Презентация на тему "Общие понятия о проектировании мехатронных систем"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Лекция 1

  по дисциплине: «САПР компонентов мехатронных модулей» тема: Общие понятия о проектировании мехатронных систем

• 
  Слайд 2

  Литература основная

  Готлиб Б.М. Проектирование мехатронных систем. Часть 1. Информационная поддержка процесса проектирования мехатронных систем: курс лекций для студентов специальности «Мехатроника». – Екатеринбург: УрГУПС, 2007. – 115 с. Ли К. Основы САПР (CAD/CAM/CAE). – СПб.: Питер, 2004. – 560 с. Норенков И.П., Кузьмик П.К. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-технологии. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002 . – 320 с. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 336 с. Степанов В.В., Демовская Н.В. Основы MicroStation V8i. Учебный курс. М.: КАД Хауз., 2004 г. – 132 с. 2

• 
  Слайд 3

  Литературадополнительная

  3 Додонов А.В. Лекции по дисциплине «САПР мехатронных систем». Егоров О.Д., Подураев Ю.В. Мехатронные модули. Расчет и конструирование: Учеб. пособие. – М: МГТУ «СТАНКИН», 2004. – 360 с. Жуков А.В. Мехатронный модуль малых перемещений.// Материалы международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», посвященной 145-летию МГТУ «МАМИ». Костюк В.И., Гавриш А.П., Ямпольский Л.С., Карлов А.Г. Промышленные роботы. Конструирование, управление, эксплуатация. – Киев: Высшая школа, 1995. – 359 с.

• 
  Слайд 4

  Основные понятия и определения

  В настоящее время ГОСТ 22487-77 установлены основные термины и определения в области автоматизированного проектирования. Проектирование – процесс создания описаний нового или модернизируемого технического объекта (изделия, процесса), достаточных для изготовления или реализации этого объекта в заданных условиях. 4

• 
  Слайд 5
  

  Такие описания, называемые окончательными, представляют собой комплект конструкторской и технологической докумен­тации в виде чертежей, пояснительных записок, спецификаций, программ для технологических автоматов и т. п. Процесс заключается в выполнении комплекса работ - исследовательского, - расчетного, - конструкторского характера, имеющих целью преобразование исходного описания в окончательные описания. Исходное описание – техническое задание, отражающее назначение и основные требования к проектируемому объекту. Процесс проектирования может быть неавтоматизированным и автоматизированным. 5

• 
  Слайд 6
  

  Неавтоматизированное проектирование – это проектирование, при котором все преобразования описании объекта и (или) алгоритма его функционирования или алгоритма процесса, а также представление описаний на различных языках осуществляются человеком. Автоматизированное проектирование – это проектирование, при котором отдельные преобразования описаний объекта и (или) алгоритма его функционирования или алгоритма процесса, а также представления описаний на различных языках осуществляются при взаимодействии человека и ЭВМ. Система, реализующая автоматизированное проектирование, представляет собой систему автоматизированного проектирования – САПР (CAD – Computer Aided Design) 6

• 
  Слайд 7
  

  Степень автоматизации проектирования оценивается долей  проектных работ, выполняемых на ЭВМ без участия человека, в общем объеме проектных работ. При =0 проектирование неавтоматизированное, а при =1 –автоматическое. Для автоматизированного проектирования характерны рациональное распределение функций между человеком и ЭВМ и обоснованный выбор моделей и методов для автоматизированных процедур. Инженерное проектирование начинается при наличии выраженной потребности в некоторых технических объектах. Результатом проектирования служит полный комплект документации, содержащей сведения, достаточные для изготовления объекта в заданных условиях. Эта документация и есть проект – окончательное описание объекта 7

• 
  Слайд 8
  

  Процесс проектирования имеет две основные особенности. Во-первых, состав и последовательность его этапов не зависят от целевого назначения проекта. Во-вторых, логика процесса проектирования инвариантна к способу проектирования – традиционному или автоматизированному. 8

