Введение к работе
Актуальность проблемы. Использование пространственно-ромбовидной контактной сети (ПРАКС) на железных дорогах-России и за рубежом началось более десяти лет назад.. Опыт эксплуатации подтвердил теоретические положения о высокой эффективности работы подвески как на открытых участках пути;-: так и в искусственных сооружениях. Поэтому, в настоящее время,. объемы работ по исследованию и проектированию ПРАКС имеют тенденцию к увеличению.
Расширение полигона электрифицированных железных дорог с использованием ПРАКС поставило новое требование, к методам проектирования этой подвески: совершенствование методов проектирования контактной сети на основе существенного" уменьшения ручного труда и максимальном использовании современных средств вычислительной техники.
Существовавшие методики расчета пространственной подвески основаны на применении микрокалькуляторов. Процесс проектирования был трудоемок и сложен. Более 90% всего времени затрачивалось на осуществление однотипных вычислений, на основании которых принимались проектные решения. Значительные затраты времени обусловлены большим количеством расчетных соотношений, их емкостью и числом рассчитываемых параметров контактной сети. Это особенно актуально для ПРАКС, конструктивные схемы и математическая модель которой, представляются более сложными при расчетах, чем аналогичные показатели для широко распространенных цепных подвесок. Таким образом, затрачиваемое на подготовительные проектные работы время стало значительно превышать современные требования к срокам внедрения.
Опыт проектирования также показал, что для пространственных подвесок технология расчетов, полностью основанная на результатах
типового проектирования, не может быть применена. Это обусловлено большим количеством различных вариаций задающих параметров, определяющих условия монтажа и эксплуатации подвески. ПРАКС часто применяется на сложных участках: с большим количеством тоннелей и кривых, с высокими ветровыми нагрузками, с различным расположением проводов на опорах. Применение ПРАКС в искусственных сооружениях с малыми вертикальными и горизонтальными габаритами также существенно усложняет процесс проектирования.
До настоящего времени не были решены задачи обработки крупных массивов информации, получаемых при выполнении проектирования устройств контактной сети. Отсутствовала возможность анализа всех расчетных вариантов для нахождения наилучших конструкционных схем и параметров подвески.
Ввиду необходимости совершенствования подходов к проведению проектно-иселедовательских работ, было принято решение о поиске и разработке новых методов, позволивших повысить эффективность труда инженера. Для решения этой задачи выбрана одна из наиболее интенсивно развивающихся современных инженерных технологий — автоматизированное проектирование. Создание системы автоматизированного проектирования (САПР) пространственно-ромбовидной контактной сети позволило дополнить и усовершенствовать существовавшие методы расчета подвески, а также существенно повысить экономическую эффективность работ.
Цель работы. Создание системы автоматизированного проектирования пространственно-ромбовидной контактной сети, объединяющей методы расчета и анализа контактной подвески, а также строительных конструкций, применяемых для монтажа ПРАКС. Разработка программно-информационного обеспечения САПР на основе применения современной вычислительной техники.
Основными задачами работы являются:
разработка структуры САПР, на основе универсальных принципов построения масштабных программно-технических комплексов; , -
разработка автоматизированных методов расчета конструкционных параметров и жесткостных характеристик ПРАКС;
разработка автоматизированных методов расчета опор^ и поддерживающих конструкций, применяющихся для монтажа ПРАКС;
разработка алгоритмов моделирования и анализа геометри
ческих параметров искусственных сооружений;
создание автоматизированных методов расчета длин пролетов ПРАКС на открытых участках пути и в искусственных сооружениях;
формализация математических моделей проектируемых объектов;
разработка программной информационной среды САПР — банков данных и методов представления информации;
создание и сопровождение программного обеспечения САПР .
Методика исследований. При выполнении работы проводились теоретические исследования и осуществлена практическая реализация основной задачи диссертации.
Теоретические исследования включали методы и алгоритмы расчета параметров пространственно-ромбовидной контактной сети, расчета опорных конструкций и моделирования габаритов искусственных сооружений. Также исследовались принципы построения систем автоматизированного проектирования и общие подходы к разработке компонент информационной среды инженерных программных комплексов.
Практическая реализация САПР выполнена с применением
языков программирования высшего уровня Visual Basic и Pascal, под операционной системой Windows 95.
Научная новизна. Создана система автоматизированного проектирования, включающая алгоритмы большинства задач, решаемых при проектировании ПРАКС.
Разработана и программно реализована открытая модульно-иерархическая структура, обеспечивающая взаимодействие вычислительных, информационных и служебных компонент в единой системе. Применена открытая системная идеология, позволяющая расширять круг объектов исследования, увеличивать перечень вычислительных алгоритмов, добавлять новые или видоизменять существующие методы проектирования.
Разработан комплекс вычислительных модулей системы автоматизированного проектирования и методы их информационного взаимодействия. Созданы алгоритмические схемы автоматизированного проектирования, объединяющие отдельные вычислительные модули в единые расчетные методы.
Реализованы компоненты информационной среды в области контактных сетей, включая банки данных узлов и деталей контактной сети, а также монтажных нормативных ограничений. Предложены различные методы представления проектной информации.
Практическая ценность. Эффект от внедрения разработанной САПР ПРАКС основан на следующих положениях:
автоматизированный поиск наилучших конструкционных решений проводится на основе результатов существенно большего объема расчетной информации; <
экономия времени, затрачиваемого на проведение расчетов и формирование технической документации, составляет около 95%, по сравнению с традиционными методами проектирования;
проектные решения, в форме таблиц и графических зависимостей строятся по результатам большего количества расчетных итераций;
графические, текстовые и чертежные форматы представления
данных САПР значительно улучшают восприятие проектной информации;
достоверность результатов работы САПР подтверждена в
результате тестирования и опытной эксплуатации, в ходе
которых установлено, что проектные данные, полученные с
помощью системы автоматизированного проектирования,
обладают значительно большей точностью и достоверностью.
Реализация работы. Программно-технический комплекс САПР был использован в качестве основного инструмента проведения вычислений при подготовке типового проекта пространственно-ромбовидной контактной сети. САПР применялась для исследования возможности монтажа ПРАКС в ряде искусственных сооружений китайских железных дорог и на Московской железной дороге.
Программно-технический комплекс САПР ПРАКС установлен на кафедре "Энергоснабжение электрических железных дорог" РГОТУПС и используется для проведения проектных и исследовательских работ.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации и ее результаты докладывались и обсуждались на кафедре "Энергоснабжение электрических железных дорог" (г. Москва, РГОТУПС, 1995 г.), на кафедре "Управление и информатика в технических системах" (г. Москва, МГУПС, 1995 г.), на научно-методической конференции "Современные научные аспекты функционирования транспортного комплекса и развитие его кадрового потенциала" (г. Москва, РГОТУПС, 1995 г.). По результатам опубликовано 4 научных статьи.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами, основных результатов и выводов, списка литературы из 108 наименований и приложения. Работа содержит 141 страницу основного машинописного текста, 9 таблиц и 41 рисунок. Приложение содержит 22 страницы.