Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Стационарные консольные краны и методы их проектирования
1.1. Конструкции отечественных консольных стационарных кранов 13
1.1.1. Ручные консольные краны 16
1.1.2. Стационарные электрические консольные краны... 22
1.2. Конструкции передвижных консольных кранов 29
1.3. Современные подходы к проектированию ПТМ 39
1.3.1. Методы инженерных расчётов при проектировании ПТМ 39
1.3.2. Автоматизация проектирования ПТМ 41
1.3.3. Общий подход к автоматизации проектирования и анализ (классификация) методов параметризации 46
1.3.4. CAD-система для разработки САПР
консольных стационарных кранов 52
1.4. Выводы по главе 1 61
1.5. Постановка цели и задач дальнейших исследований 61
ГЛАВА 2. Методы и алгоритмы автоматизированного проектирования консольных стационарных кранов
2.1. Процесс автоматизации проектирования консольных стационарных кранов 63
2.2. Математическое обеспечение автоматизированной системы проектирования консольных стационарных кранов 66
2.2.1. Алгоритм расчета консольных стационарных кранов 67
2.2.2. Методика расчёта металлоконструкции консольных стационарных кранов 68
2.3. Основные возможности автоматизированной системы проектирования консольных стационарных кранов 92
2.4. Сетевая модель консольного стационарного крана 93
2.5. Этапы процесса разработки САПР консольных стационарных кранов 95
2.5.1. Структурная схема САПР консольных стационарных кранов 97
2.5.2. Информационное обеспечение
САПР консольных стационарных кранов 104
2.6. Выводы по главе 2 107
ГЛАВА 3. Автоматизированная система проектирования консольных стационарных кранов
3.1. Представление данных о предметной области в автоматизированной системе проектирования 109
3.2. Установка и настройка автоматизированной системы проектирования консольных кранов 111
3.3. Порядок проектирования консольных кранов в автоматизированной системе 116
3.3.1. Ввод исходных данных 116
3.3.2. Процесс проектирования 118
3.4. Выводы по главеЗ 123
ГЛАВА 4. Практическая реализация автоматизированной системы проектирования консольных стационарных кранов
4.1. Использование САПР при проектировании консольного стационарного поворотного крана 124
4.2. Использование САПР при проектировании электрического консольного поворотного крана на колонне с верхней и нижней опорами 131
4.3. Использование САПР при проектировании консольного поворотного настенного крана 138
4.4. Выводы по главе4 145
Заключение 146
Перечень основных сокращений и условных обозначений 148
Список литературы
- Конструкции отечественных консольных стационарных кранов
- Процесс автоматизации проектирования консольных стационарных кранов
- Представление данных о предметной области в автоматизированной системе проектирования
- Использование САПР при проектировании консольного стационарного поворотного крана
Введение к работе
В условиях рыночной экономики и развития конкуренции все большее значение приобретает эффективность машиностроительного производства. Особую актуальность для производственных предприятий приобретает проблема повышения качества выпускаемой продукции, сокращения сроков изготовления и стоимости технической подготовки, максимального удовлетворения запросов потребителя. Применение автоматизированных систем проектирования позволяет решить эти проблемы, а также снижает себестоимость проектных работ [14].
Трудоёмкость и стоимость проектирования, как и качество его результатов, определяется объёмом и глубиной инженерных знаний предметной области, заложенных в систему проектирования. В существующих системах автоматизированного проектирования в подавляющем большинстве случаев инженерные знания остаются вне системы проектирования. В результате конструктор использует далеко не все возможности дорогостоящей системы проектирования [24].
Выходом из сложившегося положения является применение автоматизированных объектно-ориентированных систем проектирования, представляющих собой CAD-системы, адаптированные к конкретной предметной области с помощью программно-методических модулей. При использовании таких систем инженерная деятельность претерпевает качественные изменения. Специалист вводит в систему проектирования данные технического задания и наблюдает за процессом генерации проекта, принимая принципиальные решения путём их выбора из вариантов, предлагаемых компьютером [55, 76, 83].
Опыт разработки и применения таких систем автоматизированного производства свидетельствует об исключительно высокой эффективности. Развитые графические системы, такие как широко известные САПР штампов или пресс-форм, повышают производительность труда в 10-20 раз. Не менее важно то, что при этом многократно уменьшается число допускаемых ошибок и существенно повышается качество документации, снижаются квалифицированные требования к проектировщикам [103].
