирования путем изменения небольшого числа определяющих эти характеристики параметров.

Дан анализ современных отечественных и зарубежных CAD-систем, на основе которого установлено, что система Autodesk Inventor, обладающая большими возможностями параметризации создаваемых моделей, является подходящей основой для разработки автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров.

Вторая глава посвящена разработке математической модели выбора конструкции гидроцилиндра, основанной на методе анализа иерархий (МАИ).

Установлено, что по условиям эксплуатации можно выделить три условные группы гидроцилиндров:

- привода в действие рычажных механизмов рабочего оборудования, совершая полезную работу, повторяющуюся циклически;

- перемещения рабочих органов, совершая полезную работу в процессе движения;

- установки рабочих органов или всей машины в определенное положение.

Основными задачами, на решение которых ориентирована предлагаемая математическая модель, является формирование множества допустимых альтернативных вариантов конструкций гидроцилиндров, оценивание альтернатив по выявленным критериям и их ранжирование с учетом предпочтительности.

Для выбора конструкции гидроцилиндра, наиболее соответствующей требованиям ТЗ, необходимо иметь описания множества основных узлов конструкции гидроцилиндра (информационная модель) и алгоритмы оценки интересующих показателей каждого узла из этого множества (процедура синтеза).

В виду большого количества моделей и конструкций гидроцилиндров в рамках данной работы рассматривались гидроцилиндры с односторонним штоком. Предложено из набора принципиальных элементов гидроцилиндра, содержащего множество альтернативных решений, осуществлять выбор одного варианта компоновки каждого узла в соответствии с требованиями ТЗ. Каждому элементу принципиальной схемы соответствует один или несколько конструктивных элементов (технических решений), хранящихся в базе знаний в форме параметризованных фрагментов. Окончательно одно из решений выбирается на основании соответствия варианта конструкции тому или иному критерию. При поисковом конструировании использовался морфологический метод синтеза и анализа принципиальных и конструктивных решений. Создано морфологическое множество, включающее в себя все структурные решения и конструктивные исполнения гидроцилиндров.

В третьей главе рассмотрена алгоритмизация процесса параметрического проектирования гидроцилиндров, сформулированы требования к автоматизированной системе и определены её функции. Проанализированы способы представления инженерных знаний, используемых при осуществлении процесса параметризации моделей деталей гидроцилиндра, предложен способ его формального описания и рассмотрены структура и механизм построения параметрических моделей деталей и сборочных единиц, выявлены виды и способы задания параметрических связей.

Четвертая глава посвящена созданию автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров. Результатом работы по созданию САПР стала система, обеспечивающая формирование твердотельной модели гидроцилиндра, конструкция которого учитывает условия эксплуатации, и комплекта проектно-конструкторской документации (включая сборочную ЗО-модель и модели деталей гидроцилиндра) в автоматизированном режиме.

В пятой главе рассмотрен порядок проектирования гидроцилиндров с использованием разработанной автоматизированной системы, сформулированы минимальные требования к информационному, программному и техническому обеспечению автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров. Приведена оценка технико-экономической эффективности от использования разработанной автоматизированной системы проектирования.

5.4. Выводы к пятой главе

1. Сформулированы требования к техническому обеспечению для устойчивого функционирования разработанной автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров с учетом условий их эксплуатации.

2. Представлен порядок проектирования гидроцилиндра в разработанной системе, который позволяет быстро её освоить.

3. Показаны результаты работы автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров, которые подтверждают её работоспособность и актуальность использования. Получены ЗЭ-модель гидроцилиндра, сборочные и деталировочные чертежи, что подтверждает работоспособность разработанной автоматизированной системы.

4. Приведена методика оценки технико-экономической эффективности от использования разработанной автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров. Оценка показала безубыточность автоматизированной системы проектирования гидроцилиндров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований разработана методика автоматизированного проектирования гидроцилиндров, позволяющая учитывать условия их эксплуатации; структура и универсальные алгоритмы автоматизированной системы параметрического проектирования гидроцилиндров, учитывающей условия их эксплуатации, которые могут быть использованы при автоматизации конструкторской подготовки производства широкого класса изделий; способ формального описания процесса параметризации объектов проектирования, заключающийся в определении множества структурных элементов объекта, отношений между ними и способов их формирования.

Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на 57-й научной конференции профессорско-преподавательского состава (Брянск, БГТУ), IX всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов НИТ-2004 (Рязань), VI международной научно-технической конференции «Материалы, технологии и оборудование в производстве, эксплуатации, ремонте и модернизации машин» (Новополоцк, 2007), техническом совете предприятия ОАО «Агрегатный завод» (г. Людиново).

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Компьютерные технологии и системы» Брянского государственного технического университета.

Результаты исследований и разработанная автоматизированная система проектирования гидроцилиндров прошли успешные испытания и внедрены в производственный процесс на предприятии ОАО «Агрегатный завод», а также нашли применение в учебном процессе Брянского государственного технического университета на кафедре «Компьютерные технологии и системы» при подготовке специалистов по дисциплинам «Основы САПР», «Разработка САПР», «Лингвистическое и программное обеспечения».

При выполнении работы были получены следующие основные выводы и результаты:

1. Разработаны общая методика и алгоритм автоматизированного проектирования гидроцилиндров в рамках применения интегрированных САПР, что позволило учитывать условия эксплуатации рассматриваемых объектов на ранних стадиях их проектирования.

2. Построена математическая модель процесса синтеза конструкции гидроцилиндра, компьютерная реализация которой обеспечивает повышение эффективности и уровня автоматизации проектных процедур за счет сокращения доли рутинных работ в общем балансе времени проектирования.

3. Автоматизированы методика и алгоритм расчета конструктивных параметров гидроцилиндра, позволившие сократить время выполнения данного этапа и повысить точность расчетов по сравнению с неавтоматизированным способом.

4. Создана автоматизированная система параметрического проектирования гидроцилиндров с учетом условий их эксплуатации, интегрированная с системой твердотельного моделирования Autodesk Inventor, которая позволяет сократить сроки проектирования и повысить качество проектных решений.

5. Сформированы в соответствии с разработанными методиками библиотеки параметрических моделей уплотнительных элементов гидроцилиндра и параметры посадочных размеров под них, которые можно использовать при построении твердотельных моделей машиностроительных изделий.

6. Предложена методика построения параметрических ЗО-моделей посредством программного интерфейса с CAD-системой, которая нашла применение при создании новых твердотельных моделей в процессе автоматизированного проектирования.

7. Разработанные программно-методические модули, обеспечивающие получение твердотельных моделей гидроцилиндров и использующие функциональные возможности САО-систем, позволяют использовать новые подходы и приемы, выработанные в ходе их создания при разработке САПР других классов машиностроительных изделий.

1. Сеннов, А.С. Access 2003. Практическая разработка баз данных / А.С. Сенов //СПб.: Питер, 2006. 256 с.

2. Сорокин, А.В. Delphi: Разработка баз данных / А.В. Сорокин // Издательство: Питер, 2005. 480 с.

3. Кучеренко В. Delphi: таблицы и OLE-приложения // В. Кучеренко / Издательство: Майор, 2003. 192 с.

4. Microsoft Windows API. Справочник системного программиста. Издательство: ТИД ДС, 2004 г. - 1216 с.

5. Абрамов, Е.И., Элементы гидропривода / Е.И. Абрамов, К.А. Колес-ниченко, В.Т. Маслов // Киев. Издательство «Техника», 1977. 319 с.

6. Аверченков, В.И. Автоматизация параметрического проектирования гидроцилиндров общего назначения / Аверченков В. И., Шкаберин В.

7. A., Беспалов В. А. // Известия Тульского государственного университета. Серия Технологическая системотехника. Вып. 10. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006.-С. 141-148.

8. Аверченков, В.И. Автоматизация проектирования приспособлений /

9. B.И. Аверченков, В.Б. Ильицкий // Учеб. пособие. Брянск: БИТМ, 1989.-174 с.

10. Ю.Аверченков, В.И. Автоматизация структурно-параметрического синтеза гидроцилиндров / В.И. Аверченков, Е.Е. Ваинмаер, В.А. Беспалов // Вестник БГТУ. 2007. - №1 - С.52-59.

