Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА I. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПРОЦЕДУР АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УНИВЕР САЛЬНЫХ КРИВОШИПНЫХ ПРЕССОВ 13
1.1. Анализ существующей технологии оптимального синтеза параметрических систем машин. 13
1.2. Структурная схема и возможности автоматизации оптимального синтеза параметрической системы кривошипных прессов 19
1.3. Описание объекта проектирования и предметной области исследования 27
1.4. Выбор критериев и постановка задачи оптимального синтеза проектируемой системы машин. 31
Выводы... 42
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕДУР АВТО МАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРЕССОВ 43
2.1. Особенности моделирования и алгоритмизации процедуры автоматизированного выбора вариантов 43
2.2. Метод структуризации пространства варьируемых параметров системы прессов 46
2.3. Имитационная модель процесса функционирования параметрической системы прессов 56
2.4. Математическая модель автоматизированной процедуры сравнительной оценки вариантов. 67
2.5. Проектная процедура выбора оптимального варианта и координируемость параметрической системы прессов 73
Выводы 78
Г JI А В А 3. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕДУР АВТОМАТИЗИ РОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОГО СИНТЕЗА ТИПОРАЗМЕРНЫХ РЯДОВ УНИВЕРСАЛЬНЫХ КРИВОШИПНЫХ ПРЕССОВ 80
3.1. Особенности и постановка задачи оптимального синтеза системы кривошипных прессов. 80
3.2. Структуризация пространства варьируемых параметров системы прессов 88
3.3. Построение математических моделей элементов процесса функционирования системы кривошипных прессов 98
3.4. Алгоритмизация оптимального синтеза ти-поразмерных рядов прессов Ю6
3.5. Интерактивный выбор стратегий для определения оптимальной модели параметрической системы прессов И5
Выводы 124
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 126
ЛИТЕРАТУРА 129
ПРИЛОЖЕНИЯ 141
1. Программные средства 142
2. Коэффициенты и показатели степени уравнений связи параметров 170
3. Расчётные схемы элементов конструкций кривошипных прессов простого действия 173
4. Размеры элементов конструкций одно-, двух-и четырёхкривошипных прессов 176
5. Упорядоченные таблицы испытаний 180
6. Корреляционная таблица критериев 196
7. Распределение по суммам испытаний 197
8. Таблица отклонений критериев относительно ограничений 198
9. Акт и справки о внедрении 200
Введение к работе
Актуальность работы. На ХШ съезде КПСС отмечена необходимость выполнения следующих важных задач: "Обеспечить повышение производительности... кузнечно-прессовых машин (КПМ)... в 1,3 - 1,6 раза...; опережающий рост выпуска кузнечно-прессового оборудования...", Решение этих задач связано с повышением качества и эффективности систем КПМ в изготовлении и эксплуатации, что может быть достигнуто путём расширения автоматизации проектно-конструкторских работ на основе применения электронно-вычислительной техники. Реализация такого направления предполагает разработку систем автоматизированного проектирования (САПР), которые позволят снизить материальные и трудовые затраты, уменьшить время и повысить качество проектирования КПМ.
Существующее математическое обеспечение не соответствует уровню современных требований к решению задач проектирования систем КПМ (многопараметричность, многокритериальность, учёт взаимодействий между типоразмерами и рядами машин, большой объём и сложность вычислительных процедур, сокращение сроков проектирования и т.п.). Это не позволяет проводить эффективный синтез параметров и состава типоразмерных рядов системы машин и приводит к ухудшению, их технико-экономических показателей в изготовлении и эксплуатации. С другой стороны, отсутствие научно-обоснованных методов автоматизированного проектирования обусловливает необходимость методологической проработки автоматизации на всех стадиях проектирования КПМ.
Диссертационная работа посвящена решению задач автоматизации оптимального синтеза в условиях одной из наиболее трудно формализуемых стадий - разработки технического предложения для конструкторского проектирования параметрической системы универсальных кривошипных листоштамповочных прессов, представляющих многочислен ную группу КПМ. На данной стадии, имеющей особенно важное значение, решаются принципиальные вопросы, которые влияют на определение параметров множества узлов и деталей системы прессов на стадиях эскизного, технического и рабочего проектов. В связи с этим качество проектного решения будет влиять на технико-экономические показатели параметрической системы прессов в целом.
