Объектно-ориентированный графический редактор системы проектирования поковок ступенчатых валов

ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЙ ГРАФИЧЕСКИЙ РЕДАКТОР СИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПОКОВОК СТУПЕНЧАТЫХ ВАЛОВ

А.В. Коновалов, С.В. Арзамасцев, О.Ю. Муйземнек, Д.С. Казанский

Интеллектуальная система проектирования поковок ступенчатых валов должна формировать геометрические модели поковок ступенчатых валов на основе чертежей деталей. При этом решаются задачи нанесения размеров ступеней, назначения припусков на механическую обработку и термообработку, припусков на образцы для механических испытаний и макроконтроля, а также напусков, упрощающих исходную геометрию в зависимости от технологических возможностей ковки. В результате решения каждой из перечисленных задач изменяется геометрия вала и цепочка его размеров. Это обстоятельство накладывает повышенные требования к графической части системы - графическому редактору, предназначенному обеспечить необходимый интеллектуальный интерфейс между пользователем и компьютером. Разработанная ранее система проектирования поковок ступенчатых валов [1] была основана на процедурном подходе, использовала операционную среду DOS и имела упрощенный графический интерфейс.

На каждом этапе проектирования к графическому интерфейсу предъявляются свои, специфические требования, вытекающие из содержания работы и обеспечивающие пользователю комфортность графического диалога. В процессе разработки были выделены основные функциональные требования, которым должен удовлетворять графический редактор поковок:

- удобный табличный и графический ввод исходной информации;

- формирование и графическое отображение информации о проектируемой поковке на различных этапах разработки;

- широкие возможности редактирования;

- стандартный интерфейс в стиле Windows.

Интеллектуальные возможности редактора определяются тем, что пользователь работает с ним на уровне желаемых действий, а все необходимые расчеты и изменения геометрической информации редактор делает сам.

Для создания графического редактора, удовлетворяющего всем этим требованиям, был применен объектно-ориентированный подход [2] на основе компонентной модели проектируемого вала. Ступень вала рассматривается в качестве объекта-класса, наделенного определенными свойствами, методами и управляемого событиями. К основным свойствам отнесены тип ступени (бурт, фланец, выемка, уступ), ее размеры и объем, наличие галтелей, торцевых скосов и разрывов на чертеже. Представление ступени в виде объекта позволяет осуществить программирование поведения ступени в процессе проектирования: изменение размеров, перестановку и копирование ступеней, быструю вставку новых ступеней.

Формирование информации для системы проектирования поковок ступенчатых валов начинается с ввода параметров вала, который получается после

20

Рис. 2. Схемы нанесения размеров длин ступеней вала: а - разомкнутая; б -замкнутая; в - разомкнутая с дополнительными базами; г - замкнутая с дополнительными базами

термической и механической обработки отковываемой поковки. Каждая ступень вала, ее длина и диаметр могут быть введены таблично. Разработан также графический способ ввода информации о детали, при котором каждый новый прямоугольник, нарисованный на любом месте экрана, "приклеивается" к последней ступени вала. Изменение размеров любой ступени осуществляется операцией вытягивания прямоугольника за его маркеры.

При вводе очередной ступени для нее сразу проставляются размеры в соответствии с выбранным масштабом. Размеры, проставляемые на эскизе поковки, должны удовлетворять требованиям стандарта [3], в котором для ступенчатых валов разработана лишь одна схема простановки размеров с назначением базы на торце наибольшего сечения. В то же время допускается применение других схем. Разработанный графический редактор обеспечивает простановку размеров в автоматическом и диалоговом режимах, возможность выбора баз для задания способа построения размерной сетки, а также изменения значений размеров и расположения размерных линий.

Для этих целей ввели объект РАЗМЕРЫ, который наделили следующими основными свойствами: тип, схема, категория, привязка, видимость, положение, габарит (рис. 1). Значения этих свойств определяют их функциональность. Например, значение линейный соответствует размеру длины ступени (или ступеней) вала, а диаметральный - диаметру ступени.

Нанесение диаметральных размеров затруднений не вызывает, так как для всех ступеней базой для их простановки является ось вала. Для нанесения ли-

нейных размеров разработаны 4 схемы (рис. 2): разомкнутая (Р); замкнутая (З); разомкнутая с дополнительными базами (РДБ) и замкнутая с дополнительными базами (ЗДБ). Схема нанесения размеров может быть изменена в любой момент выбором соответствующей опции в меню системы. Приведенные схемы не являются конструкторскими и не охватывают всех возможных комбинаций простановки размеров, которые могут быть на чертеже детали. Это технологические размеры, которые обеспечивают выполнимость назначенных припусков на поковке при проведении операций ковки.

