Лекции 13 - 14

Тема: «Интеграция инструментальных средств

и специализированных САПР»

 

Две предыдущие лекции посвящены изучению CAD/CAE/CAM систем, их назначением, возможностями, областями применения. Все они, безусловно, являются системами автоматизированного проектирования, анализа, изготовления. Но, хотя их использование и предполагает достаточно высокий уровень компьютеризации инженерной документации, они не являются интеллектуальными САПР.

Уровень любой САПР должен характеризоваться не только набором заложенных универсальных функций, но и степенью автоматизации самого процесса проектирования конкретного изделия. Принципиальное отличие интеллектуальных систем автоматизированного проектирования заключается в том, что в качестве исходной информации выступают технические требования к изделию и знания о методах его проектирования, основанные на его функциональном назначении и опыте эксперта. Само понятие интеллектуальной САПР говорит о явном присутствии в системе знаний, т.е. о возможности на каком-либо уровне принимать решения без участия проектировщика. Такая возможность может быть обеспечения использованием специализированных САПР.

Необходимость связи инструментальных и интеллектуальных САПР заключается в том, чтобы использовать при проектировании преимущества, выгоды обоих классов САПР. Самый очевидный выход из положения – создавать инструментальные САПР как приложения к конкретным CAD/CAM системам, используя встроенные средства программирования. Очевиден и недостаток этого метода: жёсткая привязка к конкретной CAD/CAE/CAM системе, невозможность погружения созданного приложения в другую инструментальную среду. Другой способ интеграции – создание гетерогенной среды, в которую входили бы как инструментальная, так и интеллектуальная САПР, причём необходимо предусмотреть возможность замены инструментальной среды.

Структура интеллектуальной САПР (на примере ИСАПР лопаток)

Примерами специализированных систем автоматизированного проектирования являются интегрированные САПР лопаток, разработанные в ОНИЛ-18 СГАУ.

Назначение этих систем – автоматизированное формирование, оптимизация, документирование и корректирование конструкций лопаток согласованных схем; передача итоговых решений в опытное и серийное производство. Предполагается, что корректирование конструкции лопатки средствами ИСАПР будет осуществляться не только в ходе поиска допустимого (или оптимального) проекта, но и при решении задач, вызванных результатами доводочных испытаний создаваемых компрессоров и турбин, а также при доводке серийных двигателей. Системы можно использовать и при анализе известной конструкции лопатки, прежде всего, в целях выяснения возможности её применения в различных условиях эксплуатации новой турбомашины.

Методология интегрированных САПР лопаток основана на том, что определение структуры и геометрических параметров детали осуществляется через синтез конструкций функциональных элементов, включающих объёмные части данной детали. Например, процесс проектирования неохлаждаемых рабочих турбинных лопаток разбивается на следующие этапы:

- проектирование лопаточного венца (ЛВ);

- проектирование бандажа (БЖ);

- формирование проточной части (ПЧ);

- проектирование устройства крепления (УК);

- формирование конструкции лопатки (КЛ).

Схема проектирования лопаток в среде специализированной ИСАПР приведена на рис. 1. Как видно из схемы, структура ИСАПР лопаток соответствует перечисленным этапам и включает следующие подсистемы:

 

 

 

 

Рис. 1. Схема интегрированной САПР турбинных лопаток ГТД

Условные обозначения:

ГДР – газодинамический расчёт;

ГДА – газодинамический анализ;

АСТхПП – автоматизированная система технологической подготовки производства

 

- САПР лопаточного венца,

- САПР бандажа,

- САПР проточной части,

- САПР устройства крепления,

- САПР конструкции лопатки.

Также система оснащена подсистемами построения рабочего чертежа (РЧ) и геометрической модели (ПМ).

Каждая из подсистем решает определённую группу задач и может использоваться автономно или в связи с другими подсистемами в процессе сквозного проектирования (или в процессе корректирования) конструкции.

Построение моделей функциональных элементов происходит по результатам проектирования лопаточного венца, бандажа, проточной части, устройства крепления. Построение модели лопатки завершает работу подсистемы проектирования конструкции.

Интеграция CAD/CAE/CAM и ИСАПР РЛТ

Как отмечалось выше, CAD/CAE/CAM системы формируют среду, соответствующую современным требованиям, предъявляемым к созданию ГТД. Автоматизированное проектирование лопаток ГТД обеспечивается специальными САПР, работающими автономно от CAD/CAE/CAM систем. Следовательно, возникает задача создания связи между специализированными системами проектирования лопаток и универсальной средой создания двигателей. На рис. 2 приведена схема автоматизированного проектирования и производства лопаток в гетерогенной среде, происходящих частично в ИСАПР лопаток, частично – в CAD/CAE/CAM системе.

 

Рис. 2. Схема автоматизированного проектирования и производства лопаток в гетерогенной среде

Связь между этими системами осуществляется через формирование пространственной модели (ПМ) в соответствующей САПР. Такой подход сочетает в себе выгоды от использования при проектировании специализированных САПР (высокая степень автоматизации процесса проектирования, оптимизация конструкций лопаток) и CAD/CAE/CAM систем (реализация виртуальной технологии изготовления компьютерного макета изделия).

Согласно схеме (см. рис. 2), геометрическая модель объекта может быть использована в различных аспектах.

Во-первых, наличие геометрической модели упрощает построение конечно-элементной модели для осуществления прочностного и газодинамического анализа методом конечных элементов в CAE системах с использованием расчётных моделей высокого уровня. В результате такого анализа может возникнуть необходимость изменения структуры или параметров лопатки. Эта ситуация отражена на схеме стрелкой обратной связи через процедуру принятия решения f1. Такой подход хорошо согласуется с требованием использовать в системах автоматизированного проектирования модели нескольких уровней: более простые модели для предварительного отбора вариантов, более сложные – для формирования окончательной математической модели.

Во-вторых, модель лопатки участвует в компьютерной сборке изделия, в результате чего также может возникнуть необходимость корректировки конструкции лопатки. Эта ситуация отражена на схеме стрелкой обратной связи через процедуру принятия решения f2.

В-третьих, модель лопатки в составе двигателя может использоваться при трёхмерном анализе рабочих процессов ГТД, например, средствами созданного в ЦИАМ им. П. И. Баранова «Компьютерного испытательного стенда».

В-четвёртых, модель лопатки передаётся в системы технологической подготовки производства.

Гетерогенная среда автоматизированного проектирования элементов турбомашин соответствует требованиям, предъявляемым к системам автоматизированного проектирования (см. лекцию № 10).