Повышение эффективности технической подготовки производства на основе автоматизированной системы (на примере редуктора)

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 21 354–87.

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.