CC BY
38
УДК 658.512.011.56.681.3
И.Ш. Невлюдов, Е.И. Литвинова, В.В. Усик, О.В. Буйвол
ИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СРЕДСТВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА
Автоматизация проектирования технологического оснащения позволяет значительно сократить временные и денежные затраты на технологическую подготовку производства. В статье рассмотрена семантическая модель информационного обеспечения САПР оснастки, которая может быть использована в процессе программной реализации алгоритма проектирования технологического приспособления.
ВВЕДЕНИЕ
Разработка, промышленное производство и эксплуатация сложной наукоемкой продукции в современных условиях требуют применения новых информационных технологий, позволяющих значительно повысить эффективность работы предприятий и организаций, занятых поддержкой жизненного цикла изделий.
В настоящее время в странах с развитым промышленным производством широко используется комплексная системная стратегия повышения эффективности процессов, связанных с промышленной продукцией, получившая название CALS-технологий. Применение этой стратегии позволяет организовать информационную поддержку процессов создания, производства и использования продукта, ускорить его исследование и разработку, сократить издержки производства и эксплуатации изделия, повысить уровень сервиса в процессе его эксплуатации и технического обслуживания [1].
Основой CALS-технологий является единая информационная среда, реализованная в интегрированной автоматизированной системе проектирования, производства и управления промышленным предприятием. Компонентами этой системы являются САПР конструкторско-технологического назначения (CAD/CAM), средствами которых создаются информационные объекты, описывающие свойства реального объекта, его структуру и состав, информацию о производственной и управленческой структуре предприятия, об используемом технологическом и вспомогательном оборудовании и др.
В настоящее время ведутся разработки программных средств, реализующих CALS-технологии. Так, разработан "нейтральный" формат представления данных об изделии в виде информационной модели и методы его реализации, автоматизированные системы последнего поколения имеют средства генерации и обработки информационных объектов, соответствующих стандартам CALS-технологий. Однако актуальной по-прежнему является задача разработки отдельных компонентов математического, программного, информационного и методического обеспечений САПР при минимальных затратах.
Комплексная автоматизация производственных систем предполагает автоматизированное проектирование технологических процессов и средств технологического оснащения производства (станочных приспособлений, режущего и вспомогательного инструмента). Для решения последней задачи можно использовать метод преобразования аналога или метод синтеза.
Метод преобразования аналога целесообразно применять для объектов, имеющих типовую структуру. Однако он не может быть применен для автоматизации проектирования специальных конструкций, широко используемых в промышленности (штампов, пресс-форм и других видов технологической оснастки). Для проектирования объектов, характеризующихся разнообразием функций, иерархичностью структуры, сложностью геометрии, широким диапазоном изменения размеров, низкой степенью универсальности и типизации следует использовать метод синтеза конструкций [2]. Метод обеспечивает алгоритмическое построение приспособлений и инструментов на основе информации об изготавливаемой детали и среде функционирования объекта проектирования.
Для реализации метода необходимо создать информационную модель предметной области САПР технологической оснастки. Исходными данными для системы являются информация об обрабатываемой детали, геометрические размеры и материал заготовки, перечень металлообрабатывающих станков различного назначения (токарных, сверлильных, фрезерных и др.). Результатом работы системы является чертеж спроектированной технологической оснастки, технологический процесс ее изготовления и список станков, которые могут обработать данную заготовку.
По назначению все приспособления делятся на:
- станочные, предназначенные для установки и закрепления деталей в определенном положении относительно рабочих органов станка;
- приспособления для установки и закрепления рабочего сборочно-монтажного инструмента;
- сборочные;
- контрольные.
По степени специализации приспособления делятся
на:
- универсальные, предназначенные для групповой обработки различных деталей;
- специализированные - для обработки однотипных деталей путем использования сменных или дополнительных устройств;
И.Ш. Невлюдов, Е.И. Литвинова, В.В. Усик, О.В. Буйвол: ИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СРЕДСТВ
- специальные - для выполнения определенной операции обработки конкретной детали;
- универсально-наладочные приспособления (УНП) и универсально-сборочные приспособления (УСП).
