Введение к работе
Актуальность работы. Современное машиностроение характеризуется резким увеличением количества сложных деталей в составе изделия, а также значительным усложнением изготовления изделия в целом. Естественно, это влечет за собой сложности в производстве деталей и ужесточение требований к их точности. Изготовление деталей в настоящее время ведется высокопроизводительными методами, выполняемыми на автоматическом оборудовании, в процессах сборки преобладает ручной труд. Все больше внимания уделяется автоматизации сборочных процессов, основным условием которой является отсутствие слесарно-пригоночных работ. Однако даже высокая квалификация технолога не служит гарантом того, что изделие из первой партии соберется без пригоночных работ, которые значительно увеличивают стоимость продукции в целом. К тому же сложность изделий уже на данном этапе делает невозможным проведение размерного анализа без средств автоматизации.
Многие известные САПР позволяют проводить размерный анализ изделий, используя математическую модель, однако данные возможности сильно ограниченны и, как правило, основаны на применении вероятностных методов. В настоящее время не существует САПР, позволяющих на стадии проектирования изделия моделировать детали и сборки с учетом пространственных допустимых отклонений и тем более проводить размерный анализ.
Отсутствие подобных систем связано с тем, что математические ядра САПР были созданы на заре компьютеризации, когда возможности вычислительных машин были весьма ограничены. Как следствие в основе этих ядер лежит аналитическая геометрия, применение которой недостаточно для моделирования допустимых пространственных отклонений. Во всем мире сейчас ведутся обширные исследования возможности представления допусков как части трехмерной математической модели изделия. Это позволило бы осуществлять реальный анализ конструкций и проверку функциональности и поведения изделий еще на стадии их проектирования.
Таким образом, разработка новых подходов к созданию САПР, позволяющих проводить размерный анализ изделий машиностроения с использованием моделирования пространственных отклонений, является актуальной задачей.
Цель работы заключается в создании алгоритмов и программного обеспечения для проведения размерного анализа изделий с заданными пространственными отклонениями с использованием средств автоматизации.
Методы исследований. В качестве общей методологической основы использован системный подход, заключающийся в анализе процессов расчета размерных цепей, задания отклонений, существующих алгоритмов проведения размерного анализа. Теоретические исследования проводились на базе достижений теории квадратичных форм, технологии машиностроения, теории создания систем автоматизированного проектирования. Моделирование данных проводилось на основе теории размерных цепей, теории сборочных процессов и программного обеспечения, разработанного автором.
При разработке программы использован язык программирования Microsoft Visual C++ 6.0 и ПК на базе процессора Intel Pentium IV.
Научная новизна:
-
Обоснован новый подход к математической модели изделия, с помощью которого возможно создать САПР, моделирующую пространственные допустимые отклонения, и проводить размерный анализ.
-
Впервые при создании САПР использована теория квадратичных форм, позволяющая в едином (дискретном) формате представлять как аналитически-описываемые поверхности, так и поверхности произвольных форм, что позволяет моделировать любые отклонения от номинала.
-
Создано программное обеспечение, которое позволяет в автоматическом режиме решать прямую задачу размерного анализа изделия на этапе проектирования.
-
В рамках применяемого математического аппарата квадратичных форм разработана и реализована методика решения обратной задачи размерного анализа.
Практическая ценность:
-
Разработаны, оптимизированы и реализованы алгоритмы моделирования изделий с помощью аппарата квадратичных форм, что позволило также моделировать допустимые трехмерные отклонения в системах автоматизированного проектирования.
-
Создано программное обеспечение «ГеПАРД», с помощью которого возможно проводить трехмерный размерный анализ на этапе проектирования изделий. Это программное обеспечение может выступать как самостоятельная система или в качестве дополнительного модуля к существующим САПР.
Реализация работы. Проведен размерный анализ гидравлического домкрата для ЗАО «Энерпред», г.Иркутск.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: региональной научно-практической конференции «Винеровские чтения» в 2005, 2007 гг.; научно-технических конференциях факультета технологии и компьютеризации машиностроения в ИрГТУ в 2004, 2005, 2006 гг.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 9 работ.
Структура и объем. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Основной текст содержит 118 страниц, включая 54 рисунка, 18 таблиц и библиографический список из 182 наименований.
Созданное программное обеспечение состоит из пяти модулей, описанных в табл.1.
Таблица 1
Краткое описание реализованных модулей системы «ГеПАРД»
