Автоматизированное проектирование. Создание трехмерных моделей механизмов мостового крана

УДК 621.87: 681.5

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ. СОЗДАНИЕ ТРЕХМЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ

МЕХАНИЗМОВ МОСТОВОГО КРАНА

Н.С. Галдин, С.В. Курбацкая, О.В. Курбацкая

В статье приведены основные тенденции развития автоматизированного проектирования. Рассматривается необходимость применения компьютерного моделирования при разработке проектируемого объекта. Моделирование механизмов осуществлялось в программе КОМПЛС-3Б

Ключевые слова: мостовой кран, компьютерное моделирование, трехмерная графика

Система автоматизированного проектирования (САПР) - организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимодействующего с подразделениями проектной организации, и выполняющая автоматизированное проектирование.

Под автоматизацией проектирования понимается такой способ проектирования, при котором все проектные операции и процедуры или их часть осуществляется взаимодействием человека и ЭВМ. Предметом автоматизации проектирования является формализация проектных процедур, структурирование и типизация процессов проектирования, постановки, модели, методы и алгоритмы решения проектных задач, а также способ построения технических средств, языков, программ и вопросов их объединения в единую проектную систему.

Автоматизированное проектирование представляет собой технологию использования вычислительных систем для оказания помощи проектировщикам при разработке, модификации, анализе или оптимизации проектных решений. Целью автоматизированного проектирования является сокращение времени разработки и испытаний проектируемого объекта, а также обеспечение качества и снижение затрат при производстве [1].

В последние годы большое внимание уделяется автоматизации расчетно-

конструкторских работ при проектировании типовых узлов и агрегатов, когда синтез конструкции проводится эвристически, а основные параметры выбираются и оптимизируются в интерактивном режиме диалога проектировщика и ЭВМ [2].

Решение проблем автоматизации проектирования с помощью ЭВМ основывается на си-

Галдин Николай Семенович - СибАДИ, д-р техн. наук, профессор, тел. 8-(381-2) 65-17-90

Курбацкая Светлана Владимировна - СибАДИ, инженер, тел. 8-(381-2) 60-55-50

Курбацкая Ольга Владимировна - СибАДИ, инженер, тел. 8-(381-2) 65-17-90

стемном подходе, т. е. на создании и внедрении САПР - систем автоматизации проектирования технических объектов, которые решают весь комплекс задач от анализа задания до разработки полного объема конструкторской и технологической документации. Это достигается за счет объединения современных технических средств и математического обеспечения, параметры и характеристики которых выбираются с максимальным учетом особенностей задач проектно-конструкторского процесса [2].

Существенным отличием автоматизированного проектирования от неавтоматизированного является возможность замены дорогостоящего и занимающего много времени физического моделирования математическим моделированием. При этом необходимо иметь в виду одно существенное обстоятельство: при проектировании число вариантов необозримо. Поэтому невозможно ставить задачу создания универсальной САПР, необходимо решать вопросы проектирования для конкретного семейства машин [2].

Для создания САПР необходимо [2]:

- совершенствовать проектирование на основе применения математических методов и средств вычислительной техники;

- автоматизировать процессы поиска, обработки и выдачи информации;

- использовать методы оптимального и вариантного проектирования, применять эффективные, отражающие существенные особенности, математические модели проектируемых объектов, комплектующих изделий и материалов;

- создавать банки данных, содержащих систематизированные сведения справочного характера, необходимые для автоматизации проектирования объектов;

- унифицировать и стандартизовать методы проектирования;

- реализовывать взаимодействие с автоматизированными системами различного уровня и назначения [2].

Опыт создания грузоподъемных машин показывает, что для современного проведения конструкторских испытаний, получения достаточного объема достоверной информации, сведения риска и связанных с ним затрат к минимуму целесообразно, в первую очередь, разрабатывать отдельные элементы и детали крана и испытывать их с помощью средств компьютерного моделирования.

Компьютерное моделирование при функционировании сложных систем и механизмов кранов является важным элементом формирования оптимальных проектных решений конструкций в системах их автоматизированного моделирования [1].

В автоматизированных проектных процедурах вместо еще не существующего проектируемого объекта оперируют некоторым квазиобъектом - моделью, которая отражает некоторые интересующие исследователя свойства объекта [3].

Моделирование - исследование каких-либо явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей; использование моделей для определения или уточнения характеристик и рационализации способов построения вновь конструируемых объектов.

