Головна

Сучасні методи оптимального проектування на основі САПР

  1. GІІ. Викладаєте проблему групі. Разом з усіма виробляєте рішення на основі консенсусу. Виконуєте будь-яке рішення групи.
  2. I. 2.4. Принципи та методи дослідження сучасної психології
  3. I. Методи перехоплення.
  4. I. Суб'єктивні методи дослідження ендокринної системи.
  5. I. Суб'єктивні методи дослідження кровотворної системи.
  6. I. Суб'єктивні методи дослідження органів жовчовиділення і підшлункової залози.
  7. I. Суб'єктивні методи дослідження органів сечовиділення.

Конструювання як складова частина проектування - це творчий процес створення виробів в документах (головним чином креслення) на основі теоретичних розрахунків, конструкторського, технологічного та експлуатаційного досвіду і експериментів.

В даний час надзвичайно зросли складність і комплексність проблем, які потребують вирішення в процесі проектування. Створення машин якісно нового рівня передбачає використання найважливіших досягнень фундаментальних наук, конструювання та технології, підвищений захист обслуговуючого персоналу від вібрації і шуму, облік сучасних економічних, соціальних і екологічних проблем. Завдання підвищення якості машин вирішують на стадії проектування, коли можна всебічно проаналізувати конструктивні варіанти з огляду на велику кількість вимог. Так кожна машина повинна, по можливості, мати мінімальну масу і достатню надійність, високу швидкохідні і мінімальну динамічну завантаженість, низьку вартість і великий термін служби і ін. При конструюванні необхідно вибрати її оптимальні параметри (структурні, кінематичні, динамічні, експлуатаційні), найкращим чином відповідні вимогам, що пред'являються. При цьому слід враховувати конкретні умови застосування машини. Не можна, наприклад, довільно збільшити її продуктивність, не враховуючи продуктивності суміжного обладнання. У деяких випадках машини з підвищеною продуктивністю можуть виявитися при експлуатації недовантаженими і будуть більше простоювати, ніж працювати. Це знижує ступінь їх використання і зменшує економічну ефективність.

Схему машини зазвичай вибирають шляхом паралельного аналізу декількох варіантів, оцінюючи їх конструктивну доцільність, досконалість кінематичної та силової схем, вартість виготовлення, енергоємність, надійність, розміри, металоємність і масу, технологічність, ступінь агрегатного, зручність обслуговування, збирання-розбирання, огляду налагодження, регулювання .

Як правило, не існує машини або конструкції, оптимальної за всіма критеріями одночасно. Тому розрахунки проводять для кожного критерію, будують таблиці результатів розрахунків і використовують їх для обгрунтування вибору оптимального рішення.

Знаючи можливості конструкції по всім критеріям, конструктор спільно з замовником може обгрунтовано призначити на кожен з них обмеження, які, з одного боку, були б практично досяжні, а з іншого - задовольняли вимогам замовника. Далі шляхом розрахунку виявляють конструкції, що задовольняють всім обмеженням одночасно.

Такі конструкції і складають допустиме безліч рішень, з якого конструктор спільно з замовником вибирає оптимальну модель. Якщо таких конструкцій не виявилося, то обмеження можуть бути «ослаблені».

З вищевикладеного випливає, що розвиток техніки супроводжується ускладненням всіх систем машин і технологічного обладнання. Зростає трудомісткість їх створення при одночасному підвищенні вимог до якості і ефективності конструкції, що знаходиться в протиріччі з необхідністю скорочення термінів її розробки і промислового освоєння. Ліквідація зазначеного протиріччя найбільш повно реалізується при широкому впровадженні в проектування обчислювальної техніки. Основний напрямок при цьому - створення систем автоматизованого проектування (САПР).

Під автоматизацією проектування розуміють такий спосіб проектування, при якому всі проектні операції та процедури або їх частина здійснюється за допомогою взаємодії людини і ЕОМ. Використання ЕОМ, за даними А. В. Алфьорова, при проектуванні верстатних пристосувань підвищує продуктивність праці конструкторів в 5-10 разів. Це ж підтверджують дані Рурського університету (ФРН), згідно з якими машинне виконання робочого креслення деталі проводиться в 10 разів швидше, ніж вручну, а вартість роботи зменшується в 2 рази.

Оптимізація конструктивних рішень в ряді випадків взагалі неможлива без застосування ЕОМ. Будь-яка проектно-конструкторська задача має, як правило, безліч рішень, одне з яких може виявитися більш економічним або ефективним в порівнянні з усіма іншими рішеннями. Цей варіант і є оптимальним, який можна підібрати тільки за допомогою ЕОМ.

Найкращою формою організації процесу проектування є застосування систем автоматизованого проектування (САПР), тобто комплексу засобів автоматизація проектування, взаємопов'язаного з підрозділами проектної організації і виконує автоматизоване проектування.

Цілями створення САПР як організаційно-технічної (людино-машинного) системи є:

1. Підвищення якості проектування внаслідок збільшення, аналізіруемиеконструкторскіх рішень і більш детального аналізу кожного з них. Скорочення терміну розробки конструкції за рахунок автоматизації виконання креслярських робіт і розрахунків, обробки вихідної та отриманої інформації;

2. Зменшення вартості проектних робіт шляхом скорочення їх частини, що виконується без використання ЕОМ.

Ці цілі досягаються застосуванням досконалих математичних методів і обчислювальної техніки, розробкою ефективних математичних моделей, методів багатоваріантного проектування і оптимізації, автоматизацією проведення розрахунків і оформлення графічної документації.