Длина и оба диаметра

Левый и правый диаметры

Рис. 3. Маркеры изменения размеров ступени вала

21

Свойство категория размера определяет его поведение в процессе проектирования. Все размеры разбиты на 5 категорий: габаритный, связанный, свободный, базовый и свободно-базовый.

Категория габаритный определяет габаритный размер вала от левого свободного торца детали до правого свободного торца.

Категория связанный определяет линейный размер одной ступени.

Категории свободный соответствует линейный размер одной ступени, вычисляемый через другие линейные размеры и замыкающий габаритный размер. Этот размер не отображается на экране.

Категория базовый задает линейный размер группы ступеней от базы.

Категория свободно-базовый определяет линейный размер одной ступени, замыкающий базовый размер. Данный размер не отображается на экране.

Видимость размеров является внутренним свойством и не имеет прямого отношения к визуализации размерной сетки. Если размер невидимый, то он никогда не наносится на чертеж. В то же время предусмотрена возможность отключать визуализацию видимых размеров.

Свойство положение характеризует, с какой стороны располагается свободный размер. Это свойство учитывается только в схемах Р и РДБ. В схемах З и ЗДБ оно хотя и задается, но не влияет на конечный результат.

Каждая компонента объекта РАЗМЕРЫ в свойстве привязка содержит номер базовой ступени Пб, которой является ступень с наибольшим диаметром поперечного сечения. К базовой ступени в схемах РДБ, ЗДБ привязан обычный связанный размер, слева и справа от которого обязательно расположены еще две ступени со связанными размерами (см. рис. 2 в,г).

Взаимосвязь свойств линейных размеров для вала, имеющего N ступеней, показана в таблице, где п обозначает номер ступени (п=1,2,...,№); к - количество ступеней, охватываемых базовым размером.

Стандартные методы управления визуальными объектами дополнены новыми методами в соответствии со специфическими задачами проектирования геометрической модели ступенчатого вала. Изменение размеров ступени и перестановка являются событиями, которые обрабатываются программой, и она, анализируя последовательность действий проектировщика, выдает наилучшие визуальные решения в зависимости от размеров и количества ступеней вала. Поскольку отдельная ступень является частью всего вала, то ее поведение в процессе проектирования зависит от наличия и свойств остальных ступеней. В связи с этим применение типовых компонент, используемых при проектировании в стандартных графических пакетах, например [4], не отвечает предъявляемым требованиям к функциональности этих компонент. Графическим компонентам приданы совершенно новые свойства и методы, реализующие интеллектуальный интерфейс, что в конечном итоге намного облегчает процесс проектирования. Например, в фигуре (прямоугольник или трапеция), которая изображает ступень вала (рис. 3), изменено количество угловых и серединных маркеров и их функции. Вместо двух маркеров удлинения ступени применен один - со стороны, противоположной базе, а также изменены свойства угловых маркеров, что дает возможность вводить конические ступени.

Представление размеров в виде класса объектов и задание свойств позволяет создать методы реализации диалога и управления изменением размеров в процессе проектирования. Такой подход является практической реализацией концепции управления данными.

В качестве примера рассмотрим, каким образом происходит изменение размеров для различных схем. Каждая категория размера, кроме габаритного, обладает логическим свойством габарит, которое определяет, будет ли изменяться габаритный или базовый размер при изменении какого-либо связанного размера. Если свойству габарит свободного или свободно-базового размера установлено значение false,

22

то данный размер является демпфером, изменяющим свое значение при изменении связанных размеров, и не позволяет изменяться тому размеру (габаритному или базовому), который он замыкает. В этом случае при изменении связанного или базового размера в схемах Р, РДБ, ЗДБ никакие другие размеры, в том числе и габаритный, не изменяются. Сама ступень при этом изменяет свои размеры. Задание свойству габарит значения true делает ступень "жесткой", то есть неизменяемой, но при этом будет изменяться габаритный или базовый размер вала. Наличие четырех схем позволяет решить практически любую задачу по изменению размеров как отдельных ступеней, так и габаритного размера всего вала.

