Автоматизированное проектирование оборудования

Размещено на http://allbest.ru/

В практике конструирования бурового оборудования все шире применяют электронные цифровые вычислительные машины (ЭЦВМ), значительно ускоряющие процесс разработки новых конструкций. При этом ЭЦВМ используют в зависимости от их типа, возможностей проектной организации и тех целей, которые она перед собой ставит.

В настоящее время представляется возможным выделить четыре группы задач, которые целесообразно решать с помощью ЭЦВМ, а именно:

1) многовариантные оптимизационные расчеты, т. е. расчеты по сложным формулам, когда требуется получение более точных результатов, чем это можно получить при «ручных» расчетах по приближенным формулам;

2) проверочные расчеты деталей и сборочных единиц, которые могут выполняться также без применения ЭЦВМ, но применение машин экономит время;

3) проверочные и проектировочные расчеты по специально разработанным методикам;

4) автоматизированные системы проектирования (САПР) бурового оборудования.

Вторая и третья группы задач решаются во многих организациях. Первая группа задач более сложная и доступна гораздо меньшему кругу организаций. Работы по автоматическому проектированию бурового оборудования начаты в специализированных организациях. Например, разработана система автоматического проектирования буровых долот. Проверочные расчеты деталей и сборочных единиц по существующим методам с использованием ЭЦВМ применяют довольно широко и используют готовые отработанные методики; составление по ним программ не представляет большой трудности. Однако практика показала, что во многих случаях программы громоздки и неэффективны, так как они требуют высокой степени формализации всех понятий и операций.

Первая и третья группы задач могут рассматриваться как ступени, ведущие к довольно перспективному машинному проектированию. Методики проверочных и проектировочных расчетов характеризуются большой общностью, что позволяет по одной программе рассчитывать конструкции одного класса. Современные ЭЦВМ открывают большие перспективы для оптимизации технических решений и позволяют использовать математическую теорию планирования эксперимента, в результате чего можно получить необходимые экспериментальные данные с минимальными затратами средств и времени при исследовании сложных технических систем.

Если программы предполагают использовать в САПР, то должна быть предусмотрена возможность их «стыковки», чтобы можно было рассчитывать и оптимизировать сложные конструкции, включающие различные сборки. При машинном проектировании невозможно заранее предусмотреть все варианты поиска оптимального решения. В связи с этим важную роль приобретает режим диалога человек -- машина.

ЭЦВМ выдает на дисплей или в печать ту или иную информацию, а человек после ее анализа вводит дополнительные данные и определяет направление дальнейшего решения. Например, при расчете валов на основании выданных минимальных запасов прочности конструктор может при необходимости изменять конструктивные размеры вала, материал, термообработку и т. д. После этого машина вновь считает слабое сечение и т. д. Режим диалога можно использовать при определении параметров подъемного механизма буровой установки. Следует иметь в виду, что применение ЭЦВМ может дать значительный эффект, так как позволяет ускорить проектирование в 7--10 раз и повысить качество проекта за счет выбора оптимального варианта. При «ручном» проектировании сложных конструкций затраты на выбор оптимального решения растут с увеличением сложности конструкций.

При САПР выбирают оптимальные конструктивные решения, после чего разрабатывают и выдают в готовом виде всю проектную документацию. Примерная блок-схема процесса синтеза оптимальной конструкции приведена на рис. 1.

Рис.1. Блок-схема процесса синтеза оптимальной конструкции

автоматический проектирование электронный сборочный

Отметим, что проектировочные расчеты имеют интенсивный характер и выполняются многократно, как правило, задачи проектирования являются многокритериальными. Поэтому ЭЦВМ разрабатывает не один, а ряд допустимых вариантов конструкций (при которых все критерии оптимальности имеют действительные значения), выбор же окончательного решения остается за человеком. Создание САПР -- достаточно сложная проблема, так как она связана с решением задач методологии, организации и технического обеспечения. В современных ЭЦВМ системы ЁС предусмотрены дисплеи, дающие возможность оператору работать со всеми видами графической и другой информации в режиме диалога. Работы в области автоматизации проектирования бурового оборудования ведут в ОКБ Волгоградского завода буровой техники. Разработанные программы уже сейчас широко используют при расчетах и проектировании.

Рассмотрим один из возможных вариантов подхода при автоматизированном проектировании. Вначале на экран дисплея выводят ряд возможных схем прототипов конструкций, например коробки перемены передач лебедки или ротора, привода насоса, из которых конструктор должен выбрать с помощью ЭЦВМ один или несколько вариантов для дальнейшей проработки. При поиске варианта, по существу, решаются главные вопросы, касающиеся выбора рациональной схемы конструкции и действия сил, компоновки передач, расположения валов, формы деталей и т. д. Далее на экран дисплея с помощью светового пера или клавиатуры вызывается первый выбранный для разработки вариант конструкции в увеличенном масштабе с большими подробностями.

В ЭЦВМ вводят исходные данные и ведут расчет в автоматическом режиме. В первую очередь рассчитывают и оптимизируют передачи и их основные параметры. Например, оптимизируют разбивку общего передаточного отношения по ступеням или передачам. Оптимизация может выполняться по различным критериям -- габаритам, массе, стоимости. Эта задача может решаться методом случайного поиска. После проведения расчетов, используя алгоритмы конструктивных соотношений, с учетом ГОСТов определяют основные размеры межосевых расстояний, элементов передач и конструктивных пропорций. Далее выбранный вариант конструкции трансформируется в соответствии с полученными размерами.

В результате на экране графического дисплея получается изображение разрабатываемого объекта в требуемом масштабе. Оператор проверяет конструкцию и вносит необходимые изменения с помощью светового пера или клавиатуры. После внесения изменений конструктором расчеты могут выполняться повторно. Заключительным этапом являются поверочные расчеты, определяющие прочность, а в случаях надобности проводится расчет жесткости элементов, их массы и т. д. Все основные результаты, полученные при проектировании, выводятся в печать. При необходимости подобные расчеты проводятся и с другими вариантами конструкции. На основании полученных данных о массе, конструкции и ее габаритах с учетом обобщенных критериев, определяющих совершенство конструкции, проектировщик делает окончательный выбор варианта и выводит изображение на графопостроитель.

При автоматическом проектировании могут быть использованы и другие подходы. Автоматическое проектирование некоторых деталей рассмотрено в соответствующих разделах.

Размещено на Allbest.ru