CC BY
134
УДК 681.3
АНАЛИЗ ПРОЕКТНЫХ ВАРИАНТОВ И ПРОЦЕСС ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ РЕШЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ СЛОЖНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ КОНФИГУРАЦИЙ А.Н. Володин
Рассматривается вопрос анализа конструирования сложных геометрических деталей и элементов единого изделия, включающие в себя сложные многоповерхностные конструкции, изучение состава которых необходимо, для выявления слабых связей и несовместимости. Предложен вариант выбора решения, позволяющий создать изделие, отвечающее поставленным требованиям проектировщика при множестве альтернативных версий
Ключевые слова: анализ, структура, проектные решения, поиск альтернатив
Операция конструирования включает в себя следующие процедуры: представление модели
процесса обработки, описывающих явления, которые необходимо учитывать при конструировании на различных уровнях; учитывать входные данные по техническому заданию и имеющиеся ограничения; прогнозирование ожидаемого результата с учетом надежности ее осуществления, производительности и
эффективности технологического процесса. При этом проектировщику в помощь может использовать программное средство,
представляющее собой модель способную выбирать наиболее оптимальную конструкцию изделия, то для входных данных необходима не вся информация, содержащаяся в системной модели детали, а только определенная ее часть. В связи с этим конструкция строится путем исключения из общей модели одних системных параметров и описания других с требуемой степенью обобщения и детализации [1].
Прогнозирование осуществляется имитацией на математических моделях вариантов решения при вариациях параметров геометрии изделия. Точность принятия решения зависит от того, насколько аналитическая модель выявит законы изменения параметров и адекватно их реализует [2].
Полученное при моделировании решение изделие исследуются на соответствие заданным техническим условиям. При тестировании определяются причины возникновения тех или иных отклонений. В результате анализа обнаруживаются слабые места и невыполнимые условия в рассматриваемом варианте. Анализ производится по всем основным технико-экономическим
показателям: точности обработки,
производительности, себестоимости; выявляются значения этих показателей и характер их взаимосвязи и влияние друг на друга. Точность анализа возрастает при переходе от начальных уровней проектирования к заключительным.
На первом уровне проектирования определяется степень соответствия выбранных методов и этапов разработки требуемым
Володин Алексей Николаевич - ВИВТ, аспирант, тел. 8(919) 185-03-10, e-mail: resgid@rambler.ru
параметрам. Полученные при моделировании значения этих характеристик процесса носят сугубо ориентировочный характер. Поэтому и результаты анализа помогают вскрыть только крупные отклонения и их причины. На уровне проектирования деталей и сборочных узлов производится анализ выбранной системы, эргономика, устойчивость, используемые материалы и их себестоимость. Определяется влияние отдельных составляющих погрешности и принятого порядка технологического процесса изготовления, что влияет на результирующую точность и производительность обработки. При анализе математической модели одним из главных ограничений выявляются технические, которые лимитируют возможные варианты предложенных решений.
При использовании программных средств проектирования деталей следует задать только поверхности основных баз и выполняемые ими функции. Эти сведения наряду с другими данными будут использоваться при формировании поверхностей и их последовательности на основе принципа совмещения конструкторских баз с технологическими возможностями производства, взятыми из ранее проработанной базы [3].
В зависимости от целей и задач проектирования применяются различные способы представления и расчленения детали на поверхности. В системе автоматизации проектирования процессов ковки, объемной штамповки, литья, сварки деталь рассматривается как совокупность объемных компонент различной сложности [2]. В качестве исходных структурных элементов принимаются цилиндр, конус, шар, бочка, параллелепипед, призматические, конические многогранники и др. На этих элементах отмечаются обрабатываемые поверхности, так как на них назначаются припуски. На первом уровне деталь расчленяется на крупные объемные элементы, на втором выделяются совокупности обрабатываемых поверхностей.
В САПР проектирования конструкции с учетом механической обработки детали и ее состояния представляются в виде пространственных фигур, ограниченных совокупностью поверхностей, вид, размеры и взаимное положение которых определяются выполняемой деталью функцией или
требованиями последующей обработки в производстве. За исходные структурные элементы целесообразно принимать элементарные, нормализованные и типовые поверхности. Это вызвано тем, что указанные поверхности непосредственно связаны с первичными структурными элементами.
При создании конструктивной модели необходимо выбрать рациональный способ расчленения и построить граф структурного состава обрабатываемой детали. В процессе проектирования конструктор определяет, из каких основных частей должна состоять модель и как они между собой вязаны [2].
Естественно, что вариантов разделения сложной детали на составные части и синтеза ее как целого может быть много, проектировщик, анализируя их, выбирает более рациональный, который обеспечивает наименьшую оптимальность параметров и соответствия техническому заданию.
На основе опыта кодирования и разработки алгоритмов проектирования технологии обработки сложных деталей можно указать некоторые системные рекомендации «расчленения» детали и формирования графа структурного состава.
