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

Подождите немного. Документ загружается.

СУБД

База

даних 1

База

даних 2

Підсистема

проектування

Підсистема

обслуговування 1

Підсистема

обслуговування 2

Підсистема

обслуговування n+1

Підсистема

обслуговування n

Підсистема

обслуговування m

База

даних l

База

даних k

Рисунок 2.3 – Зовнішні зв’язки підсистеми проектування

Нульовим рівнем тут слід вважати вимоги ТЗ (введення даних). На

першому рівні, відповідно до низхідного проектування, аналізуються хара-

ктеристики роботи двигуна в цілому та його підсистем, що забезпечують

якість робочого процесу. Обов’язковим тут є визначення параметрів робо-

чого тіла в циліндрі двигуна залежно від кута повороту колінчастого вала.

Ці дані

є вихідними для подальшого аналізу конструкції.

На другому рівні здійснюється аналіз роботи циліндро-поршньової

групи, КШМ, деталей остова тощо. Надалі, вже в межах підсистем ЦС, ви-

конуються розрахунки окремих елементів конструкції.

Відповідно до ієрархії складових розрахункового блока будується

ієрархічна структура підсистем САПР ДВЗ. Ця структура відповідає за-

гальній схемі ієрархічних

рівнів інтегрованої АС, що була подана на

Р о з р а х у н к о в і б л о к и :

Маслонасос та

Рисунок 2.4 – Структурна схема розрахункового блока САПР ДВЗ

рис.1.14. Таким чином, методичне забезпечення дозволяє встановити

зв’язки між підсистемами проектування.

З розглянутих вище положень формування МЗ можна зробити ви-

сновок, що для підтримки процесу проектування до поданої інформації

відносно компонентів САПР та зв’язків між ними обов’язково слід додати

правила експлуатації обраних підсистем. Ці правила утворюють модель

(

або логічну схему) процесу проектування.

Проходження проекту в САПР повинно характеризуватись

відповідною логічною схемою, тобто методичне забезпечення

визначає порядок та правила прийняття рішень в процесі

розробки нової конструкції.

Цей порядок зветься маршрутом проектування та визначається

прийнятою стратегією проектування.

Маршрут проектування ЦС – це послідовність етапів або

проектних процедур, яка використовується для проектування

наданої ЦС. Стратегія – це запланована упорядкована послідов-

ність дій чи операцій, яку направлено на досягнення визначеного

завдання.

Можливі види стратегій проектування подано на рис.2.5.

Коли операції розміщуються одна за одною, то така стратегія зветься

лінійною (рис.2.5, а). Коли за певною операцією повинна йти серія парале-

льних, стратегія зветься розгалуженою (рис.2.5, б). Можливий також варі-

ант комбінованої стратегії, який подано на рис.2.5, в.

На практиці часто зустрічаються не повністю

визначені стратегії. Та-

кі стратегії в своєму складі мають операції, від результату яких залежить

подальша послідовність операцій. Ці операції звуться вирішальними, а

стратегії до яких вони залучені – адаптивними.

В основу адаптивної стратегії покладено поняття підпроекту та його

шаблону. Під шаблоном підпроекту розуміють сукупність питань, що по-

требують відповіді на даній

вирішальній операції. Тоді підпроект – це су-

купність відповідей на подані питання, результат вирішення часткової за-

дачі проектування. В цілому підпроект повинен утворювати сукупність да-

них, що є достатньою для вибору подальшого напряму робіт.

...

≤

исунок 2.5 – Види стратегій проектування:

а – лінійна; б – розгалужена; в – комбінована;

г – адаптивна; д – циклічна;

, О

, … – операції

Вибір напряму подальшої послідовності операцій здійснюється за

допомогою вирішальних правил. Таким правилом може бути оцінка резуль-

тату за отриманими значеннями часткових критеріїв якості конструкції

= 1,2,..., (рис.2.5, г).

Частковим випадком адаптивної стратегії є

циклічна (рис.2.5, д), коли

після вирішальної операції можливим є виконання певної попередньої

операції. На практиці цей порядок операцій можна забезпечити, якщо мо-

дель процесу проектування ДВЗ розроблено за схемою рис.2.6, де після за-

вершення кожного етапу проектування (відповідно до принципу ітерацій-

ності) приймається рішення щодо подальшого напрямку процесу.

Стратегія проектування ДВЗ відноситься до класу не повністю

визначених (адаптивних) стратегій.

