Бунаков П.Ю., Рудин Ю.И., Стариков А.В. Основы автоматизированного проектирования изделий и технологических процессов

Подождите немного. Документ загружается.

161

Рис. 9.9. Модель изделия в системе БАЗИС

Рис. 9.10. Модель изделия, переданная в модуль БАЗИС-ЧПУ

162

Рис. 9.11. Список панелей

Все эти действия выполняются автоматически. Технологу остается выбрать обра-

батывающий центр, указать нужные панели и ввести ряд технологических параметров для

обработки отдельных элементов панели: внутренних и внешнего контуров (рис. 9.12),

прямолинейных и криволинейных пазов, отверстий (рис. 9.13).

Рис. 9.12. Задание параметров обработки внешнего контура

163

Рис. 9.13. Задание параметров обработки отверстий

Заключительной операцией является экспорт информации в файл, который будет

обрабатываться системой управления обрабатывающего центра Pro Master.

Модуль поддерживает работу с целым рядом систем управления. Различия заклю-

чаются только в количестве задаваемых технологических параметров.

9.4. Расчет производственных мощностей

Производственная система мебельного предприятия представляет со-

бой комплекс взаимодействующих подразделений, совместно решающих за-

дачу выпуска заданного объема продукции требуемого качества в приемле-

мые сроки с минимальными издержками. С позиций системного подхода ее

можно рассматривать как совокупность восьми производственных подсис-

тем: технологической, инструментальной, контроля качества, складской, ох-

раны труда, транспортной, технического обслуживания, управления и орга-

низационно-технологической подготовки производства, а также трех пото-

ков: материального, энергетического и информационного.

Для общей характеристики потенциальных возможностей производст-

венной системы или ее отдельных структурных подразделений используется

понятие производственной мощности, отражающей максимальную способ-

ность выпуска товарной продукции в натуральном или денежном выражении,

отнесенную к определенному периоду времени. По характеру расчета произ-

водственная мощность может быть планируемой и фактической. Важность

данного показателя для анализа результатов работы предприятия определяет-

ся возможностью его использования для внутреннего (в различные периоды

времени) и внешнего (по сравнению с аналогичными предприятиями) мони-

164

торинга результатов хозяйственной деятельности в целях выявления резервов

для повышения производительности труда.

Расчет и планирование производственной мощности является важным

этапом ТПП мебельных изделий. Математическая модель изделия, сформи-

рованная на этапе конструирования, содержит необходимую информацию

для расчета базовых технико-экономических показателей, который могут

служить основой оценки производственной мощности. Например, в ней есть

информация о необходимом количестве листовых материалов, используемой

фурнитуре, стандартных элементах, по ней можно рассчитать затраты на вы-

полнение тех или иных операций (трудоемкость): раскрой, облицовка кромок

и т.д.

Для расчета производственной мощности необходимо рассчитать эф-

фективный фонд времени работы оборудования. В силу дискретного харак-

тера мебельного производства он определяется числом рабочих дней в году,

коэффициентом сменности и длительностью рабочей смены по формуле:

)()(

потспппрсмсмвкэф

TTTTktTTT −−−−⋅⋅−= ,

где Т

эф

– эффективный фонд времени работы оборудования, [час];

– календарный фонд времени, [дни];

– общее количество выходных и праздничных дней;

см

– продолжительность рабочей смены, [час];

см

– коэффициентом сменности;

ппр

– время, затраченное на проведение планово-профилактических

ремонтных работ, [час];

сп

– время собственных простоев оборудования (смена инструмента,

обнаружение и устранение отказов, очистка оборудования и т.д.), [час];

от

– время простоев по организационно-техническим причинам (от-

сутствие заготовок, сбои в подаче электроэнергии, простои по субъективным

причинам и т.д.), [час];

– время простоев для переналадки оборудования (замена инструмен-

та или технологической оснастки, ввод новой управляющей программы и

т.д.), [час].

Показатель Т

ппр

для среднего и капитального ремонтов оборудования

определяется в соответствии с действующими нормативами, а для проведе-

ния технического обслуживания и профилактических работ – расчетно-

техническими нормами производительности оборудования. Остальные пока-

затели простоев оборудования учитываются либо через соответствующие

безразмерные коэффициенты, либо через внецикловые потери – потери вре-

мени, отнесенные к единице выпущенной продукции. В обоих случаях их

значения являются случайными величинами, а, следовательно, достоверность

определяется продолжительностью производственного наблюдения.