• Расчленение надо производить так, чтобы на различных уровнях форма детали могла быть представлена в виде сочетания типовых и часто встречающихся компонент (соосные отверстия, концентрично
расположенные элементы, направляющие, карманы и др.);
• При построении различных вариантов графа структурного состава необходимо на основе анализа формообразующих и размерных связей выбрать вариант,
характеризующийся наиболее слабыми и малочисленными связями между компонентами и более сильными связями элементов в составе каждой компоненты.
В операции «анализ варианта решения» можно выделить три проектные процедуры: сравнение полученных при моделировании значений показателей сложных геометрических
конфигураций с допустимыми и определение отклонений; установление характера взаимосвязей отдельных показателей и построение модели, определяющей взаимное влияние показателей друг на друга.
Правильное формулирование результатов работы модели, является основой для выработки направлений по её совершенствованию.
На всех уровнях разработки необходимо принимать решения по выбору наиболее рациональных вариантов детали или сборочного узла в целом [3].
Так, на первом уровне проектирования оценка вариантов принципиальных схем разработки детали и отбор наиболее рациональных основаны на весьма приближенных критериях. На втором уровне
критерии отбора более точные, чем на первом, что позволяет выбрать рациональные схемы базирования деталей и решений с применением уже проверенных предложений. На третьем уровне применяются еще более точные критерии, которые более четко следуют требованиям технического задания и обеспечивают выбор из меньшего количества вариантов. Критерии четвертого уровня позволяют выбрать оптимальную геометрическую конфигурацию [1].
На различных уровнях проектирования необходимо принимать такие решения, которые были бы наилучшими по всей совокупности выявленных в блоке анализа значений критериев, связанных с затратами на проектирование и последующее изготовление, позволяют сохранить производительность, надежность и соответствуют заданной точности и др.
В связи с этим оценка проектного варианта производится по обобщенному критерию качества, объединяющему все критерии входящие в понятие качество и эффективность проектирования. При этом компромиссное решение может быть неоптимальным ни по одному локальному критерию, но наилучшим по их совокупности.
В случае корректировки и улучшения исходного варианта решения возникает тогда, когда в результате анализа и комплексной оценки установлено, что этот вариант не полностью удовлетворяет поставленным требованиям и необходимо улучшить модель анализа и значения отдельных параметров [2]. Важность каждого параметра со можно оценить, как обобщенный критерий Ш и выразить в виде:
/=1
где е -значимость параметра модели; ^ - функция
полезности параметра. На основе выявленных в блоке анализа причин возникновения этих отклонений определяются решения, с помощью которых можно улучшить характеристики проектируемого технологического процесса или его элементов. Системный подход здесь состоит в том, чтобы для каждого вида недостатков установить возможные причины, их вызывающие. Сложные причины необходимо разбить на более простые, каждой из них поставить в соответствие технологические решения по их устранению, а затем выбрать способы устранения [3].
На различных уровнях проектирования применяются разные методы корректировки и оптимизации исходной модели. Так, на первом уровне корректировка осуществляется измерением состава сборочной единицы, или применением стандартных узлов. На втором уровне корректируются состав эргономические свойства и цветовые параметры. При проектировании на третьем уровне возможна корректировка функционального назначения в пределах технического задания и др. В блоке корректировки определяется новый вариант базирования,
производится перерасчет допусков, изменяется последовательность анализа. В блоках моделирования и оценки определяются возможность достижения новых допусков
принятыми методами и дополнительные затраты, связанные с их ужесточением.
Анализ модели
Для деталей более сложной конфигурации процесс корректировки первоначально
синтезированных решений трудно формализовать, поэтому во время работы модели проектировщику аналитическая система может задавать вопросы по уточнению параметров или вводу дополнительных значений. Данная аналитическая модель
находящаяся на рабочем месте проектировщика выводит результаты на экран дисплея и позволит вывести их на печать для составления возможных отчетов.
Литература
1.
Гличев А.В. продукции М.,
Основы управления РИА «Стандарты и
качеством качество», 2001.
2. Кини Р.Л. Райфа Г. Принятие решений при многих критериях предпочтения и запрещения. М.: Сов. радио, 1972.
3. Князевская Н.В., Князевский
В.С.Принятие рискованных решений в экономике и бизнесе. М.: «Контур», 1998.
4. Осипов Г.С. Приобретений знаний
интеллектуальнами системами: Основы теории и технологии М.: Наука. Физматгиз, 1997.
5. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная
поддержка принятия решений: Научно практическое издание. Серия «Информатизация России на пороге XXI века». М.: СИНТЕГ, 1998.
Воронежский институт высоких технологий
ANALYSIS AND DESIGN OPTIONS SELECTION PROCESS OPTIMIZATION OF PARTS OF COMPLEX GEOMETRY CONFIGURATION A.N. Volodin
The question of constructing the analysis of complex geometric parts and components of a single product, which include complex multisurface design study of the composition of which is necessary to identify the weak links and incompatibility. An option of choosing solutions that allows you to create a product meets the requirements set designer for a variety of alternative versions
Key words: analysis, structure, design solutions, the search for alternatives
