Разработка электронной подсистемы проектирования подпорок винтовых встроенных для станочных приспособлений (ГОСТ 13158-67)

                                                            СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Новые технологические методы проектирования в настоящий момент позволяют создать готовые изделия  в максимально короткие сроки. Такое положение дел возможно при введении стандартов в процесс проектирования, а также решений на основе построения универсальных средств, например, как автоматизация рабочего места. Автоматизация представляет собой применение устройств или аппаратно-программных разработок для выполнения функций управления. При автоматизации процесса получения материалов или данных (речь идет о промежуточной информации, например в САПР аналитические расчеты) все действия выполняются автоматически. Автоматизация применяется в машиностроении, на транспорте, в системах сбора и обработке информации, а также вычислительной технике.

В рамках машиностроительного предприятия программное обеспечение с решениями по автоматизации процессов  позволяет изменить работу инженерной структуры коренным образом, обеспечив тем самым выпуск  агрегатов и машин, а инженерам воспользоваться средствами визуальной разработки и ведения проектов в заданном направлении производства (создание инновационных разработок, выпуск новых изделий и т.д.).

Решения САПР систем позволяют получить полное представление о предмете разработки, создать математические модели, провести анализ работоспособности будущего изделия, обеспечить требуемые характеристики и необходимые эксплуатационные показатели будущего агрегата. При этом использование САПР оправдано для создания моделей и сборок, а также  для управления конструкторскими данными, что существенно облегчает разработку в рамках проекта получения готового решения. Преимущества таких программных средств очевидны - это сокращение трудоемкости при проектировании, а также сокращение затрат на создание прототипов и проведение испытаний.

Однако на производстве возникают случаи, когда необходимо выполнить проекты, содержащие однотипные детали и узлы  с одним или несколькими незначительно отличающимися параметрами. При этом целесообразно воспользоваться средствами автоматизации, используя внутренние стандарты разработчиков программного обеспечения и, применив язык программирования высокого уровня, разработать подсистему моделирования элементов проектирования, которые автоматизируют процесс создания однотипных деталей. Целью данной преддипломной практики является подготовка к дипломному проектированию, сбору необходимого материала, который будет необходим при создании электронной подсистемы автоматизации согласно теме проекта: ”Разработка электронной подсистемы проектирования подпорок винтовых встроенных для станочных приспособлений (ГОСТ 13158-67) ”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ  ПРИ СОЗДАНИИ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ

1.1 Технологические этапы построения  программного обеспечения (ПО)

Актуальным вопросом для последующего дипломного проектирования при создании подсистемы моделирования винтовых подпорок будет рассмотрение ряда возможных вариантов и путей  решения требуемой задачи. Мной предлагается следующий подход к будущей реализации проекта: рассмотрение инструментальных средств разработки (IDE), рассмотрение среды выполнения подсистемы (САПР среда), создание алгоритма решения и написания программы на языке высокого уровня. В данном разделе мной будут рассмотрены средства разработки и описание алгоритмического подхода к решению задачи в целом.

Согласно предложенному выше подходу, требуется рассмотреть возможности инструментальных средств разработки программ. К программно-инструментальным средствам относятся алгоритмические языки и соответствующие им трансляторы, затем системы управления базами данных (СУБД) с языковыми средствами программирования  в их среде, электронные таблицы с соответствующими средствами их настройки и т.п.

Первый этап представляет собой постановку задачи. На этом этапе  раскрывается сущность задачи, т.е. формулируется  цель ее решения; определяется взаимосвязь с другими задачами; указывается периодичность решения; устанавливаются состав и формы представления входной, промежуточной и результатной информации. Этапы разработки программного средства представлены на рисунке 1.

Особое внимание в процессе постановки задачи уделяется детальному описанию входной, выходной  (результатной) и межуточной информации. Особенность реализации этого этапа технологического процесса заключается в том, что конечный пользователь разрабатываемой программы, хорошо знающий ее проблемную сторону, обычно хуже представляет специфику и возможности использования ЭВМ для решения задачи.

