Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Основы САПР пищевых производств: Учебное пособие

Голосов: 1

Учебное пособие предназначено для дополнительного изучения дисциплины САПР для студентов специальностей 170600 "Машины и аппараты пищевых производств" всех форм обучения, включает разделы: общие понятия о проектировании, организация процесса проектирования, виды математических моделей, средства обеспечения САПР пищевых производств.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
    МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
        ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ



Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
       образования «Оренбургский государственный университет»




     В.Г. КОРОТКОВ, С.В. АНТИМОНОВ, Р.Ф. САГИТОВ,
               В.П. ХАНИН, М.А. ЕГОРОВА




                   ОСНОВЫ САПР
                 пищевых производств


   Рекомендовано Ученым советом государственного образовательного
   учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский
   государственный университет» в качестве учебного пособия для
   студентов, обучающихся по программам высшего профессионального
   образования по специальности ”Машины и аппараты пищевых
   производств”




                          Оренбург -2005


УДК 681.5:664(07)
ББК 36.81-5я7
     К89




      Рецензент
      доктор технических наук, профессор Н.З. Султанов




           Коротков В.Г.
К89        Основы САПР пищевых производств [Текст]: учебное пособие/
           В.Г. Коротков, С.В. Антимонов, Р.Ф. Сагитов, В.П. Ханин, М.А.
           Егорова – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2005. – 123 с.




           Учебное пособие предназначено для дополнительного
      изучения дисциплины САПР для студентов специальностей
      170600 Машины и аппараты пищевых производств всех форм
      обучения, включает разделы: общие понятия о проектировании,
      организация процесса проектирования, виды математических
      моделей, средства обеспечения САПР пищевых производств.




К __________
                                                  ББК 36.81-5я7

                                                  © Коротков В.Г., 2005
                                                    Антимонов С.В.
                                                    Сагитов Р.Ф.
                                                    Ханин В.П.
                                                    Егорова М.А.
                                                  © ГОУ ОГУ, 2005

2


                                  Введение
      Одними из основных компонентов автоматизированного производства
являются автоматизированные системы проектирования (САПР) структуры,
наиболее организованные методически и информационно.
      Задачей САПР применительно к пищевым производствам (и как частному
случаю зерноперерабатывающим предприятиям) является         формирований
знаний об основах автоматизированного проектирования технических
объектов, методов моделирования, синтеза и анализа, составе и структуре
комплекса средств автоматизации проектирования, получение практических
навыков по решению задач технологической подготовки пищевых производств
с применением автоматизированных систем.
      Необходимо отметить, что      отличительной особенностью пищевых
предприятий     как   непрерывных     процессов   является   вероятностно-
стохастическая природа их протекания.
      С целью повышения эффективности производства необходимо
обеспечить оптимальные режимы протекания отдельных процессов и
благоприятные внешние условия. От того, насколько правильно
организованное взаимодействие объекта с внешней средой, будет зависеть
эффективность производства. Поэтому необходимо умение специалистом
пищевых производств применять на практике методы структурной и
параметрической оптимизации при решении задач технологической подготовки
производства, а также использовать САПР и ЭВМ при решении инженерных
задач.
      Кроме того, важнейшими задачами дисциплины является получение
знаний о составе и функционировании средств обеспечения             систем
автоматизированного проектирования.
      Особенно необходимы знания о техническом обеспечении САПР – как
комплексе средств вычислительной техники, осуществляющих работу всех
обеспечивающих и проектирующих подсистем САПР.
      В технические (аппаратные) средства входит физическая среда
функционирования      САПР,     включающая:     электронные     (например,
микросхемы), электромеханические (например, дисководы) и механические
элементы вычислительной системы, знание устройства которых и принципов
работы позволять специалисту достаточно эффективно использовать ПЭВМ при
организации работы пищевого предприятия.