Современные поточные технологические и автоматизированные линии, межцеховой и внутрицеховой транспорт, погрузочно разгрузочные операции связаны с применением разнообразных грузоподъёмных машин и механизмов, обеспечивающих непрерывность и ритмичность производственных процессов. В различных цехах промышленных предприятий находят широкое применение грузоподъёмные краны, в частности, консольные стационарные краны. Эти краны используются для обслуживания станков и другого оборудования при установке и снятии с них тяжёлых заготовок или деталей. Консольные краны часто незаменимы при монтажных работах, а также в производственном процессе на машиностроительных заводах, железнодорожных и троллейбусных депо и т.п. Учитывая, большую необходимость применения этих кранов во всевозможных условиях, появляется необходимость в проектировании консольных кранов с разной грузоподъёмностью, вылетом стрелы, высотой крана, режимом работы и разных конструкций [5,23,67].
Расчёт и конструирование каждого крана индивидуально, что обусловлено конкретными условиями его использования. Подобное конструирование занимает до 1-2 месяцев. Расчёт длится примерно 1-2 недели, т.е. 40-80 рабочих часов, остальное время уходит на создание графической документации.
Сокращение сроков проектирования консольных стационарных кранов, повышение их качества и технико-экономического уровня на стадии проектирования, а также существенное увеличение производительности труда и освобождение конструкторов от выполнения значительного числа рутинных проектных операций при анализе различных конструктивных решений возможно лишь на основе автоматизации проектирования.
Современный подход к автоматизации проектирования консольных кранов рассматривается в рамках тенденции внедрения в промышленное производство CALS-технологий, предполагающих создание единого информационного пространства на протяжении всего жизненного цикла изделия. Для успешной реализации CALS-технологий в производстве широко используются интегрированные САПР (CAD/CAM/CAE), предназначенные для проектирования изделий машиностроения любой сложности. Однако полным составом компонентов, необходимых для решения всех задач автоматизации проектирования кранов, не обладает ни одна из существующих систем. Некоторые из этих систем имеют специализированные модули для проектирования мостовых кранов [27, 45]. Однако для консольных кранов подобные разработки отсутствуют. Это обстоя тельство и обуславливает актуальность решаемых в данной диссертационной работе научных и технических проблем, связанных с автоматизацией проектирования консольных стационарных кранов.
Цель диссертационной работы - формализация процедур автоматизированного проектирования консольных стационарных кранов в условиях применения современных САПР и создание на их основе математических, информационных моделей и алгоритмов для решения задач подобного класса.
Методология и методы исследования. При выполнении исследований и реализации поставленных задач использовались научные положения теории автоматизированного проектирования, основы конструирования, современные методики проектных и проверочных расчетов механизмов и металлоконструкции консольных стационарных кранов. При разработке программных модулей использовались методы структурного и объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Разработаны общая итерационная методика и алгоритмы автоматизированного проектирования базовых конструктивных типов консольных стационарных кранов.
2. Разработаны математические модели проектирования элементов металлоконструкции, основных механизмов и узлов кранов.
3. Сформулированы принципы формализации процесса принятия конструкторских решений при автоматизированном проектировании консольных стационарных кранов.
4. Разработана структурная схема автоматизированной системы проектирования консольных стационарных кранов, а также исследованы принципы функционирования и характер взаимодействия ее модулей.
Практическую ценность работы составляют:
1. Созданные математические и информационные модели для решения задач автоматизированного проектирования консольных стационарных кранов, и разработанная на их основе САПР.
2. Сформированный типажный ряд из более 250 вариантов консольных стационарных кранов общего назначения шести базовых конструктивных исполнений.
В первой главе даётся обзор конструкций консольных стационарных и передвижных кранов. Отмечены как достоинство, так и недостатки конструктивного исполнения, монтажа и обслужива ния этих кранов и сделан вывод о необходимости улучшения и оптимизирования конструкций консольных кранов.
Рассмотрены методы инженерных расчётов при проектировании подъёмно-транспортных машин. Над этим работали И.И.Абрамович, М.П.Александров, В.И.Анурьев, В.И.Брауде, А.А. Вайнсон, В.Ф.Гайдамака, М.М.Гохберг, С.А.Казак, А.В.Кузьмин, И.М.Паргаманик, Л.Г.Серлин, Б.Ф.Хазов, М.Шеффлер и др. Анализ работ названных учёных показал, что нет полного целостного расчёта ни одного из известных типов консольных кранов. Появляется насущная необходимость в создании одной общей методики расчёта таких кранов, что позволит облегчить их проектирование.