11. Аверченков, В.И. САПР технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов / В.И. Аверченков, И.А. Каштальян -Брянск- Учеб. пособие для вузов, 1993. 288 с.

12. Аверченков, В.И. Создание системы автоматизированного проектирования типовых изделий на основе параметризации / В.И. Аверченков, В.Н. Ивченко, М.Ю.Рытов // Известия ТГУ. Вып.1 Технологическая системотехника. Тула, 2003. С. 70-76.

13. Андон, Ф. Язык запросов SQL. Учебный курс / Ф. Андон, В. Резни-ченко // СПб.: Питер, 2006. 415 с.

14. Андрейчиков, A.B., Андрейчикова О.Н. Компьютерная поддержка изобретательства (методы, системы, примеры применения)./А.В. Анд-рейчиков, A.B. Андрейчикова- М.: Машиностроение, 1998,- 476 с.

15. Баас, P. Delphi / Р. Баас, М. Фервай, X. Гюнтер // Издательство Ирина, 2004.-494 с.

16. Баженов, А. И. Проектирование следящих гидравлических приводов летательных аппаратов / А.И. Баженов, Н.С. Гамынин, В. И. Карев и др. // Под ред. Н. С. Гамынина. М.: Машиностроение, 1981.-312 с.

17. Бажин, И.И. Автоматизированное проектирование машиностроительного гидропривода / И.И. Бажин, Ю.Э. Беренгард, М.М. Гайцгори и др.; под общ. ред С.А. Ермакова // М.: Машиностроение, 1988. - 312 е.: ил.

18. Бакнелл, Дж. Фундаментальные алгоритмы и структуры данных в Delphi // Пер. с англ. Издательство: ДиаСофтЮП, 2003 г. 560 с.

19. Батищев, Д.И. Поисковые методы оптимального проектирования / Д.И. Батищев // М.: Советское радио, 1975. 216 с.

20. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика / Т.М. Башта // Москва, Издательство Машиностроение, 1971. 670 с.

21. Белов, В.В., Теория графов:/ В.В. Белов, Е.М. Воробьёв, В.Е. Шаталов. М.: Высш. школа, 1976.- 392 с.

22. Березина, Л.Ю. Графы и их применение / Л.Ю. Березина // М.: Просвещение, 1979.- 143 с.

23. Борисов, А.Н., Обработка нечеткой информации в системах принятия решений / А.Н. Борисов, A.B. Алексеев, Г.В. Меркурьева и др. М.: Радио и связь, 1989.-304 с.

24. Борн, Г. Форматы данных: графика, текст, базы данных, электронные таблицы/ Пер. с нем., Г. Борнн Киев: Bhv, 1995.-472 с.

25. Васильченко, В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин / В.А. Васильченко//Справочник. М.: Машиностроение, 1983. -301с.

26. Вербовой, Л.В. Работа в Autodesk Inventor / JI.B. Вербовой // Москва: Высшая школа, 2004. 490 с.

27. Гавриленко, Б.А. Гидравлический привод / Б.А. Гавриленко, В.А. Минин, С.Н. Рождественский // М., Машиностроение, 1968. 502 с.

28. Гардан, И., Люка М. Машинная графика и автоматизированное конструирование / И. Гардан, М. Люка //.: Пер. с Франц. М.: Мир, 1987.272 с.

29. ЗЬГилл, Ф. Практическая оптимизация / Ф. Гилл, У. Мюррей, М. Райт // Пер. с англ. М.: Мир, 1985. 509 с.

30. Горанский, Г.К., Технологическое проектирование в комплексных автоматизированных системах подготовки производства./ Г.К. Горанский, Э.И. Бендерева.- М.: Машиностроение, 1981. 456 с.

31. ГОСТ 14140-81 Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски расположения осей отверстий для крепёжных деталей.

32. ГОСТ 16516-80 Условные проходы гидравлических и пневматических систем.