Целью статьи является рассмотрение вопросов автоматизации проектирования специализированного станочного приспособления на примере сменных кулачков для базирования и закрепления деталей типа "тело вращения" (рис.1).
m
Рисунок 1 - Сменный кулачок для базирования и закрепления деталей типа "тело вращения"
АНАЛИЗ ПОСЛЕДНИХ ДОСТИЖЕНИЙ
В ОБЛАСТИ РАЗРАБОТКИ
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ САПР
Развитие современных средств автоматизации подготовки производства тесно связано с созданием и внедрением на практике комплексных средств автоматизации проектирования, включающих в себя методическое, программное, техническое, информационное и организационное обеспечение. В качестве программного обеспечения предлагаются комплексы взаимосвязанных Российских и зарубежных систем трех уровней:
- системы нижнего уровня, предназначенные для автоматизации выпуска документации и программирования 2,5-осевой ЧПУ-обработки "по электронному чертежу" ;
- системы среднего уровня, позволяющие создавать объемную модель изделия, по которой определяют инерционно-массовые, прочностные характеристики, моделируется работа механизмов и все виды ЧПУ-обработки, контролируется собираемость, по фотореалистичным изображениям отрабатывается внешний вид и выпускается документация;
- системы высшего уровня, дающие возможность конструировать детали с контролем технологичности и учетом особенностей материала, проводить динамический анализ сборки с имитацией сборочных приспособлений и инструмента, спроектировать оснастку с моделированием технологических процессов (штамповки, литья, гибки).
В качестве систем высшего уровня применяются системы EUCLID, CATIA, DUCT-5, EDS Unigraphics.
Комплект систем среднего уровня составляют: Prelude, T-FLEX CAD 3D, DOCs, TeMMa-3D, ТехноПро, SolidWorks, CAMWorks, SurfCAM, Mastercam, Pro/ Engineer.
Для оформления документации и программирования станков с ЧПУ на недорогих рабочих местах использу-
ется T-FLEX CAD 2D, AutoCAD, КОМПАС, Турбо-Тиграс, СИАП-ТП, ДОКА.
Несмотря на обилие на рынке программных продуктов систем автоматизированного проектирования различного назначения, не всегда с помощью универсальной САПР можно эффективно решить узкопрофильную задачу.
АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ
И ..ОСТАНОВКА _АДАЧИ И__ЛЕДОВАНИЯ
Рассмотрим состав предметной области системы автоматизированного проектирования технологической оснастки.
Данные об обрабатываемой детали описаны в конструкторской документации, представленной во внутреннем формате системы автоматизированного проектирования или в одном из стандартных форматов обмена ин-
ф-----аци й " САПР. Из -----с"р ""'тор "ой --------е----------
можно извлечь следующую информацию: шифр детали, ее размеры, применяемый материал, требуемая шероховатость поверхности, параметры графических примитивов.
Геометрические размеры заготовки определяются в процессе проектирования технологического процесса изготовления детали.
В процессе проектирования используется перечень металлообрабатывающих станков различного назначения, каждый из которых характеризуется следующими параметрами: тип станка, система управления, вид обработки, используемые инструмент и приспособления.
Теоретической основой определения структур данных САПР приспособлений служит теория структурной организации данных, главные положения которой наиболее полно изложены в работе [3]. Важным принципом этой теории является указание, что структуры данных выбираются, исходя из их физической природы и естественных взаимосвязей, и не зависят ни от структур хранения данных в ЭВМ, ни от языков программирования.
Выполним моделирование данных с целью формирования концептуальной схемы базы данных. Полученная модель может быть отображена в любую систему баз данных.
Наиболее распространенным средством моделирования данных являются диаграммы "сущность-связь" (ERD), с помощью которых определяются важные для предметной области объекты (сущности), их свойства (атрибуты) и отношения друг с другом (связи) [4]. Полученные диаграммы могут быть использованы для проектирования реляционной базы данных.
Процесс построения модели состоит из четырех этапов.
На первом этапе производится идентификация и определение объектов предметной области, удовлетворяющих следующим требованиям:
- возможность описания объекта (словесно, математически или графически);
- формирование нескольких экземпляров объекта;
- идентификация отдельных экземпляров объекта.
Проанализировав, предметную область, можно выделить следующие объекты: ДЕТАЛЬ, СВОБРПОВДЕТ, МЕТР_ИНФО_КЭ, ТЕХНОЛ_ИНФО_КЭ, КОНСТР_ КОНСТ_ПРИСП, СТО, СТАНОК1, СТАНОК2, СТА-НОКЗ, СТАНОК 4.