• 
  Слайд 9

  Системный подход к проектированию

  Принцип системного подхода заключается в рассмотрении частей сложной системы с учетом их взаимодействия. Системный подход включает в себя: - выявление структуры системы, - типизацию связей, - определение свойств (атрибутов) системы, - анализ влияния внешней среды. Системотехника – техническая дисциплина, в которой исследуются сложные технические системы и их проектирования. При проектировании сложной технической системы можно выделить три основные подхода к процессу проектирования: 1) структурный, 2) блочно-иерархический, 3) объектно-ориентированный 9

• 
  Слайд 10

  Структурный подход

  10 При структурном подходе требуется синтезировать варианты системы из компонентов (блоков, модулей) и оценить эти варианты (предварительно спрогнозировав характеристики компонентов). Данный подход основан на идее алгоритмической декомпозиции, где каждый блок (модуль) системы выполняет один из этапов общего процесса.

• 
  Слайд 11

  Блочно-иерархический подход

  Данный подход использует идеи декомпозиции описания сложных объектов на иерархические уровни, вводит понятие стиля проектирования (восходящее, нисходящее), устанавливает связь между параметрами соседних иерархических уровней. При блочно-иерархическом подходе к проектированию представление о проектируемой системе расчленяют на иерархические уровни. На верхнем уровне используют только самые общие черты и особенности проектируемой системы. На следующих – степень подробности описания возрастает (при этом рассматриваются уже отдельные блоки системы с учётом их взаимодействия), что позволяет на каждом иерархическом уровне формулировать задачи приемлемой сложности. 11

• 
  Слайд 12
  

  Характерные иерархические уровни. - Системный уровень. Здесь решаются наиболее общие задачи проектирования систем, машин и процессов. Результаты проектирования представляют в виде функциональных, принципиальных и кинематических схем, генеральных планов, схем размещения оборудования и т.п. - Макроуровень. При этом проектируют отдельные устройства, узлы машин и приборов. Результаты представляют в виде функциональных, принципиальных и кинематических схем, сборочных чертежей и т.д. - Микроуровень. Проектируют отдельные детали и элементы машин и приборов. 12

• 
  Слайд 13
  

  В зависимости от последовательности решения задач иерархических уровней различают нисходящее, восходящее и смешанное проектирование (стили проектирования). Восходящее проектирование предполагает решение задач от нижних уровней к верхним. Нисходящее проектирование – от верхних к нижним. Смешанный стиль имеет элементы как восходящего, так и нисходящего проектирования. В большинстве случаев для сложных систем предпочтение отдают нисходящему проектированию, часто используют смешанное. Итерационность проектирования заключается в следующем. Неопределённость и нечёткость исходных данных при нисходящем проектировании (так как ещё не спроектированы компоненты) или исходных требований при восходящем проектировании (поскольку техническое задание имеется на всю систему, а не на её части) обуславливают необходимость прогнозирования недостающих данных с последующим их уточнением, т.е. последовательного приближения к окончательному решению. 13

• 
  Слайд 14
  

  Наряду с декомпозицией описаний на иерархические уровни применяют разделение представлений о проектируемых объектах на аспекты. Аспект описания (страта) – описание системы или её части с некоторой оговоренной точки зрения, определяемой функциональными, физическими или иного типа отношениями между свойствами и элементами. Различают функциональный, информационный, структурный и поведенческий (процессный) аспекты. Функциональное описание относят к функциям системы и чаще всего представляют его функциональными схемами. Информационное описание включает в себя основные понятия предметной области (сущности), словесное описание или числовые значения характеристик (атрибутов) используемых объектов, а также описание связей между этими понятиями и характеристиками. Информационные модели можно представлять графически (графы, диаграммы «сущность-отношение»), в виде таблиц или списков. 14