Надання та

перевірка повного

об’єму даних

Аналіз функцій

Оптимальне

проектування

Концептуальне

проектування

Опис конструкції

Рисунок 2.6 – Загальна схема процесу проектування

технічної системи

При розгляді принципу ітераційності відзначалось, що він передба-

чає обов’язкове виконання оптимізації технології проектування двигунів з

метою скорочення маршрутів і термінів проектування.

Основними шляхами скорочення терміну проектування є наступні:

1. Попередній аналіз можливості досягнення вимог ТЗ.

2. Використання на різних стадіях і етапах проектування математич-

них моделей різних рівнів складності.

Типізація проектних процедур.

4. Одночасне розв’язання часткових задач проектування шляхом за-

лучення до адаптивної стратегії маршрутів паралельного та комбінованого

проектування.

5. Використання альтернативних адаптивних стратегій проектування.

Саме такі підходи дозволяють конкретизувати розробку маршрутів

проектування в інтегрованих і відповідно в багатоетапних та одноетапних

САПР.

2.2. Логічна схема процесу проектування ДВЗ

Системи автоматизованого проектування повинні відтворювати таку

послідовність проектних процедур, яка передбачає досягнення результату

відповідно до вимог ТЗ. Для цього виникає потреба конкретизації усієї ло-

гічної схеми проектування ЦС, встановлення шаблонів підпроектів, визна-

чення можливих альтернативних варіантів проходження проектів.

З рис.2.6 добре видно, що процес проектування ЦС утворено цикліч-

ним виконанням проектних

процедур. На цій основі та з урахуванням зага-

льного напряму проектування для окремих функціональних підсистем та

інтегрованої САПР в цілому (див. рис.1.15) утворимо логічну схему проек-

тування ДВЗ. Цю схему подано на рис.2.7. При цьому має місце наступний

порядок виконання проектних робіт:

1. Формулюється технічне завдання на розробку двигуна в цілому

або його елементів.

2. Серед існуючих конструкцій виконується пошук таких, що відпо-

відають вимогам ТЗ. Цей етап надає можливість виключити невиправдані

витрати на розробку. Коли в інформаційній системі є відомості про

елементи з потрібними характеристиками, то ЕОМ надає їх. У противному

разі конструктор виділяє критичні параметри, які не задовольняють

Формулювання

технічного

завдання

Пошук

прототипів

Визначення

можливостей

прототипів

Корекція вимог

технічного

завдання

Розробка

технічної

пропозиції

Розробка або

ибір в

мат. моделей

Оптимізація

Розробка

конструкції

двигуна

Розробка

технологічного

процесу

Виготовлення

дослідної

партії

Випробування

Виготовлення

технологічної

документації

Аналіз

проектних

рішень

Модель

експлуатації

Рисунок 2.7 – Загальна схема процесу автоматизованого

проектування ДВЗ

вимогам ТЗ, визначає можливі їх відхилення і повторює пошук. Коли

конструкцій-прототипів не знайдено, здійснюється перехід до етапу 5, ін-

акше – до етапу 3.

3. Визначаються можливості прототипів, можливості їх доопрацю-

вання (корекції параметрів, заміни матеріалів, методів виробництва тощо).

Коли проведений аналіз дає потрібний результат (характеристики ТЗ ви-

тримано), виконують перехід до етапу 8,

в противному разі – до етапу 4.

4. Визначається можливість корекції вимог ТЗ з урахуванням резуль-

татів попередніх етапів. Коли корекція ТЗ можлива, вона здійснюється, а

процес проектування повторюють, починаючи з етапу 1. В іншому випадку

виконують перехід до етапу 5, з якого фактично починається проектування

принципово нових елементів двигуна або двигуна в цілому. Таким

чином,

проведена на етапах 1– 4 робота дозволяє конструктору обґрунтовано пе-

реходити до пошуку нових проектних рішень, коли можливості викорис-

тання існуючих прототипів вичерпано.

5. Приймаються принципово нові рішення щодо розробки нових

елементів конструкції двигуна.

6. Проводиться вибір, уточнення або розробка математичного апара-

ту вигляду (1.1) для аналізу прийнятих рішень, здійснюється синтез моделі

об’єкта

проектування .

),...,,(

21 n

xxxx =

7. Виконується аналіз прийнятих рішень. При наявності позитивного

результату здійснюють перехід до етапу 8, при відсутності – до етапу 5.

8. Проводиться оптимізація прийнятих проектних рішень за сформу-

льованими функціями цілі (1.2).

9. Виконується остаточний опис конструкції двигуна та його елемен-

тів, розробляється конструкторська документація.

10. Здійснюється технологічна підготовка виробництва дослідних

зразків. Відповідно до її результатів

виконують перехід до 5, 8 чи 11-го

етапів проектування.

11. Виготовляється технологічна документація. Розробляються про-

грами для обладнання з ЧПК.

12. Здійснюється виготовлення і складання дослідного зразка двигу-

на або його елементів.

13. Проводяться випробування дослідного зразка. В разі негативного

результату випробувань залежно від характеру встановлених недоліків та

прийнятого шляху їх усунення повертаються до реалізації етапів 5,6,8 –10.

В разі відповідності результатів випробувань вимогам ТЗ процес проекту-

вання закінчують та формулюють пропозиції щодо підготовки виробницт-

ва.

Внаслідок високої складності конструкції ДВЗ між етапами його

проектування мають місце й інші зв’язки. Ряд з них також наведено на

рис.2.7. При цьому під

час впровадження системи та її модернізації між

встановленими блоками можуть з’явитись нові зв’язки та блоки, а існуючі

блоки з точки зору розробки одноетапних САПР можуть бути деталізовані.

Блоки запропонованої логічної схеми проектування двигуна неважко

поставити відповідно до сформульованих задач САПР: опис геометричних

та фізичних характеристик об’єкта проектування,

який є необхідним для

опису його функціонування, здійснюється в блоках 3, 5 та 6; опис функці-

онування об’єкта – в блоках 3 та 7; реалізація багатокритерійної оптиміза-

ції – у 8; опис геометричних та фізичних характеристик, які є необхідними

для його виробництва – у 9. При цьому блоки 1 – 4 забезпечують прийнят-

тя рішення для початку нового процесу проектування, блоки 5 – 9 є основ

ними, а блоки 10 – 13 забезпечують перевірку отриманих рішень. Блок 14

надає інформацію щодо прийнятої моделі експлуатації. Зрозуміло, що про-

цес проектування закладено ітераційний, а ефективність САПР буде тим

вищою, чим менше буде повернень на попередні етапи проектування після

етапу випробувань. Таким чином, вимогу зменшення кількості повернень

на початкові стадії проектування слід вважати

за головну задачу реалізації

МЗ щодо до ефективного використання САПР.

2.3. Методологія проходження проекту в одноетапних та

багатоетапних САПР

Наведена вище логічна схема проектування двигуна внутрішнього

згоряння може бути повністю або частково використана для розробки

САПР його окремих елементів, деталей, вузлів або систем. Ефекту при

цьому в першу чергу слід чекати від застосування багатоетапних автомати-

зованих систем, які згідно з рис.2.7 у своєму складі мають блоки 5 – 9,14.

Інтеграція таких САПР

в єдиний комплекс можлива за методом викорис-

тання типової послідовності проектних процедур. Схема цієї послідовності

зображена на рис.2.8. Тут кожен з рівнів процесу проектування відповідає

Формулювання ТЗ

Синтез структури

Розробка моделі

Аналіз

Оцінка результату

Рівень k-1

Рівень k

Рівень k+1

Рисунок. 2.8 – Типова послідовність проектних процедур

окремій багатоетапній САПР, а кожен з блоків рівня – одній чи групі одно-

етапних автоматизованих систем.

Безумовно, що маючи типовий шлях проходження проекту, кожна з

багатоетапних САПР залежно від особливостей об’єкта свого проектуван-

ня має індивідуальну структуру. Так, наприклад, схема проектування газо-

повітряних каналів головки циліндрів ДВЗ може мати

вигляд відповідно до

рис.2.9. Тут кожен з наведених блоків слід розглядати, як одноетапну сис-

тему. Видно, що в даному випадку до підсистем синтезу й аналізу залучено

по дві одноетапні підсистеми. Більш детальну схему для поданих підсис-

тем синтезу наведено на рис.2.10. Остання дозволяє встановити вирішальні

правила взаємодії окремих складових наведених одноетапних

САПР.

Розглянемо процес проектування поршня. Цей елемент ЦС є багато-

функціональним об’єктом, від довершеності конструкції якого суттєво за-

лежать такі основні показники роботи двигуна, як паливна економічність,

токсичність, витрата масла на угар, літрова потужність, ресурс, властивості

пуску тощо.

Насамперед можна виділити наступні питання, що підлягають вирі-

шенню при проектуванні

поршня. Це розробка КЗ, забезпечення необхід-