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

Подождите немного. Документ загружается.

Зрозуміло, що внутрішнє проектування здійснюється конструкторсь-

кою організацією – виконавцем даного проекту. Тому саме етапи внутріш-

нього проектування слід ставити у відповідність до певних підсистем

САПР.

Зміст робіт, що виконується на етапах зовнішнього та внутрішнього

проектування, розділяють на

стадії, етапи, проектні процедури, проектні

операції та дії

При проектуванні СТС виділяють стадії науково-технічного пошуку,

технічної пропозиції, ескізного, технічного та робочого проектів, техноло-

гічної підготовки виробництва та виробництва дослідних зразків, випробу-

вань. В разі невідповідності результатів випробувань вимогам ТЗ, реалізу-

ють ітераційний характер проектування. Коли вимог ТЗ досягнуто, здійс-

нюють перехід до наступного етапу життєвого циклу конструкції –

техно-

логічної підготовки виробництва. Тут звернемо увагу на те, що

слід розріз-

няти технологічну підготовку виробництва дослідних зразків двигунів та

технологічну підготовку їх промислового виробництва.

Це пов’язують з

тим, що способи і засоби виробництва дослідного зразка і серійного дви-

гуна можуть суттєво відрізнятись.

Деталізацію уявлень щодо процесу проектування на кожній з його

стадій виконують шляхом введення потрібної ієрархії етапів. Тоді під ста-

дією виконання проектних робіт слід розуміти логічно завершену сукуп-

ність етапів зовнішнього

чи внутрішнього проектування.

Вказані вище стадії та основні етапи проектування двигунів, що їм

відповідають, зображено на рис.1.15.

Елементарний етап процесу проектування, що приводить до проект-

ного рішення, зветься

проектною процедурою. Кожній проектній процеду-

рі відповідає конкретна локальна задача проектування. Частини процесу

проектування, які складають проектну процедуру та виконання яких забез-

печує розв’язання наданої локальної задачі, звуться

проектними операція-

ми

. Нарешті, проектна операція складається з сукупності дій проектування.

Тут дія повинна мати опис відповідною мовою, що є зрозумілою виконав-

цеві (процесору). Цей опис зветься

інструкцією (командою, оператором

програми).

Таким чином,

процес проектування підтримується за допомогою

дій, які виконуються за командами проектувальників та операторами

програм.

Проектування ДВЗ

Оптимізація

конструкції

Розробка і аналіз ТЗ

На

ково-дослідні

оботи

Основні етапи проектування

План

вання

Розробка конструкторської

документації

Обробка

результатів

Експериментальні

роботи

Складання

Виробництво

деталей

Розробка

технологічної

документації

Розробка

технологічних

процесів і їх аналіз

Розрахунок

параметрів

пі

систем

Розрахунок

основних

параметрів

Вибір уніфікова-

них деталей

Компонування

конструкції

Вибір

прототипу

Вибір

структури СТС

Робочий

проект

Випробування

ДВЗ

Виробництво

дослідного

азка

Технологічна

підготовка

виробництва

дослідного

зразка

Технічний

проект

Ескізний

проект

Аналіз ТЗ,

технічна

пропозиція

Науково-

технічний

пошук

Стадії

оект

вання

Види

оект

вання

Внутрішнє проектування

Зовнішнє

проектування

Рисунок 1.15 – Види, стадії та основні етапи проектування ДВЗ

Прикладами проектних процедур можуть бути розрахунок робочого

процесу двигуна, виконання креслення деталі, розрахунок її напружено-

деформованого стану, вибір уніфікованих вузлів. Прикладами проектних

операцій є введення даних для розрахунків, побудова елементів креслення,

заповнення штампу креслення. Зрозуміло, що заповнення певної графи

штампу є дією. Діями також є виконання кроків алгоритму програми. Так

виконання

в програмі певної операції присвоювання (a:=b+c; k:=k+1;

S:=r×(1–cos(fi)+

/4×(1–cos(2×fi));) складається з виконання дій по знахо-

дженню значення виразу, що стоїть праворуч від знака присвоювання, та

подальшого виконання дії присвоювання знайденого значення вказаній

змінній.

Розглянемо ще один приклад. На рис.1.16 подано результати вико-

нання операції проставлення діаметрального розміру деталі. Ця операція

складається з таких дій: завдання команди проставлення

розміру; вказівки

координати початку першої виносної лінії (точка

А), другої виносної лінії

(точка

В), положення розмірної лінії (точка С); завдання знаку діаметра,

значення розміру діаметра, квалітету точності, вибору варіанту розміщен-

ня розмірних стрілок, положення текстової інформації відносно розмірних

Рисунок 1.16 – Приклади виконання операції проставлення

діаметрального розміру:

– координата початку першої виносної лінії;

– координата початку другої виносної лінії;

С – координата, що визначає положення виносної лінії;

а, б – відмінні результати виконання операції

ліній. Видно, що від конкретного змісту дій маємо відмінні результати ви-

конання операції.

Таким чином, дія виконується певним суб’єктом чи машиною над

деяким об’єктом, за зміною стану якого можна робити висновки про ре-

зультат виконання цієї дії.

Загальна ієрархія складових процесу проектування СТС подана на

рис.1.17. Порівняння цієї інформації

з даними рис.1.14 дозволяє поставити

ієрархічні рівні процесу проектування відповідно до ієрархічних рівнів

структури інтегрованої САПР.

Проект

Стадія

Етап

Проектна

процедура

Проектна

операція

Дія

Сукупність остаточних

проектних документів

Проектні

документи

Зміна стану

об’єкту

проектування

Проектні

рішення

Результат

проектування

Етапи

процесу

проектування

оцес п

оект

вання

Рисунок 1.17 – Загальна ієрархія рівнів процесу проектування СТ

Тоді стає ясно, що певна одноетапна САПР відповідає виконанню

конкретної проектної процедури, а багатоетапна – проходженню конкрет-

них окреслених етапів проектування, тобто виконанню встановленого на-

бору проектних процедур. Поняття функціональної підсистеми тут відпо-

відає

смислу виконання окремої стадії або групи стадій процесу проекту-

вання, на яких вирішується функціонально завершена послідовність лока-

льних задач АП. Робота довільної підсистеми САПР завжди закінчується

отриманням очікуваного набору проектних документів.

1.6. Функціональні підсистеми САПР ДВЗ, їх призначення та

загальна структура

Основна функція САПР – автоматизоване проектування об’єктів і їх

складових частин. З урахуванням викладених вище відомостей підкресли-

мо, що за головну структурну одиницю САПР приймається функціональна

підсистема, що виконує окремі логічно завершені фрагменти процесу АП.

Функціональні підсистеми САПР ДВЗ реалізують проектні

процеду-

ри відповідно до поточних задач, що стоять перед користувачем САПР на

певній стадії проектування двигуна. Цими задачами є:

• формулювання і аналіз ТЗ;

• опис моделі експлуатації двигуна;

• вибір прототипу в межах наявної в базі даних інформації;

• часткове використання описів конструкцій прототипу і аналогів;

• вибір уніфікованих

деталей і вузлів;

• виконання аналізу функціонування систем двигуна та процесів,

що відбуваються;

• виконання оптимізації конструкції;

• виконання конструкторсько-креслярської документації;

• опис технологічного процесу виготовлення дослідних зразків де-

талей та нового двигуна в цілому;

• керування виробництвом та випробуваннями дослідного зразка,

обробка експериментальних даних тощо.

Існує наступний перелік функціональних

підсистем проектування

двигунів внутрішнього згоряння:

9 автоматизована система проектування ДВЗ (АСП ДВЗ);

9 автоматизована система конструювання ДВЗ (АСК ДВЗ);

9 автоматизована система технологічної підготовки виробництва

дослідних зразків деталей та двигунів (АСТПВ ДВЗ);

9 автоматизована система керування технологічними процесами ви-

готовлення дослідного зразка ДВЗ (АСКТП ДВЗ);

9 автоматизована система комплексних випробувань,

доробки і до-

ведення конструкції двигуна (АСКВД ДВЗ).

З урахуванням принципу системної єдності залучення перерахованих

вище функціональних підсистем до інтегрованої САПР ДВЗ покладено на

автоматизовану систему керування процесом проектування (АСКПП ДВЗ).

Розглянемо призначення окремих функціональних підсистем САПР

ДВЗ.

АСКПП ДВЗ. Організація роботи усіх функціональних підсистем ін-

тегрованої САПР ДВЗ в єдиному комплексі та забезпечення процесу прое-

ктування необхідною інформацією підтримується спеціальними програм-

ними засобами, які залучаються до складу АСКПП. Тому вказана система

здійснює керування усіма функціональними підсистемами, даними та опи-

сами СТС, вирішує задачі об’єднання результатів роботи усіх інших під-

систем.

З цього приводу АСКПП називають інструментальним центром

інтегрованої САПР. Спеціалізовані програмні комплекси, що призначені

для виконання функцій АСКПП називають системами автоматизації робіт

з документацією. Розгляд таких систем подано в п.3.3.3.

АСП ДВЗ. Автоматизована система проектування двигунів забезпе-

чує виконання процедур на стадіях

формулювання і аналізу технічного за-

вдання, розробки технічної пропозиції, виконання ескізного проектування

(див. рис.1.15).

Основна мета аналізу ТЗ – з’ясування вимог, що ставляться до нової

конструкції та оцінка шляхів досягнення показників якості ЦС. До основ-

них показників якості конструкції ДВЗ, тобто складових критерію

, від-

носять:

 ефективну потужність двигуна та максимальний крутний момент;

 експлуатаційний діапазон частот обертання колінчастого вала;

 економічність двигуна по паливу та маслу, середньоексплуатацій-

ну економічність;

 рівень токсичності викидів;

 рівень акустичного шуму;

 масу та габаритні розміри двигуна;

 надійність, ресурс роботи, термін до першого перебирання.

Для

двигунів різного експлуатаційного призначення цей перелік до-

повнюється вимогами до коефіцієнту пристосовності, ступеня нерівномір-

ності обертання КВ, умов пуску тощо. Під час аналізу вимог ТЗ також вра-

ховують можливість подальшого форсування двигуна та оцінюють його

працездатність при короткотривалих перевантаженнях.

Технічна пропозиція містить техніко-економічне обґрунтування до-

цільності розробки двигуна нової конструкції, уточнює вимоги до неї. Ці

уточнення виконують на основі аналізу варіантів запропонованих техніч-

них рішень. Стадія технічної пропозиції завершується вибором прототипу.

Після вибору прототипу розпочинають етап ескізного пророблення конс-

трукції.

Ескізний проект надає документацію, в якій викладені принципові

конструктивні

рішення, що дають загальне уявлення про конструкцію та

принцип її роботи, а також дані, які визначають відповідність цієї конс-

трукції призначенню. На стадії ескізного проектування конструкція двигу-

на стає відомою в цілому. Тут вибирають схему його компонування, склад

окремих підсистем; визначають перелік уніфікованих деталей і вузлів;

здійснюють дослідження варіантів конструкції

та наслідки впровадження

альтернативних конструктивних рішень.

Таким чином, АСП ДВЗ дозволяє на початкових стадіях розробки

ЦС здійснити вибір основних параметрів двигуна, які задовольняють ви-

могам технічного завдання.

АСК ДВЗ. Інформація, що отримана в АСП ДВЗ, передається до ав-

томатизованої системи його конструювання. Призначення АСК ДВЗ – під-

тримка

технічного та робочого проектування двигунів.

Технічний проект вміщує остаточне технічне рішення, яке дає повну

уяву про конструкцію, що розробляється. Дані цієї стадії проектування по-

винні бути достатніми для розробки робочої конструкторської документа-

ції.

Важливо, що за допомогою АСК ДВЗ виконують аналіз конструкти-

вних рішень з використанням уточнених математичних моделей. Їх засто-

сування дозволяє обґрунтовано обирати

основні конструктивні рішення,

розміри, формулювати особливості технології виготовлення і з’єднання

деталей тощо. В цілому математичні моделі АСК ДВЗ відповідно до вира-

зу (1.1) повинні прогнозувати поведінку нового об’єкта проектування при

довільних конструктивних і режимних впливах на нього, а відповідно до

(1.2) – здійснювати багатовимірну багатокритерійну оптимізацію з ураху-

ванням майбутніх умов

його експлуатації.

Аналіз конструкції двигуна в АСК дозволяє значно зменшити кіль-

кість помилок, що об’єктивно присутні при проектуванні СТС за традицій-

ною технологією. Ця обставина суттєво зменшує питому вагу експеримен-

тальних робіт та скорочує час подальшої доводки конструкції.

Конструкторська документація розробляється на стадії робочого

проекту, після чого робота АСК завершується, а отримані дані використо-

вують для технологічної підготовки виробництва, виготовлення, контролю

виготовлення, експлуатації, ремонту двигунів.

Звернемо увагу на те, що в САПР поняття “проектування” викори-

стовують в широкому й вузькому смислі слова. В широкому смислі тут

розуміють розробку проекту. У вузькому смислі воно характеризує лише

частину етапів проектних робіт і чітко відрізняється від поняття

“конструювання”. Так само, як вказані три поняття, відносяться між

собою поняття “

САПР ДВЗ”, “АСП ДВЗ” та “АСК ДВЗ”.

АСТПВ ДВЗ. Робота вказаної функціональної підсистеми відпові-

дає стадії

технологічної підготовки виробництва дослідних зразків. Ця

стадія передбачає розробку технічної і планової документації, організацію

технологічного і виробничого процесів, у тому числі підготовку робочих

місць, вибір технологічного обладнання, матеріалів, інструменту тощо.

Сучасні САПР до початку виробництва дозволяють моделювати і,

тим самим, здійснювати аналіз якості процесів ливарного виробництва,

штампування, механічної обробки деталей.

АСКТП ДВЗ. Очевидно, що етап

виготовлення двигуна може бути

повністю автоматизованим лише при використанні гнучких автоматизова-

них виробництв, що є доцільним в разі серійного випуску продукції. Тому

сьогодні має місце автоматизація процесу виготовлення тільки окремих

деталей дослідного зразка ДВЗ з використанням верстатів з ЧПК. Таким

чином, вказаний етап проектування тільки частково автоматизований.

АСКВД ДВЗ. Остання

функціональна підсистема САПР використо-

вується з метою

експериментального визначення відповідності характери-

стик нової конструкції вимогам ТЗ

та доведення цих характеристик до

заданого рівня якості

. Зрозуміло, що процес доводки може бути здійснено

лише ітераційним способом – послідовним наближенням характеристик

двигуна до вимог ТЗ шляхом внесення змін в проект. Це означає, що в

процесі роботи над проектом може виконуватись багаторазове повернення

на певні ієрархічні рівні певних функціональних підсистем проектування

ДВЗ. Кількість цих повернень після стадії випробувань в першу чергу за-

лежить від досконалості впроваджених математичних моделей. Уточнення

останніх тут здійснюють саме на основі експериментальних даних. Отри-

мання та обробка цих даних можуть бути повністю автоматизованими при

використанні спеціалізованих дослідних стендів. ЕОМ в АСКВД ДВЗ ви-

користовують для керування процесом випробувань

, збирання інформації,

її опрацювання, а при необхідності – передачі в інші підсистеми САПР.

Зрозуміло, що ефективність САПР буде тим вищою, чим менше маємо по-

вернень на попередні етапи проектування після стадії випробувань.

У цілому розгляд функціональних підсистем інтегрованої САПР ДВЗ

свідчить, що вони мають чітку об’єктну орієнтацію та глибоку спеціаліза-

цію. Тим самим існує можливість дотримання всіх принципів будови

САПР, окрім типізації. З цього приводу виконаємо розподіл функціональ-

них підсистем на складові та надамо класифікацію цих складових

за їх

призначенням

. Надалі знайдемо ті етапи проектування, які можуть мати мі-

сце в різних підсистемах САПР та в САПР різних технічних об’єктів, тобто

є типовими.

За призначенням підсистеми САПР розподіляють на підсистеми

проектування та обслуговування

Підсистеми проектування призначені для безпосереднього виконан-

ня проектних процедур.

До них відносять підсистеми структурного і пара-

метричного синтезу елементів конструкції та аналізу процесів у ДВЗ. Як

приклади останніх можна навести підсистеми розрахунку робочого проце-

су, динамічного розрахунку, процесів теплообміну тощо.

По відношенню до об’єкту проектування розрізняють два види

підсистем проектування. Це об’єктно-орієнтовані (об’єктні) та

об’єктно-незалежні (інваріантні) підсистеми.

Об’єктні підсистеми виконують одну чи декілька проектних проце-

дур, що є безпосередньо зв’язаними з об’єктом проектування. З розгляну-

тих вище прикладів підсистема розрахунку робочого процесу утворює од-

ну об’єктну проектну процедуру. З іншого боку, до підсистеми аналізу ди-

намічного навантаження ДВЗ завжди залучаються об’єктні проектні

про-

цедури розрахунку сил, що діють в кривошипно-шатунному механізмі

(рис.1.18,

а), крутного моменту (рис.1.18, б), аналізу врівноваженості

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450 495 540 585 630 675 720

ср

1=М1,2

2,к

М,

кНм

α,

гр.п.к.в.

-30

-20

-10

0 90 180 270 360 450 540 630 720

Za,

Ta,

кН

исунок 1.18 – Приклади виконання графіків сил (а) і моментів (б),

о діють в к

ивошипно-шат

нном

механізмі V-подібного двиг

на

колінчастого вала (КВ), будови годографів навантажень на шийки та під-

шипники КВ (рис.1.19) тощо. Повинно бути ясно, що усі перелічені проце-

дури є спеціалізованими та не можуть бути використані для аналізу інших,

окрім ДВЗ, об’єктів проектування.

Інваріантні підсистеми виконують типові проектні процедури. Так

вказана раніше підсистема аналізу процесів теплообміну призначена

для

знаходження рівнів температур в деталях та рівнів теплових потоків через

їх поверхні. Зрозуміло, що методи розв’язання цих задач не залежать від

призначення об’єкта проектування і є типовими.