Программы САПР
Подсистема САПР построения математических моделей гетерогенных объектов
При проектировании объектов машиностроения, различных приборов проектировщик работает с гетерогенными объектами. Под гетерогенным объектом понимается объект состоящий из физически разнородных компонентов. Поскольку эти компоненты входят в состав объект проектирования, они определяют такие его свойства как масса, объем, функциональные характеристики и др.
Сегодня при проектировании используется большое количество программных средств для представления геометрии объекта (AutoCad,NanoCad, Компас, MechaniCS, PROEngeneering, SolidWorks и др.), создания его образца, а также программных средств позволяющих, выполнять расчеты по уже известным математическим моделям. К сожалению, используемые математические модели по прежнему создаются вручную и требуют значительного времени и труда специалистов, понимающих физические условия проектирования, которые включают в рассмотрение не только геометрию объекта, но и учитывают влияние внешней среды и других возмущений. Математическая модель, построенная вручную, ограничена не только большой трудоемкостью и вероятностью многих ошибок в части адекватности объекту, но и в силу ограниченности возможностей по проведению ее верификации. Чем точнее будет построена математическая модель гетерогенного объекта, тем качественнее можно выполнить последующее его проектирование. К тому же для проектирования гетерогенного объекта необходимо строить модель с учетом взаимного влияния звеньев различной физической природы друг на друга, что не всегда удается выполнить проектировщику в полной мере.
Математическая модель в аналитическом виде объекта проектирования используется лишь на этапе предварительного проектирования и дальше не используется, она не подвержена уточнениям и поправкам, которые должны быть при переходе от одной проектной процедуре к другой. Модели, которые содержат в аналитической форме реальные возмущения, динамические и конструктивные характеристики можно использовать параллельно с геометрической моделью в проектных процедурах. Геометрические модели нуждаются в дополнении динамическими математическими моделями, в которых отражается не только геометрия пространственного объекта, но и его динамика с учетом возмущающих воздействий.
Необходимо математическую модель в аналитическом виде “тянуть” от начала проектирования до этапа изготовления опытного образца. Это позволит:
1. Производить проектирование с учетом динамики объекта
2. Связать динамическую и геометрическую модели объекта проектирования.
3. Избежать ошибок вычислений на этапе предварительного проектирования.
Для построения математических моделей объектов проектирования в аналитическом виде разработана специальная подсистема САПР . Разработанная подсистема позволяет:
1. подсистема позволяет строить математические модели гетерогенных динамических объектов таких как: электромеханические, гидромеханические и др. в аналитическом виде;
2. подсистема построена целенаправленно по принципу организации взаимодействия «проектировщик - система» (в качестве «системы»- выступает разработанная подсистема);
3. подсистема позволяет организовать коллективный доступ к математическим моделям гетерогенных проектируемых объектов, позволяя отдельным проектным подразделениям и ведущим специалистам отдельно вести части математической модели, позволяя получать проектные решения с учетом уравнений динамики на каждой проектной процедуре;
4. подсистема содержит модули для выполнения дальнейшего численного анализа (работа с полученной моделью в программном продукте Maple);
5. на основе математической модели проектировщик получает соответствующую UML-диаграмму и может перейти к последующему написанию отдельной программы в среде программирования Visual Studio.
Для построения математической модели гетерогенного объекта в аналитическом виде, исследования его динамики предлагается рассматривать данный объект как сложную структуру и представлять конечным множеством звеньев. В структуру гетерогенного объекта входят звенья различной физической природы, находящиеся во взаимодействии: электромеханическом, гидромеханическом и др.
Построение уравнений динамики звеньев гетерогенного объекта выполняется на основе уравнения Лагранжа второго рода, которое требует знания полных кинетической и потенциальной энергий, функций диссипации, возмущающих воздействий.
Рассмотрим построение математической модели гетерогенного объекта – одноосного силового гиростабилизатора.
Взаимодействие электрической и механической частей, связанных между собой,
осуществляется через моменты электромеханического взаимодействия.
Построение математической модели звеньев данного объекта тогда представимо
где mil, dij – механические массы (моменты инерции), статические коэффициенты упругих сил; Rs – обобщенные силы демпфирования; Lkj, Ckj – электромагнитные и электростатические коэффициенты индукции; hsi , rsj - механические и электрические сопротивления; Qм,Qe – механические внешние моменты и электрические напряжения от внешних источников; qi,qj, - обобщенные координаты и скорости; Q(t)- обобщенные силы внешних воздействий.
Посдсистема САПР построения математичсеких моделей гетерогенных объектов.
Используя разработанную подсистему САПР можно выполнить построение математичсекой модели гетерогенного объекта в аналитичсеком виде, как приведено ниже
Дальнейшые переходы
С использованием такого инструмента, проектировщик может на качественно новом уровне решать многие задачи проектирования. Прежде всего, к ним можно отнести:
1. проведение качественного анализа математической модели;
2. получение математической модели с учетом реальных возмущений и учета геометрических параметров объекта;
3. интеграцию математической модели в процесс проектирования
4. уменьшение времени на вывод математической модели, тем самым, ускоряя выполнение процесса проектирования,
5. уменьшение ошибок вычислений на этапе предварительного проектирования.
Информация о программном инструменте САПР
1.Применение подсистемы САПР построения математических моделей гетерогенных объектов приведено в статье в сборнике Научной Сессии Санкт-Петербургского Государственного Университета Аэрокосмического Приборостроения. Технические науки. Часть 1. 2007.
2.На разработанную подсистему САПР построения математических моделей гетерогенных объектов получено Свидетельство об отраслевой регистрации разработки выданное ФГНУ "ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КООРДИНАЦИОННЫЙ ЦЕНТР ИНФОРМАЦОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ " Отраслевой фонд алгоритмов и программ.
3. Информация о подсистеме САПР приведена в журнале "Инновации в науке и образовании".
4. Подсистема САПР внедрена на кафедре САПР Санкт-Петербургского Государственного Университета Аэрокосмического Приборостроения и отражена в методическом пособии "Моделирование в САПР" (2008). Разработанная подсистема САПР используется так же в учебном процессе и включена в курс лекций, способствуя подготовке инженеров, магистров по САПР.
5. Применение подсистемы САПР построения математичеcких моделей приведено в статье в журнале Научное Приборостроение, 2007, том 17, N 4. "Повышение точности измерения уровня жикости в замкнутых движущихся резервуарах"
6. Представление информации о разработанной подсистеме САПР на Международной конференции
"ПРИБОРОСТРОЕНИЕ В ЭКОЛОГИИ И БЕЗОПАСНОСТИ ЧЕЛОВЕКА"
Ресурс в сети : http://www.iehs.spb.ru/
| 