Проведен анализ существующих методов проектирования ПТМ. Отмечены недостатки традиционного (ручного) метода и сделан вывод об эффективности использования автоматизированного метода проектирования консольных стационарных кранов в итерационном режиме.
Анализируется современное состояние работ по автоматизации проектирования кранов. Вопросы автоматизированного проектирования машиностроительных объектов и кранов, в частности, рассматривались в работах И.И.Абрамовича, Н.М. Капустина, С.А. Казака, М.Ю.Рытова, А.О.Спиваковского, Г.Шпура и др. Однако выявлено, что в настоящее время практически не существуют или мало используются системы автоматизированного проектирования кранов различных видов. Особенно отмечается, что для консольных стационарных кранов не было даже попыток создания систем автоматизированного проектирования.
В результате проведённого сравнительного анализа современных отечественных и зарубежных информационных технологий (CAD/CAM/CAE-систем) установлено, что наиболее целесообразно в качестве среды разработки программно-методических модулей, входящих в состав автоматизированного проектирования консольных кранов использовать C++Builder версии 6.0, для подключения базы данных - Microsoft SQL Server, а также систему T-FLEX CAD для параметрического проектирования.
Вторая глава посвящена разработке методов и алгоритмов автоматизированного проектирования консольных стационарных кранов.
В процессе создания автоматизированной системы проектирования консольных стационарных кранов используется математиче ское обеспечение, в состав которого согласно ГОСТ 23501.101-87 входит алгоритм расчета консольных стационарных кранов.
Расчет консольных кранов включает выполнение следующих основных расчетных действий:
• расчет стрелы на прочность и местную устойчивость (включая выбор двутавра и электрической канатной тали);
• расчет колонны на прочность, жесткость и устойчивость;
• расчёт подшипников траверсы колонны;
• расчет механизма поворота и выбор стандартизированных механизмов (двигателя, муфты, тормоза);
• расчет фундамента и фундаментных болтов по условию опрокидывания (устойчивости).
Подробно представлены методики проектного и уточненного расчета металлоконструкции консольных стационарных кранов, которые базируются на нормативном методе предельных состояний установленные СНиП П-23-81 и ОСТ 24.090.72-83. Определены расчётные комбинации нагрузок рабочего состояния крана.
Целью проектного расчета металлоконструкции консольных стационарных кранов является проведение такого объема расчетно-графических работ, в результате которых определяются размеры поперечных сечений основных несущих элементов крана (стрелы, колонны и др.) по условиям статической прочности и жесткости, общей устойчивости при действии расчетных комбинаций максимальных нагрузок рабочего состояния, а также основные размеры конструкции.
Далее вторая глава посвящена разработке автоматизированной системе проектирования консольных стационарных кранов. С учетом разработанных математических моделей сформированы структурно-функциональные требования к САПР. Также определены и формализованы основные понятия, связанные с программным представлением математических моделей, и отношения между ними. Разработана структурная схема автоматизированного проектирования консольных стационарных кранов.
Построена сетевая модель на основе базовой конструкции консольного стационарного крана. На показана общая схема сетевой модели базовых конструкций консольных кранов, описывающая их структуру и топологию. Она получена в результате систематизации их структурных элементов.
Взаимосвязанные конструктивные элементы сетевой модели отображают информацию об общем виде, сборочных единицах и деталях крана. При параметризации в соответствии с исходными данными, сформулированными в техническом задании, происходит формирование изображений по набору задаваемых размерных параметров, определяемых параметрическими связями между конструктивными элементами консольных поворотных кранов.
Таким образом, построенная в соответствии с предложенным подходом сетевая модель консольного крана необходима для выявления его структурных элементов и четкого определения отношений между ними. Модель была использована при разработке параметрических библиотек автоматизированной системы проектирования, с помощью которых конструктор в CAD-системе формирует общий вид проектируемого консольного стационарного крана.
Разработан общий алгоритм автоматизированного проектирования консольных стационарных кранов, а также алгоритмы функционально-независимых программно-методических модулей быстрого наполнения, обеспечивающих достижение целей, отвечающих предъявляемым требованиям к автоматизированной системе проектирования.
В результате работы автоматизированной системы проектирования консольных стационарных кранов в автоматизированном режиме при изменении исходных данных на проектирование происходит получение комплекта конструкторской документации, включающей чертеж общего вида и спецификации.
В третьей главе рассмотрен порядок проектирования консольных стационарных кранов с использованием разработанной автоматизированной системы. Сформулированы минимальные требования к программному и техническому обеспечению САПР консольных кранов.