Таким образом, необходимость повышения качества и эффективности проектирования КІМ, их изготовления и эксплуатации определяют актуальность разработки структурной схемы и процедур автоматизированного проектирования для оптимального синтеза параметрических рядов универсальных кривошипных прессов. Работа выполнена в соответствии с координационным планом научных исследований АН СССР на І98І-І985 годы по проблеме "Теория машин и систем машин", одним из основных научных направлений Института машиноведения им.А.А, Благонравова АН СССР "Новые методы машинного проектирования механизмов и машин и их внедрение в различные отрасли", научно-исследовательской работой Воронежского политехнического института по теме 29/79 "Разработка научных основ определения параметров куз-нечно-прессовых машин и процессов ковки и штамповки".
Цель работы. Разработка структурной схемы и процедур автоматизированного проектирования для оптимального синтеза параметрической системы универсальных кривошипных прессов.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- разработка структурной схемы автоматизации многокритериального проектирования параметрической системы универсальных кривошипных прессов на основе параметров реальных процессов изготовления и эксплуатации этих машин;
- выбор и обоснование критериев и метода оптимизации;
- разработка имитационной модели процесса функционирования системы прессов;
- разработка математических моделей, алгоритмов и программных средств процедур автоматизированного проектирования параметрической системы кривошипных прессов на стадии технического предложения;
- реализация результатов исследований для оптимального синтеза системы трёх типеразмерных рядов универсальных кривошипных прессов и внедрение результатов работы в рамках САПР.
Методика исследования. В работе использованы методы математической статистики, динамического программирования, имитационного моделирования, исследования пространства параметров. Экспериментальные исследования направлены на оценку эффективности математических моделей и их адекватности реальным объектам проектирования.
Научная новизна. Разработаны структурная схема и процедуры автоматизированного проектирования на стадии технического предложения для параметрической системы универсальных кривошипных прессов.
Построена модель автоматизированного синтеза параметров и состава тшюразмерных рядов кривошипных прессов в условиях векторного критерия, исследована её предметная область и предложено в качестве метода оптимизации использовать метод исследования пространства параметров, который позволяет проводить эффективную реализацию человеко-машинной процедуры проектирования.
Построен векторный критерий, позволяющий оценивать качество параметров прессов в условиях случайного характера внешнего воздействия на систему проектируемых машин.
Предложен метод структуризации пространства варьируемых параметров, отличающийся установлением вида связей между главным и другими проектируемыми параметрами машин на основе статистического анализа параметров реальных технологических процессов штампує мых изделий.
Разработана имитационная модель процесса функционирования параметрической системы кривошипных прессов, отличающаяся двумя этапами: формированием функций спроса и определением параметрических рядов систем прессов.
Разработаны алгоритмы и программные средства процедур автоматизированного проектирования, отличающиеся возможностью изменения свойств объекта проектирования в условиях оптимального синтеза системы трёх типоразмерных рядов прессов путём выбора стратегий в диалоговом режиме "Проектировщик - ЭВМ",.
Практическая ценность. Результаты исследований позволили на практике осуществить решение задачи автоматизации оптимального синтеза системы трёх типоразмерных радов кривошипных прессов на основе реальных технологических процессов штамповки изделий при организации и оценке исходной информации, построении математических моделей объекта проектирования, алгоритмизации процесса оптимального синтеза системы прессов, оценке качества проектных решений. Впервые в практике проектирования удалось реализовать принцип автоматизации многокритериального синтеза для лараметрической системы КПМ на основе реальных технологических процессов штамповки изделий. Разработанные алгоритмы и программы процедур автоматизированного проектирования инвариантны и могут быть использованы для других видов технических устройств, например, систем судостроительной техники.
Содержание работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и приложений.
В первой главе даны структурная схема и процедуры автоматизированного проектирования параметрической системы универсальных кривошипных прессов. Сделан краткий обзор существующих методов оптимального выбора параметрических рядов различных технических устройств. К основным недостаткам существующих работ следует отнести отсутствие методов, математических моделей, алгоритмов и программ для автоматизации проектных процедур многокритериального синтеза системы нескольких типоразмерных рядов машин на основе параметров реальных технологических процессов эксплуатации машин. Предложена структурная схема решения задачи оптимального синтеза системы кривошипных прессов, которая включает этапы разработки математического и программного обеспечений автоматизированных процедур, а также алгоритмы выполнения стадии технического предложения.