Производственная мощность мебельного предприятия в натуральном

исчислении может быть рассчитана по формуле:

∑

⋅⋅=

i j

эфji

nTQM

где М – производственная мощность в натуральных единицах, [шт];

165

i – индекс вида продукции;

j – индекс вида оборудования;

i,j

– производительность единицы оборудования, [шт/час];

эф

i,j

– эффективный фонд времени работы единицы оборудования за

расчетный период, [час];

i,j

– количество единиц оборудования.

Сложности применения показателя производственной мощности для

предприятий в условиях рыночной экономики связаны с широкой номенкла-

турой выпускаемой продукции, когда несколько ее видов одновременно на-

ходятся в производстве, причем уровень автоматизации производственного

процесса различается как по отдельным универсальным технологическим

операциям, так и по отдельным изделиям. В таких условиях расчет производ-

ственной мощности в натуральных единицах становится весьма затрудни-

тельным. Для расчета производственной мощности в денежном выражении

практически невозможно выделить профилирующую продукцию. Помимо

этого цена аналогичной продукции может широко варьироваться в террито-

риальном разрезе.

Тем не менее, подобные расчеты вполне применимы для сравнитель-

ного анализа деятельности конкретного предприятия как для различных вре-

менных интервалов, так и по сравнению с аналогичными предприятиями.

Вопросы для контроля

1. Перечислите основные задачи технологической подготовки производства.

2. Что является исходной информацией для проектирования технологических

процессов?

3. В чем различие АСТПП поискового и генерирующего типов?

4. Назовите два подхода к типизации ТП и объясните различие между ними.

5. В чем состоит задача раскроя материалов?

6. Что такое черновой и чистовой раскрой?

7. Что такое коэффициент использования материала?

8. Что такое технологичность карты раскроя? Приведите примеры характери-

стик технологичности.

9. Что такое ЧПУ? Из каких частей состоит аппаратная часть станка с ЧПУ?

10. Чем различаются системы позиционного и контурного управления?

11. Что такое управляющая программа? Какая основная информация колиру-

ется в ней?

12. Что такое производственная мощность предприятия?

166

Глава 10

Автоматизация прочностных расчетов параметров

корпусной мебели

Испытания изделий корпусной мебели на прочность производятся в

специальных аккредитованных лабораториях. Методики испытаний разраба-

тываются таким образом, чтобы условия их проведения и характер действия

нагрузок с максимальной достоверностью воспроизводили реальные условия

эксплуатации изделий. Натурные испытания любых образцов новой техники,

в том числе и мебельных изделий, представляют собой сложный и дорогой

процесс, но при этом не позволяют получить подробной информации о на-

пряженно-деформированном состоянии образца. Внедрение САПР открывает

возможность замены натурных испытаний изделий виртуальными экспери-

ментами с математической моделью, которая формируется на этапе конст-

руирования.

Для реализации подобных расчетов необходимо знать характер дейст-

вия внешних нагрузок на изделие в процессе его эксплуатации, который су-

щественным образом зависит от типа изделия. Методы испытаний на проч-

ность изделий корпусной мебели регламентируются требованиями стандар-

тов, в которых, помимо прочего, приводятся характер воздействия на изделие

эксплуатационных нагрузок. Перечислим некоторые из стандартов:

• ГОСТ 19882-91. Мебель корпусная. Методы испытаний на устойчи-

вость, прочность и деформируемость;

• ГОСТ 28102 ГОСТ 28102-89 Мебель корпусная. Методы испытаний

штанг;

• ГОСТ 28136-89. Мебель корпусная настенная. Методы испытаний

на прочность;

• ГОСТ 28105-89. Мебель корпусная и столы. Методы испытаний вы-

движных ящиков и полуящиков;

• ГОСТ 30212-94. Столы журнальные и письменные. Методы испы-

таний;

• ГОСТ 30099-93. Столы. Методы испытаний;

• ГОСТ 19195-89. Мебель. Методы испытаний крепления дверей с

вертикальной и горизонтальной осью вращения;

• ГОСТ 19194-73. Мебель. Метод определения прочности крепления

подсадных ножек мебели.