Для удобства пользователя автоматизированной системой, входные данные представлены в табличной форме, реализующей все операции по созданию, редактированию моделей и визуализации получаемых результатов. Поддерживается обмен данными в стандартных форматах с текстовыми редакторами и электронными таблицами. Таким образом, пользователь может выполнять все операции в программном комплексе в удобной для него форме.
В базу данных системы заложены 256 вариантов кранов шести типов, отличающихся по грузоподъёмности в интервале 0,5...3,2 т и конструкторским параметрам. Из них консольных поворотных настенных кранов - 16 вариантов; консольных поворотных кранов на колонне с верхней и нижней опорами - 48 вариантов; консольных поворотных кранов на колонне свободностоящих - 42 вариантов; настенных электрических консольных кранов - 20 вариантов; электрических консольных кранов на колонне с верхней и нижней опорами - 66 вариантов; электрических консольных кранов на колонне свободностоящих - 64 вариантов. Конструктор может выбрать для расчёта любой из этих кранов, а также при необходимости добавить новый вариант крана с техническими характеристиками и геометрическими размерами, не соответствующими стандартным значениям. Возможность расширения БД за счёт добавления новых кранов позволяет использовать автоматизированную систему проектирования консольных кранов универсально в предметной области.
Принцип действия разработанной автоматизированной системы проектирования сводится к тому, что при изменении исходных данных на проектирование консольного стационарного крана осуществляется полностью расчёт крана (также возможен расчёт отдельных модулей), а затем полученные данные передаются в параметрическую модель консольного крана, в состав которой входит чертёж общего вида. В результате происходит обновление параметров параметрической модели и соответственно обновление чертежа. При этом наглядный интерфейс позволяет легко сохранять результаты расчётов в БД или выводить в текстовом редакторе Microsoft Word.
Таким образом, разработанная система является законченной программой, которая может быть использована в производственных условиях и в учебных целях.
В четвёртой главе показана практическая реализация автоматизированной системы проектирования консольных стационарных кранов с разным техническим заданием. Были спроектированы следующие краны:
• консольный поворотный настенный кран;
• электрический консольный поворотный кран на колонне с верхней и нижней опорами;
• консольный стационарный полноповоротный кран.
Эти краны имеют разные группы режимов (класс нагружения, класс исполнения), условия эксплуатации (место установки, агрес сивность окружающей среды), размеры зоны обслуживания и её ограничения, грузоподъёмности, конструктивное исполнение. Апробация автоматизированной системы показала её многовариантные возможности при проектировании консольных стационарных кранов.
Предусмотрен экспорт результатов расчётов кранов в систему в T-FLEX CAD, которая содержит чертёж общего вида. После завершения работы автоматизированной системы с данным комплектом, а также с чертежами, хранящимися в архиве, можно вести более детальную конструкторскую проработку крана в системе T-FLEX CAD, внося необходимые коррективы.
Диссертационная работа выполнена на кафедре «Подъёмно-транспортные машины и оборудование» Брянского государственного технического университета.
Разработанная система автоматизированного проектирования консольных стационарных кранов была апробирована в учебном процессе кафедры «ПТМиО» БГТУ и внедрена в практическое проектирование на ОАО «Брянский завод металлоконструкций и технологической оснастки».
Основные научные и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование в научных исследованиях» (г. Ставрополь, 2000 г.), 4-й международной научно-технической конференции (г. Брянск, 2001 г.), молодёжной научно-технической конференции вузов приграничных регионов славянских государств (г. Брянск, 2002 г.), 56-й научной конференции профессорско-преподавательского состава БГТУ (г. Брянск, 2002 г.), научных семинарах кафедр «Подъемно-транспортные машины и оборудование» и «Компьютерные технологии и системы» БГТУ (2002-2007 г.г.).
Конструкции отечественных консольных стационарных кранов
Отечественной промышленностью выпускаются консольные краны широкой конструктивной гаммы. Схема их классификации показана на рис. 1.1. Типаж передвижных консольных кранов приведён в табл. 1.1, стационарных консольных кранов - в табл. 1.2.
В конструкции консольного настенного крана обе его опоры (верхняя и нижняя) крепятся к строительным конструкциям здания (колоннам, стенам, перекрытиям, фермам и др.). При этом нижняя опора может быть установлена на специальном фундаменте.
Консольный свободностоящий кран, иногда также называемый краном на колонне, имеет основание, установленное на фундаменте.