Параметрическая система универсальных кривошипных прессов является объектом проектирования и представлена совокупностью однотипных машин, образующих взаимосвязанные типоразмерные ряды, имеющих общий главный параметр (номинальное усилие), значения которого находятся в параметрическом ряду. Для оценки качества объекта проектирования предложены локальные критерии приведённых затрат в изготовлении и эксплуатации системы прессов, а также степе ни соответствия параметров прессов параметрам штампуемых изделий. Определены ограничения и дана многокритериальная постановка задачи оптимального синтеза параметрической системы кривошипных прессов при автоматизации конструкторского проектирования.
Во второй главе дано описание разработки математических моделей процедур автоматизированного проектирования параметрической: системы кузнечно-прессовых машин. Определено следующее содержание первой проектной процедуры: варьирование множества параметров; выбор и оценка точек зондирования пространства параметров и локальных критериев качества.системы прессов; изменение области поиска с. помощью ограничений. Предложенная процедура предусматривает изменение свойств объекта проектирования в интерактивном режиме путём выбора проектировщиком управляющих стратегий (параметри ческих, функциональных и критериальных ограничений, количества пробных точек и т.д.). Проектное решение первой процедуры представлено в виде таблиц испытаний, где каждому варианту пробной точки соответствуют локальные критерии оценки качества системы прессов. Предложен метод структуризации пространства варьируемых параметров системы прессов, который позволил оценить исходную статистическую информацию параметров технологических процессов штамповки изделий; выявить связи между главным и другими варьируемыми параметрами системы прессов на основе исходной информации; провести оценку этих связей и установить форму функциональных зависимостей между параметрами; выделить область исследования пространства варьируемых параметров системы прессов. Разработана имитационная модель процесса функционирования параметрической системы прессов, которая состоит из математических моделей элементов (описание последовательности техпроцесса штамповки изделий, целевых функций оценки качества системы прессов, ограничений) и алгоритма взаимодействия этих элементов. Определена вторая проектная процедура,в основе которой содержатся два этапа методов исследования пространства параметров. Стадия проектирования заканчивается выполнением третьей проектной процедуры, позволившей определить в интерактивном режиме оптимальное проектное решение.
В третьей главе дана практическая реализация процедур автоматизированного проектирования для оптимального синтеза типоразмер-ных рядов универсальных кривошипных прессов. Установлены связи проектируемых параметров, которые с учётом ограничений позволили выделить область варьируемых параметров. Определена и практически реализована алгоритмическая структура имитационной модели процесса функционирования системы трёх типоразмерных рядов прессов.Программные средства представлены в виде двух самостоятельных программ. Первая - осуществляет зондирование пространства параметров при заданных ограничениях и определяет информационный массив для последующего этапа диалогового проектирования. Вторая программа выполняется с участием проектировщика и позволяет изменять свойства моделируемой системы прессов путём выбора стратегий. Проведён диалоговый процесс выбора управляющих стратегий в режиме "Про-ектировщик-ЭЕМ" и определена оптимальная модель параметрической системы универсальных кривошипных прессов.
В приложении дано описание программных средств и тексты программ для оптимального синтеза системы кривошипных прессов при автоматизации конструкторского проектирования. Приведены расчётные схемы и коэффициенты уравнений для реализации математических моделей системы кривошипных прессов. Даны распечатки таблиц, используемых для анализа ситуаций при выборе стратегий в диалоговом режиме.
Внедрение результатов работы. Разработанные алгоритмы и программные средства внедрены в практику проектирования и включены в библиотеку математических и програмних средств ОШР производственного объединения "В0Р0НЕЖТЯ1МЕХІІРЕСС" Полученные в результате оптимизации значения параметров и составы трёх типоразмерных рядов прессов отражены в ГОСТ 10026-73, ГОСТ 7766-83 и проекте ГОСТ 16267-70. Годовой экономический эффект от внедрения алгоритмов и программных средств составляет 30,4 тыс. рублей. Результаты внедрения подтверждены соответствующими актами.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано шесть работ.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на областном семинаре по проблеме .. "Совершенствование существующих и разработка новых машин и методов обработки металлов давлением" (Воронеж, 1980), на Всесоюзном совещании по проблеме "Современные методы синтеза машин-автоматов и их систем" (Тамбов, 1981), на научном семинаре "Совершенствование оборудования и технологических процессов обработки металлов давлением" (Воронеж, 1981), на научно-техническом семинаре по проблеме "Многокритериальная оптимизация проектируемого оборудования" (Москва, 1982), на Всесоюзном семинаре-совещании "Проблемы оптимизации в машиностроении" (Харьков, 1982), на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Проблемы создания автоматизированного проектирования в кузнечно-прессовом машиностроении" (Воронеж, 1983).
