Исследование методов автоматизированного проектирования динамических систем

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Структурно-информационный анализ методов моделирования динамических систем
1.1 Анализ причин возникновения динамических явлений в технических системах
1.2 Анализ подходов к моделированию динамических систем
Математическое моделирование динамических систем
Численные методы решения систем дифференциальных уравнений
1.3 Анализ программных продуктов для моделирования динамики систем
1.4 Словарь предметной области
2. Разработка структуры программного комплекса для анализа динамики механических систем
2.1 Разработка математической модели программного комплекса для моделирования динамических систем
2.2 Разработка логической структуры ПМК
2.3 Разработка модульной структуры ПМК
2.4 Виды обеспечения функционирования ПМК
2.5 Разработка рабочего проекта ПМК
3. Разработка программно – методического комплекса для моделирования динамики механических систем.
3.1 Структура и функциональное назначение отдельных модулей
3.2 Информационное обеспечение
4. Исследование колебательной системы (эксперимент)
4.1 Задачи исследования колебательной системы
4.2 Построение модели плана и порядка
4.3 Кодирование факторов
4.4 Составление план – матрицы
4.5 Полученная регрессионная модель
4.6 Графическое представление полученной модели
5. Охрана труда
5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов
6.2 Разработка мероприятий по обеспечению безопасных и комфортных условий труда
6.3 Расчет общего естественного освещения.
Выводы
Список использованной литературы
Приложение а
Приложение б
Приложение в

РЕФЕРАТ
Пояснительная записка к дипломной работе студента группы ИТ 89 – 1 Бурлея Павла Александровича содержит страниц машинописного текста, 29 рисунков, 6 таблиц, три приложения.
Основная цель работы анализ методов автоматизированного проектирования динамических систем и разработка программно – методического комплекса для анализа динамики механических систем.
В работе рассмотрены и проанализированы методы моделирования вообще, нюансы моделирования динамических систем. Рассмотрены существующие программные продукты для моделирования динамики систем. Был выполнен анализ этих систем.
Была разработана структура программного комплекса, по которой потом был разработан комплекс для анализа динамических систем. Программно методический комплекс предназначен для моделирования работы колебательной системы с одной степенью свободы.
По охране труда проведен анализ опасных и вредных производственных факторов, разработаны мероприятия по обеспечению безопасных и комфортных условий труда, выполнен расчет естественного освещения.

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Развитие вычислительной техники увеличение скорости выполняемых операций, ёмкости памяти [1-3] позволяет переложить на плечи компьютера всё больше и больше задач. Кроме того, те задачи, которые даже не пытались решать раньше, в виду сложности вычислений, на современном этапе развития с успехом выполняются.
Одной из таких задач является расчёт динамики систем. В этой области хоть и существует мощный математический аппарат, но переложить его на ЭВМ оказалось не так уж и легко [4-10].
Среди существующих на данный момент програмных продуктов не встретишь продуктов для машиностроения, которые выполняли бы анализ динамики систем. А ведь информация о динамических процессах в эщё только на этапе проэктирования поможет сэкономить и средства и время. Поэтому разработка програмного обеспечения, которое выполняло бы расчёт параметров динамических систем актуально на сегодняшний день.
Как известно, в 2002 – 2003 годах рынок информационных технологий пережил спад [11]. Это вызвано, на мой взгляд, тем, что рынок информационных технологий насыщен программными продуктами решающими стандартные задачи. Выигрыш получает тот, кто предложит, что - то новое, что ещё не кто не решал [12-15]. Возникает вопрос, нужно ли кому нибуть это новшество. Поэтому важно, что бы новшество было востребовано. Кроме того, все поняли, что компьютер может многое, но не всё, то есть, компьютер должен не заменять, а помогать человеку в его деятельности.
Что поможет решить анализ динамики систем, любое проектируемое оборудование будет работать в условии динамических нагрузок. В природе ничто не стоит на месте. А вот будут ли влиять эти нагрузки на работу оборудования и как, предположить очень трудно. Для того, что бы выявить влияние этих нагрузок, уходит очень много времени, а если бы была возможность выполнить анализ динамических явлений в системе с помощью компьюьера, это бы значительно ускорило и удешевило процесс создания машиностроительного оборудования. Кроме того, если точно не просчитано как поведёт себя оборудование в той или иной ситуации (поломка инструмента, заготовок, элементов конструкции) возможны человеческие жертвы в процессе эксплуатации.
Таким образом, анализ динамики систем поможет не только сэкономить деньги и время, но и сохранить человеческие жизни.