10.1. Системы автоматизации расчетных задач

Моделирование эксплуатационных свойств изделия может выполнять-

ся на различных этапах его жизненного цикла. Решение данных задач реали-

зуется в системах класса CAE (Computer Aided Engineering – автоматизиро-

ванные инженерные расчеты), являющихся неотъемлемым элементом ком-

плексной САПР. Современные расчетные исследования и оптимизации тех-

167

нических характеристик изделий базируются на использовании метода ко-

нечных элементов.

В промышленности используется ряд CAE-систем, позволяющих вы-

полнять различные виды расчетов: моделирование напряженно-

деформированного состояния объекта, статический и динамический анализ,

определение центра тяжести и инерционных моментов и т.д.

В качестве примера рассмотрим возможности системы APM WinMachine

(www.apm.ru).

APM WinMachine – это система автоматизированного расчета и проектирования

механического оборудования и конструкций, которая позволяет решать большой круг

прикладных задач, основными среди которых являются проектирование механического

оборудования и его элементов с использованием инженерных методик и анализ методом

конечных элементов напряженно-деформированного состояния любых трехмерных объ-

ектов при произвольном закреплении, статическом или динамическом нагружении.

Она представляет собой единый программный комплекс, состоящий из ряда моду-

лей (АРМ), основными из которых следующие:

• Graph – двумерный чертежно-графический редактор для оформления конструк-

торской документации;

• Studio – формирование трехмерных поверхностный и твердотельных моделей и

разбиения их на конечные элементы;

• Mechanical Data – база данных стандартных узлов и деталей;

• Structure 3D – комплексный анализ трехмерных конструкций, состоящих их

пластинчатых, стержневых и объемных элементов;

• Joint – расчет и проектирование соединений деталей машин, позволяющий вы-

полнять расчеты всех типов резьбовых, сварных, заклепочных соединений и со-

единений деталей вращения;

• Trans – проектирование передач вращения (зубчатых, червячных, ременных,

цепных);

• Bear – расчет неидеальных подшипников качения;

• Plain – расчет и анализ радиальных и упорных подшипников скольжения;

• Shaft – расчет и проектирование валов и осей;

• Drive – расчет и проектирование приводов произвольной структуры, планетар-

ных и волновых передач;

• Spring – расчет и проектирование пружин и других упругих элементов;

• Cam – расчет и проектирование кулачковых механизмов;

• Screw – расчет неидеальных передач поступательного движения;

• Beam – расчет и проектирование балочных элементов конструкций.

Рассмотрим более подробно возможности модуля Structure 3D. Он предназначен

для комплексного анализа трехмерных конструкций: расчета стержневых, тонких пла-

стинчатых и объемных твердотельные конструкции, а также их произвольных комбина-

ций. Под комплексным анализом понимается расчет напряженно-деформированного со-

стояния перечисленных объектов произвольной геометрической формы при произвольном

нагружении и закреплении, а также ряд других расчетов. Анализ полученных результатов

позволяет выбирать наилучшие конструктивные решения.

Модуль Structure 3D решает следующие задачи:

• определение полей эквивалентных напряжений и их составляющих;

• расчет линейных, угловых и результирующих перемещений;

• определение внутренних усилий;

• расчет устойчивости и формы потери устойчивости;

• определение частот собственных колебаний и собственных форм;

168

• расчет вынужденных колебаний и анимация колебательного процесса по задан-

ной вынуждающей нагрузке;

• расчет на вибрацию оснований;

• расчет температурных полей и термонапряжений;

• расчет усталостной прочности;

• геометрически нелинейные расчеты;

• автоматический подбор сечений из условий прочности, жесткости, устойчиво-

сти для металлоконструкций машиностроительного назначения и строительных

конструкций;

• проектирование узлов металлоконструкций.

Для выполнения расчетов используются следующие типы моделей рассчитывае-

мых конструкций:

• стержневые;

• пластинчатые и оболочечные (изолированные, а также в комбинации со стерж-

невыми, твердотельными и вантовыми

конструкциями);

• вантовые и другие, включающие гибкие элементы;

• твердотельные модели и их комбинации со стержневыми, пластинчатыми, обо-

лочечными и вантовыми моделями.

В качестве нагрузок могут задаваться сосредоточенные силы и моменты, нагрузки,

распределенные по длине, площади и объему, нагрузки, заданные перемещением, центро-

бежные и температурные нагрузки и ряд других, а также их произвольные комбинации.

При выполнении расчетов допускается использование как однородных, так и многослой-

ных материалов. В качестве дополнительный опций в системе имеется возможность ука-

зания шарнирных соединений элементов конструкции, упругих связей между ними или

освобождения от связей, упругих опор, сосредоточенных масс и т.д.