Моделированием называется как процесс построения модели, так и процесс изучения строения и свойств оригинала с помощью построенной модели. Прежде чем построить модель объекта, необходимо выделить составляющие элементы этого объекта и связи между ними (провести системный анализ) и перевести (отобразить) полученную структуру в какую-либо заранее определенную форму, т.е. формализовать информацию. Модель представляет собой особую форму абстрагирования, т. е. отвлечения тех или иных элементов и связей от множества реально существующих в системе. Вне зависимости от привлекаемых к решению задачи методов анализа возникает необходимость построения некоторых абстракций [4].

Модель необходима для того, чтобы:

• понять, как устроен конкретный объект - каковы его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром;

• научиться управлять объектом или процессом и определять наилучшие способы управления при заданных целях и критериях (оптимизация);

• прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействия на объект [4].

Трехмерная графика успешно используется в области автоматизированного проектирования, в компьютерном моделировании. 3D моделирование — это изготовление объемных моделей в трехмерной плоскости. Это, наверное, самый распространенный вид моделирования на сегодняшний день.

Трехмерные модели - это средство для достижения целей проектирования сложных объектов и оперативного принятия решений при устранении недостатков, возникающих в процессе проектирования.

В ходе моделирования исследование ведётся на модели, воспроизводящей основные геометрические, физические, динамические и функциональные характеристики "оригинала". На таких моделях изучаются процессы, происходящие в оригинале — объекте исследования или разработки (изучение на моделях свойств конструкций, различных механизмов передвижения, подъема и т. п.).

3Б-модель обладает вполне реальными физическими характеристиками — объемом, плотностью, массой, центром тяжести, моментами инерции. Ее можно рассмотреть с разных сторон, разобрать, собрать и даже заглянуть внутрь. 3Б модели позволяют увидеть конечное изделие еще до его изготовления, произвести расчеты на прочность и многое другое. Компьютерное моделирование позволяет рассмотреть большее количество вариантов конструкции за меньшее время.

Трехмерные модели основных механизмов мостовых кранов, выполненные в среде КОМПАС-ЗБ, показаны на рис. 1-4.

Рис. 1. Трехмерная модель электродвигателя

Рис. 2. Tрехмерная модель двухступенчатого редуктора

Рис. 3. Tрехмерная модель узла приводного колеса крана

Рис. 4. Трехмерная модель колодочного тормоза

Построенные трехмерные модели детали автоматически генерируются в чертежи с полным набором средств создания символов допусков, шероховатости и т.д. Между чертежом и электронной моделью детали поддерживается полная ассоциативность.

Трехмерные модели применяются в самых различных областях знания, они стали необходимым аппаратом в области экономического планирования и являются важным элементом автоматизированных систем управления.

На сегодняшний день САПР в машиностроении используется для проведения конструкторских, технологических работ, в том числе работ по технологической подготовке производства. С помощью САПР выполняется разработка чертежей, производится трехмерное моделирование изделия и процесса сборки, проектируется вспомогательная оснастка, составляется технологическая документация и управляющие программы, ведется архив. Современные САПР применяются для сквозного автоматизированного проектирования, технологической подготовки, анализа и изготовления изделий в машиностроении, для электронного управления технической документацией.

Вышеназванные преимущества использования САПР представляют трехмерные модели в качестве совершенных технических средств, которые можно задействовать для решения широкого спектра учебных и научно-технических задач.

Литература

1. Ахтулов А.Л. Обеспечение качества проектирования мостовых кранов с учетом динамических характеристик: монография / А.Л. Ахтулов, Л.Н. Ахтулова, О.М. Кирасиров, Е.В. Комерзан; под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. А.Л. Ахтулова. - Омск: СибАДИ, 2010. - 146 с.

2. Щербаков В.С. и др. Автоматизация проектирования устройств управления положением платформы строительной машины: монография / В.С. Щербаков, М.С. Корытов, М.Г. Григорьев. - Омск: СибАДИ, 2011. - 119 с.

3. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования / И.П. Норенков. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 448 с.

4. Чулкова И.Л., Санькова Т.А. Автоматизированное проектирование смесей: монография / И.Л. Чулкова, Т.А. Санькова. - Омск: СибАДИ, 2009. - 120 с.

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

THE AUTOMATED DESIGNING. CREATION OF THREE-DIMENSIONAL MODELS OF

MECHANISMS OF THE BRIDGE CRANE

N.S. Galdin, S.V. Kurbatskaya, O.V. Kurbatskaya

The article provides the main trends of development of the automated designing. The necessity of application of computer simulation in the development of the designed object. Simulation of mechanisms implemented in the program COMPAS-3D

Key words: bridge crane, computer simulation, 3D graphics

lO