Таким чином, використання САПР дає конструктору реальну можливість обґрунтувати постановку задачі багатокритеріальної оптимізації - одночасно враховувати безліч протиріч вимог. Використання САПР передбачає активну участь людини в аналізі варіантів, оптимізації та прийнятті рішень. Такий творчий підхід до проектування характерний і для навчального проектування приводів технологічних машин, так як всі завдання в ньому багатокритеріальні і містять безліч керованих параметрів.

Оптимальне проектування передбачає створення технічного об'єкта не тільки виконує задані функції, а й відповідають деяким заздалегідь встановленим критеріям якості.

Найнижчий рівень оптимального проектування припускає знаходження кращого варіанта конструкції, засноване на підборі декількох, виконаних без використання обчислювальної техніки, математичних моделей і відповідних методів оптимізації варіантів. Наприклад, при проектуванні редуктора для двох-трьох варіантів розбивки загального передавального числа між окремими ступенями можна виконати проектувальні розрахунки, для кожного варіанта оцінити будь-якої критерій якості (маса, розміри і т. Д.), І потім остаточно вибрати найбільш підходящий варіант виконання редуктора.

При більш високому рівні завдання оптимального проектування, сформульовані у вигляді математичних моделей, вирішуються із застосуванням відповідних математичних методів оптимізації і на базі ЕОМ. До вищого рівня відносяться завдання оптимального проектування, які вирішуються в рамках САПР.

В САПР завдання оптимізації можуть вирішуватися на всіх етапах процесу проектування. Так, на етапі ескізної опрацювання завдання оптимального проектування може полягати у визначенні раціональних значень необхідного числа основних параметрів проекту, що визначають майбутній вигляд технічного об'єкта. На етапах технічного і робочого проектування задачі оптимізації можуть носити більш глибокий характер, що охоплює питання визначення оптимальних значень основних параметрів як об'єкта в цілому, так і окремих вузлів і деталей. В процесі розробки САПР проблема оптимального проектування полягає у вирішенні таких основних питань:

1) визначення етапів процесу автоматизованого проектування, супроводжуваних вирішенням тих чи інших завдань оптимізації;

2) побудова математичних моделей оптимізації та розробка машинних алгоритмів;

3) створення або запозичення програмного забезпечення вирішення завдань оптимізації;

4) розробка системи діалогового формування та перегляду варіантів об'єкта проектування з визначенням значень тих чи інших показників якості, а також формування математичних моделей і управління процесом вирішення відповідних завдань.

Удосконалення конструкції при проектуванні забезпечується її оптимізацією по одному або декільком критеріям. Для різних механізмів критеріями ефективності конструкції можуть бути прийняті: висока надійність, мінімальне міжосьова відстань або маса, розміри і вартість, найбільший ККД, висока точність і т. Д. При цьому часто критерії можуть бути суперечливими.

При структурної оптимізації можна аналізувати різні типи редукторів, наприклад, багатоступінчастий циліндричний, планетарний, хвильової, комбінований. Вихідні дані при проектуванні механізмів відповідно до технічного завдання можуть включати наступні характеристики: потужність, швидкість, ресурс, режим роботи, циклограмма навантаження і т. Д.

При параметричної оптимізації, наприклад, зубчастих приводів керуючими параметрами можуть бути: розподіл передавальних чисел сходами, числа зубів, відносна ширина і матеріал коліс, геометрія зачеплення, частота обертання двигуна і ін.

Обмеження поділяють на кінематичні (по передавальному числу однієї пари, граничним окружним швидкостям), міцність (за умовами контактної і згинальної міцності зубчастих коліс), конструктивні (за габаритами, умовою регулювання елементів, їх взаємодії і з'єднанню) і ін.

При оптимізації за одним критерієм завдання вирішується найбільш просто. Наприклад, рішення можна отримати перебором різних варіантів конструкції і вибором найкращого.

Рішення багатокритеріальних задач більш складно. Багатокритерійна оптимізація використовується, коли одного критерію для оцінки якості недостатньо. Наприклад, коли стоїть завдання забезпечення максимальної надійності та мінімальної маси при проектуванні редуктора або забезпечення максимальної вантажопідйомності і мінімальних розмірів при проектуванні транспортної машини.

У строгій математичній постановці вибір оптимальних параметрів машини не просте завдання. Так, наприклад, варіювання всього шести параметрів (при 5% точності розрахунку) призводить до пошуку по всьому безлічі рішень з (1 / 0,05)6 = 64 000 000 варіантів. В умовах розвитку САПР формалізація процесу автоматизованого пошуку технічних рішень і оптимізація параметрів машинобудівних вузлів викликає значні труднощі і вимагає застосування спеціальних евристичних методів прийняття рішень, чисельних методів оптимізації і великих ресурсів за часом і потужності ЕОМ.

При конструюванні приводів машин в силу технічної доцільності використовуються в основному два критерії: маса і обсяг. Масогабаритні характеристики в значній мірі залежать від вибору матеріалу і термообробки. Недостатність на початковому етапі початкової інформації зумовлює проведення як проектувальних, так і перевірочних розрахунків. При пошуковому розрахунку спочатку задаються деякими вихідними параметрами, а потім - поруч послідовних наближень їх уточнюють. Механічні приводи машин являють собою сукупність підсистем передач, валів, опор, пов'язаних слабкими зв'язками.

З викладеного випливає, що конструювання - багатоваріантно. Оптимальним в загальному випадку слід вважати варіант, який забезпечує потрібні показники роботи при мінімальних затратах праці.



Попередня   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   Наступна

Розділ 1. Введення. | Вимоги, що пред'являються до технічних об'єктів | Механізми і їх класифікація | Класифікація деталей машин | Основні принципи та етапи розробки машин | Основні принципи конструювання | Еволюція процесів конструювання | алгоритми проектування | підсистеми САПР | інформаційна підсистема |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати