CC BY
10
средства, предназначенные для упрощения сборки программных проектов.
Современные ОС, включая ОС семейства Unix, поддерживают многозадачность и многопоточность. При многопоточности в системе одновременно может работать несколько задач, и каждая из задач может быть разбита на подзадачи, выполняемые параллельно.
© Генджимов Г., Мамедова Г., 2023
УДК 62
Гребенюк И.И.
кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой информатики и информационных технологий,
НИУ - филиал РАНХиГС, г. Нижний Новгород, РФ Гордеев А.Б. кандидат технических наук, доцент кафедры информатики и информационных технологий,
НИУ - филиал РАНХиГС, г. Нижний Новгород, РФ Малько Г.В.
Старший преподаватель кафедры информатики и информационных технологий,
НИУ - филиал РАНХиГС, г. Нижний Новгород, РФ
3D МОДЕЛИ В ИПИ-ТЕХНОЛОГИЯХ Аннотация
В данной статье производится анализ использования 3D моделирования в производственном процессе судостроительной компании.
Ключевые слова
Геометрическая модель, единое информационное пространство, жизненный цикл изделия, интегрированная информационная среда, электронная (информационная) модель, СЛО-системы.
На основании проведения анализа использования САПР на судостроительном предприятии видим, что геометрические модели (ГМ) играют ключевую роль на всех этапах технологии информационной поддержки жизненного цикла (ЖЦ) изделий (ИПИ-технологии). Являясь продуктом системы автоматизированного проектирования (САПР), единая ГМ используется на этапах маркетинга, конструкторской и технологической подготовки производства, производства и пост производственной стадиях ЖЦ.
Комплексная информатизация технической деятельности предприятия определяется информационной поддержкой жизненного цикла изделий (ИПИ-технологии) или в другой интерпретации концепцией управления жизненным циклом изделия (Product Lifecycle Management, PLM).
Главная цель ИПИ-технологий - создание в рамках предприятия единого информационного пространства (ЕИП) или интегрированной информационной среды (ИИС), охватывающих все этапы ЖЦ выпускаемой этим предприятием продукции [1].
Общее представление об ИИС целесообразно расширить в отношении ГМ. Важной отличительной особенностью ИПИ-технологий становиться широкое использование электронной (информационной) модели (ЭМ) изделия, его составных частей, технологической оснастки для изготовления и т.п. на большинстве этапов ЖЦ. Математической основой ЭМ служит ГМ, выступающая первоисточником для ряда других видов ЭМ. Такими видами могут быть:
- Электронный макет;
- мастер-модель;
- технологический электронный макет;
- электронная компоновка.
К этапам ЖЦ изделия, на которых используются ЭМ, относятся: маркетинг и определение требований к изделию, конструкторская технологическая и организационно-экономическая подготовка производства, производство, пост производственная стадия. При этом ЭМ формируется единой для всех этапов, позволяя использовать ее одновременно разными структурами. ГМ, как правило, формируется с помощью САПР или в зарубежном обозначении Computer Aided Design (CAD).
Трехмерная ГМ может быть сформирована различными CAD-системами. На рисунке 1 представлен интерфейс CAD-системы Autodesk Inventor [2] -системы объемного машиностроительного конструирования. Имеющейся в ней полный набор средств для SD-моделирования, управления информацией, совместной работы над проектами и обеспечения технической поддержки. Эта CAD-система позволяет:
o Создавать 2D и 3D эскизы, трехмерные модели изделий и производственные чертежи.
o Создавать адаптивные конструктивные элементы, детали и узлы.
o Формировать кинематические снимки расположения составных частей изделий.
гт^шсн M<»TÍ TL 'Í It Í
J-tl^l J « k:> .T ^l'noü 11 'H l^jj^Bt^nh «j> —--- 1 .»М.Ч 25 tí Д1 К : 3L:'z4
Рисунок 1 - Интерфейс CAD-системы Autodesk Inventor Источник: разработано автором
o Настраивать отображение изделия, управляя видимостью его компонентов. o Управлять сложными изделиями, состоящими из тысяч деталей.
o Запускать сторонние приложения, базирующиеся на функциях интерфейса прикладного программирования (API).
o Использовать язык VBA для доступа к API-интерфейсу Autodesk Inventor.
o Импортировать в Autodesk Inventor файлы форматов SAT, STEP, AutoCAD и Autodesk Mechanical Desktop (формата DWG) для использования в приложении Autodesk Inventor.
o Экспортировать файлы Autodesk Inventor в форматы AutoCAD, Autodesk Mechanical Desktop, IGES и
STEP.
o Сотрудничать с другими конструкторами в работе над проектами.
o Использовать Интернет для доступа к проектам и данным, а также для общения с коллегами.
o Пользоваться интегрированной системой поддержки.
При этом в пользу предпочтительного использования трехмерного моделирования в ИПИ-технологиях существует ряд доводов, среди которых [3]:
- Усовершенствование конструкторских решений. Трехмерная модель для конструктора - более удобный и эффективный способ воспроизведения замысла. Одним из наиболее очевидных отличий твердотельного моделирования от двумерного черчения является построение точной по размерам трехмерной модели. Благодаря графическим возможностям современных компьютеров, модель можно рассматривать на экране со всех сторон, манипулируя ею, как реальным предметом.
- Автоматизированное проектирование изделий. Одним из главных преимуществ программ 3D-моделирования является их способность быстро создавать точные ¿D-чертежи.
- Модификация конструкторской документации Программы 3D-моделирования позволяют легко изменять уже существующие конструкции и их чертежи. Интеллектуальные функции пакетов 3D-моделирования ускоряют процесс модификации. Параметрический подход позволяет конструктору задать новые размеры, а программа пересчитает все изменения, касающиеся тех деталей модели, которым определены эти размеры, автоматически обновит всю модель.
- Интеграция программного обеспечения и приложений. Достоинством технологии твердотельного моделирования является возможность последующей обработки полученных результатов с помощью других программ, связанных, например, с анализом и производством.
- Сокращенный цикл проектирования. Преимущество технологии твердотельного моделирования связано с возможностью поддержания своей конкурентоспособности за счет сокращения цикла проектирования.
На этапе маркетинго - рекламной деятельности создается ЭМ, демонстрируемая заказчику и, в случае необходимости, корректируемая под его требования. Предпочтительными для этой цели служат технологии виртуального и анимационного моделирования, встраивания в окружающую среду и демонстрация функционирования изделия. Важными компонентами здесь являются: фотореалистичность, текстура, цвета, освещение и т.п. На рисунке 2 представлена твердотельная модель редуктора, выполненная в технологии Autodesk Inventor, которая может быть использована на этапе маркетинго - рекламной деятельности. На рисунке 3, а и 3, б показана возможность демонстрации модели в тонированном режиме заказчику с разных ракурсов.
Un bu Í'WI *цм> CVBC ожомосмть 1—<:■•—< » »tG £nwa 0 % ♦
o •<* в i " ■» ii*"» i- " o— • j i 9 ti ■& if * ♦ в! o-9- *• i j
Рисунок 2 - Твердотельная модель редуктора (выполнено в технологии Autodesk Inventor) Источник: разработано автором
На этапе подготовки производства ЭМ играет многофункциональную роль. При конструкторской подготовке производства кроме твердотельных ГМ, выполняются ГМ другого типа: каркасные и поверхностные.
Рисунок 3 - Модель редуктора: а - вид со второй стороны; б - вид с третьей стороны Источник: разработано автором
На рисунках 4 и 5 модель редуктора отображена соответственно в каркасном режиме и в режиме с невидимыми линиями.
Рисунок 4 - Модель редуктора, отображенная в Рисунок 5 - Модель редуктора, отображенная в
При этом ГМ может быть выполнена как в неизменяемом, так и в параметрическом виде. В последнем случае величина и форма ГМ зависит от параметров, причем изменение каждого параметра оказывает влияние на ГМ. ГМ хранятся в базе данных изделия и предназначаются для различных инженерных задач проектирования и производства. Возможно создание по ЗО-модели 20-чертежа (рис. 6 а, и 6,б).
На стадии же конструкторской проработки производится инженерный анализ изделия (ИА) и его составных узлов и деталей (Computer Aided Engineering - CAE).
а)
б)
каркасном режиме Источник: разработано автором
режиме с невидимыми линиями Источник: разработано автором
N
а) б)
Рисунок 6 - Модели детали разработаны в Autodesk Invento:r а - ЗО-модель детали (разработана в Autodesk Inventor); б - ¿D-чертеж детали (получено из ЗО-модели
инструментарием Autodesk Inventor)
Источник: разработано автором
Разновидностями ИА являются: прочностной, кинематический, тепловой, гидроаэродинамический, акустический и др. При проведении ИА во всех случаях первоисточником служит та, или иная ГМ. Современный ИА проводится с использованием промышленных программных комплексов, базирующихся на конечно-элементных расчетах. При этом ГМ может быть сформирована как в самом программном комплексе (если такой модуль в нем предусмотрен), та и сторонней CAD-системой. Последний вариант с точки зрения ИПИ-технологии и формирования ЕИС представляется предпочтительным. Созданная однажды ГМ используется на всех стадиях ЖЦ изделия, включая и ИА. Некоторые из систем ИА полностью интегрированы с CAD-системами, напрямую встраиваются в них (Autodesk Mechanical Desktop и Autodesk Inventor) и динамически отслеживают все введенные конструктором изменения. Геометрические интерфейсы поддерживают форматы ACIS, Parasolid, STEP, IGES, STL.
Конечно-элементный расчет напряженно-деформированного состояния, собственных частот, устойчивости, стационарного и нестационарного теплообмена в элементах конструкции, а также автоматическая оптимизация геометрии и топологии выполняются в тесном взаимодействии с CAD-системой.
При построении динамической модели механизма шарниры и связи ГМ автоматически преобразуются в шарнирные соединения динамической модели с возможностью последующей корректировки со стороны пользователя.
Препроцессор, решая широкий класс задач механики деформирования твердого тела и анализа тепловых процессов, включает различные методы формирования ГМ (в том числе и твердотельных), автоматическую и полуавтоматическую генерацию конечно-элементной сетки (рис. 7), а также интерфейсы с CAD-системами [3].
Рисунок 7 - Конечно-элементная сетка на ГМ изделия Источник: разработано автором
ГМ может быть использована (рис. 8) для анализа структуры течений в трехмерном пространстве изделия [3].
Рисунок 8 - Расчет ЗО-течения жидкости в кране с частично закрытым проходным сечением Источник: разработано автором
ГМ играют ключевую роль и на этапе технологической подготовки производства (Computer Aided Design, CAM). Речь идет о программном обеспечении для создания технологических электронных макетов, подготовки процесса механообработки и получения готовых изделий или сопутствующей оснастки на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и их контроля на координатно-измерительных машинах. При этом используются данные двумерных чертежей или трехмерных моделей, содержащих поверхностную, твердотельную или гибридную геометрию. Существуют многочисленные технологические программы, однако их структура и принципы работы во многом похожи. Среди них SolidCAM - полностью локализованное технологическое решение для подготовки в графической среде Autodesk Inventor управляющих программ механообработки на станках с числовым программным управлением ЧПУ (рис. 9). Программа SolidCAM [4] являет собой инструмент создания управляющих программ для токарной, фрезерной, токарно-фрезерной и электроэрозионной обработки. Она
поставляется как с собственным графическим редактором, обеспечивающим каркасное, поверхностное и твердотельное моделирование, так и в виде интегрированного приложения к конструкторским программам, таким как Autodesk Inventor, AutoCAD и др.
* у I— <■' ч. . а
Ь * Ш — * « • •
• • Ш * » 6 9 И
Рисунок 9 - ГМ в окне интерфейса программы SolidCAM Источник: разработано автором
Важной особенностью совместного использования ГМ и функциональных возможностей Autodesk Inventor по различному представлению трехмерной ГМ в границах допусков позволяет SolidCAM рассчитывать траекторию обработки не по номинальному размеру, а с учетом заданных размерных припусков. Для трехмерных твердотельных, поверхностных, смешанных моделей и сборочных узлов обеспечена поддержка различных типов стратегий черновой и чистовой обработки (растровая обработка с заданным или автоматически определяемым углом растра, обработка по эквидистанте, проекционная обработка, обработка по ватерлиниям и др.). Отметим также такие специальные типы обработки, поддерживаемые программой, как черновая обработка врезанием (рис. 10) и обработка отверстий на трехмерной модели.
Рисунок 10 - Черновая обработка врезанием на трехмерной модели Источник: разработано автором
issn 2410-700x
международный научный журнал «символ науки»
# 5-2 / 2023
На пост производственной стадии для осуществления интегрированной логистической поддержки (ИЛП) изделия эксплуатирующая организация использует созданное проектантом и переданное ей интерактивное электронное техническое руководство (ИЭТР). В структуру ИЭТР составной частью, как правило, включается ГМ изделия и его компоненты [5]. При этом в ИЭТР могут быть включены точные модели деталей (рис. 11,а) и их чертежи (рис. 11,б), а также модели сборочных узлов и схемы разного содержания и назначения. Особое удобство (наглядность) для обслуживающего персонала придают ролики с анимационными моделями «сборки - разборки» узлов изделий, разработанные на базе их виртуальных моделей (рис. 12,а и 12,б).
б)
Рисунок 11 - Геометрическая модель корпуса редуктора: а - ГМ корпуса редуктора, размещенная в ИЭТР (ГМ разработана в Autodesk Inventor, ИЭТР - в Technical Guide Builder); б. - Чертеж корпуса редуктора, размещенный в ИЭТР (Чертеж выполнен инструментарием Autodesk Inventor по ГМ, ИЭТР - в Technical Guide Builder) Источник: разработано автором
а) б)
Рисунок 12 Анимационными моделями «сборки - разборки»: а. - виртуальная модель узла (выполнено в Autodesk Inventor); б. - фрагмент ролика анимационной модели «сборки - разборки» узла (выполнено в Autodesk Inventor) Источник: разработано автором
Таким образом, ЗО-модели в ИПИ-технологиях используются практически на всех стадиях ЖЦ изделий и их участие все более расширяется. Список использованной литературы:
1. Рыбников А.И. Система управления предприятием типа MRP II. М: Азроконсалт, 1999. 134 с.
2. Гаврилов Д.А. Управление производством на базе стандартов MRP II. 2-е изд. СПб.: Питер, 2005. 416 с.
3. Журнал САПР и графика. Пять доводов в пользу трехмерного моделирования. URL: http://sapr.ru/issue/298 (дата обращения 16.05.2023).
4. Гребенюк И.И., Лупанов К.В. Исследование методик геометрического моделирования на этапе проектирования жизненного цикла изделия.: Международная научная конференция «Компьютерное моделирование в науке и технике» - Дубай: ОАЭ, 2010. С. 5 - 7
5. Гребенюк И.И., Лупанов К.В., Стенин О.В. Цифровое прототипирование. Сборник научно-технических статей НВВИКУ №11. - Кстово: НВВКУ, 2010. С. 24 - 31
© Гребенюк И.И., Гордеев А.Б., Малько Г.В., 2023
УДК 62
Гришанов П.А.
Аспирант кафедры тепловые двигатели Брянский государственный технический университет
г. Брянск, Россия
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАЗОВАНИЯ ОКИСЛОВ АЗОТА В ДИЗЕЛЬНОМ ДВИГАТЕЛЕ (ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА)
Аннотация
Приведен обзор состояния вопроса по экологической связанной с образованием окислов азота ^Ох) при работе дизельных двигателей. Рассмотрены физико-химические аспекты образования ^Ох) -