Объект ДЕТАЛЬ представляет собой информацию о заготовке, которую необходимо обработать для получения заданной детали. Данный объект характеризуется шифром, материалом, параметрами, единицами измерения и значениями параметров. Параметрами детали могут быть длина, ширина, толщина стенок, твердость поверхности, шероховатость поверхности и др.
СВОБРПОВДЕТ - информация о поверхности детали - шероховатость, твердость, вид операции
МЕТР_ИНФО_КЭ (метрическая информация о конструктивном элементе) - описывает геометрические параметры КЭ, предельные отклонения размеров, твердость и шероховатость поверхности
ТЕХНОЛ_ИНФО_КЭ (технологическая информация о конструктивном элементе) - определяет схему базирования КЭ, а также способ их соединения.
КОНСТР_КОНСТ_ПРИСП - конструктивные константы приспособления, описывающий в общем виде конфигурацию проектируемого приспособления. Наличие данного объекта позволяет производить качественный контроль процесса проектирования и, при необходимости, вводить соответствующие поправки
СТАНОК1 - список всех имеющихся металлообрабатывающих станков. СТАНОК2 - перечень станков, которые могут обработать заданную деталь. СТАНОКЗ -станки, у которых способ закрепления приспособления, соответствующим конструктивным константам приспособления. СТАНОК 4 - список станков, у которых присоединительный размер в патроне соответствует размеру основания спроектированного средства технологического оснащения
СТО - средство технологического оснащения - описывает проектируемый объект (геометрические параметры спроектированного приспособления, количество одновременно изготавливаемых деталей, шифр по классификатору).
Графическое отображение объекта ДЕТАЛЬ приведено на рис.2.
ДЕТАЛЬ ШИФРДЕТ МАТЕРИАЛ ПАРАМЕТР ЕДИЗМЕР ЗНАЧЕНИЕ
Рисунок 2 - Объект ДЕТАЛЬ
На втором этапе идентифицируются и определяются основные отношения между объектами, определяемые как ассоциации или связи между ними. На этой стадии моделирования некоторые отношения могут быть неопределенными. В этом случае требуется их определение в дальнейшем.
Результатом выполнения второго этапа является матрица отношений - двумерная таблица, в которой по горизонтали и вертикали указаны объекты. Если между
объектами установлено отношение, то на пересечении полей матрицы устанавливаем "плюс". Матрица симметрична относительно главной диагонали и представлена в табл. 1.
На третьем этапе необходимо определить ключевые признаки для каждого объекта, первичные и внешние ключи.
Ключ объекта - один или более признаков, значения которых уникальны. Каждый объект должен иметь как минимум один ключ. Если существует несколько ключей, то тогда один из них становится первичным ключом, а остальные - дополнительными. Объект может иметь любое число дополнительных ключей.
Для объекта ДЕТАЛЬ первичным ключом является шифр детали, который выбирается из соответствующих классификаторов.
Для объекта СВОБРПОВДЕТ - шифр поверхности детали, получаемый по методике, описанной в работе [2].
МЕТР_ИНФО_КЭ и ТЕХНОЛ_ИНФО_КЭ имеют первичным ключом шифр конструктивного элемента.
Для объектов СТАНОК1, СТАНОК2, СТАНОКЗ, СТАНОК 4 первичным ключом является модель станка.
Объект проектирования СТО характеризуется первичным ключом "шифр".
На рисунке 3 представлена ЕЯ-модель предметной области, полученная при выполнении третьего этапа моделирования.
В процессе четвертого, заключительного, этапа производится доопределение атрибутов, входящих в состав объектов. Атрибут должен иметь уникальное имя (простое и значащее). Допускаются сокращения и акронимы. Количество атрибутов в объекте не ограничивается.
Результатом четвертого этапа является ЕИ-модель, разработанная по правилам построения семантической модели. ЕК-модель построена с помощью программного средства ЕЬЫчп 4.0.