Рисунок 1 - Этапы разработки программного обеспечения

 

В свою очередь, предметная область пользователя (особенно ее отдельные моменты, способные оказать влияние на решение задачи) зачастую незнакома разработчику программы, хотя он знает возможности и ограничения на применение ЭВМ. Именно эти противоречия являются основной причиной возникновения ошибок при реализации данного этапа технологического процесса разработки программ, которые затем неизбежно отражаются и на последующих этапах. Отсюда вся важность и ответственность этого этапа, требующего осуществления корректной и полной постановки задачи, а также необходимости однозначного ее понимания как разработчиком программы, так и ее пользователем.

Второй этап в технологии разработки программ - математическое описание задачи и выбор  метода ее решения. Наличие этого  этапа обусловливается рядом  причин, одна из которых вытекает из свойства неоднозначности естественного языка, на котором описывается постановка задачи. В связи с этим на нем выполняется формализованное описание задачи, т.е. устанавливаются и формулируются средствами языка математики логико-математические зависимости между исходными и результатными данными. Математическое описание задачи обеспечивает ее однозначное понимание пользователем и разработчиком программы.  Сложность и ответственность этапа математического описания задачи и выбора (разработки) соответствующего метода ее решения часто требуют привлечения квалифицированных специалистов области прикладной математики, обладающих знанием таких дисциплин, как исследование операций, математическая статистика, вычислительная математика и т.п.

Третий этап технологического процесса подготовки решения задач ЭВМ представляет собой алгоритмизацию ее решения, т.е. разработку оригинального или адаптацию (уточнение и корректировку) уже известного алгоритма.

Алгоритмизация - это сложный творческий процесс. В основу процесса алгоритмизации положено фундаментальное понятие математики и программирования - алгоритм.  Алгоритм - это конечный набор правил, однозначно раскрывающих содержание и последовательность выполнения операций для систематического решения определенного класса задач за конечное число шагов.

Любой алгоритм обладает следующими важными свойствами: детерминированностью, массовостью, результативностью  и дискретностью.

-Детерминированность  алгоритма (определенность, однозначность) - свойство, определяющее однозначность  результата работы алгоритма при одних и тех же исходных данных. Это означает, что набор указаний алгоритма должен быть однозначно и точно понят любым исполнителем.

-Массовость  алгоритма - свойство, определяющее  пригодность использования алгоритма  для решения множества задач данного класса. Оно предполагает возможность варьирования исходными данными в определенных пределах. Свойство массовости алгоритма является определяющим фактором, обеспечивающим экономическую эффективность решения задач на ЭВМ, так как для задач, решение которых осуществляется один раз, целесообразность использования ЭВМ, как правило, диктуется внеэкономическими категориями.

Результативность  алгоритма - свойство, означающее, что  для любых допустимых исходных данных он должен через конечное число шагов (или итераций) завершить работу.

Дискретность  алгоритма - свойство, означающее возможность  разбиения определенного алгоритмического процесса на отдельные элементарные действия.

Таким образом, алгоритм дает возможность чисто  механически решать любую задачу из некоторого класса однотипных задач.

 

1.2 Среда выполнения подсистемы  и ее функциональные возможности

NX — флагманская CAD/CAM/CAE PLM-система от компании Siemens PLM Software (до 1-го октября 2007 года UGS PLM Software, подразделение Siemens Automation & Drives). Программа использует ядро геометрического моделирования Parasolid.

NX поддерживает широкий  спектр операционных систем, включая  Windows, UNIX и Linux, с возможностью одновременного  использования нескольких ОС. 11 июня 2009 г. Siemens PLM Software объявила о начале поставок системы NX с поддержкой операционной системы Mac OS X для 64-разрядных компьютеров Mac на процессорах Intel. Версия NX для Mac OS X, как и NX на других операционных системах, обеспечивает работу с «толстым» и «тонким» клиентами PLM системы Teamcenter компании Siemens PLM Software на основе Web-браузера Safari компании Apple.

Последняя версия NX8 вышла  в 2011 году. Это примерно 26-я версия программы, впервые представленной публике в 1973 году. Основными конкурентами программы являются CATIA от Dassault Systèmes и Creo Elements/Pro компании Parametric Technology Corporation.