                                                                         3


     1 Общие понятия о проектировании

     1.1 САПР как объект проектирования

      Проектированием называют процесс составления описания,
необходимого для создания в заданных условиях ещё не существующего
объекта, на основе первичного описания данного объекта и (или) алгоритма
его функционирования. Проектирование является сложным творческим
процессом целенаправленной деятельности человека, основанным на глубоких
научных знаниях; использовании накопленного практического опыта и навыков
в определённой сфере. Проектирование включает в себя значительный
комплекс исследовательских, расчётных и конструкторских работ, целью
которых является получение описания предмета проектирования, необходимого
и достаточного для создания нового изделия или реализации нового процесса,
удовлетворяющих заданным требованиям [12].
      Одними из основных компонентов автоматизированного производства
являются автоматизированные системы проектирования (САПР)
структуры, наиболее организованные методически и информационно.
      Автоматизированным        называется    проектирование,     которое
выполняется в процессе взаимодействия (обычно в режиме диалога)
пользователя и ЭВМ.
      Система автоматизированного проектирования (САПР) – комплекс
средств     автоматизации       проектирования,     взаимосвязанных      с
подразделениями или коллективом специалистов (пользователем
системы), выполняющий автоматизированное проектирование.
      САПР объединяет технические средства, математическое, программное,
методическое, информационное, лингвистическое и организационное
обеспечение, параметры и характеристики которых выбирают с максимальным
учётом особенностей задач проектирования и конструирования.
      Необходимо отметить, что автоматизация проектирования основана на
систематическом использовании средств вычислительной техники при
рациональном распределении функций между проектировщиком и ЭВМ и
обоснованном выборе методов машинного решения задач.
      Одной из важнейших задач, выполняемых САПР является
конструирование (под конструированием условимся понимать (разработку
конструкции по предварительным расчетам, реализованную в конст-
рукторскую документацию является одной из важных и наиболее трудоемких
САПР.
      В САПР входят подсистемы - специализированные части,
ориентированные ПК, решение задач определенного этапа проектирования:
инженерных расчетов, конструирования, технологической подготовки
производства, изготовления изделия и др [12].
      Решение задачи конструирования осуществляется с помощью
графической подсистемы автоматизации разработки и выполнения
конструкторской документации (АКД) или в виде автономной (локальной)
4


системы АКД со структурой и принципами построения, аналогичными САПР.
Локальные системы АКД часто используются в производственной практике на
начальной стадии внедрения САПР, Когда ее создание опережает разработку
САПР или когда система АКД инвариантна, т.е. применима ко многим САПР, а
также в других случаях.
        Средства реализации систем АКД предоставляет компьютерная
графика, обеспечивающая создание, хранение и обработку моделей
геометрических объектов (ГО) и их графических изображений (ГИ) с помощью
компьютера. Использование компьютера в конструкторской деятельности как
электронного кульмана значительно облегчает подготовку конструкторских и
других графических документов, связанных с изготовлением изделий,
сокращает сроки их разработки с улучшением качества. Особенно это
эффективно при конструировании устройств на базе параметрически
управляемых унифицированных и типовых элементов конструкций,
обеспечивающих их многовариантность [12].

     1.2 Структура и основные принципы построения системы АКД

     Система АКД выполняет ввод, хранение, обработку и вывод графической
информации в виде конструкторских документов. Для реализации системы
необходимы: документы, регламентирующие работу системы АКД; исходная
информация для формирования информационной базы; информационная база,
содержащая модели ГО, ГИ, элементы оформления чертежа по ГОСТ ЕСКД;
     технические и программные средства создания моделей ГО и ГИ и их
вывода; интерфейс пользователя в виде графического диалога с компьютером.
Все перечисленные составляющие образуют методическое, информационное,
техническое, программное и организационное обеспечение системы АКД.
     Эффективность применения АКД при разработке КД обеспечивается сле-
дующими ее возможностями [12]:
     -    наличием    средств     преобразований,   поворота,    переноса,
симметрирования, масштабирования, построения зеркального изображения и
др.;
     - использованием готовых фрагментов чертежей: конструктивных и
геометрических элементов, унифицированных конструкций, стандартных из-
делий;
     - ведением диалога с компьютером в привычных для конструктора
терминах и с привычными для него объектами (графическими изображения-
ми);
     - наличием языковых средств описания типовых моделей-
представителей чертежей объектов, когда процесс создания конкретного
чертежа изделия сводится к заданию размеров;
     - получением чертежей высокого качества, оформленных по
стандартам ЕСКД, путем вывода на графопостроители, принтеры и другие
устройства. Построение таких систем АКД целесообразно выполнять в виде

                                                                         5


систем-надстроек над базовой графической системой, содержащей все
необходимые возможности.
      Основными принципами построения систем АКД являются [12]:
      - адаптируемость системы АКД к различным САПР, то есть
расширение возможностей ее использования;
      -информационное единство всех частей АКД и САПР, которое
предполагает единство базы данных для различных назначений (например,
использование модели ГО и ГИ как для формирования чертежей, так и для
расчетов);
      - инвариантность - максимальная независимость составных частей и
системы АКД в целом по отношению к ориентированным системам АКД и
САПР. Например, система электронных устройств может быть использована
как графическая подсистема в системе управления робототехникой;
      - возможность расширения системы АКД путем дополнения новых
составных частей и развития имеющихся.
      Построение таких систем значительно упрощается, если они создаются на
базе универсальной, открытой среды проектирования для реализации графиче-
ских возможностей САПР.
      Примером такой среды является система AutoCAD - универсальная
графическая система, в основу структуры которой положен принцип
открытой архитектуры, позволяющий адаптировать и развивать многие
функции AutoCAD применительно к конкретным задачам и требованиям
[12].
      Примерами     систем    АКД     являются   системы-надстройки     для
формирования чертежей типовых приборостроительных деталей, сборочных
чертежей     электронных устройств и др. следует, что геометрическое
моделирование является ядром автоматизированного конструирования и
технологической подготовки производства.