Таблица 1 - Матрица отношений
ДЕТАЛЬ СВОБРПОВДЕТ МЕТР_ИНФО_КЭ ТЕХНОЛ_ИНФО_КЭ КОНСТР_КОНСТ_ПРИСП СТАНОК1 СТАНОК2 СТАНОКЗ СТАНОК 4 СТО
ДЕТАЛЬ + + + + +
СВОБРПОВДЕТ + +
МЕТР ИНФО КЭ + +
ТЕНОЛ ИНФО _КЭ + +
КОНСТР коне Т_ПРИСП + + + +
СТАНОК1 + + а
СТАНОК2 + + + +
СТАНОКЗ + + + +
СТАНОК 4 + +
СТО + + + + +
И.Ш. Невлюдов, Е.И. Литвинова, В.В. Усик, О.В. Буйвол-. ИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СРЕДСТВ
№
бУОВЯРОУРЕТ
[5 Я
) I
МЕТР_1 №0 _КЕ вНГ»<Е Ъ
ТЕХ N01 1МР0 КЕ 'йвНП«« )
авНГКОЕТСГК!
ЭТО
5$НГРС€Т(ТК) ^МООЕИ(ГК)
когетр кокет ргаэр
X
йеНРЯРИвР ¡±МООВ2Р19
¡¡азиртоЕтию
2 этРКРЯБР^кэ
«ЬМООЕИ (П<)
азнгя
азнгвоетик)
^гнррроуоЕт^к) 5±мооеиз(тк) ЭмООЕ12(ГЮ ¡&МООЕ1.1 СРЮ
ЭТАМ0К4
^ МООЕЬ4
ЗНРЮЕТСПО ^ 5Н1ГНРР6Р(РК)
ЛвНГ^П^
^ 9-11РЙРСРЛ>ЕТ(РК) ^МСОЕиЗ(РК)
2 МОРЕН (Г К)
Пример программной реализации полученной модели и обобщенного алгоритма автоматизированного проектирования технологической оснастки приведен ниже. Программное средство предназначено для расчета параметров СТО и позволяет выполнять следующие операции:
- ввод исходных данных о заготовке;
- занесение параметров заготовки в соответствующую таблицу;
- расчет геометрических параметров средства технологического оснащения;
- занесение параметров СТО в таблицу;
- отображение исходных данных и результатов расчета в виде соответствующих таблиц;
- отображение чертежа спроектированного средства технологического оснащения.
На рисунке 4 приведена одна из используемых таблиц - таблица деталей, для закрепления которых проектируется приспособление. В нее заносится информация о геометрических размерах заготовки (длина и диаметр), параметры поверхности детали (твердость и шероховатость), а также материал, из которого изготовлена деталь.
| ТаЫе : O:\lm4Detal DB
шм
Рисунок 3 - ЕЯ-модель по результатам третьего этапа
ОТДЕЛЬНЫЕ ПРОЕКТНЫЕ РЕШЕНИЯ
Укрупненный алгоритм автоматизированного проектирования технологической оснастки приведен ниже.
1. Извлечь из чертежа детали сведения об обрабатываемых поверхностях.
2. Сформировать метрическую информацию о конструктивных элементах.
3. Сформировать перечень станков, которые могут обработать данную деталь.
4. Выделить конструктивные константы технологической оснастки (ТО).
5. Определить технологическую информацию о конструктивных элементах.
6. Сфо ми овать список станков со способом зак еп-ления ТО, соответствующим конструктивным константам.
7. Синтезировать ТО.
8. Сформировать список станков, у которых присоединительный размер в патроне соответствует размеру основания спроектированной ТО.
В соответствии с описанной выше семантической моделью предметной области информация, необходимая для синтеза средства технологического оснащения, собрана во взаимосвязанные таблицы. Для реализации полученной модели необходимо использовать среду визуального программирования и средства разработки баз данных.
СЬпв ЭишеП М<йвпа1 ' , ТувпЮш,
1И111Р 111111 Вгопга и
■11111111 ■Вир »•1 13
11шЯрЭД1И 78 м Ыип ; 13 ШЯрИЙ
11111|ж| ЯичРР 1« Вгогга I о и
78 101 ви1 ; ; 12 14
Рисунок 4 - Таблица деталей
В процессе проектирования используются также таблицы сведений об обрабатываемой поверхности, метрической информации о конструктивных элементах, технологической информации о конструктивных элементах, металлообрабатывающих станков, конструктивных констант приспособления, средств технологического оснащения и др.
Результаты работы программы представлены на рисунке 5.