Процесс проектирования поковки включает в себя этап ввода исходных размеров детали, автоматическое назначение припусков и напусков, корректировку самой детали и спроектированной поковки.

На этапе ввода размеров исходного контура объектом является отдельная ступень вала. При вводе очередной ступени сразу формируются и отображаются ее размеры. Окончательно в чертеже вала используется комбинированный способ простановки размеров, вследствие чего он, как правило, не содержит длину каждой отдельной ступени.

В чертеже поковки отображаются припуски на механическую обработку, назначенные согласно нормативно-технической документации, а также дополнительные припуски на образцы для механических испытаний, макроконтроля, на подвешивание вала при термообработке и другие, требуемые по технологии изготовления детали.

Размерная цепь поковки может значительно отличаться от размерной цепи исходной детали. Рабочий чертеж поковки содержит внешний контур поковки и внутренний контур детали с соответствующими размерами. Поэтому в системе использованы две переменные класса РАЗМЕРЫ: одна для размеров детали вала, другая для размеров поковки вала. Графический редактор позволяет располагать на экране две размерные сетки: одну для детали и другую для поковки или одну по выбору пользователя. На рисунке 4 представлена спроектированная поковка ротора турбины. Светлым тоном показана исходная деталь. Темным фоном выделены назначенные припуски и напуски. Поскольку конические ступени отковывать сложно, они объединены в поковке вместе

Таблица

Параметры свойств объекта РАЗМЕРЫ

Категория Схема Положение Привязка Видимость

Количество ступеней Номер ступени привязки слева Номер ступени привязки справа

Габарит-ный Р З РДБ ЗДБ Правое Левое N 1 N Есть

Связан-ный Р Правое 1 n, n < N n, n < N Есть

Левое 1 n, n > 1 n, n > 1

З Правое Левое 1 n n

РДБ Правое 1 n6 n6

n6-1, n6>2 n6-1, Шб>2

n6+1,n6<N-2 n6+1,n6<N-2

Левое 1 n6 n6

n6-1,n6>2 n6-1,n6>2

n6+1, n6<N-1 n6+1, ^<N-1

ЗДБ Правое Левое 1 n6 n6

n6-1 n6>1 n6-1 n6>1

n6+1, n6<N n6+1, n6<N

Свободный Р РДБ Правое 1 N N Нет

Левое 1 1 1

Базовый РДБ Правое 2 < k < (N-n6) n6+1 n6+k Есть

Левое 2 < k < (Пб-1) n6 - k n6 -1

ЗДБ Правое 2 < k < (N-Пб) n6 n6 + k

Левое 2 < k < (n6-1) n6 - k n6 -1

Свободно-базовый РДБ ЗДБ Правое 1 n6 + k n6 + k Нет

Левое 1 n6 - k n6 -k

Примечания: п - номер текущей ступени; N - номер последней ступени; Пб - номер базовой ступени; к - количество ступеней, охватываемых базовым размером

с центральной ступенью. На торцах вала добавлены припуски для вырезки образцов на испытания механических свойств и контроль структуры металла. Сверху от изображения вала расположена размерная сетка детали, а снизу - размерная сетка поковки. В обоих случаях у объекта РАЗМЕРЫ свойство схема имеет значение замкнутая.

Применение концепции объектно-ориентированного проектирования для разработки графического редактора интеллектуальной системы проектирования поковок ступенчатых валов позволило решить многие из задач, которые трудно было реализовать при обычном процедурном подходе. Выделение размеров в особый класс объектов подготовило условия для создания интеллектуального интерфейса, который значительно облегчает работу проектировщика. Разработанная компонента может быть легко перенесена в другие графические системы, что позволит создавать их в более короткие сроки и на более качественном уровне.

Список литературы

1. Канюков С.И., Арзамасцев С.В. Проектирование технологии ковки ступенчатых валов//Кузнечно-штамповочное производство. - 1995. - № 9. - С. 13-14.

2. Буч, Гради. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++. / Пер. с англ. со 2-го изд. - М., СПб.: Бином: Невский диалект, 1998. - 560 с.

23

3. ГОСТ 7062-90. Поковки из углеродистой и легированной стали, изготовляемые ковкой на прессах. Припуски и допуски. - М.: Изд-во стандартов.

4. AutoCAD 2002 для конструкторов. Искусство проектирования / Пер. с англ.: Дэвид Харрингтон, Билл Барчард, Дэвид Питцер - К.: ООО "ТИД"ДС", 2002.-944 с.

Формат: Список

МАКРОЭКОНОМИЧЕСКАЯ БАЛАНСОВАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ СТРАН С ЭЛЕМЕНТАМИ ПЕРЕХОДНОЙ ЭКОНОМИКИ

В.А. Масюков, Л.В. Матылина

В последние годы возникла потребность в более корректном прогнозе макроэкономического развития России с учетом элементов переходной экономики [1-4]. Для достижения этой цели при моделировании макроэкономических процессов необходимо учитывать уровни инфляции внутри страны и за рубежом, влияния продажи нефти на величину валового внутреннего продукта (ВВП), а также характер воздействия этих факторов на сбалансированность товарного и денежного рынков и на соблюдение внешнеэкономического баланса [5-7]. Кроме того, необходимо учитывать уровень доверия населения к действиям правительства и банковской системы [1,2,8].

Решение проблемы корректного макроэкономического прогнозирования зависит также от степени учета неопределенностей, связанных, прежде всего, с оценкой величин притока и оттока капиталов, а также величины утечки капитала за рубеж в зависимости от роста уровня инфляции и изменения цен на нефть [2,8]. Как минимум, требуется установление аналитических зависимостей влияния перечисленных факторов на показатели эффективности экономического развития. Кроме того, рассчитывать на максимизацию величины ВВП без нахождения оптимального соотношения величин выбранных макроэкономических параметров управления представляется весьма сомнительным делом. К сожалению, используемые в настоящее время модели макроэкономического прогнозирования - это в основном модели объяснения, а не оптимизации [5-7].

Оптимизационные макроэкономические модели в настоящее время разрабатываются применительно лишь к попыткам фрагментарного совершенствования экономического механизма страны [9,10].

Таким образом, создание оптимизационной макроэкономической балансовой модели для России с учетом элементов переходной экономики представляет как научный, так и практический интерес.

С целью информационной поддержки принятия управленческих решений, обеспечивающих максимизацию ВВП, целесообразна разработка макроэкономической балансовой модели, отвечающей следующим требованиям.

1. Включить в разрабатываемую модель (в отличие от классической балансовой модели Дорнбуша-Фишера [5]) экономические показатели, необходимые для учета ряда особенностей переходной эконо-

мики (уровни инфляции внутри страны и за рубежом, реальные процентные ставки внутри страны и за рубежом, величина средней цены на нефть в прогнозируемом периоде, доля продаж нефти в общей величине экспорта, уточненные с использованием перечисленных показателей величины притока и оттока капиталов за рубеж, а также величины утечки капиталов за рубеж).

2. Найти выражение У0(х,у) для оценки прогнозируемой величины ВВП при условии согласованного проведения фискальной и монетарной политики с уточнением входящих в него функциональных зависимостей, которое достигается за счет оптимизации управляемых параметров (х) (для фиксированных значений ситуационных параметров (у)) и обеспечивает достижение максимального значения ВВП.

3. Уточнить условие внутреннего экономического баланса [5] для более корректной оценки влияния инвестиций и реального валютного курса: ^(х,у)= =У1(х,у)-У2(х,у), где У1(х,у) - величина ВВП при условии равновесия товарного рынка; У2(х,у) - величина ВВП при условии равновесия рынка денег.

4. Дополнить условие внешнеэкономического баланса [5] зависимостями, определяющими закономерности притока капитала из-за рубежа и оттока капиталов за рубеж, а также величину утечки капиталов за рубеж: ^(х,у) < 0.

5. Преобразовать общие функциональные зависимости, описывающие экономический кругооборот, для учета конкретных экономических показателей (указанных в п.1 требований) с учетом бездефицитности бюджета fз(x,y)<0 и с установкой ограничений на управляемые и ситуационные макроэкономические показатели ^(х,у)<Вь (N>¡>4), где N - максимально возможное число ограничений на параметры.

Исходя из приведенных требований, макроэкономическая балансовая модель должна осуществлять решение задачи оптимизации выбранных параметров управления, обеспечивающих максимизацию прогнозируемой величины ВВП при выполнении условий внутреннего и внешнего баланса, бездефицитности бюджета и учете ограничений на величины используемых макроэкономических показателей. Указанная задача оптимизации с математической точки зрения представляет собой задачу математического программирования:

24