     1.3 Подсистемы САПР


      РД 50-680-88 устанавливает состав и основные принципы создания
САПР. Основными структурными звеньями САПР являются подсистемы.
Свойство САПР как системы проектирования состоит в том, что она
обеспечивает получение законченных проектных решений и соответствующих
этим решениям проектных документов. Для обеспечения такого свойства САПР
должна состоять из компонентов, выполняющих определенную функцию в
подсистеме.
      Подсистемой САПР называют выделенную ее часть, обеспечивающую
выполнение некоторой локальной проектной процедуры с разработкой
соответствующих проектных решений и проектной документации.
Указанные этапы и процедуры проектирования реализуются следующими
подсистемами САПР: информационная, поиска решений технической задачи,
инженерного анализа, ведения и изготовления проектной документации [15].
6


      Для обеспечения такого свойства САПР должна состоять из компонентов,
выполняющих определенную функцию в подсистеме [15]:
      - техническое обеспечение - устройства вычислительной и
организационной техники, средства передачи данных, измерительные и другие
устройства    или    их    сочетания,      необходимые    для    выполнения
автоматизированного проектирования;
      - математическое обеспечение - совокупность математических методов,
моделей и алгоритмов проектирования, необходимых для выполнения
проектирования;
      - программное обеспечение - документы с текстами программ,
программы на машинных носителях и инструктивные документы для
использования программ;
      - информационное обеспечение - документы, содержащие описания
типовых проектных решений, справочной информации, представленных в
требуемой форме;
      - лингвистическое обеспечение - совокупность языков описания
исходных данных и заданий на проектирование, результатов проектирования, в
том числе и промежуточных результатов, представленных в удобных для
понимания и практического применения формах;
      - методическое обеспечение - документы, в которых отражены состав и
правила отбора и эксплуатации средств (технических, математических,
программных и прочих) обеспечения автоматизированного проектирования;
      - организационное обеспечение - совокупность документов,
устанавливающих     состав    и      структуру   проектных    подразделений,
пользующихся автоматизацией в проектировании, а также формы
представления результатов проектирования, порядок передачи их в
производство и в архив и другие взаимоотношения между службами
производства, имеющими отношение к сопровождению и эксплуатации САПР
и к документообороту результатов автоматизированного проектирования.
      В соответствии с РД 50-680-88 подсистемы САПР по назначению делят
на два вида: проектирующие, выполняющие проектные процедуры и
операции;     обслуживающие,         предназначенные    для     поддержания
работоспособности проектирующих подсистем.
      Подсистемы     САПР       составляют      основу   новой     технологии
автоматизированного проектирования.
      Проектирующие подсистемы в зависимости от их отношения к объекту
проектирования подразделяют на объектные и инвариантные. Объектные
подсистемы выполняют проектные процедуры и операции, характер которых
определяется объектом проектирования. В качестве примеров объектных
проектирующих подсистем можно назвать подсистемы проектирования
типовых технологических процессов, автоматных операций, специальной
технологической оснастки и т.д [15].
       Инвариантные подсистемы выполняют унифицированные проектные
процедуры и операции. К таким отнесены подсистемы документирования
проектных решений, ввода и корректировки исходных данных. Выделение
                                                                          7


