Введение к работе
Актуальность темы. Современная радиоэлектронная аппаратура (РЭА) представляет собой совокупность сложных многофункциональных изделий, которые содержат в своем составе большое число компонентов, в том числе электрических соединителей, обеспечивающих соединение и коммутацию различных ее электрических цепей и систем. Проблема межсоединений в аппаратуре обусловливает до 80% всех дефектов в РЭА. Она может быть решена только путем применения высококачественных электрических соединителей.
Необходимо отметить, что успешное решение задачи по изготовлению высокого качества соединителей должно закладываться уже на стадии их проектирования с учетом обеспечения таких потребительских свойств, как функциональность, надежность, технологичность, экономичность и др. Решение этой задачи на уровне современных требований с применением существующих методик и средств инструментального обеспечения становится крайне затруднительным и затратным. Так, на формирование технического задания (ТЗ), разработку технических условий (ТУ) и чертежей на соединитель среднего уровня сложности обычно требуется 2,5-3 месяца, на соединитель повышенной сложности - до 6 месяцев.
Для проектирования изделий машиностроения и радиоэлектронных компонентов в настоящее время широко используются интегрированные САПР (системы автоматизированного проектирования), однако подобные разработки для электрических соединителей отсутствуют. Это обстоятельство и обусловливает актуальность решаемых в данной диссертационной работе научных и технических задач, связанных с автоматизацией проектирования современных прямоугольных электрических соединителей. Сокращение сроков разработки таких соединителей, повышение эффективности затрат на их создание, освобождение конструкторов от выполнения рутинных проектных операций при анализе различных конструкторских решений возможно лишь на основе автоматизации процесса их проектирования.
Цель и задачи работы. Целью работы является формализация проектных процедур автоматизированного проектирования электрических соединителей и создание на их основе алгоритмов и программных комплексов.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
Анализ известных подходов к типизации, формализации и автоматизации проектирования электрических соединителей, разработка их классификации и методики автоматизированного проектирования.
Разработка структурной модели автоматизированного проектирования электрических соединителей.
Разработка математических моделей анализа решений при автоматизированном проектировании электрических соединителей.
Разработка информационного обеспечения САПР электрических соединителей (САПР ЭС), включающего базы данных типовых проектных решений.
Разработка программного обеспечения САПР ЭС, включающего комплекс взаимодействующих модулей.
Апробация функционирования САПР ЭС для конкретного производства с получением необходимой конструкторской документации.
Методы исследований. При выполнении научных исследований и реализации поставленных задач были использованы методы теории автоматизированного проектирования, системного анализа, вычислительной математики (метод конечных элементов, методы математического программирования). При разработке программных модулей использовалась объектно-ориентированная технология проектирования.
Научная новизна работы. Заключается в следующем:
Разработан комплекс алгоритмов на основе формализации процедур проектирования электрических соединителей.
Предложена структурная модель системы автоматизированного проектирования электрических соединителей, включающая, в частности, подсистемы ввода исходных данных, компоновки электрического соединителя, температурного анализа, проектирования и оптимизации контактных пар, формирования результатов проектирования, управления данными проектов.
Разработана модель анализа температурного состояния электрических соединителей на основе метода конечных элементов.
Разработан метод оптимизации конструкций контактных пар электрических соединителей, основанный на визуализации хода выполнения поиска оптимального решения.
Достоверность и обоснованность научных исследований. Подтверждается выбором математических моделей, удовлетворительной сходимостью расчетных и экспериментальных данных, полученных автором, применением эффективных численных методов расчетов. Результаты работы подтверждаются работоспособностью созданной САПР ЭС, используемой на практике при проектировании электрических соединителей.
На защиту выносятся:
Методология, структура и алгоритм автоматизированного проектирования электрических соединителей.
Методы автоматизации инженерного анализа при проектировании электрических соединителей.
Автоматизированная система проектирования электрических соединителей, основанная на твердотельном параметрическом проектировании.
Практическая ценность работы.
1. Разработанные методы синтеза и анализа проектных решений при
автоматизированном проектировании электрических соединителей, позволяю
щих осуществлять:
автоматизированное проектирование электрических соединителей, включающее определение схематичного расположения компонентов электрических соединителей и их параметров и автоматическую генерацию твердотельных моделей деталей и сборочных единиц для последующего получения комплекта проектной документации;
расчет теплового режима работы электрического соединителя;
многопараметрическую оптимизацию контактных пар электрических соединителей с визуализацией результатов в среде основной CAD-системы.
Комплекс программных модулей, реализованных в виде системы автоматизированного проектирования электрических соединителей, интегрированной с системой КОМПАС-ЗО посредством программного интерфейса.
База данных компонентов электрических соединителей, для которой произведено тестовое заполнение.
Отличие проведенных исследований. Отечественные разработки в области автоматизированного проектирования электрических соединителей, позволяющих осуществить весь процесс проектирования, отсутствуют. Впервые разработана специализированная САПР прямоугольных электрических соединителей.
Результаты работы. Реализованы на ФГУП «Карачевский завод «Электродеталь» и могут быть использованы при проектировании электрических соединителей других типов.
Публикации и апробация работы. Основные положения диссертации изложены в 10-ти печатных работах, в том числе в 3-х журналах, входящих в перечень рекомендованных ВАК изданий. Результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на 58-й научной конференции профессорско-преподавательского состава Брянского государственного технического университета (2008 г.), на Международной научно-технической конференции «Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии» (г. Могилев, 2008 г.). В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на заседании кафедры «Управление качеством, стандартизация и сертификация» ГОУ ВПО «Брянский государственный технический университет».
Элементы разработанной САПР ЭС используются в учебном процессе кафедры (дисциплины «Основы САПР», «САПР контрольно-измерительных технологий»),
САПР ЭС зарегистрирована в объединенном фонде электронных ресурсов «Наука и образование» (свидетельство № 16142).
По теме диссертации выполнена работа «Автоматизация проектирования электрических соединителей повышенного качества», ставшая победителем смотра-конкурса «На лучшее изобретение и рационализаторское предложение в 2008 г.», учрежденного Брянской областной администрацией и Брянским областным советом Всероссийского общества изобретателей и рационализаторов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы (105 наименований источников) и приложений, содержит 219 страниц печатного текста, 63 рисунков и 13 таблиц.
