Техническое обеспечение систем автоматизированного проектирования. Сущность эвристического приема синтеза

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Техническое обеспечение САПР

Автоматизированное проектирование возникло в процессе совершенствования ЭВМ, существенного увеличения оперативной памяти компьютеров, возможности хранения больших (сотни, тысячи мегабайт) объемов данных и ускорения процесса извлечения их для работы. Первые опыты создания автоматизированных рабочих мест (АРМ) делались ещё в 60-е годы прошлого века. ЭВМ, занимавшие целые этажи зданий, накопители на магнитной ленте, ввод данных на перфокартах, которые нужно было почти вручную готовить к работе, вывод результатов работы на устройства, предшественники матричных принтеров - всё это с трудом можно было назвать автоматизацией проектирования. Системы АРМ в таком виде потребляли огромное количество электроэнергии, требовали особого микроклимата для бесперебойной работы. Поэтому АРМ были немногочисленны и использовались исключительно для особо важных (научных, оборонных) расчетов.

К концу прошлого века совершенство ЭВМ значительно возросло, микроминиатюризация элементов ЭВМ существенно уменьшила как габариты машин, так и потребление электроэнергии. Устройства ввода данных (клавиатура, устройства позиционирования) кардинально изменили процесс, стали неотъемлемой частью самой ЭВМ. Значительно (в десятки тысяч раз) увеличилась оперативная память ЭВМ и накопителей. Для вывода результатов были разработаны принтеры на других физических принципах (струйные, лазерные), ускорившие в сотни раз вывод информации. Самым существенным качественным скачком в развитии САПР явилось создание интернета. Только появление возможности мгновенной связи компьютеров по протоколу TCP/IP на любом удалении друг от друга, сделало проектирование по-настоящему автоматизированным. САПР стала глобальным явлением. Интернет позволил вести разработку машин, зданий, сооружений одновременно инженерам, удалённым друг от друга на тысячи километров. В настоящее время автоматизированное проектирование может быть организованно на любом предприятии, разрабатывающим новую продукцию, поскольку доступ к компьютерам, работающим с программным обеспечением САПР, не имеет ограничений. Оборудование вывода и хранения данных имеет мощности, достаточные для решения любых задач.

Ещё более впечатляющим видится ближайшее будущее в развитии САПР. Только пример применения САПР в современном машиностроении дает впечатляющую картину. На рис. 1. дана схема САПР для разработки инструмента для металлообработки.

эвристический конструктивный синтез

Рис. 1. Схема функционирования прикладной САПР

Метод принятия решений в современном машиностроении - это концепция Driven Design - проектирование глобально конкурентных изделий нового поколения на основе математического компьютерного моделирования с применением CAD-технологий.

Автоматизированные системы управления производственными процессами, гибкие производственные ячейки обеспечат умное (smart) безлюдное производство, увеличение добавленной стоимости.

Основа производственных мощностей заводов будущего - гибкие производственные модули:

- станки с ЧПУ,

- робототехнические комплексы,

- устройства автоматической сборки и конвейерные системы,

- цифровые системы управления и контроля.

Сегодня цифровое производство использует технологии САПР для создания как самих продуктов, инструментов, изделий, так и производственных процессов на всём протяжении жизненного цикла - это позволяет значительно сократить сроки выхода на рынок, наукоемкость новых машин, конструкций, агрегатов, приборов и т.д.

Ещё одним качественным скачком в автоматизированном проектировании стало использование 3D-принтеров. Фактически установилась прямая связь компьютера с процессом изготовления конечного продукта. Все промежуточные функции, как вывод чертежей, изготовление технологической оснастки, обработка на станках, изготовление специального инструмента, всё это стало лишним с появлением 3D-принтеров. Стремительное внедрение технологий 3D-принтеров во все сферы производственной деятельности приняло глобальные масштабы. На 3D-принтерах создают от игрушек из пластика до фюзеляжей летательных аппаратов, уже появились жилые здания, созданные по 3D-технологии, 3D-принтер доставлен на международную космическую станцию, где он создаёт крепёжные детали.

К периферийным устройствам нового поколения необходимо отнести 3D-сканеры. С их появлением ввод данных в компьютер совершил качественный скачок. 3D-сканеры делятся на контактные и бесконтактные, на активные и пассивные. Наибольшее развитие получили активные бесконтактные 3D-сканеры.

В активном сканере излучение лазера отражается от объекта, анализируется и вводится в компьютер. Таким образом, компьютер получает для обработки 3D-модель, убирая стадию создания 3D-модели на компьютере проектировщиком, что существенно сокращает обработку САПР исходных данных. Кроме лазерных сканеров применяются ультразвуковые, рентгеновские и световые.

Компьютерный инжиниринг с применением CAD/CAM/CAE-технологий - это фундаментальная основа и прорывная технология создания в кратчайшие сроки конкурентоспособной продукции нового поколения, а также её сопровождения на всех этапах жизненного цикла.

2. Эвристический приём синтеза

Эвристический приём является сложным правилом, которое освещает всю полноту интеллектуальных действий над объектами. Это правило используется при проектировании для создания концептов, идей на фундаменте процессов, в результате чего будут получены новые знания. Схема, иллюстрирующая взаимосвязь процесса синтеза эвристического приёма дана на рис. 2.

Рис. 2. Схема взаимосвязи процесса синтеза эвристического приёма

Иллюстрацией процесса эвристического приёма синтеза являются конструктивные преобразования механизмов (КПМ), когда изменение соотношений размеров, формы, расположения звеньев приводит к качественным изменениям в технических решениях. Эти изменения позволяют максимально увеличить степень автоматизации машин, что существенно увеличивает производительность, уменьшает расходы на труд, даёт возможность создания новых машин с максимальным использованием конструктивных элементов машин, ранее созданных.

Качественные изменения при конструировании позволяет уменьшить стоимость разрабатываемых машин за счет унификации, нормализации, уменьшения материалоемкости. КПМ ведут к использованию принципа агрегатности, когда конструкцию машины создают в виде законченных узлов (например, двигатель в автомобиле). Обеспечивают вероятность высокой прочности деталей и узлов при снижении общей массы за счет рациональной формы деталей с упрочняющей обработкой в процессе создания. Ещё можно отметить, что метод эвристического приёма синтеза находит своё отражение в технической эстетике, придавая конструкциям, машинам, сооружениям изящные и рациональные формы, повышает безопасность пользователей, улучшает экологию окружающей среды.

В докомпьютерные годы изобретатель Г.С. Альтшуллер создал теорию решения изобретательских задач (ТРИЗ), в которой утверждал, что технические системы развиваются по определённым законам, эти законы можно использовать для создания алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ). Возникновение САПР позволило применить эвристический метод как АРИЗ, поскольку он нацелен на идеальный ответ. Поэтому наибольшее распространение АРИЗ получил в техническом проектировании, в развитии САПР. Однако в последнее время АРИЗ, как эвристический приём адаптирован и к решению экономических, управленческих и организационных проблем.

Размещено на Allbest.ru