таких подсистем целесообразно для САПР среднего и высокого уровней. Для
САПР низкого уровня операции ввода исходных данных и документирования
являются, как правило, встроенными в объектные пакеты прикладных про-
грамм (ППП).
       К обслуживающим подсистемам следует отметить подсистемы
информационного поиска [11].
      Для объединения подсистем в системно связанные комплексы
автоматизированного проектирования используют методы их аппаратного,
программного, информационного и лингвистического согласования. При
выполнении такого согласования широко используют интерфейс.
      Одним из основных элементов интерфейса является совокупность правил
обмена информацией, которые необходимо соблюдать для взаимодействия двух
или более объектов, процессов. Необходимость соблюдения определенных пра-
вил согласования возникает и при последовательной работе прикладных
программ. Состав и формы представления результатов работы каждой
предыдущей программы должны соответствовать требованиям к составу и
формам представления исходных данных для последующей программы. Если
такого соответствия нет, то необходимо его обеспечить с помощью
специальной программы, которая, и будет являться интерфейсной.
      Если между какими-либо подсистемами САПР отсутствует программная
связь, то функцию интерфейса между этими подсистемами выполняет человек.
Это, например, имеет место при кодировании чертежей деталей с целью
последующего      автоматизированного    проектирования     процессов  их
изготовления. В этом случае говорят, что интерфейсную связь
конструкторского и технологического этапов проектирования выполняет
человек.
      Кроме этих подсистем, можно выделить и другие подсистемы в САПР,
которые в общем случае подразделяют на: ориентированные и независимые
[11].
      Ориентированные подсистемы осуществляют проектирование некоторого
объекта на определенном этапе проектирования (например, проектирование
элементов зданий и сооружений, технологических процессов, размещения
оборудования и др.).
      Независимые подсистемы осуществляют управление и обработку
информации независимо от особенностей проектируемого объекта (выполнение
информационно-поисковых и диалоговых процедур, численного анализа и др.).
      Подсистемы и компоненты САПР соединяются и взаимодействуют друг с
другом под управлением общей операционной программы проектирования,
отображающей логическую схему построения проектируемого объекта в
соответствии с представлениями и указаниями пользователей системы.
      В проектных организациях отрасли хлебопродуктов применение САПР
находится в начальной стадии.
      На базе проектных институтов создан отраслевой координационный
совет, а институты приступили к созданию системы автоматизированного
проектирования предприятий по хранению и переработке зерна («САПР
8


ГПЗП»). Эта система включает в себя три основные подсистемы
проектирования:     элеваторов    («ТЛП      элеватор»    —     разработчик
ГосНИИСредазпромзерно-проект); мукомольных заводов («ТЛП мельница» —
разработчик «Ростовский промзернопроект»); комбикормовых заводов («ТЛП
комбизавод - разработчик ГосНИИСибпромзернопроект) [7].
       Первая очередь «ТЛП элеватор» включает разработки и программы,
позволяющие производить расчеты погрузо-разгрузочных работ при перевозках
зерна автомобильным транспортом, объемов предварительной очистки зерна и
его сушки, численности обслуживающего персонала, а также выполнять
объемную компоновку оборудования элеватора, отдельные задачи по
автоматизации чертежно-графических работ и др.
       Подсистема «ТЛП мельница» содержит разработки и программы,
позволяющие производить расчет основного технологического оборудования
размольного отделения, установок пневматического транспорта и аспирации,
выполнять      анализ    количественно-качественного     баланса    помола,
автоматизировать вычерчивание схемы технологического процесса размола
зерна.
       Подсистема «ТЛП комбизавод» содержит разработки и программы,
позволяющие производить расчеты рецептуры сырья и качество комбикормов,
бункеров и складов для хранения сырья и комбикормов, производить
рациональную компоновку схемы технологического процесса комбикормового
производства,     осуществлять     формирование      нормативно-справочной
информации и другие работы.
       Планируется также организовать разработку и внедрение межотраслевых
САПР, таких, как: выбор оптимального варианта вертикальной планировки и
генплана,     расчеты     по    сантехническим,      теплотехническим     и
электротехническим работам и установкам, автоматизация чертежно-
графических работ по строительным конструкциям, пневмотранспортным
установкам и другим работам. По мере накопления новых программ и
информационных материалов «САПР ГПЗП» будет расширяться, и углубляться
по различным разделам проектирования предприятий по хранению и
переработки зерна.
       Для систематизации, а также сопоставления САПР различных
направлений и предметных областей разработана единая классификация
систем. В соответствии с ГОСТ 23501.108 - 85 имеются классификационные
группировки САПР и их коды.

     1.4 Подходы к конструированию

     Можно выделить два подхода к конструированию на основе
компьютерных технологий [12].
     Первый подход базируется на двухмерной геометрической модели - ГИ
использовании компьютера как электронного кульмана, позволяющего
значительно ускорить процесс конструирования и улучшить качество
оформления КД.
                                                                          9


     Центральное место в этом подходе к конструированию занимает
чертеж, который служит средством представления изделия, содержащего
информацию для решения графических задач, а также для изготовления
изделия (рисунок 1).
     При таком подходе получение графического изображения за
компьютером будет рациональным и достаточно эффективным, если созданное
ГИ использовать многократно.




          Рисунок 1 – Схема традиционной технологии конструирования

      В основе второго подхода лежит пространственная геометрическая
модель (ПГМ) изделия (рисунок 2), которая является более наглядным
способом представления оригинала и более мощным и удобным инструментом
для решения геометрических задач.




             Рисунок 2 – Схема новой технологии конструирования
10



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика