ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ. ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ. И ОБОРУДОВАНИЯ

Применение ЭВМ для автоматизации процесса проектирования

Для промышленного производства системы автоматизированного проектирования приобретают все большое значение. Применение ЭВМ оказывает воздействие на конструирование, технологию и неизбежно приводит к структурным изменениям и расширению поля деятельности конструкторов и технологов в этих сферах деятельности.

САПР — это системы, предназначенные для переработки различ­ной буквенно-цифровой информации, необходимой в процессе конст­руирования и разработки технологии изготовления изделия. С помощью САПР возможно выполнение расчетов при проектировании, оформле­ние и выпуск чертежей, геометрическое моделирование и моделирова­ние функциональных и динамических характеристик, решение проблем, связанных с составлением спецификаций, технологических карт, а так­же изготовление программоносителей для станков с ЧПУ и сопроводи­тельной документации к управляющим программам (рис. 3.1).

При современном развитии техники оптимальное решение всех перечисленных выше задач с помощью одной САПР невозможно. САПР специализируется по отраслям, например существуют различные системы в станко-, самолето-, автомобиле-, приборостроении, электро­нике, строительстве и др.

Разнообразные задачи проектирования, решаемые в системе САПР, можно объединить в четыре группы функций, которые соответ­ствуют четырем заключительным фазам процесса проектирования по системе Шигли (рис. 3.2).

Геометрическое моделирование в рамках САПР связано с полу­чением понятного машине математического описания геометрических свойств объекта. При наличии такого описания образ проектируемого объекта можно воспроизвести на экране графического терминала, а с ним можно манипулировать посредством различных сигналов, идущих от центрального процессора САПР.

Для проведения геометрического моделирования разработчик конструирует графическое изображение объекта на экране терминала системы ИМГ, вводя в машину команды трех типов. Команды первого типа обеспечивают формирование базовых геометрических элементов, таких как точки, линии и окружности. По командам второго типа осу­ществляется масштабирование, повороты изображения и прочие преоб­разования базовых элементов. С помощью команд третьего типа произ­водится компоновка различных элементов в целостное изображение проектируемого объекта.

В ходе геометрического проектирования машина преобразует по­ступающие сигналы в компоненты математической модели, запоминает нужную информацию в файлах данных и отображает полученную мо­дель проектируемого объекта на экране терминала. Впоследствии эта модель может извлекаться из машинных файлов в целях проведения об­зора, анализа, изменения.

Существует несколько различных методов представления объекта при геометрическом моделировании. Основным является представление объекта в каркасной форме, когда он изображается совокупностью со­единительных линий. Каркасное геометрическое моделирование суще­ствует в трех видах - в зависимости от конкретных возможностей сис­темы ИМГ:

• 2-мерное (типа 2Д) - для плоских объектов;

• 2,5-мерное, позволяющее воспроизводить на экране трехмер­ные объекты, не имеющие деталей с боковыми стенками;

• 3-мерное (типа ЗД), дающее возможность моделировать слож­ные геометрические объекты в трехмерном отображении.

Необходимо отметить, что в случае, когда достаточно трехмерно­го проектирования для отображения сложных форм проектируемого объекта, существуют различные методы расширения каркасного моде­лирования.

Наиболее совершенный метод геометрического моделирования - это объемное представление монолитных тел. При использовании этого метода проектируемый объект конструируется из монолитных геомет­рических тел, называемых графическими монолитами.

Еще одна возможность САПР - это цветная графика, что позволя­ет выделять отдельные компоненты сборочных узлов, подчеркивать объемность и достигать другие цели.

Инженерный анализ. При выполнении проекта требуется прове­дение процедуры анализа. Этот анализ может включать расчеты меха­нических напряжений и усилий, тепловых процессов, дифференциаль­ных уравнений, описывающих динамическое поведение проектируемо­го объекта, аппаратурный расчет и т. д. В целом в ряде случаев для это­го удается использовать универсальные программы инженерного анали­за, в других случаях требуется разработка специальных программ для решения конкретных задач.

В готовых к непосредственному применению САПР такие средст­ва либо предусматриваются в составе системного программного обес­печения, либо могут включаться потом в библиотеку программ и вызы­ваться для использования в процессе работы с каждой конкретной мо­делью проектируемого объекта. Если полученные результаты анализа свидетельствуют о нежелательных свойствах поведения проектируемо­го объекта, конструктор имеет возможность изменить его форму и по­вторить анализ, например, методом конечных элементов для пересмот­ренной конструкции.

Обзор и оценка проектных решений. Проверку точности проек­тирования можно легко выполнить с использованием графического терминала. Полуавтоматические стандартные программы определения размеров и допусков, привязывающие размерные характеристики к ука­зываемым пользователем поверхностям, позволяют сократить число ошибок в определении размеров. Часто в процессе обзора используется процедура разбиения на слои. Например, возможно наложение геомет­рического образа контуров готовой детали после механической обра­ботки на станке на изображение черновой заготовки. Указанная проце­дура может применяться поэтапно, в целях контроля каждой отдельной стадии изготовления детали.

Еще одна процедура, реализуемая в анализе проектных решений, состоит в проверке взаимных наложений. Эта процедура связана с кон - тролем местоположения элементов компоновочного узла, так как суще­ствует риск установки их на места, уже занятые другими компонентами. Подобный риск особенно реален при проектировании химических заво­дов, холодильных установок и разного рода трубопроводов сложной конфигурации.

Одно из наиболее интересных средств оценки проектных решений - это кинематические модели. Стандартные коммерческие пакеты кине­матики обеспечивают возможность динамического воспроизведения движения простых проектируемых механизмов вроде шарниров и со­члененных звеньев. Наличие таких средств анализа расширяет возмож­ности конструктора в части визуального наблюдения за работой меха­низма и помогает гарантировать отсутствие столкновений с другими объектами.