Автоматизация проектирования и система автоматизированного проектирования ПР

Автоматизированное проектирование ПР является развивающейся областью робототехники. Этапы такого проектирования разрабатываются как в нашей стране, так и за рубежом, а в последние годы начинают внедряться в практику проектных организаций. Здесь можно использовать опыт машиностроения и электронной промышленности, в которых такое проектирование получило практическое применение.

Автоматизация проектирования с помощью электронных вычислительных машин (ЭВМ) сводится по существу к обработке большого объема цифровой информации. Для этого физические процессы и различные зависимости предварительно представляются в виде математических моделей. Формализация проектной задачи является необходимым условием для ее решения на ЭВМ.

Для автоматизации отдельных этапов процесса разработки ПР используются следующие системы на базе ЭВМ (рис. 12): автоматизированная система научных исследований; система автоматизированного проектирования; автоматизированная система технологической подготовки производства и автоматизированная система управления технологическими процессами.

Рис. 12. Этапы автоматизированного проектирования ПР

Автоматизированная система научных исследовании (АСНИ) включает системы обеспечения поисковых работ в виде банков данных и системы обеспечения научного эксперимента. Эти системы используются на этапе составления технического задания. Банк данных должен содержать параметры прототипов отечественных и зарубежных образцов ПР, их патентные данные, основные характеристики, технико-экономические оценки; данные по экспериментальному изучению существующих образцов.

Система автоматизированного проектирования (САПР) — это наиболее широко развитая и используемая составляющая автоматизированного проектирования, так как ее результаты необходимы для составления технического предложения, а также при эскизном, техническом и рабочем проектировании. По сути дела, САПР является основным "машинным мозгом", обеспечивающим в совокупности по этапам выполнение компоновочных, конструкторских и расчетных задач. Результатом решения этих задач является создание рабочего проекта ПР.

Автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП) с помощью ЭВМ реализует технологическую подготовку производства ПР.

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) предназначена для управления технологическим процессом при изготовлении и испытании опытного и серийного образцов ПР.

Поясним некоторые уровни проектирования, реализуемые САПР применительно к ПР.

Автоматизированный расчет — простой уровень, используемый при выборе кинематических и конструктивных параметров всего ПР и его частей. При этом решаются алгебраические и тригонометрические уравнения на электронных калькуляторах или программируемых клавишных вычислительных машинах.

Машинное моделирование служит для исследования всего ПР и его приводов. Моделирований основано на использовании математического аппарата, включающего дифференциальные уравнения. При этом для обобщения результатов применяются безразмерные параметры, теория подобия. Процесс моделирования выполняется проектантом (чаще всего совместно с программистом) на аналоговых (АВМ) или цифровых ЭВМ.

Удобным средством в условиях расчетных бюро и КБ являются персональные компьютеры.

Перечислим основные задачи, решаемые при моделировании ПР, и укажем случаи их применения:
- исследование переходных процессов в приводах (разгон, торможение, колебательные процессы). Примеры применения для пневматических, гидравлических и электрических приводов приведены в литературе, а также в гл. 7 настоящей книги;

- решение уравнений кинематики и динамики механизмов ПР при выборе и синтезе схем, оценке их параметров и качества;

- совместное исследование кинематики, динамики приводов и систем управления ПР с учетом изменения одновременно ряда параметров (масс, жесткостей, скоростей, ускорений, параметров привода и управления). Такое исследование позволяет еще на стадии проектирования рассмотреть графически и оценить количественно такие процессы, как совместное движение степеней подвижности ПР, процесс позиционирования с колебаниями, процесс действительной нагрузки двигателей и т.п.

Моделирование ПР как метод проектирования и исследования широко используется в последние годы в СССР и за рубежом. В ряде институтов и в проектных организациях созданы модельные комплексы, входящие в САПР. Эти комплексы строятся на базе средних и больших ЭВМ в вычислительных центрах (ВЦ) с применением графопостроителей.

Машинная графика в последние годы используется как удобный метод применения ЭВМ при моделировании и автоматизированном проектировании ПР. Машинная графика требует специального математического обеспечения, основанного на принципах аналитической геометрии, векторного анализа, начертательной геометрии и др.

Для машинной графики применяется специальное программирование, средние и большие ЭВМ. При этом используются большие графопостроители и дисплеи с цветным изображением.

Основными проектными задачами, решаемыми средствами машинной графики, являются:
- графический синтез и анализ кинематических схем механизмов степеней подвижности, построение рабочих зон ПР;
- компоновка в пространстве узлов, элементов ПР, анализ размещения ПР в РТК;
- оформление конструкторской документации (разработка общих видов и детальных чертежей).

Последнюю задачу чаше всего выполняют на автоматизированном рабочем месте конструктора (АРМ) в режиме диалога.

Рис. 13. Схема размещения оборудования для автоматизированного проектирования ПР

Размещение комплекта оборудования, используемого в САПР, на базе АРМ для выполнения расчетных машинно-графических работ показано на рис. 13. В комплект может входить: персональная ЭВМ 9 с наборным полем 2, дисплеем 3 и принтером 8; устройство обработки графической информации 4; графопостроитель 1; устройство управления графическими построениями 10; кодирующее устройство графической (чертежной) информации 6; устройство управления кодирующим устройством 7; средняя ЭВМ 5.