Автоматизация проектирования кузнечно-штамповочных машин

ПРИНЦИПЫ И СОДЕРЖАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ МАШИН

Место автоматизации в общей системе проектирования

Изначально проектирование КШМ было основано на интуиции проектировщика, имевшемся опыте и традициях проектирования и представляло собой больше искусство, чем науку. Применение компьютерной техники для решения инженерных задач началось сразу же после ее появления и дало толчок к развитию автоматизации проектирования. Формализация проектных процедур привела к выявлению ранее неизвестных общих закономерностей процесса проектирования, инвариантных к различным предметным областям. Это способствовало созданию общей теории инженерного проектирования, отличающейся собственной системой основных понятий, терминов, классификаций, оценок проектируемых объектов, содержанием и последовательностью решения проектных задач. Однако развитие общей теории и автоматизации проектирования еще не завершено. Создание систем сквозного проектирования с полным его охватом формализованными процедурами возможно в будущем. В существующем виде общая теория инженерного проектирования сохраняет преемственность по отношению к традиционным методам проектирования и не отрицает их. Оптимальное сочетание имеющегося опыта проектирования в конкретной предметной области и достижений общей теории инженерного проектирования позволяет получать проектные решения высокого качества при приемлемых затратах труда и времени.

Общие закономерности проектирования

Общественная потребность - движущая сила материального производства. В условиях рыночного хозяйства качество продукции - основное требование потребителя. Качество изделия закладывается при проектировании, обеспечивается технологией и реализуется в эксплуатации. Потери качества вследствие ошибок проектирования невозможно компенсировать высоким качеством изготовления и хорошими условиями эксплуатации. Отсюда следует исключительная важность обеспечения качества изделия на стадии проектирования, т. е. качество самого проектирования.

Общественная потребность отражается в техническом задании (ТЗ) на проектирование, которое является первичным описанием объекта проектирования. Оно включает в себя наименование объекта проектирования, технические требования, условия его эксплуатации. Технические требования представляют в виде

где У- показатель качества;y - его количественная характеристика.

Окончательным описанием объекта проектирования является проектная документация. Описание должно быть достаточным для изготовления объекта проектирования и использования его по своему назначению. Проектирование -процесс преобразования исходного описания в окончательное.

Значительная часть принимаемых проектных решений КШМ осуществляется путем их количественного обоснования. Следовательно, проектирование КШМ носит ярко выраженный расчетный характер. Различают выходные, внутренние и внешние параметры объекта проектирования. Выходные параметры представляют собой показатели качества, указанные в ТЗ; внутренние - параметры элементов (сборочных единиц, деталей), а внешние - количественное выражение условий эксплуатации объекта проектирования, например температура и влажность среды, энергетическое обеспечение и т. п.

- вектор

- вектор внешних параметров, то

они оказываются связанными функциональной зависимостью:

Тогда задачу проектирования в математической постановке можно сформулировать как отыскание такого вектора X при заданном векторе Q, который обеспечивал бы выполнение условий (23.1).

В реальных задачах проектирования кривошипных прессов размерность вектора X значительно больше размерности Y. Это означает, что задача проектирования в математической постановке имеет определенное число степеней свободы, как, например, задача решения системы алгебраических уравнений, в которых число неизвестных больше числа уравнений. Поэтому одной из особенностей проектирования является многовариантность проектных решений. Проектные решения, полученные разными проектировщиками по одному и тому же ТЗ, будут различными как по содержанию, так и по качеству. Число степеней свободы задачи проектирования может быть уменьшено до нуля при ее постановке как задачи оптимизации. В этом случае проектное решение получается единственным и наилучшим. Однако это требует наличия зависимости (23.2) в доступном для практического использования виде.

В отдельных случаях внутренние и внешние параметры связаны простыми отношениями. Например, радиус кривошипа R кривошипного пресса (внутренний параметр) связан с ходом ползуна S (внешний параметр) соотношением S = 2R. Однако такие случаи представляют собой крайне редкое исключение. Как объекты проектирования КШМ представляют собой сложные многоуровневые системы. Они содержат большое количество подсистем (привод, исполнительный механизм, система включения, передаточные устройства, станина, фундамент и т. п.) различной физической природы (электрической, механической, пневматической и т. д.). Поэтому зависимость (23.2) применительно к КШМ в целом крайне сложна, как правило, не представлена в явном виде и чаще всего неизвестна проектировщику. Для преодоления связанных с этим трудностей при проектировании КШМ используют блочно-иерархический подход, согласно которому объект проектирования расчленяют на иерархические уровни. Высший (первый) уровень соответствует самому объекту проектирования, низшие - его элементам, так что элементы (k+1)-го уровня входят в состав элементов к-го уровня. Элементы выделяют таким образом, чтобы они образовывали функционально законченные подсистемы, которые можно рассматривать как самостоятельные объекты проектирования. Задача проектирования кривошипного пресса при этом распадается на задачи проектирования большего количества элементов меньшей сложности. Кроме того, проектирование объектов одного уровня можно осуществлять параллельно.

В зависимости от очередности решения задач проектирования на различных иерархических уровнях различают нисходящее и восходящее проектирование. При нисходящем проектировании вначале решают задачу проектирования на верхних иерархических уровнях. Результатом решения является ТЗ на проектирование подсистем нижнего уровня. При этом существует опасность разработки таких ТЗ, которые на одном из нижних уровней иерархии могут оказаться нереализуемыми по технологическим, экономическим или каким-либо другим соображениям. В этом случае приходится переема ривать проектные решения, принятые на одном из верхних уровней иерахии, с учетом возможности реализации заново разрабатываемых ТЗ I проектирование подсистем нижнего уровня и проектирование приобретав итерационный характер, т. е. осуществляется методом последовательных пр] ближений.

При восходящем проектировании решение задач проектирования I нижних иерархических уровнях предшествует их решению на верхних уро нях. При этом разработка ТЗ для объектов нижнего уровня отличается и вестной неопределенностью, так как может оказаться, что объект, собраный из спроектированных элементов, не будет удовлетворять требования ТЗ на его проектирование. В этом случае приходится пересматривать ТЗ I

проектирование объектов нижних уровней с учетом возможности получить работоспособный вариант объекта проектирования. Поэтому при восходящем проектировании, как и при нисходящем, процесс носит итерационный характер.

При проектировании КШМ преимущественно используют нисходящее проектирование. Восходящее проектирование применяют эпизодически, например при проектировании систем включения кривошипных прессов, когда муфту выбирают из нормализованного ряда.

Кроме исходного и окончательного описаний объекта проектирования существуют промежуточные описания. Они порождаются процессом проектирования и используются для оценок качества принятых проектных решений на его различных стадиях. Формализованная совокупность действий, результатом которых является получение проектного решения, называется проектной процедурой. Проектная процедура называется типовой, если она предназначена для неоднократного применения при проектировании объектов различного типа. К типовым проектным процедурам относятся анализ и синтез проектируемых объектов. Синтез заключается в создании описания объекта, анализ - в определении свойств объекта по его описанию. Однова-риантный анализ позволяет установить соответствие принятого проектного решения техническим требованиям, многовариантный - улучшить проектное решение путем его целенаправленного изменения. Такое улучшение можно выполнять до получения работоспособного варианта проектного, или наилучшего (оптимального), с точки зрения проектировщика, решения либо до тех пор, пока не появится убежденность в невозможности получения проектного решения при имеющемся ТЗ.

Как видно на рис. 23.1, взаимосвязь процедур анализа, оптимизации и синтеза имеет характер вложенности, причем анализ в отличие от других процедур присутствует всегда, и поэтому как проектная процедура является основой процесса проектирования.