автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Повышение эффективности технической подготовки производства на основе автоматизированной системы (на примере редуктора)

Введение

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Классификация систем автоматизированного проектирования.

1.2. Система электронной документации на основе CALS-технологий.

1.3. Обоснование выбора CAD-систем AutoCAD и T-FLEX CAD 3D для создания твердотельных моделей объектов.

1.3.1. Использование системы AutoCAD в трехмерном моделировании.

1.3.2. Использование системы T-FLEX CAD в трехмерном моделировании.

1.4. Обоснование выбора универсальной CAE/FEM-системы ANSYS/LS-DYNA/ED для решения конструкторских и технологических задач.

1.5. Постановка задачи исследования.

1.6. Выводы по главе 1.

2. ОБЩАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАШИН.

2.1. Стратегии проектирования.

2.2. Процесс инженерного проектирования.

2.3. Методы морфологического анализа.

2.4. Выводы по главе 2.

3. ЛОГИКА ИНТЕРАКТИВНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

3.1. Формулировка основных требований к рассматриваемому объекту.

3.2. Разделение объекта на функциональные узлы.

3.3. Логика проектирования.

3.3.1. Выбор кинематической схемы редуктора.

3.3.2. Проектировочные расчеты.

3.3.3. Конструирование и крепление зубчатых колес.

3.3.4. Конструирование подшипниковых узлов качения и валов

3.4. Дерево решения.

3.5. Выводы по главе 3.

4. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ

ИНЖЕНЕРНЫХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ РЕДУКТОРОВ.

4.1. Использование интерактивного метода технологии проектирования при решении задачи синтеза конструкции редуктора.

4.2. Информационные массивы, используемые на различных этапах проектирования редукторов.

4.3. Особенности реализации архитектуры систем управления базами данных.

4.4. Проведение расчетов с использованием математических моделей.

4.5. Взаимодействие разработанной программы с другими системами.

4.6. Преимущества использования современной автоматизированной методики проектирования объектов машиностроения.

4.7. Выводы по главе 4.

Актуальность.

Интенсификация процессов проектирования привела к широкому применению вычислительной техники, что открывает новые возможности для повышения эффективности автоматизированного проектирования. Эти возможности нашли свое выражение в развивающейся совокупности методов и средств проектирования, получивших название CALS-технологий. Трудами Ю.М. Соломенцева, В.Г. Митрофанова, Н.М. Султан-заде, Г.Д. Волковой, В.В. Павлова, А.Ф. Прохорова, А.И. Половинкина, Дж. К. Джонса, С.А. Шептунова, JI.M. Червякова и др. внесен значительный вклад в методологию проектирования на отдельных этапах жизненнрго цикла изделия, так и в совокупности для всех этапов.

В результате разработки систем автоматизированного проектирования создано информационное пространство для автоматизированной поддержки решений, начиная от применяемых средств машинной графики и заканчивая множеством стандартов и различных численных методов (например, методов конечных и граничных элементов).

При проектировании изделий заданного типа возникает задача выбора средств поддержки процесса проектирования с минимальной информационной избыточностью, кроме того, сами средства поддержки для решения одной и той же задачи различаются методами и подходами к решениям. Поэтому из множества вариантов средств поддержки необходимо выбрать такие средства, или разрабатывать новые, которые обеспечивали бы создание рационального изделия в короткие сроки. Выбор средств поддержки невозможен без рассмотрения логики проектирования.

Например, при проектировании редукторов и коробок скоростей возникает в общем случае задача выбора параметров конструкции из значительного количества вариантов на основании интерактивного подхода с использованием традиционных методов проектирования, в которых может быть использован также метод конечных элементов, но не всегда ясно, в каких случаях может быть использован тот или иной вариант или метод.

Таким образом, существенное повышение конкурентоспособности изделия, сокращение затрат на проектирование может быть достигнуто за счет рационального сочетания при использовании как традиционных методов, так и CAE/FEM-систем (Computer Aided Engineering/Finite Element Modeling).

В связи с этим диссертационная работа, посвященная разработке логики проектирования и выбору на ее основе средств поддержки процесса проектирования, является актуальной.

Целью работы является повышение эффективности проектирования технических систем (на примере редукторов и коробок скоростей) на основе интеграции логики проектирования и автоматизированных средств поддержки.

Научная новизна состоит в установлении связей между этапами, определяемыми логикой проектирования в интерактивном режиме и автоматизированными средствами поддержки конструкторских решений.

На защиту выносится:

1. Анализ стратегий и методов автоматизированного проектирования.

2. Процедуры проектирования, построенные на основе морфологического анализа.

3. Логика проектирования технических систем на примере редуктора.

4. Структура базы данных по информационной поддержке ' процесса проектирования.

Методы исследования.

При выполнении работы использовались теоретические положения ИПИ-технологии, основные положения методологии проектирования машин, машиноведения и деталей машин, теории упругости.

Практическая ценность работы состоит в разработке методического и информационного обеспечения системы автоматизированного проектирования редукторов и коробок скоростей. Научные результаты исследований используются в работе кафедры ОКМ МГТУ «Станкин» при проектировании.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались на семинарах кафедр «Теория машин и механизмов» и «Основы конструирования машин» МГТУ «Станкин».

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы из 56 наименований. Общий объем работы 192 страницы.

5. Основные выводы и рекомендации

1. Проведенный анализ литературных источников показал, что в настоящее время существует обширная литература по проектированию. При этом в работах даются рекомендации по проектированию, однако отсутствует в явном виде логика проектирования.

2. Показано, что процесс проектирования редуктора представляет собой многовариантную задачу значительной размерности, содержащей порядка 8*Ю20 вариантов. Сужение размерности задачи возможно на основе логики проектирования.

3. В основу логики проектирования положена пошаговая процедура, основанная на дискретизации конструкции на элементы и выбор рационального варианта элемента на каждом шаге на основе экспертных оценок.

4. Пошаговая процедура позволяет выявить необходимую для проектирования информацию и сформулировать требования к базе данных.

5. База данных для поддержки автоматизированного проектирования в интерактивном режиме состоит из двух основных частей — графической для изображения элементов конструкции и расчетной, необходимой как для проектирования, так и оценки эксплуатационных свойств.

6. Применение МКЭ открывает широкие возможности для уточнения расчетов и его рекомендуется использовать при оценке, например, концентрации напряжений, определения напряжений в валах при автоматизированном расчете. Однако, МКЭ не позволяет учитывать специфику работающих деталей, например, концентрацию нагрузки, динамические факторы. В этих случаях целесообразно использовать отработанные методики расчетов. Например, при расчете зубчатых передач следует опираться на ГОСТ 21354-87.

7. Создание базы данных информационной системы поддержки проектирования на основе реляционной модели позволило создать гибкую структуру, обеспечивающую хранение и оперативный доступ к информации, используемой на различных этапах проектирования редуктора.

8. Архитектура программного комплекса информационной системы построена с использованием технологии «клиент-сервер». Выбранный подход, а также используемые инструментальные средства, позволяют достичь приемлемого быстродействия работы приложения, обеспечить его надежное функционирование, масштабируемость и удобство использования.

9. Программные модули информационной системы позволяют пользователю производить поиск и выбор из большого объема справочной информации по составным элементам редуктора, сохранять и просматривать данные о созданных конструкциях редукторов, их геометрических размерах, эксплуатационных характеристиках и типовых элементах. Кроме того, имеется возможность автоматизированной подготовки входных данных для проведения комплекса математических расчетов зубчатых передач и валов.

10.Формирование структуры баз данных информационной системы в соответствии с концепцией CALS позволяет при использовании в процессе эксплуатации специализированного интерфейса обмена данными STEP интегрировать разработанный пакет с различными CAD/CAM системами.

1. Груфер М. САПР и автоматизация производства. /Зиммерс Э./ -М.: Мир, 1987. 528 с.

2. Журнал «САПР и графика», изд. Компьютер Пресс, № 8, 1998 г.

3. Крепко Ю.А. Автокад 13: новые возможности: в 2-х ч. М.: ДИАЛОГ МИФИ, 1997. - 288 с.

4. AutoCAD 14. Руководство пользователя. Autodesk, Inc, 1997. -874 с.

5. Mechanical Desktop. Руководство пользователя. Autodesk, Inc, 1998.-538 с.

6. Автоматизация проектирования и подготовки производства. Рекламный проспект АО «Топ Системы», 1999. 24с.

7. Автоматизация проектирования и подготовки производства. Рекламный проспект АО «Топ Системы», 2000. 23 с.

8. Соломенцев Ю.М., Рыбаков А.В. Компьютерная подготовка производства. Автоматизация проектирования, 1997, №1, с.3-7.

9. К.Н. Жеков. Современные системы автоматизации инженерных расчетов. — Автоматизация проектирования, 1999, №1.

10. Соболев А.Н. Исследование процессов пластического деформирования с использованием пакета ANSYS/ED 5.6. Автоматизация и управление в машиностроении, 2001, №16.

11. Калинин В.И. В помощь конструктору станкостроителю / В.И. Калинин, В.Н. Никифоров, Н.Я. Аникеев, Б.Б. Лисица, М.Я.Кроль. - М.: Машиностроение, 1983. - 288 с.

12. Половинкин А.И. ЭВМ: поиск новых технических решений Наук и жизнь, 1976, №10, с. 54-61.

13. Джонс Дж. К. Инженерное и хозяйственное конструирование (современные методы). М.: Мир, 1976. - 375 с.

14. Джонс Дж. К. Методы проектирования. М.: Мир, 1986. - 328 с.

15. Диксон Дж. Проектирование систем: изобретательство, анализ и принятие решений. М.: Мир, 1969. - 442 с.

16. Шептунов С.А. Жизненный цикл продукции. М.: Янус —К, 2003. - 244 с.

17. Богословский И.В. Автоматизация концептуальной стадии проектирования приводов заданного целевого назначения. ???? М.: МГТУ (Станкин), 1997. - 37 с.