• 
  Слайд 15
  

  Структурное описание относится к морфологии системы, характеризует составные части системы и их межсоединения, может быть представлено структурными схемами, а также различного рода конструкторской документацией. Поведенческое описание характеризует процессы функционирования (алгоритмы) системы и (или) технологические процессы создания системы. В общем случае выделение страт может быть неоднозначным. Поэтому кроме указанного подхода целесообразно выделять такие аспекты, как функциональное (разработка принципов действия, структурных, функциональных, принципиальных схем), конструкторское (определение форм и пространственного расположения компонентов изделий), алгоритмическое (разработка алгоритмов и программного обеспечения) и технологическое (разработка технологических процессов) проектирования систем. 15

• 
  Слайд 16

  Объектно-ориентированный подход

  Рассматривает сложную систему как совокупность взаимодействующих друг с другом объектов, каждый из которых является экземпляром определённого класса. Такой подход наиболее перспективен при проектировании сложных систем. 16

• 
  Слайд 17

  Стадии проектирования

  В проектировании принято выделять стадии: - научно-исследовательских работ, - опытно-конструкторских работ, - технического проекта, - технического предложения, - технического проекта, - рабочего проекта, - испытаний опытного образца. 17

• 
  Слайд 18
  

  18 На стадии научно-исследовательских работ выполняется следующее: - изучаются потребности в получении новых изделий с заданным целевым назначением, - исследуются физические, информационные, конструктивные и технологические принципы построения изделий и возможности реализации этих принципов, - прогнозируются значения характеристик и параметров объектов. Результатом является формулировка технического задания на разработку объекта. Оно включает цель создания и назначение объекта, технические требования, режимы и условия работы, области применения, увязку параметров с типажом, информацию об экспериментальных работах, сравнительную оценку технического уровня и др.

• 
  Слайд 19
  

  На основании технического задания разрабатывается техническое предложение – совокупность документов, отражающих технические решения, принятые в проекте. В него включаются: - результаты функционально-физического и стоимостного исследований, - указания и обоснования по выполняемым функциям, физическим принципам действия, целесообразности использования тех или иных решений, - сравнительная оценка этих решений по техническим, экономическим, технологическим, экологическим и другим показателям. 19

• 
  Слайд 20
  

  На стадии опытно-конструкторских работ создается эскизный проект изделия, представляющий собой совокупность графической и текстовой документации, на основании которой можно получить общее представление о следующем: - устройстве, - принципе работы, - назначении, - основных параметрах и габаритных размерах проектируемого изделия, - компоновке как машины в целом, так и ее основных узлов. При разработке эскизного проекта проверяются, конкретизируются и корректируются принципы и положения, установленные на стадии научно-исследовательских работ. 20

• 
  Слайд 21
  

  На стадии технического проекта разрабатывается более детализированная графическая и текстовая документация, дающая полное и окончательное представление об устройстве, компоновке машины и всех ее узлов. В технический проект включают все необходимые расчеты (динамические, прочностные и т.д.). На стадии рабочего проекта создается полный комплект конструкторско-технологической документации, достаточный для изготовления объекта. На стадии испытаний получают результаты, позволяющие выявить возможные ошибки и недоработки проекта, принимаются меры к их устранению. В ходе проектирования вырабатываются проектные решения – описания объекта или его составной части, достаточные для рассмотрения и принятия заключения об окончании проектирования или путях его продолжения. 21

• 
  Слайд 22

  Пример 1. Проектирование мехатронного модуля малых перемещений

  Рисунок 1. Функциональная схема мехатронного модуля малых перемещений 22

• 
  Слайд 23
  

  Рисунок 2. Система управления шаговым двигателем 23

• 
  Слайд 24
  

  Рисунок 4. Расчетная схема силовой части системы 24

• 
  Слайд 25
  

  Рисунок 5. Модель системы в среде Simulink 25

• 
  Слайд 26
  

  Рисунок 7. 3D-модель мехатронного модуля 26

• 
  Слайд 27
  

  Рисунок 8. Макетный образец мехатронного модуля 27

• 
  Слайд 28
  

  Спасибо за внимание