Верхняя часть крана остается свободной, не связанной с конструкцией здания. При таком закреплении на фундамент передается не только вертикальная нагрузка от веса груза и мк самого крана, но и опрокидывающий момент.
Конструкция отечественных стационарных консольных кранов регламентируется следующей нормативной документацией: ГОСТ 19494-74 «Краны консольные стационарные поворотные ручные» [117];
Две опоры 1 и 3 с пластинами для крепления крана к строительной колонне здания соединены стойкой 2 трубчатого сечения. К нижней части трубчатой стойки приварена консоль 5 двутаврового профиля, по которой перемещается электрическая таль ТЭ-0,25КД, ТЭ1-511 или ТЭ2-511. К верхней полке двутавра (№16, 20 или 27) приварены угольники, которые образуют раму, обеспечивающую жесткость балки в горизонтальной плоскости. Рама с двутавром удерживается двумя оттяжками 4 треугольного профиля.
Конструкция поворотного крана грузоподъемностью 1,0 т с верхней и нижней опорами также разработана Дзержинским заводом ОАО "Химмаш" [73] для крана типа 2 по ГОСТ 19494-74 (рис. 1.6). Кран предназначен для подъема и перемещения грузов в механических, сборочных, заготовительных и литейных цехах. Его технические характеристики даны в табл. 1.4. Кран состоит из трубчатой стойки 2, к торцам которой болтами на фланцах присоединены две цапфы, поворачивающиеся в двух радиальных и одном упорном подшипниках в опорах. Верхняя опора 3 крепится к верхней строительной части здания, нижняя 1 - к фундаменту. К верхней части стойки присоединена консольная балка 4, состоящая из трубы и приваренной к ней двутавровой балки, по нижним полкам которой перемещается электрическая таль ТЭ-511, ТЭ-0,5ВЗ-КП или ТЭ-0,25. В кране предусмотрено регулирующие приспособление в виде клиновой монтажной прокладки, обеспечивающее строительный подъем консоли. Подвод тока к тали 5 - гибким кабелем.
Центральное проектно-конструкторское и технологическое бюро научной организации производства, труда и управления (ЦПКТБНОТ) г. Москвы разработало свободностоящие полноповоротные краны грузоподъемностью 0,5 и 1,0 т (рис. 1.7) [73]. Краны предназначены для подъема и перемещения грузов в механических, сборочных и заготовительных цехах, а также на открытых складах.
Кран состоит из колонны 1 трубчатого сечения и составной консоли 2, выполненной из трубы и приваренной к ней двутавровой балки, по нижним полкам которой передвигается электрическая таль ТЭ1-511, ТЭ-0,5ВЗ-КП или ТЭ-0,25. Две части колонны соединены между собой фланцами. Нижняя часть установлена на плиту для крепления ее к фундаменту, на верхнюю часть опирается ось, на которую установлена консоль. Поворот консоли - в двух радиальных подшипниках, смонтированных во фланцах верхней части колонны. В кране предусмотрены два регулирующих устройства. Одно устройство служит для обеспечения вертикального положения оси, на которой установлена консоль, посредством отжимных болтов на фланцах, соединяющих нижнюю и верхнюю части колонны. Второе устройство, расположенное в месте соединения оси с консолью обеспечивает строительный подъем двутавровой балки консоли для исключения произвольного перемещения тали. Стационарные электрические консольные краны (ГОСТ 19811- 82) грузоподъемностью от 0,125 до 3,2 имеют электрическую таль по ГОСТ 22584-77 или зарубежного производства с технической характеристикой, аналогичной отечественным электроталям по указанному стандарту, с механизмом передвижения, имеющим тормоз, обеспечивающий неподвижное положение тали при повороте консоли, или без механизма передвижения, среднего режима работы, управляемые с пола, работающие на трехфазном токе напряжением 220 или 380 В, частотой 50 Гц, в климатическом исполнении У категорий размещения 2 и 3 по ГОСТ 15150 - 69.
Процесс автоматизации проектирования консольных стационарных кранов
Исходя из результатов анализа состояния работ по автоматизации проектирования консольных стационарных кранов, возможностей современных САПР в машиностроении, в данной диссертационной работе поставлена следующая цель: формализация процедур автоматизированного проектирования консольных стационарных кранов в условиях применения современных САПР и создание на их основе математических, информационных моделей и алгоритмов для решения задач подобного класса.
Для достижения указанной цели необходимо решить комплекс следующих взаимосвязанных задач:
1. Провести анализ известных в настоящее время подходов к типизации, формализации и автоматизации проектирования грузоподъемных кранов, адаптировать их применительно к задаче проектирования консольных стационарных кранов общего назначения.