История создания

Первоначально САПР система NX носила название Unigraphics. ПО Unigraphics было разработано компанией United Computing. В 1976 компания McDonnell Douglas (сегодня Boeing) приобрела United Computing и впоследствии была образована McDonnell Douglas Automation Unigraphics Group. Компания EDS приобрела данный бизнес в 1991. После приобретения EDS компании Structural Dynamics Research Corporation (SDRC) в 2001, продукт Unigraphics был объединен с САПР системой I-DEAS, разработанной SDRC. Постепенное добавление функциональных возможностей I-DEAS в основной код системы Unigraphics стало основой существующей линейки продуктов NX.

Дополнительные функциональные возможности продукта Imageware были интегрированы в систему NX с целью обеспечения возможностей инженерного анализа для моделирования поверхностей, в частности, для автомобильной отрасли. Модуль конструирования в NX называется Shape Studio.

NX I-deas

САПР верхнего уровня NX I-deas была разработана для обеспечения  плавного перехода пользователей со старой системы SDRC I-DEAS. NX I-deas объединяет функциональные возможности линейки  продуктов NX с пользовательским интерфейсом I-DEAS.

Решения NX

Промышленный дизайн Средства промышленного дизайна в NX предназначены для: моделирования поверхностей свободной формы, визуализации, автомобильного дизайна, решения задач обратного инжиниринга, интеграции с конструкторскими САПР (CAD), средствами инженерного анализа (CAE) и технологическими САПР (CAM).

NX Mach Series Industrial Design Styling —  средства для автоматизированного  промышленного и автомобильного  дизайна;

NX Render и NX Visualize — создание  фотореалистичных изображений изделий.

Конструирование (CAD) В состав конструкторских приложений NX входят инструменты для проектирования деталей, работы со сборками, создания пользовательских конструктивных элементов, проектирования трубопроводов, черчения, проектирования листовых тел, проектирования печатных плат.

Применение

NX широко используется  в машиностроении, особенно в  отраслях выпускающих изделия  с высокой плотностью компоновки  и большим числом деталей (энергомашиностроение, газотурбинные двигатели, транспортное  машиностроение и т. п.) и/или  изготавливающих изделия со сложными формами (авиационная, автомобильная и т. п.). В частности, его используют такие крупные компании, как

Lockheed Martin (The F-35 Joint Strike Fighter (JSF) aircraft)

Bell/Agusta Aerospace Company

McDonnell Douglas

NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL)

Pratt & Whitney

ОКБ «Сухого»

ОАО «МВЗ им. М.Л. Миля»

ФГУП ГКНПЦ  им М. В. «Хруничева»

ММПП «Салют»

General Motors

Adam Opel AG

Volkswagen AG

Benetton Formula ltd.

Hyundai Heavy Industries Co., Ltd.

Ducati Motor Holding S.p.A.

Komatsu Mining Systems, inc.

Isuzu

GM Daewoo

Fuji Heavy Industries Ltd.

Samsung Electronics Co., Ltd.

LG Electronics Inc.

Apple Computer inc.

Toshiba

Philips

Seiko Epson Corporation

Авиастар

ОАО «Авиадвигатель»

Siemens AG

КАМАЗ

Энергомаш

Кроме того, NX используется компаниями, производящими товары народного потребления, в частности LEGO и Procter & Gamble и т. п.

 

1.3 Среда разработки подсистемы  электронной библиотеки

Для разработки целесообразнее использовать IDE среду, для которой разработчиками предусмотрен набор инструментальных средств создания программ, документация и примеры готовых решений. В установленной клиентской части NX есть отдельная папка (см. рисунок 2), в которой приведены все необходимые инструменты к выполнению требуемого задания. Из примеров видно, что для использования подойдет инструментальный пакет разработчика Visual Studio .NET 2008-2010. Мной в рамках практики приводится описание IDE Visual Studio .Net 2010.

Рисунок 2-Примеры для разработки электронной подсистемы