Материал: Тезисы региональной научно-технической конференции. Федорков Е.Д., Чекменев А.Н

Информационное обеспечение САПР – это формализованная справочная информация из ГОСТов, паспортных данных оборудования, методы проектирования и т. д. Т.е. информация, используемая проектировщиками непосредственно для выработки проектных решений, а не эксплуатации САПР. Часть этой информации может использоваться системой в процессе работы и представляться в виде базы данных.

Математическое обеспечение САПР – совокупность математических методов, моделей и алгоритмов, необходимых для выполнения проектных процедур. В отличие от всех других компонентов математическое обеспечение при автоматизированном проектировании в явном виде не используется, используется производный от него компонент – программное обеспечение.

Лингвистическое обеспечение САПР – совокупность специальных проблемно-ориентированных языков проектирования или алгоритмических языков, которые используются для описания информации о предметах и процессах технологического проектирования. Для создания подсистемы документации использовался язык программирования Object Pascal фирмы Borland (Delphi 7.0) и язык AutoLISP фирмы Autodesk.

Программное обеспечение САПР – комплекс всех программ и эксплуатационной документации к ним. Т.е. в общем случае – это все разработанные модули, и другие пакеты программ, участвующих в процессе автоматизированного проектирования. Для созданной системы и подсистемы документации в частности это – графическая система AutoCAD и система управления базами данных Borland DataBase Engine.

Техническое обеспечение САПР – комплекс всех технических средств, используемых при автоматизированном проектировании. Это электронно-вычислительная техника, включая дополнительные устройства, диагностическая техника и программы, техника для ремонта. Что касается ЭВМ, то разработчик программ устанавливает требования на минимальную конфигурацию ПК, обеспечивающих удовлетворительную работу системы. Следовательно, потребителю для комфортной работы следует использовать более производительную технику, что повысит и производительность всей системы.

Методическое обеспечение САПР – комплекс документов, содержащих: описание САПР, данные о составе средств автоматизации и правилах их технического обслуживания и использования. Однако документы, относящиеся к процессу создания САПР, не входят в состав методического обеспечения. Данное уточнение весьма принципиально, так как даже специалисты в области САПР нередко методическое обеспечение САПР рассматривают как методы их разработки. Описание правил и рекомендаций по эксплуатации спроектированного программного модуля представлено в расчетно-пояснительной записке в разделе «Методическое обеспечение».

Построение выбранных документов производится в графической системе AutoCAD или в форме отчета, средствами Delphi, в зависимости от выбора инженера использующего данное программное средство. При построении документов в среде AutoCAD, пользователь предварительно указывает каталог, в который установлена графическая система (это можно сделать один раз, используя соответствующие элементы управления интерфейса).

Разработанное программное средство, в составе с предшествующими расчетными подсистемами осуществляет компоновку и распределение выходной информации по соответствующим формам технологических документов, освобождая тем самым инженера-технолога от продолжительной рутинной работы заполнения полей операционных или маршрутных карт или ведомостей оснастки.

Программный продукт зарегистрирован в фонде алгоритмов и программ областного центра новых исследовательских технологий.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.313

Подсистема автоматизированного проектирования исполнительного механизма пресса для осадки с кручением

Семеноженков М.В., Скрипченко Ю.С., Федорков Е.Д.

Наиболее перспективным технологическим процессом получения тонких поковок, круглых в плане, является осадка с кручением. Применение этого технологического процесса позволяет примерно в 3 раза снизить необходимую номинальную силу деформирования, повысить качество поковок за счет обеспечения окружной структуры волокон, исключения возможности появления радиальных трещин и обеспечения высокой точности размеров и формы.

Известные виды оборудования для реализации технологического процесса осадки с кручением имеют недостаток, заключающийся в линейной зависимости между угловым и поступательным перемещениями инструмента.

Исследования технологического процесса осадки с кручением показали, что по мере прохождения деформирования заготовки необходимо постепенное увеличение угловых перемещений инструмента, при одновременном снижении скорости его поступательного смещения, а в завершающей стадии операции скорость углового перемещения должна быть максимальной.

В связи с выше изложенным, актуальной является проблема разработки программного средства, с помощью которого можно рассчитать оптимальные режимы технологического процесса осадки с кручением.

В рамках работы были выполнены следующие этапы:

1. выполнена классификация поковок, для получения которых наиболее эффективным является технологический процесс осадки с кручением;

2. выполнен аналитический обзор известных технологических решений исполнительных механизмов прессов для осадки с кручением;

3. разработана схема исполнительного механизма, обеспечивающая оптимальную зависимость между поступательным и угловым перемещениями инструмента;

4. разработана математическая модель кинематического и динамического анализа, программный продукт для расчета параметров исполнительного механизма;

5. решена задача определения оптимальных параметров звеньев механизма для различных видов оборудования

6. разработан вариант конструктивного исполнения механизма пресса, с использованием трехмерного моделирования.

Входными параметрами программного средства являются: длина шатуна, радиус кривошипа, угол поворота кривошипа до касания с заготовкой, диаметр заготовки, характеристики материала (предел текучести), температура нагрева, жесткость, а выходными – графики, иллюстрирующие угол и скорость поворота маховика, ускорение поворота маховика, угол поворота кривошипа, скорость и ускорение поворота кривошипа, ход и скорость ползуна, ускорение ползуна.

Полученные данные позволяют определять размеры звеньев, обеспечивающие оптимальные режимы работы оборудования с минимальными вибрационными характеристиками, что обеспечит высокое качество получаемых на оборудовании заготовок.

Работа направлена на решение задач, связанных с разработкой оборудования для реализации малоотходной технологии изготовления высокоточных поковок круглых в плане, типа полых корпусов, тонких дисков, шестерен и т. д. Штамповка осадкой с кручением позволяет снизить технологическое усилие и нагрузку на инструмент, снизить расход металла и трудоемкость изготовления. Разработана подсистема автоматизированного проектирования конструкции исполнительного механизма пресса для реализации комбинированного нагружения, при котором к поковке одновременно прикладываются деформирующая сила и крутящий момент.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.313

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ЭКПЕРТНЫЕ СИСТЕМЫ

Скрипченко. Ю. С. Харин Н. А.

В течение последних десятилетий в рамках исследований по искусственному интеллекту (ИИ) сформировалось самостоятельное направление — экспертные системы (ЭС), или инженерия знаний. В задачу этого направления входят исследование и разработка программ (устройств), использующих знания и процедуры вывода для решения задач, являющихся трудными для людей-экспертов. В отличие от специализированных систем ИИ экспертные системы могут быть отнесены к системам ИИ общего назначения — системам, которые не только исполняют заданные процедуры, но на основе метапроцедур поиска генерируют и используют процедуры решения новых конкретных задач.

Экспертные системы - это прикладные системы ИИ, в которых база знаний представляет собой формализованные эмпирические знания высококвалифицированных специалистов (экспертов) в какой либо узкой предметной области. Экспертные системы предназначены для замены при решении задач экспертов в силу их недостаточного количества, недостаточной оперативности в решении задачи или в опасных (вредных) для них условиях.

Компьютеризация общества - одно из основных направлений научно-технического прогресса - вызвала существенные изменения в технологии разработки и использования программных средств.

Эти изменения были подготовлены всем развитием теории и практики искусственного интеллекта (ИИ), наиболее существенным результатом которого явился переход к так называемой новой информационной технологии и создание "экспертных систем (ЭС).

Первые ЭС - медицинские MYCIN и DENDRAL для приложений по химии появились в середине 70-х годов в рамках исследовательских программ по искусственному интеллекту. Уже первые ЭС оказались полезными. Медицинская система MYCIN успешно вписалась в клиническую практику, помогая в выборе лекарств больным с бактериемией, менингитом, циститом.

В настоящее время поставлена задача анализа существующих подходов и разработки специализированной информационно - технической экспертной системы для образования. Предлагаемая система позволяет производить классификацию (диагностику) различных объектов с помощью специализированной базы экспертных знаний. Затем полученный результат классификации может быть детально объяснен с демонстрацией всей цепочки логических заключений. Наиболее сложной задачей в рамках настоящей работы является создание необходимой базы знаний экспертной информации.

Типичная ЭС состоит из следующих основных компонентов: решателя (интерпретатора), рабочей памяти (РП), называемой также базой данных (БД), базы знаний (БЗ), компонентов приобретения знаний, объяснительного и диалогового.

База данных предназначена для хранения исходных и промежуточных данных решаемой в текущей момент задачи.

База знаний в ЭС предназначена для хранения долгосрочных данных, описывающих рассматриваемую область (а не текущих данных), и правил, описывающих целесообразные преобразования данных этой области.

Решатель, используя исходные данные из БД и знания из БЗ, формирует такую последовательность правил, которые, будучи примененными к исходным данным, приводят к решению задачи.

Компонента приобретения знаний автоматизирует процесс наполнения ЭС знаниями, осуществляемый пользователем-экспертом.

Объяснительная компонента объясняет, как система получила решение задачи (или почему она не получила решения) и какие знания при этом она использовала, что облегчает эксперту тестирование системы и повышает доверие пользователя к полученному результату.

Диалоговая компонента ориентирована на дружелюбное общение со всеми категориями пользователей, как в ходе решения задач так и в ходе приобретения знаний, объяснения результатов работы.

Задача ЭС на сегодняшний день заключается в выборе наиболее приемлемого прототипа ЭС и идентификации (описании) процесса трансформации существующих оболочек ЭС в обучающую систему.

Воронежский государственный технический университет

Информационное обеспечение модуля расчета режимов резания при шлифовании САПР ТП

Кольцов А.С., Пахомов Ю.В.

Задача определения оптимальных режимов резания является одной из наиболее актуальных и часто встречающихся при разработке различных технологических процессов механической обработки заготовок. В основе оптимизации режимов резания методом линейного программирования лежит построение математической модели. Использование различных математических моделей приводит к необходимости разработки информационного обеспечения. В ходе проектирования информационного обеспечения модуля расчета режимов резания шлифовальной операции были реализованы следующие этапы:

1. Формирование требований к информационному обеспечению.

Модуль должен на основе поступающих на вход исходных данных организовать процесс хранения и обработки информации, а также визуализации результатов запросов.

2. Системный анализ предметной области.

В общем случае постановка задачи расчета оптимальных режимов резания включает:

• Выбор искомых параметров

• Определение множества их возможных значений

• Выбор анализируемого набора выходных параметров процесса

• Установление функциональных зависимостей между искомыми и выходными параметрами при фиксированном значении неуправляемых параметров

• Выделение целевой функции

• Назначение диапазонов возможных значений выходных параметров

Решение этих задач требует определенных информационных массивов. Для их определения была разработана структура информационного обеспечения

3. Определение структуры информационного обеспечения.

Расчет оптимальных режимов резания выполняется с использованием постоянно хранящихся в памяти ЭВМ сведений, которые образуют его информационную базу. Главной составляющей этой базы является:

3. Библиотека характеристик инструмента (БХИ) включающую зернистость и зерновой состав шлифовальных материалов. Наибольшую часть БХИ занимают описания структуры инструмента, классов точности и неуравновешенности шлифовальных кругов, а также обобщенная классификация шлифовальных инструментов. Применяемость и краткая характеристика инструментов служит для разработки соответствующих расчетных программ.

4. Нормативно – справочная информация включает:

• - каталог сведений о металлорежущих станках;

• - сведения о материале детали, его марке, шероховатости и твердости;

• - таблицы коэффициентов и показателей степени, необходимых для расчета мощности, скорости круга, глубины шлифования, подачи, а также таблицы хранящие информацию о типе и характере шлифования, твердости инструмента и т.д.;

• - сведения об оборудовании, его марке и типе, габаритных размерах и предельных размерах обрабатываемых деталей.

• Общая информация о параметрах заготовки и поверхности шлифования, параметрах расчета эффективной мощности, зернистости и ширине круга.

Структура информационного обеспечения подсистемы расчета режимов резания при шлифовании определяется той необходимой и достаточной информацией, которая позволит оптимальным образом провести расчет скорости резания, глубины и подачи. Представленная выше информационная база полностью отвечает данным требованиям. Наполнение информационной базы проводилось на базе ОАО «Рудгормаш» и направлено на обеспечение производства именно этого предприятия.

Собранная информация в полной мере отражает особенности, используемых на предприятии методик расчета и назначения оптимальных режимов резания. Информация об оборудовании используемом на предприятии составила базу с достаточно широкой номенклатурой станков. Таблицы типовых и эмпирических коэффициентов, используемые в информационном обеспечении проектируемого модуля базируются на нормативных актах, расчетах и профессиональном опыте сотрудников конструкторского и технологического отделов. Параметры обрабатывающего инструмента собраны из различной справочной литературы в совокупность информационных массивов. Таким образом, наполнение информационной базы было проведено в полном объеме.

Основной частью проделанной работы стала организация взаимосвязи информационных массивов следующей структуры:

4. Описание используемых методов.

На первом этапе анализа методом функционального проектирования была составлена структурная модель. Определено, что информационное обеспечение модуля расчета режимов резания будет состоять из пяти взаимосвязанных таблиц, хранящих информацию о материалах, станках, обрабатываемых деталях, обрабатывающем инструменте, параметрах резания, эмпирических коэффициентах и прочую.

В дальнейшем на этапе реализации были рассмотрены вопросы создания интерфейса модуля и программной реализации взаимосвязи таблиц с использованием методов объектно-ориентированного программирования.

Получены следующие результаты: спроектированное информационное обеспечение удовлетворяет требованиям эргономичности, имеет доступный и дружественный интерфейс, информационные потоки передаются с использованием разработанной структуры базы данных. Тестирование показало надежность и корректность функционирования.

Окончательной реализацией проектирования информационного обеспечения станет разработка программного средства, удовлетворяющего следующим требованиям:

• диалоговый режим между проектировщиком и ЭВМ происходит на естественном (неформализованном) языке общения;

• пользовательский интерфейс оснащен визуальными объектами, позволяющими воспринимать информацию на интуитивном уровне.

Таким образом, указанные выше действия при проектировании информационного обеспечения модуля расчета оптимальных режимов резания позволяют максимально автоматизировать работу с информационными потоками САПР ТП. Главными качествами информационного обеспечения являются универсальность, гибкость и открытость, надежность.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.313

Подсистема автоматизированного проектирования при черновом фрезеровании интегрированной САПР

Д.Ю. Никитин, Ю.С. Скрипченко

Проект любой механической конструкции требует разработки чертежей объекта в целом, его компонентов и сборочных узлов, а также инструмента и оснастки, необходимых для изготовления изделия. Аналогичная документация нужна и в других сферах конструкторской деятельности: в строительстве, при проектировании самолетов и т.п. В каждой такой инженерной дисциплине традиционный подход состоял в ручной разработке технического проекта изделия и последующем анализе проектных решений тем или иным способом. Для проведения анализа могут требоваться сложные инженерные расчеты, либо он может основываться на крайне субъективных суждениях об эстетических достоинствах конструкции. В результате анализа выявляются конкретные усовершенствования, которые можно внести в проектируемый объект.

Фреза представляет собой многозубый инструмент в виде тела вращения, на образующей поверхности которого или на образующей поверхности и торцах одновременно расположены режущие кромки. Во время работы осуществляются два движения: главное движение – вращение фрезы вокруг оси – и вспомогательное движение – движение подачи инструмента или детали. Поскольку в резании одновременно участвуют несколько зубьев, процесс фрезерования отличается большей производительностью, чем, например, точение или строгание.

Расчет конструктивных параметров фрезы производился в следующей последовательности.

Диаметр посадочного отверстия d_o, мм определяется из условия прочности и жесткости оправки фрезы по формуле:

d_o = 5,28h^0,48b^0,15 (1)

где h – глубина профиля обрабатываемой канавки детали, мм;

b – ширина профиля обрабатываемой канавки детали, мм.

Полученные результаты округляют в большую сторону до ближайшего значения из нормального ряда диаметров.

Приближенное значение наружного диаметра d_a, мм:

d_a  2,5 d₀ (2)

Высота профиля зуба фрезы h₁, мм:

h₁= h+(13) (3)

Число зубьев фрезы:

z=d_a/(Ah₁) (4)

где А – коэффициент, равный 1,8 — 2.5 для черновых фрез, 1,3 — 1.8 для чистовых.

Полученный результат округляют до целого числа. Число зубьев целесообразно выбирать четным.

Элементы конструкции хорошо отработанных и проверенных в производственной практике фрез стандартизованы и нормализованы и назначаются по стандартам и нормалям.

Значение переднего угла  выбирают положительным в зависимости от обрабатываемого материала детали, что способствует улучшению процесса резания. Обычные фасонные фрезы делают с  = 0. Значение заднего угла  выбирают в пределах 8 –15°, в точке при вершине профиля фрезы задний угол  обычно берут равным 10–12°.

Задние углы _N, в сечениях, нормальных к боковым сторонам, профиля фрезы, определяют для любой точки i_p профиля фрезы по формуле:

tg _N = R/R_itg_Bsin (5)

где  – угол между касательной к профилю фрезы в рассматриваемой точке i_p и плоскостью, перпендикулярной к ее оси;