2. Разработать общую итерационную методику автоматизированного проектирования базовых конструктивных типов консольных стационарных кранов, включающую комплекс математических моделей анализа конструкторских решений металлоконструкции, основных механизмов и узлов кранов.
3. Разработать информационное обеспечение автоматизированной системы проектирования консольных стационарных кранов, включающее базы данных используемых в их конструкциях стандартизованных изделий, полуфабрикатов и материалов.
4. Разработать программное обеспечение автоматизированной системы проектирования консольных стационарных кранов, включающее интерактивный комплекс анализа конструкторских решений элементов металлоконструкции, основных механизмов и узлов кранов.
5. Создать типажный ряд консольных стационарных кранов общего назначения, на основе которого сформировать конструкторскую базу данных типовых проектных решений кранов, ориентированную на включение в интегрированную САПР вспомогательного технологического оборудования машиностроительных производств.
6. Выполнить апробацию функционирования САПР консольных стационарных кранов применительно к их проектированию для конкретных технологических производств с получением необходимой конструкторской документации.
Автоматизация проектирования консольных стационарных кранов позволяет сократить сроки проектирования, повысить их качество и технико-экономический уровень на стадии проектирования. Процесс создания автоматизированной системы проектирования соответствует промышленному способу разработки прикладных автоматизированных систем.
Характерной особенностью стационарных консольных кранов является соотношение количества типов и типоразмеров. Классифицировав по конструктивным признакам эти краны, для дальнейшего удобства использования, дадим следующие обозначения: К\ - консольный поворотный настенный кран; К2 - консольный поворотный кран на колонне с верхней и нижней опорами; КЗ - консольный поворотный кран на колонне свободностоящий; К4 - электрический настенный поворотный консольный кран; А 5 - электрический консольный поворотный кран на колонне с верхней и нижней опорами; Кб - электрический консольный поворотный свободностоящий кран.
Конструкция всех шести типов кранов (К\, К2, КЗ, АЧ, К5, Кб) состоит из стандартных узлов и типовых деталей.
В зависимости от требований технического задания любой из шести видов консольных кранов может быть разных размеров (вылет стрелы, высота крана и т.п.) и любой из следующих грузоподъемно-стей 0,5; 1,0; 2,0; 3,2 т. Поэтому основной проблемой, возникающей при постоянной сменяемости типоразмеров объектов проектирования, является минимизация трудоемкости и временных затрат на проектирование. Для решения данной проблемы на этапе конструкторской подготовки используется САПР.
Представление данных о предметной области в автоматизированной системе проектирования
Для обеспечения взаимодействия с конструктором входные данные представлены в табличной форме, реализующей все операции по созданию, редактированию моделей и визуализации получаемых результатов. Имеется обмен данными в стандартных форматах с текстовыми редакторами и электронными таблицами. Конструктор выполняет необходимые операции в удобной форме.
На внутреннем уровне модель предметной области реализована с помощью реляционного представления данных [35, 37] и объектно-ориентированного подхода [103], применяемых для хранения данных и их программной обработки соответственно.
Основной элемент представления данных - таблица (в программном представлении - класс). Каждая таблица состоит из множества записей, описывающих конкретные объекты, свойства которых задаются в полях таблиц. При моделировании создается набор объектов каждого из используемых классов. В рамках классов определяются параметры, характеризующие соответствующие объекты и определяющие их поведение. Между таблицами (классами) выделяются отношения различных типов: ассоциация, агрегирование и наследование.
Рассмотренные принципы представления допускают наглядное и компактное схематическое отображение в форме реляционной модели представления данных. Данные таблицы были построены в СУБД Microsoft SQL Server 2000 Enterprise Edition. В каждой таблице были определены кластерные индексы, условия и ограничения на допустимые значения полей, а также их значения по умолчанию. Между таблицами установлены связи, позволяющие на уровне сервера обеспечивать целостность данных. Полученная схема данных в среде, созданная средствами Enterprise Manager, показана нарис. 3.1.
Для обеспечения взаимодействия между классами и реализации сформулированных требований к ПК, реализованы также вспомогательные таблицы.
В общей сложности построено более 40 таблиц. Условно их можно разбить на три группы: таблицы поддержки информационно-справочного аппарата; таблицы поддержки модулей вычислений; вспомогательные таблицы.
При помощи таблиц поддержки модулей вычислений Calc_Arrow, Calc_Tube, Calc_BallBearing, Calc_Swinging, Calc_Harshness, Calc_FoundationBolt, Calc_Fastening осуществляются программные модули расчётов стрелы, колонны, подшипников, механизма поворота, фундамента и фундаментных болтов, крепление к верхней опоре (кроме свободностоящих на колонне кранов) соответственно.
Представление разработанных математических моделей при их программной поддержке связано с целым рядом понятий, между которыми могут быть различные типы связей. Основные фрагменты программного кода, реализующего обработку описанной структуры базы данных и объектно-ориентированное представление моделей, приведены в прил. 3.
Автоматизированная система проектирования консольных кранов поставляется на лазерном компакт-диске, содержащем саму систему и базы данных (Crane), а также программное обеспечение MS SQL (поддержка базы данных) и T-FLEX CAD (параметрическое проектирование консольного крана).
Минимальные требования к техническому обеспечению: процессор - Pentium-Ill; оперативная память - не менее 256 MB; свободное место на жестком диске - не менее 300 MB; операционная система- Windows98/2000/ХР. Установка автоматизированной системы проектирования консольных кранов предусматривает загрузку Microsoft SQL и экспор тирования в неё базы данных Crane.bak. Затем инсталлируется сама автоматизированная система.
При работе с автоматизированной системой проектирования конструктору предоставляется возможность её настройки - расширения базы данных сортамента горячекатаных двутавров, талей электрических канатных, стальных бесшовных холоднодерформирован-ных труб, шариковых упорных одинарных подшипников, радиальных сферических двухрядных шарикоподшипников, колодочных тормозов типа ТКТ, резьб метрических (для фундаментных болтов), электродвигателей серии 4А, упругих втулочно-пальцевых муфт, сортамента горячекатаных равнополочных уголков.
Для работы с базами данных необходимо выбрать соответствующий пункт верхнего меню главного окна программы. В открывшемся окне (рис.3.2) представлен перечень баз данных, используемых системой при основных расчетах. Конструктор получает доступ к любой из следующих баз данных: сортамент горячекатаных двутавров по ГОСТ 8239-89; тали электрические канатные по ГОСТ 22584-88; стальные бесшовные холоднодерформированные трубы по ГОСТ 8734-75; шариковые упорные одинарные подшипники по ГОСТ 7872-89; радиальные сферические двухрядные шарикоподшипники по ГОСТ 28428-90; колодочные тормоза типа ТКТ по ОСТ 24.290.08-82; резьба метрическая по ГОСТ 9150-89 (для фундаментных болтов); электродвигатели серии 4А; упругие втулочно-пальцевые муфты по ГОСТ 21424-75; сортамент горячекатаных равнополочных уголков по ГОСТ 8509-93.
Использование САПР при проектировании консольного стационарного поворотного крана
Рис. 3.4. Добавление базы данных В базу данных системы заложены 256 вариантов кранов шести типов, отличающихся по грузоподъёмности в интервале 0,5...3,2 т и конструкторским параметрам. Из них консольных поворотных настенных кранов - 16 вариантов; консольных поворотных кранов на колонне с верхней и нижней опорами - 48 вариантов; консольных поворотных кранов на колонне свободностоящих - 42 вариантов; настенных электрических консольных кранов - 20 вариантов; электрических консольных кранов на колонне с верхней и нижней опорами -66 вариантов; электрических консольных кранов на колонне свободностоящих - 64 вариантов. Хотя в системе разработано значительное число консольных кранов, тем не менее предусмотрена возможность добавления новых вариантов типов консольных кранов для дальнейшего их конструирования. В этом случае выбирается соответствующий пункт верхнего меню главного окна программы "Справочники -» Типы кранов" и добавляется новый тип и схема крана (рис. 3.5).
Для добавления параметров крана следует выбрать пункт верхнего меню главного окна программы "Справочники - Краны" и ввести новые параметры (рис. 3.6). Процесс ввода исходных данных на проектирование консольных кранов состоит из трех этапов.
На первом этапе в соответствии с техническим заданием выбирается конструктивный тип консольного крана. Система позволяет выбрать любой из шести типов консольных кранов. Для этого следует выбрать пункт верхнего меню главного окна программы "Расчёты" (рис. 3.7), использовать сочетание клавиш Ctrl+R или нажать на пиктограмму "Расчёт". Речугьтэты расчётов Вход в расчётный модуль автоматизированной системы
Далее производится выбор конструктивного типа крана (К\, К2, А"3, Л"4, К5, Кб) в соответствии с условиями эксплуатации, обслуживания рабочей зоны и другими техническими требованиями.
Также выбирается группа режима крана, класс нагружения, класс использования согласно ГОСТ 25546-82.
На втором этапе необходимо ввести значения основных параметров для дальнейшего расчета (рис. 3.8): грузоподъёмность, вылет стрелы, высота крана. bjuu jj$l j j Рис. 3.8. Ввод исходных данных для расчёта консольного поворотного крана на колонне с верхней и нижней опорами
Третий этап ввода исходных данных реализуется в промежуточном процессе проектирования, т.е. по ходу расчетов система сообщает о необходимости ввода дополнительных данных. Например, перед расчётом подшипников крана, система запросит конструктора выбрать из справочника необходимые типы и размеры подшипников (рис 3.9).
После ввода исходных данных происходит расчет по алгоритму, определяемому типом крана. Предусмотрена следующая последовательность расчёта элементов крана и механизмов; стрела, колонна, подшипники, механизм поворота, металлоконструкция крана, фундамент, фундаментные болты, крепления к верхней опоре (кроме сво-бодностоящих на колонне кранов). Для начала расчета необходимо в окне "Расчёт" на нижней панели нажать на кнопку "Стрела", затем "Колонна", "Подшипники", "Механизм поворота" и т.д. (рис. 3.10). Рис. 3.10. Расчёт стрелы для свободностоящего консольного поворотного крана на колонне
Конструктору в процессе работы автоматизированной системы после завершения каждого расчетного модуля предлагается сохранить результаты расчетов (рис. 3.10). При положительном ответе они сохраняются в базе данных. При необходимости результаты расчетов можно проанализировать, отредактировать, распечатать, удалить. Для этого нужно выбрать пункт верхнего меню главного окна программы "Расчёты -» Результаты расчетов " ..." и зайти в необходимый пункт подменю (рис 3.11).
Конструктор имеет возможность произвести расчёты консольного крана целиком, либо частично (например, рассчитать стрелу, колонну и т.д.). В этом случае также можно сохранить и распечатать результаты. Например, если ранее для какого-либо типа крана уже были рассчитаны стрела, колонна, подшипники и сохранены в БД, то расчёт можно начинать с механизма поворота (рис. 3.12). Выбор результатов расчета для анализа
Промежуточные расчётные данные передаются в Microsoft Word и при необходимости распечатываются (рис. 3.13).
После выполнения всех расчётных модулей для требуемого техническим заданием крана, при необходимости получения общего вида крана, программный комплекс связывается с параметрической системой T-FLEX CAD 3D версии 9.0. Для этого используется пиктограмма передачи справочных и расчётных данных во внешнюю БД (рис. 3.14), через которую в T-FLEX CAD и передаётся необходимая информация.
Для получения рассчитанного общего вида крана необходимо войти в программу T-FLEX CAD 3D и открыть параметрическую модель нужного крана. Затем экспортировать внешнюю БД и сохранить её как внутреннюю. После пересчёта модели крана формируется параметрический чертёж общего вида (рис. 3.15). При необходимости конструктор может составить техническую документацию и спецификации при помощи T-FLEX CAD 3D.
1. Для удобства пользователя автоматизированной системой, входные данные представлены в табличной форме, реализующей все операции по созданию, редактированию моделей и визуализации получаемых результатов. Поддерживается обмен данными в стандартных форматах с текстовыми редакторами и электронными таблицами. Таким образом, конструктор может выполнять все операции в автоматизированной системе проектирования в удобной для него форме. Рассмотренные принципы представления допускают наглядное и компактное схематическое отображение в форме реляционной модели представления данных. Данные таблицы были построены в СУБД Microsoft SQL Server 2000 Enterprise Edition.
2. Удобный интерфейс автоматизированной системы расчётов позволяет легко вносить исходные данные с технического задания и быстро получать результаты расчётов.
3. В процессе проектирования автоматизированной системы, может осуществляться как полностью расчёт крана, так и отдельных расчётных модулей. Наглядный интерфейс позволяет легко сохранять результаты расчётов в БД или выводить в текстовом редакторе Microsoft Word, а также создавать параметрические чертежи общего вида крана BT-FLEXCAD.
4. Полная, необходимая для расчётных модулей справочная информация находится в БД, которую при необходимости можно добавлять и редактировать. Внесённые в БД более 250 кранов шести типов и возможность расширения БД за счёт добавления новых кранов даёт возможность использовать автоматизированную систему проектирования консольных кранов универсально.