18. Прохоров А.Ф. Общая методология проектирования машин. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1994. - 45 с.

19. SANDVIK COROMANT. Каталог продукции.

20. GUHRING. Каталог продукции.

21. Mitsubishi Carbide. Каталог продукции.

22. Колчин А.Ф. Управление жизненным циклом продукции / Стре-калов А.Ф., Овсянников М.В., Сумароков С.В. М.: Анахарсис, 2002.-204 с.

23. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества. М.: Машиностроение, 1988. - 368 с.

24. Дитрих Я. Проектирование и конструирование. Системный подход.-М.: Мир, 1981.-456 с.

25. Жуков К.П. Проектирование деталей и узлов / К.П. Жуков, Ю.Е. Гуревич. М.: МГТУ (Станкин), 1999. - 616 с.

26. Дунаев П.Ф. Детали машин. Курсовое проектирование. / П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. М.: Машиностроение, 2003. - 536 с.

27. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин. — М.: высшая школа, 1966. 362 с.

28. Иванов М.Н. Детали машин. Учебник. М.: Высшая школа, 1991. -383 с.

29. Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в 3-х книгах. М.: Машиностроение, 1977.

30. Боков К.Н. Курсовое проектирование деталей машин. /Ицкович Г.М., Киселев В.А., Чернавский С.А. М.: Машгиз, 1955. - 440 с.

31. Реймерс А.Н. Основы конструирования машин. М.: Машиностроение, 1965. -228 с.

32. Козлов JI.A. Повышение эффективности процесса проектирования машиностроительной продукции на основе когнитивного моделирования на ранней стадии проектной деятельности. Автореферат. М.: МГТУ «Станкин», 2001. - 52 с.

33. Завгородний Ю.П. Современные компоновочные решения шпиндельных узлов металлорежущих станков с ЧПУ / Кузнецов А.П., Чернавский Л.Б., Петров Н.А., Вареник Л.И. М.: ВНИИТЭМР, 1988.- 133 с.

34. Walzlager and den Wegen des technische Fortschritts / hrsg. von FAG Kugelfischer - KgaA, Odenburg, 1987. - 304 c.

35. Жуков К.П. Расчет и проектирование деталей машин / Кузнецова А.К., Масленникова С.И., Столбин Г.Б., Хлунов В.А., Цейтлин Н.И. М.: Высшая школа, 1978. - 247 с.

36. Гуревич Ю.Е. Расчеты деталей машин / Ю.Е. Гуревич, Б.Я. Вы-ров М.: МГТУ «Станкин», 2003. - 232 с.38. ГОСТ. Зубчатые передачи.

37. Высокоточные подшипники. II издание. Каталог SNFA. 2002 76 с.

38. Подшипники качения. Каталог. ИНА Вельцлагер Шеффлер КГ Херцогенаурах. 2002. 240 с.

39. Чуприн А.И. AutoCAD 2005. Лекции и упражнения / Чуприн В.А. -М.: ООО «ДиаСофтЮП», 2005, 1200 с.

40. Рыбаков А.В. Создание автоматизированных систем в машиностроении / Рыбаков А.В., Евдокимов С.А., Меленина Г.А. М.: МГТУ «Станкин», 2001. - 157 с.

41. Хорофас Д. Конструкторские базы данных / Хорофас Д., Легг Л. -М.: Машиностроение, 1990. -218 с.

42. Решетов Д.Н. Детали машин. Атлас конструкций. В 2-х частях. -М.: Машиностроение, 1992. -4.1 352 е., 4.2 -296 с.

43. Биргер И.А. Расчет на прочность деталей машин / Биргер И.А, Шорр Б.Ф., Шнейдерович P.M. Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1966. - 616 с.

44. Решетов Д.Н. Детали машин. М.: Машиностроение, 1975. - 517 с.

45. Васильев В.З. Справочные таблицы по деталям машин / Васильев

46. B.З., Кохтев А.А., Цацкин B.C., Шапошников К.А. М.: Машиностроение, 1966. - 396 с.

47. Бейзельман Р.Д. Подшипники качения. Справочник / Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б.В., Перель Л.Я. М.: Машиностроение, 1979. -702 с.

48. Серенсен С.В. Валы и оси. Конструирование и расчет / Серенсен

49. C.В., Громан М.Б., Шнейдерович P.M., Когоев В.П. М.: Машиностроение, 1979. - 103 с.

50. Дейт К. Введение в системы баз данных. М.: Издательский дом «Вильяме», 2000. - 848 с.

51. Кузнецов С.Д. Основы современных баз данных. Центр информационных технологий CIT. www.cit.ru, 1998

52. Грофф Дж. P. SQL. Полное руководство / Грофф Дж. Р., Вайнберг П.Н. Киев: BHV, 1998. - 606 с.

53. InterBase 5/ API Guide / InterBase Corp., 1998

54. InterBase 5/ Language Reference / InterBase Corp., 1998

55. Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. M.: Московский рабочий, 1973.-296 с.