1 СТРУКТУРНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
1.1 Анализ причин возникновения динамических явлений в технических системах
Необходимость анализа динамических процессов оборудования обусловлена возрастающими требованиями, предъявляемыми к техническому уровню продукции машиностроения. Такой анализ выполняется как на стадии проектирования, так и в процессе эксплуатации для определения оптимальных режимов работы [15,26].
Проблема изучения колебаний актуальна для многих областей техники. В одних случаях колебательные явления опасны и способны принести значительный вред, в других – целенаправленно применяются в технике. Для учёта влияния колебаний на систему, необходимо провести анализ динамических процессов [27,28]. Особенно эффективен анализ динамических процессов на стадии выбора принципиальных схем оборудования для определения его работоспособности в условиях динамических режимов, т.к. динамический анализ работы сконструированного оборудования связан со значительными затратами на изменение конструкции в случае получения неудовлетворительных результатов [16,23,24].
В процессе проектирования новых видов оборудования возникают проблемы, связанные с моделированием динамических режимов его работы. Обычно расчёт производится для статического режима по правилам сопротивления материалов, если же влияет динамическая нагрузка, то учёт влияния этих нагрузок производится с помощью увеличения запаса прочности Кузнечно-штамповочное оборудование (КШО) работает в условиях динамических нагрузок, которые могут значительно превышать расчетные (технологические) и служить причиной поломок [17,18]. Возникновение динамических нагрузок на базовые детали оборудования и фундамент может быть вызвано следующими основными причинами (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 - Причины возникновения динамических процессов в КШО.
Недостаточная жёсткость отдельных элементов и конструкции в целом приводит к тому, что в процессе выполнения технологической операции в приводе и силовой раме накапливается значительная потенциальная энергия. При разгрузке машины на каждом рабочем ходе эта энергия высвобождается и может приводить к возникновению динамических нагрузок в элементах конструкции [19,25]. Резкое изменение (исчезновение либо увеличение) технологической нагрузки также вызывает динамические явления в приводе и элементах силовой рамы [28,29]. Например, при выполнении разделительных операций (отрезка, вырубка, пробивка) прессы работают в условиях динамических нагрузок, которые могут значительно превышать расчетные и служить причиной снижения точности выполнения операций и поломок оборудования. Однократные динамические перегрузки могут быть связаны с разрушением элементов конструкции машины и оснастки, т.к. в момент разрушения накопленная потенциальная энергия преобразуется в кинетическую и вызывает колебания [20,21,22].
Таким образом, для решения данной проблемы необходим метод, который позволил бы, не создавая работающий экземпляр, предсказать его поведение в той или иной ситуации, то есть промоделировать его.

1.2 Анализ подходов к моделированию динамических систем
Модели реальных объектов, моделирование явлений издавна используются в науке и технике для проверки идей, отработки гипотез, получения экспериментального материала. За примером можно обратиться к авиастроению. Важным элементом проектной и конструкторской работы над новой машиной является выбор ее форм, оптимизация аэродинамических характеристик. Законченная теория здесь пока еще отсутствует, и этот недостаток приходится восполнять экспериментальными исследованиями. Вот тут и приходят на помощь модели. И реальный самолет, и его уменьшенная копия в воздушном потоке подчиняются одним и тем же законам аэродинамики. При определенных условиях, измерив, аэродинамические нагрузки на модели, оказывается возможным пересчитать их на “настоящий” летательный аппарат. Модель и самолет оказываются похожими не только внешне, но и по “физическому содержанию” – их аэродинамические характеристики связаны определенными соотношениями подобия. Итак, модель – это не только и не столько внешнее сходство. Главное лежит глубже – поведение модели реального объекта должно подчиняться одинаковым закономерностям. Изучив их на доступной для исследования модели, оказывается возможным предсказать свойства проектируемой конструкции.
Одной из проблем современной науки является разработка и внедрение в практику методов исследования функционирования сложных систем. К классу сложных систем относят технологические, производственные, энергетические комплексы, системы автоматизации управления и другие объекты. Моделирование является одним из наиболее мощных средств исследования подобных систем на сегодняшний день [30].
Моделирование - один из наиболее распространенных способов изучения различных процессов и явлений. Моделью исходного объекта называется представление объекта в некоторой форме, отличной от формы его реального существования. В инженерной практике модель обычно создается для следующих целей.
1 проведения на модели экспериментов, которые невозможно или сложно провести на реальном объекте (что предоставляет возможность получения новых знаний об объекте);
2 ускорения, удешевления, упрощения и любого другого усовершенствования процесса проектирования, достигаемого за счет работы с более простым объектом, чем исходный, то есть с моделью.
В настоящее время известны и широко используются в научных исследованиях и инженерной практике различные типы моделей и многочисленные методы моделирования. Если взять за основу степень абстрактности (степень отличия от реального объекта), то можно определить следующие типы моделей.
1 физические (натурные) модели (воспроизводят изучаемый процесс с сохранением его физической природы и являются инструментом физического моделирования);
2 аналоговые модели (заменяют один объект на другой с похожими свойствами);
3 математические модели (абстрактные модели, существуют в форме специальных математических конструкций и имеют смысл только для интерпретирующего их человека или машины).
Методы исследования динамических режимов работы оборудования можно разделить на следующие две категории: физическое и математическое моделирование.
Изучение динамики работы оборудования при физическом моделировании выполняется на модели или реальной машине путем экспериментального измерения физических параметров элементов машины во времени (скоростей, перемещений, напряжений, деформаций и др.). После их обработки строятся корреляционные зависимости связи параметров, определяется вид аппроксимирующих кривых, вырабатываются рекомендации по устранению тех или иных недостатков. Достоинством данного подхода является достаточно высокая достоверность полученных данных. Недостатки заключаются в необходимости физической модели, узкой специализации исследований, ограниченной возможности изменения конструктивных параметров объекта, достаточно высокой трудоемкости проведения экспериментов. Значительные трудности возникают при изучении критических режимов работы оборудования, вследствие возможности его поломки. В целом, метод физического моделирования служит для первоначального получения знаний и проверки теоретических исследований.

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать полную версию