33. ГОСТ 17752-81 Гидропривод объёмный и пневмопривод. Термины и определения.

34. ГОСТ 19.701 -90 (ИСО 5807-85) ЕСПД Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения. Издательство стандартов, 1991.

35. ГОСТ 22771-77 Автоматизированное проектирование. Требования к информационному обеспечению.

36. ГОСТ 23501.101-87 Системы автоматизированного проектирования. Основные положения.

37. ГОСТ 25020-93 Гидроприводы объёмные и пневмоприводы. Цилиндры. Присоединительные резьбы штоков и плунжеров. Типы и размеры.

38. ГОСТ 34.201-89 Виды, комплектность и обозначение документов при создании автоматизированных систем.

39. ГОСТ 34.601-90 Автоматизированные системы. Стадии их создания.

40. ГОСТ 34.602-89 Техническое задание на создание автоматизированной системы.

41. ГОСТ 34.603-92 Виды испытаний автоматизированных систем.

42. ГОСТ 6540-64 и 14063-68 Гидроцилиндры и пневмоцилиндры. Ряды основных параметров.

43. Добряков, A.A., Методы интеллектуализации САПР.: учеб./ A.A. Добряков.- М.: Наука, 1992.-287 с.

44. Евгеньев, Г.Б Системология инженерных знаний // Учеб. пособие для вузов. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.-376 с.

45. Жуковин, В.Е. Нечеткие многокритериальные модели принятия решений // Тбилиси: Мецниереба, 1988. 69 с.

46. Иванова, Г.С. Объектно-ориентированное программирование / Г.С. Иванова, Т.Н. Ничушкина, Е.К. Пугачев // М.: Издательство МГТУ им. Баумана, 2001. 320с.

47. Ильин, В. Н. Разработка и применение программ автоматизации схемотехнического проектирования / В. Н. Ильин, B.J1. Коган // М.: Радио и связь, 1984.-368 с.

48. Ильицкий В.Б. Станочные приспособления. Конструкторско-технологическое обеспечение эксплуатационных свойств / В.Б. Иль-ицкий, В.В. Микитянский, J1.M. Сердюк // М.: Машиностроение, 1989. -208 е.: ил.

49. Инвариантные компоненты систем автоматизации проектирования приспособлений / Под общей ред. А.Г. Раковича. Мн.: Наука и техника, 1980, 160 с.

50. Информационные ресурсы www-сервера АО Топ-системы. Адрес в internet: http://www.topsystems.ru.

51. Информационные ресурсы www-сервера компании SolidWorks-Russia. Адрес в Internet: http://www.solidworks.ru

52. Информационные ресурсы www-сервера российского представительства компании Unigraphics Solutions. Адрес в Internet: http://www.ugsolutions.ru

53. Информационные ресурсы официального www-сервера компании Autodesk. Адрес в Internet: http://www.autodesk.com5 8.Информационные ресурсы сайта журнала САПР и графика: www.cad.ru -посвященные анализу CAD/CAM/CAE-систем.

54. Казеннов, Г.Г. Основы построения САПР и АСТПП / Г.Г. Казеннов,

55. A.Г. Соколов // М.: Высш. шк., 1989. 200 с.

56. Капустин, Н.М. Автоматизация конструкторского и технологического проектирования САПР / Н.М. Капустин, Г.Н. Васильев // Минск: Вы-шейш. шк., 1988.- 191 с.

57. Капустин, Н.М. Автоматизация машиностроения // М.: Высш. шк., 2003. 223 с.

58. Карпов, Б. Delphi: Специальный справочник. СПб.: Питер, 2001. -688 с.

59. Керимов, Э. Г. Автоматизированное проектирование конструкций / Э. Г. Керимов, С.А. Багиров // М.: Машиностроение, 1985. 135 с.

60. Комплекс общеотраслевых руководящих методических материалов по созданию АСУ и САПР (Государственный комитет по науке и технике) // М.: Статистика, 1980. 119 с.

61. Корн, Г. Справочник по математике (для научных работников и инженеров) / Г. Корн, Т. Корн // М., 1973. 832 е., с ил.

62. Корячко, В.П. Теоретические основы САПР / В.П. Корячко,

63. B.М.Курейчик, В.Н. Норенков // М: Энергоатомиздат., 1987. 400 с.

64. Малахов, Ю.А. Повышение точности и производительности обработки заготовок с применением прогрессивных поводковых приспособлений / Ю.А. Малахов // Автореферат дисс. канд. техн. наук: 05.02.08 Технология машиностроения. - Брянск: БИТМ, 1992. -15 с.

65. Липаев, В.В., Проектирование программных средств / В.В. Липаев // М.: Высш. шк., 1990.-303 с.

66. Малиновский, В.Ю. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ / В. Ю. Малиновский, Л. Б. Зарецкий, Ю. Г. Беренгард и др. // Под ред. Е. Ю. Малиновского. М. Машиностроение, 1980.216 с.

67. Марутов, В.А. Гидроцилиндры / В.А. Марутов, С.А. Павловский // М.: Издательство Машиностроение, 1966. 169 с.

68. Методические указания на проектирование систем объемного гидропривода машин транспортного строительства. // М: Оргтрансстрой, 1972.

69. Норенков, И.П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб и доп./ И.П. Норенков.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002.-336 с.

70. Норенков, И.П. Разработка систем автоматизированного проектирования // Учебник для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1994. -207 е., ил.

71. Норенков, И.П., Информационная поддержка наукоемких изделий. САЬБ-технологии.: Учеб./ И.П. Норенков, П.К.Кузьмик М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.-320 е.: ил.

72. Орлов, П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. 3-е изд., исправл. - М.: Машиностроение, 1988.- 544 е.: ил.

73. Орловский, С.А., Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации.: учеб./ С.А. Орловский,- М.: Наука, 1981.-208 с.

74. Павлов, В.В. Типовые математические модели в САПР ТПП // М.: Мосстанкин, 1989. 75с.

75. Прачер, В. Основы теории оптимального проектирования конструкций // Пер.с англ. -М: Мир, 1977. 111 с.

76. Рытов, М.Ю. Автоматизация параметрического проектирования ленточных конвейеров с подвесной лентой / М.Ю. Рытов // Автореферат дисс. канд. техн. наук: 05.13.12 Системы автоматизации проектирования. - Брянск: БГТУ, 2002. - 20 с.

77. Ракович, А.Г. Автоматизация проектирования приспособлений для металлорежущих станков // М.: Машиностроение, 1980. 136 е., ил.

78. Рыбаков, А.В. Особенности выбора графической среды для промышленного проектирования объектов машиностроения // Информационные технологии, №5, 2002, стр. 13-20.

79. Саати, Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий // М.: Радио и связь, 1993.-320 с.

80. Савин, И.Ф. Гидравлический привод строительных машин // М.: Стройиздат, 1974.

81. Свэн, В. Г. Методы прямого поиска для решения задач с ограничениями // Числевные методы условной минимизации: Пер. с англ. М.: Мир 1977. С. 211—234.

82. Системы автоматизированного проектирования: В 9-ти кн. Кн.9. Иллюстрированный словарь: Учеб. пособие для втузов/Д.М. Жук, П.К. Кузьмик, В.Б. Маничев и др.: Под ред. И.П. Норенкова. М.: Высш.шк., 1986.-159 е.: ил.

83. Смирнов, O.JI. САПР: формирование и функционирование проектных модулей.: учеб. / O.JI. Смирнов, С.Н. Падалко, С.А. Пиявский // М.: Машиностроение, 1987. 287 с.

84. Трифанов, О.Н. Гидравлические системы металлорежущих станков / О.Н. Трифанов // Москва: Издательство Машиностроение, 1978. 204 с.

85. Фаронов, В.В. Delphi 6.: Учебный курс / В.В. Фаронов // М.: Издатель Молгачева C.B., 2001.

86. Фридман, A.JI. Основы объектно-ориентированной разработки программных систем // М.: Финансы и статистика, 2000. 192 с.91ЛОшкин, В.В. Основы расчета объемного гидропривода // Минск: Вы-шэйшая школа, 1982.