Пильов В.О., Шеховцов А.Ф. Двигуни внутрішнього згоряння: Серія підручників. Том 4. Основи САПР ДВЗ

Подождите немного. Документ загружается.

щодо вибору матеріалу деталі, допусків на виготовлення, технології виго-

товлення.

Ще однією рисою систем синтезу геометричних моделей об’єкту

проектування є

розвинута варіаційна технологія, яка дозволяє конструк-

тору варіювати окремими елементами моделі без порушення зв’язків з ін-

шими елементами. Приклад такого редагування креслення колеса турбіни

подано на рис.1.12, 1.13.

В цілому дотримання принципу оптимальності зв’язку проектуваль-

ника з ЕОМ у сполученні з принципом інформаційної узгодженості про-

грам є визначальним фактором ефективності САПР.

6. Принцип

оптимальності зв’язків між САПР та зовнішнім сере-

довищем. Коли кожен раз в систему вводяться не тільки специфічні нові

дані, а і постійно вживані відомості довідкового характеру (властивості

матеріалів, параметри уніфікованих об’єктів тощо), то має місце нераціо-

нальна організація зв’язків САПР із зовнішнім середовищем. Зрозуміло,

що

для прискорення підготовки вхідної інформації ці відомості повинні

зберігатися в базі даних САПР

Водночас САПР як складова життєвого циклу конструкції не може

бути інформаційно замкненою системою. Вона неодмінно потребує дво-

сторонніх зв’язків з іншими АС.

Комплексне використання стратегій генерації даних та міжсисте-

много обміну даними з метою підвищення якості продукції, зменшення

витрат на її проектування, виробництво і експлуатацію шляхом безперер-

вної інформаційної підтримки життєвого циклу конструкції зветься

CALS-технологією (Continuonus Acquisition and Life-cycle Support).

Задача CALS-технології – впровадження єдиного інформаційного се-

редовища для всіх етапів життєвого циклу конструкції. Тому в основу

CALS-технології покладено моделі електронного вигляду даних щодо

об’єктів проектування, технологічних процесів, виробничого середовища,

а також правила обміну цими даними.

CALS-технологія – це етап розвитку комп’ютерних технологій,

коли інтегровані АС виконання проектних робіт, керування

технологічними процесами і підприємствами об’єднуються в

єдиному інформаційному просторі.

Розмір 195, що пов’язаний з розмірами 29 і 23

Розмір 4, що

пов’язаний з

розміром 29

Розмір 46, що

пов’язаний з

розміром 29

Розмір 29

потребує

зміни на 28

та пов’язаний

з розмірами

4 і 4

Розмір 23

потребує

зміни на 13

исунок 1.12 – Початковий варіант креслення ротора турбокомпресора в системі КОМПАС (НТУ “ХПІ”)

Автоматично

перебудований

озмі

з 46 на 45

Автоматично перебудований

озмі

з 195 на 184

Автоматично

перебудований

озмі

з 4 на 3

Розмір, що змінено

конст

ру

кто

ом з 29 на 28

Розмір, що змінено

конструктором з 23 на 13

исунок 1.13 – Результат редагування креслення при використанні розвинутої варіаційної технології

Широка інформаційна інтеграція систем машинобудівного профілю,

безумовно, вимагає дотримання відповідних стандартів. І такі стандарти

вже розроблені і далі розробляються. Характерним прикладом тут є стан-

дарти серії ИСО 10303 STEP.

Так, стандарт ИСО 10303-214 визначає інформацію, яка пов’язана з

етапами конструювання (дані форми, розмірів, допусків на виготовлення,

опису кінематичних структур, ідентифікації стандартних елементів тощо

В його створенні приймали участь фірми Audi, Opel, Volkswagen, Volvo,

Honda, Toyota, Mitsubishi, Ford, General Motors, Renault та ін.

У світі також створені національні організації по розвитку CALS.

Так, спільний проект AUSAP дев’ятнадцяти фірм автомобільної галузі Ав-

стралії має за мету забезпечення конкурентоспроможності своєї продукції

після 2010 р., тобто після запланованої відміни мита на імпорт.

В цілому, за оцінками американських спеціалістів, CALS-технологія

дозволяє на 40 – 60 % скоротити об’єми науково-дослідних та конструк-

торських робіт, на 30 % – витрати в сферах виробництва і експлуатації при

одночасному підвищенні якості складних технічних систем.

Таким чином, принцип оптимальності зв’язків між САПР та зовніш-

нім середовищем на сьогодні в значній мірі відповідає принципу інформа-

ційної узгодженості життєвого циклу конструкції.

Принцип типізації. Вимоги високої ефективності САПР, скоро-

чення термінів її розробки і впровадження, зменшення витрат на розробку і

експлуатацію є вкрай суперечливими.

Найбільша ефективність використання системи досягається шляхом

глибокої її спеціалізації.

Розробку спеціального ПЗ ДВЗ, як правило, здійснюють компанії, які

мають власне двигунобудівне виробництво. Так роблять фірми BMW, Cat-

erpillar, Chrysler, Daewoo, Ford, GMS, John Deere, Ricardo, Volvo і ін.

Ними

розглядаються питання моделювання процесів газообміну, паливопоста-

чання, сумішоутворення, згоряння, утворення основних токсичних компо-

нентів, тепловіддачі в стінки тощо. При цьому вартість спеціалізованих

систем є вкрай високою.

Зрозуміло, що для зменшення витрат на розробку спеціалізованої си-

стеми, її доцільно будувати на основі максимального використання типо-

вих та уніфікованих складових.

Типізації підлягають ті елементи САПР, що мають перспек-

тиву багаторазового використання в різних підсистемах та в

різних САПР.

Звернемося до рис.1.9. Неважко побачити, що інтерфейс систем тут є

типовим інтерфейсом Windows-програм. Це суттєво полегшує і прискорює

роботу користувача, а з іншого боку – прискорює та здешевлює розробку

спеціалізованої системи.

Необхідна умова уніфікації – пошук загальних положень у проекту-

ванні різнорідних технічних об’єктів. Характерним прикладом залучення

до САПР ДВЗ уніфікованих складових є використання графічних систем,

що розробляються спеціалізованими фірмами-виробниками такої

продук-

ції.

Досить досконалими, наділеними дво- і тривимірними модулями

опису об’єктів проектування, є графічні системи, розроблені фірмами

Contraves, Control Data, EDS, Intergraph, Marta Datavision, PTS (США),

Tehnovision (Франція), Ferranti (Великобританія), КОМПАС (Росія),

Simatron (Ізраїль) та ін. Про попит на вказані системи свідчить, наприклад,

такий факт. Тільки фірма EDS має свої представництва в 48 містах 22 про-

відних країн усіх континентів. З

іншого боку, тільки проект САD 2000 фі-

рми Marta Datavision мав підтримку компаній Audi, BMW, Mercedes-Bens,

Porsche, Volkswagen. Те саме можна навести стосовно розрахункових мо-

дулів САПР загальнотехнічного призначення.

Таким чином, принцип типізації здебільш орієнтує на розробку та

використання типових і уніфікованих елементів САПР.

8. Принцип блочності. При розробці автоматизованих систем слід

враховувати суттєво високу складність двигуна як технічної

системи. У

зв’язку з цим впровадження інтегрованої САПР ДВЗ (відповідно до прин-

ципу розвитку) слід завжди розглядати як стратегічний напрям з викорис-

тання комп’ютерних технологій в проектуванні двигунів.

З метою поетапного впровадження і часткового використання інтег-

рованої САПР довільну автоматизовану систему розподіляють на підсис-

теми, які здатні функціонувати

окремо від інших підсистем. Саме такий

підхід дозволяє впроваджувати в практику конструкторських робіт в пер-

шу чергу ті підсистеми, які дають найвищу ефективність від свого викори-

стання.

Кожна підсистема САПР повинна мати усі властивості

системи та розроблятись і функціонувати як самостійна

САПР.

Прикладом цих підсистем можуть бути графічні системи, системи

кінематичного аналізу механізмів, аналізу термонапруженого стану дета-

лей, течії рідини і газу.

Зауважимо, що подані вище приклади відповідно до принципу типі-

зації надають певний перелік типових уніфікованих САПР. В загальному ж

випадку принцип блочності також передбачає наявність набору спеціалізо-

ваних підсистем. При цьому

розробка окремих підсистем САПР як само-

стійних автоматизованих систем проектування досягається шляхом дотри-

мання всіх принципів будови інтегрованої САПР.

9. Принцип ієрархічності. Наявність в інтегрованій САПР комплек-

су сумісних обчислювальних засобів різної ефективності передбачає опти-

мальне використання наявних програм і технічних ресурсів. З точки зору

ефективності роботи САПР найбільш доцільним тут

є використання мате-

матичних моделей і програм, які забезпечують найменший час розрахун-

ків. Тому перехід до моделі більш високого рівня складності слід здійсню-

вати тільки тоді, коли для вирішення певного кола задач проектування ви-

користання моделей попереднього рівня неможливе або коли отримані ре-

зультати не збігаються з результатами експерименту. Цими

вимогами

визначається ієрархія математичних моделей і відповідного програмного

забезпечення.

Ієрархія технічних засобів САПР передбачає розподіл останніх між

центральними обчислювальними комплексами (ЦОК) та окремими автома-

тизованими робочими місцями (АРМ) проектувальників, конструкторів,

технологів. Вказане можна побачити з рис.1.4. Тут під АРМ будемо розу-

міти комплекс пристроїв, якими оснащене робоче місце виконавця робіт в

певній АС. Більш докладно поняття АРМ буде розглянуто в п.6.4.

У цілому ієрархічність САПР відповідно до принципів розвитку сис-

теми та блочності забезпечує розробку такої структури, коли окремі під-

системи створюють з використанням набору підсистем нижчого рівня іє-

рархії. Наприклад, графічна підсистема (яка створюється самостійною сис-

темою) завжди входить до

складу підсистеми конструювання ДВЗ.

10. Принцип ітераційності проектування. Відомо, що при розробці

СТС не вдається отримати шукане проектне рішення шляхом одноразового

проходження проекту. Тому проектування найчастіше ведуть як ітерацій-

ний процес з періодичним поверненням до попередніх його етапів.

Безумовно, що кількість вказаних ітерацій безпосередньо визначає

час виконання проекту. Тому загальною повинна бути тенденція по змен-

шенню кількості цих ітерацій. Останнє досягається, наприклад, застосу-

ванням ефективних стратегій оптимізації конструкції та використанням

достатньо точних моделей внутрішнього функціонального опису ЦС. Вод-

ночас, повністю відмовитись від принципу ітераційності не вдається. Так,

наприклад, для розрахунку робочого процесу необхідно мати значення те-

мператур стінок КЗ. Але отримати ці дані можливо тільки після

розрахун-

ку робочого процесу. Таким чином, саме ітераційне розв’язання вказаних

задач приводить до визначення уточнених параметрів робочого процесу та

розподілу температур в деталях КЗ.

З наведеного можна зробити висновок, що принцип

ітераційності

розкриває природне протиріччя між цілями створення САПР і тому пе-

редбачає виконання оптимізації технології проектування двигунів.

У цілому з розгляду сукупності поданих принципів повинно бути яс-

но, що нехтування довільним з них неодмінно впливає на якість проекту чи

зменшує ефективність створення, використання, модернізації САПР.

1.5. Основи декомпозиції та ієрархічності процесу проектування

У попередньому підрозділі з’ясовано, що структура інтегрованої

САПР ДВЗ передбачає наявність певної сукупності окремих, тобто

само-

стійних, але взаємозв’язаних систем. Важливо, що за принципом ієрархіч-

ності ці системи можуть мати довільну вкладеність. Для полегшення роз-

гляду ієрархічних рівнів САПР (чи то термінологічного розпізнавання сту-

пеня вкладеності підсистем) утворимо формальну структуру інтегрованої

системи.

Будемо вважати, що

інтегрована АС складається з одноетапних, ба-

гатоетапних та функціональних підсистем

. Елементарну підсистему про-

ектування ДВЗ, яку вже не вдається розподілити на підсистеми, назвемо

одноетапною системою. Тоді багатоетапна САПР складається з одноетап-

них, а функціональна підсистема – з окремих багатоетапних та одноетап-

них САПР. При цьому саме набір функціональних підсистем утворює інте-

гровану систему. Загальну структуру ієрархічних рівнів інтегрованої САПР

подано на рис.1.14.

Важливо, що

при розробці САПР загальну структуру інтегрованої

автоматизованої системи необхідно поставити відповідним чином до іє-

рархічної структури процесу проектування

. Надалі відтворимо цю відпо-

відність.

Основним поняттям структури процесу проектування є етап.

Етап проектування – це частина загального процесу виконання

проектних робіт, яка вміщує в собі формування сукупності

описів об’єкта, що відноситься до одного або декількох ієрархіч-

них рівнів і аспектів розгляду цього об’єкта. Виконання певного

етапу проектування закінчується отриманням проектного

рішення.

Таким чином, поняття підсистем відносять до структури об’єкта про-

ектування та структури автоматизованої системи проектування цього

об’єкта, а поняття етапу – до структури процесу проектування наданого

об’єкта у відповідній автоматизованій підсистемі.

Надамо поняття проектного рішення, результату проектування та

проекту.

Під проектним рішенням розуміють проміжний або остаточ-

ний опис об’єкта проектування, що є необхідним і достатнім

для розгляду і визначення напряму подальшого проектування або

його завершення.

Проміжні проектні рішення використовують у процесі виконання на-

ступних етапів проектування, остаточні рішення утворюють результат.

Результатом проектування технічного об’єкта є сукупність

проектних рішень, що задовольняє вимогам технічного

завдання на проектування.

Проектне рішення, що подане в заданій формі, зветься проектним

документом

. Тоді сукупність проектних документів утворює проект.

Проект – це сукупність відповідних встановленому переліку

проектних документів, в яких подано результат проектування

Коли розв’язання задач більш високих ієрархічних рівнів виконуєть-

ся до проведення проектування на більш низьких ієрархічних рівнях, то

Рисунок 1.14 – Структура ієрархічних рівнів інтегрованої САПР

таке проектування називають низхідним. Коли раніше виконуються етапи,

що зв’язані з нижчими ієрархічними рівнями, то проектування називають

висхідним. При низхідному проектуванні система розробляється в умовах,

коли її елементи ще не розроблені, а відомості про їх властивості мають

орієнтовний характер. При висхідному проектуванні навпаки – елементи

проектуються раніше за систему. Тому висхідне проектування має місце на

тих рівнях проектування, де використовують уніфіковані елементи конс-

трукції.

На практиці найчастіше сполучають низхідне

та висхідне проекту-

вання. При проектуванні двигунів внутрішнього згоряння основним видом

проектування є низхідне.

Двома етапами найвищого рівня ієрархії проходження проекту СТС є

зовнішнє та внутрішнє проектування.

Етап зовнішнього проектування передбачає конкретизацію призна-

чення двигуна, формулювання концепції нової конструкції, формулювання

вектору критеріїв її ефективності

, визначення рівня обраних показників

якості, розробку нових внутрішніх функціональних описів СТС.

Розв’язанням цих питань займається група провідних конструкторів під

керівництвом головного конструктора та в тісній взаємодії з науково-

дослідними установами. Зовнішнє проектування в основному відповідає

виконанню науково-дослідних робіт (НДР).

Основа зовнішнього проектування – достовірне врахування

сучасного стану техніки і можливостей технології, прогноз їх

розвитку на період часу, що є не меншим, ніж час життєвого

циклу СТС.

Розробка технічного завдання є етапом, який відносять до зовніш-

нього проектування. Тим самим на етапі зовнішнього проектування фор-

муються вхідні дані для наступного функціонування САПР.

За допомогою певних етапів внутрішнього проектування оцінюють

можливості досягнення рекомендованих вимог ТЗ, обирають рекомендації

щодо їх можливого корегування, остаточно формують ТЗ. Надалі внут-

рішнє проектування вміщує

етапи, які призначено для виконання проекту.

Внутрішнє проектування передбачає наявність етапів, що

забезпечують виконання вимог ТЗ.