книги / Надежность и диагностика технологических систем

Рис. 7.1. Создание машин в условиях рынка'

окончательного варианта компоновки машины и типа СУ; опре­ деление габаритов; подготовку конструкторской документации.

Этап «Эскизный проект» включает предварительную конст­ рукторскую проработку основных узлов, является дальнейшим развитием и реализацией технического предложения (на базе

анализа конструкторских решений, результатов расчетов, опти­ мизации важнейших параметров машины). В конструкциях сле­ дует максимально использовать стандартные и унифицированные узлы и детали, что значительно удешевляет проектируемую технику. Конструкторские решения должны быть обоснованы результатами расчетов, рассмотрены с позиций обеспечения ка­ чества и надежности функционирования проектируемой маши­ ны, технологичности изготовления и удобства эксплуатации.

Этап «Технический проект* включает: окончательную кон­ структорскую проработку чертежей, схем станков и их общих видов; расчет и оптимизацию параметров; оценку надежности и эффективности; подготовку комплекта технической докумен­ тации.

Этап «Рабочая документациям включает разработку рабочих чертежей и технологической документации; корректировку тех­ нического проекта; подготовку паспорта станка и инструкции по эксплуатации.

После подготовки рабочей документации осуществляется тех­ нологическая подготовка производства, создается «Опытный образец (партия)* и проводятся испытания.

Этап «Установочная серия* включает доработку конструкции и технологии изготовления по результатам испытаний опытного образца.

Этап «Промышленная серия* является завершающим, на кото­ ром проводятся эксплуатационные испытания, окончательная кор­ ректировка конструкторской и технологической документации.

Логика проектирования заключается в строгой последователь­ ности операций и во взаимосвязях между этими операциями. Конструктор целенаправленно, многократно выполняет типовые проектные процедуры синтеза, анализа, принятия решений.

Проектирование включает эвристические и алгоритмические операции. Основным обстоятельством, определяющим долю твор­ ческой деятельности, является неопределенность проектных па­ раметров, которая максимальна на начальных стадиях проекти­ рования. Основополагающими принципами, обеспечивающими решение задач проектирования, являются последовательность и итерационность. Последовательность заключается в строгой очередности выполнения этапов проектирования, а итерацион­ ность — в корректировках проектных решений, полученных на предыдущих этапах (шагах) проектирования.

Модульный принцип проектирования состоит в максималь­ но возможном использовании однотипных узлов и блоков при проектировании ТО. Принцип унификации связан с примене­ нием унифицированных сборочных единиц (узлов, подузлов, агрегатов), деталей и комплектующих.

Принцип соответствия отражает диалектическое единство, адекватность и взаимосвязь целевого назначения объекта с ко­ личеством и значениями выходных параметров, используемых при проектировании. Чем ответственнее проектируемый объект, тем большее число выходных характеристик и параметров объек­ та регламентируется и тем более жесткие требования к ним предъ­ являются. Например, вероятность безотказной работы станков принимается в пределах 0,95...0,99, а самолетов — 0,99999, т.е. около единицы.

Другой пример: число установленных и проверяемых выход­ ных параметров точности станка при высоких требованиях к точ­ ности обрабатываемых деталей может достигать 20...30, в то время как для станков нормальной точности достаточно регламенти­ ровать всего 8... 10 показателей. Основная цель регламентации выходных параметров станка — обеспечить погрешность обра­ ботки, которая находилась бы в установленных пределах в тече­ ние всего периода эксплуатации.

Принцип компромиссов состоит в снижении влияния возни­ кающих технических противоречий при создании новых машин. Проектирование — это непрерывная цепь компромиссов, которые приходится принимать на всех стадиях создания машины. На­ пример, увеличение надежности машины сопровождается ее ус­ ложнением и удорожанием. При этом далеко не всегда ясно, что экономически целесообразнее: удорожать станок изначально (на стадии проектирования и изготовления) или же совершенст­ вовать систему обслуживания и ремонта при эксплуатации (см. рис. 1.21).

Улучшение любой технической характеристики станка (точ­ ности, надежности, производительности) неизбежно вызывает увеличение его стоимости, трудоемкости изготовления. Техни­ ческие противоречия требуют поиска разумных компромиссов.

Принцип преемственности является одним из эффективных путей снижения затрат и сокращения сроков создания оборудо­ вания. Станки и средства технологического оснащения, входящие в ГПС, являются продуктом эволюционного развития и содержат

Рис. 7.2. Схема и типовые процедуры процесса автоматизированного проектирования:

1 — изменение параметров; 2 — изменение структуры; 3 — изменение ТЗ

заложены исходные данные (параметры) и все необходимые тре­ бования, которые должны быть реализованы в разрабатываемой конструкции. На основе анализа данных ТЗ делается синтез ва­ рианта структуры. Синтез — это процесс генерирования (созда­ ния) вариантов структуры и выбор одного, удовлетворяющего целевой функции. При синтезе определяют состав элементов, спо­ соб их расположения и связи между собой в данной структуре.

Понятие «синтез» близко по содержанию понятию «проекти­ рование». Разница в том, что проектирование означает весь про­ цесс разработки, а синтез характеризует создание только одного варианта структуры (не обязательно окончательного).

Для каждого варианта структуры разрабатывают модель, ко­ торая должна быть адекватна в отношении его основных свойств. Модель позволяет рассчитать численные значения параметров, заложенных в ТЗ, на основании чего выполняется следующая типовая процедура — анализ. *

Анализ — это изучение свойств объекта на основании рассчи­ танных на модели параметров. При анализе не создаются новые конструкции, а лишь исследуются (оцениваются) заданные. Про­ веряется выполнение требуемых условий, например условий

Автоматический (пакетный) режим предусматривает автома­ тическое решение задачи по составленной программе без актив­ ного вмешательства проектировщика в ход решения. Проектиров­ щик только вводит программу в ЭВМ (с перфокарт, перфоленты или с терминала — клавиатуры дисплея). Этот режим применяют в тех случаях, когда удается заранее предусмотреть все возмож­ ные ситуации и формализовать задачу выбора решений. Область применения автоматического (пакетного) режима ограничена кругом только локальных, частных задач.

При автоматизированном проектировании используют САПР, которая содержит три основные взаимосвязанные части: технические средства, общее и специальное программное и ма­ тематическое обеспечение, человека-проектировщика. САПР работает в двух режимах: пакетном и диалоговом.

Наиболее эффективным и широко распространенным видом автоматизированного проектирования является режим диало­ га проектировщика с ЭВМ. Режим диалога применяют в случа­ ях, когда задача трудноформализуема. Фо р м а л и з а ц и я — это описание (представление) объекта, процесса или явления с помощью математических выражений (моделей). Автоматизи­ рованное проектирование предусматривает систематическое, целенаправленное использование средств вычислительной тех­ ники при научно обоснованном распределении функций между человеком и ЭВМ. При автоматизированном проектировании в режиме диалога человек имеет возможность активно вмеши­ ваться в вычислительный процесс, управлять им и вносить кор­ рективы.

При поиске оптимальных вариантов конструкции проекти­ ровщику необходимо просмотреть большое количество проект­ ных решений (выбрать и проанализировать все возможные варианты структур, разработать модели, рассчитать параметры моделей, оценить каждый вариант с позиций установленных критериев). Оценка качества вариантов делается по количест­ венным показателям, т.е. по рассчитанным численным значе­ ниям исследуемых параметров. При проектировании в режиме диалога последовательно выполняются три проектные процеду­ ры (акта или этапа): синтез, анализ, принятие решений (рис. 7.3). На основе изучения требований ТЗ (блок 2) на разра­ ботку конструкции синтезируется первый вариант структуры

Mpac^Mrpj d<dRon (ограничения),

где d — диаметр винта; Q — сила; С - 1,4 — коэффициент для резьбы; а — напряжение растяжения для стали; М — момент.

Рис. 7.4. Варианты структур проектируемого винтового зажима:

а— с барашком; б — с одной рукояткой; в — с двумя рукоятками;

г— воротковый

Выполняем расчеты при начальной величине параметра d для струк­ туры варианта № 1 (рис. 7.4, а). Параметр d — это конструктивный пара­ метр, им можно варьировать в диапазоне от начального значения d0 до допустимого dR0C, установленного ограничениями ММ.

Допустим, расчеты при значении d0 не дали удовлетворительного результата, тогда принимают решение об изменении значения d0 и цикл расчета повторяют. Если удовлетворительный результат не получен при расчете с учетом всех возможных значений параметра d во всем допусти­ мом диапазоне do— dAon, то принимается решение об изменении струк­ туры, т.е. вида (схемы) конструкции. Всю конструкцию менять сразу нецелесообразно. Вначале можно изменить конструкцию элемента, с по­ мощью которого увеличится сила Q. Здесь можно последовательно рас­ смотреть и рассчитать три варианта:

•зажим с одной рукояткой (рис. 7.4, б);

•зажим с двумя рукоятками (рис. 7.4, в);

•зажим воротковый, т.е. с отверстием для рычага в головке (рис. 7.4, г).

Если положительный результат не пёлучен, то принимается решение об изменении ТЗ. У рассмотренных конструкций в зависимости от вида рукояток сила зажима Q возрастает в последовательности:

$4 > Фз > Qi > Qi*

Примеры структур объектов и процессов из различных облас­ тей техники:

1. В технологии машиностроения — это последовательность выполнения операций ТП.