ании
Дивиягр заготовки,«
. Параметдоога'епи.м
Параметры срепстеетвкнйпсг^вскси-ооснаш»*«. мл
6 21 >
Занестмаамыем пркмааести расют пасаемтрое СТО
Рисунок 5 - Результат работы программы
ВЫВОДЫ
Проведенный анализ современных инженерно-конструкторских систем автоматизированного проектирования показывает, что на сегодняшний день одним из эффективных способов построения специализированной САПР является модернизация универсальной системы. С целью упрощения задачи, снижения стоимости и сроков выполнения работ целесообразно применять семантическую модель, построенную в соответствии со стандартом ШЕЕ1Х.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Альперович Т.А., Барабанов В.В., Давыдов А.Н, Сергеев С.Н., Судов Е. В., Черпаков Б. И. Компьютеризированные интегрированные производства и САЬЭ-технологии в машиностроении. М.: ВИМИ, 1999. 512с.
2. Ракович А.Г. САПР станочных приспособлений. М.: Маши-
ностроение, 1986. 212 с.
3. Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных информационных систем. М.: Финансы и статистика, 1989. 352 с.
4. Вендров A.M. Один из подходов к выбору средств проектирования баз данных и приложений. "СУБД", 1995,№ 3.
Надшшла 23.03.04
Автоматизащя проектування технологичного оснащения дозволяв суттево скоротити затрати часу та Koiumie на технолог1чну тдготовку виробництва. В cmammi розгля-нуто семантичну модель шформацшного забезпечення САПР оснащения, яка може бути використана в процеЫ програмног реа/пзацп алгоритму проектування технологгч-ного пристосування.
Automation of designing of technological equipment allows essentially reducing time and explicit costs to technological preparation of manufacture. In the article it is considered semantic model of information support of computer-aided design of equipment that may be used during program realization of designing algorithm of production device.
УДК 519.65
H.A. Нечипоренко, H.И. Белая
ОБ ОПТИМАЛЬНОМ ВЫЧИСЛЕНИИ ИНТЕГРАЛОВ ОТ БЫСТРООСЦИЛЛИРУЮЩИХ ФУНКЦИЙ
На основе приближения функций интерполяционным параболическим сплайном строятся алгоритмы вычисления интегралов от быстроосциллирующих функций для двух классов функций. Для приведенных алгоритмов получены оценки погрешности и доказано, что они являются оптимальными по порядку.
ВВЕДЕНИЕ
При решении многих классов задач таких, как статистическая обработка экспериментальных данных, решение краевых задач для уравнений в частных производных, задач цифровой фильтрации и других, возникает необходимость в вычислении интегралов вида
и
I^co) = |f(x)sin (ûxdx,
I
U
,(ю) = Jf(x)
cos coxdx,
(1)
(2)
которые имеют непрерывные первые и ограниченные по модулю константой L вторые производные и удовлетворяют условию f(xj) = уj, i = 1, N, где Xj - узлы произвольной сетки Д={а=х1<х2<...<х[4; =Ь}, и yj - заданные действительные числа;
- V^l.n " класс функций f(x)eC2 l,n> Для которых заданы области выпуклости, то есть для каждого отрезка [х,, xi+1 ] известен вид функции: выпуклая вверх, выпуклая вниз или содержит точку перегиба.
КВАДРАТУРНЫЕ ФОРМУЛЫ
Предлагаемые алгоритмы вычисления интегралов (1), (2) основаны на замене подынтегральной функции f(x) интерполяционным параболическим сплайном, который является решением задачи (3)
inf sup lf"(x)l.
feFxe[a,b]
(3)
где Кх) принадлежит некоторому классу К, (й - произвольное вещественное число.
Оптимальные по точности алгоритмы решения задач (1), (2) для некоторых классов функций приводятся в работах [1], [2].
В настоящей работе построены оптимальные по порядку точности алгоритмы решения задач (1), (2) для следующих классов функций:
" ьы " класс определенных на [а, Ь] функций Кх),
В случае Е=С2решением задачи (3) является интерполяционный параболический сплайн 8*(х) У[ + У;(х - X;) +
S*(x) =
д(1) 2
У i+1 +yi+i(x-xi+1) + (2)
если Xj < х < Xj,
А} ,
+ (x-xi+1), если Xj < x < xi+1,
a