Математические модели конструкций и их элементов могут быть импортированы

из других графических редакторов через стандартные форматы обмена. Внешняя нагруз-

ка, также как и условия закрепления конструкции, могут быть произвольными как по ха-

рактеру, так и по местоположению.

Расчет напряженно-деформированного состояния конструкций выполняется с ис-

пользованием метода конечных элементов. Количество конечных элементов для разбие-

ния сечений стержней и, следовательно, длительность времени расчета устанавливается

пользователем. По умолчанию в программе существуют настройки, характерные для

большинства расчетных случаев. Общее количество конечных элементов ограничено

только возможностями используемого компьютера. Разбиение на конечные элементы

пластинчатых и твердотельных элементов выполняется в полуавтоматическом режиме. В

случае необходимости в полученное разбиение можно вносить поправки в режиме ручно-

го редактирования.

Для эффективной реализации расчетных и графических процедур в модуле имеется

специальный интерфейс, который включает в себя:

• графический редактор задания конструкций в виде комбинаций из стержней,

пластин и твердотельных элементов;

• визуализатор пространственного представления модели;

• редактор задания плоских сечений стержневых элементов;

• редактор задания нагрузок, условий закрепления и механических характеристик

составляющих конструкцию элементов;

• визуализатор результатов расчета.

Вантовые конструкции – конструкции, основанные на сочетании жестких опор и креп-

лений и растяжении специальных стержней – вантов: канатов, кабелей и т.п. Примерами

вантовых конструкций являются висячие мосты или висячие покрытия.

169

Модуль Structure3D позволяет рассчитать величины напряжений и деформаций в

любой точке заданной конструкции, как с учетом внешнего нагружения, так и с учетом

собственного веса каждого из элементов. Результаты расчетов с помощью специального

визуализатора представляются в цветовой гамме, в виде изолиний или в форме эпюр на-

пряжений, моментов, сил, деформаций и т.д. В качестве примера на рис. 10.1 показан ви-

зуализация некоторых форм собственных частот колебания крана для лесоматериалов.

Рис. 10.1. Формы собственных частот колебания крана для лесоматериалов

Помимо системы APM WinMachine широкое распространение получи-

ли такие программные комплексы, как ANSYS, COSMOS/M, ADAMS и некото-

рые другие.

Ряд интегрированных САПР (T-FLEX, Pro/Engineer, Unigraphics и др.)

имеют встроенные CAE-модули. Например, модуль T-FLEX Анализ

(www.topsystems.ru) позволяет выполнить следующие расчеты:

• статический анализ – расчёт напряжённого состояния конструкций

под действием приложенных к системе постоянных во времени сил;

• частотный анализ – расчёт собственных (резонансных) частот кон-

струкции и соответствующих форм колебаний;

• анализ устойчивости конструкций, эксплуатация которых предпола-

гает продолжительное воздействие различных по интенсивности на-

грузок;

• тепловой анализ – оценка температурного поведения изделия под

действием источников тепла и излучения.

Отличительной особенностью такого подхода является глубокая инте-

грация конструкторского и расчетно-аналитического модулей, что позволяет

сохранить ассоциативную связь расчётной математической модели и объем-

ной модели изделия. Это означает, что пользователь может изменить разме-

ры анализируемого изделия, обновить конечно-элементную модель и сразу

170

же получить результаты расчёта измененной модели. При этом ему не пона-

добится повторно осуществлять ввод геометрии, задание граничных условий

и т.п., что позволяет в короткие сроки просчитать несколько вариантов и вы-

брать из них оптимальный. Структурная схема такой организации работ, реа-

лизованная в системе T-FLEX, показана на рис. 10.2.

Рис. 10.2. Структурная схема совместного использования CAD и CAE-модулей

Использование CAE-систем в САПР корпусной мебели позволяет ре-

шить ряд важных практических задач:

• повысить качество и надежность изделий;

• сократить время проектирования новых изделий и уменьшить их се-

бестоимость за счет замены натурных испытаний виртуальными

экспериментами;

• накопить статистическую информацию о применяемых методиках

расчетов и их соответствия условиям реальной эксплуатации;

• проводить многократные эксперименты с критическими значениями

параметров;

• получать полную информацию о состоянии объекта в наглядной

форме для последующего анализа.