Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология судостроения и судоремонта

Диссертационная работа:

Вексляр Валерий Яковлевич. Кинематический метод геометрического моделирования судовой поверхности на стадиях проектирования и подготовки производства : Дис. ... канд. техн. наук : 05.08.04 : Санкт-Петербург, 2002 239 c. РГБ ОД, 61:04-5/1632

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

1 Анализ проблемы комплексного моделирования поверхнос
тей архитектуры подводных лодок
12

  1. Оценка функционального значения поверхностей для формирования обводов корпуса в процессе проектирования и разработки технологической подготовки производства 12

  2. Теоретические проблемы и принципы современной методологии разработки поверхностей архитектуры подводных лодок 18

  3. Анализ математических методов применяемых для формирования моделей поверхностей подводных лодок 22

  4. Выводы и постановка задачи исследований геометрического моделирования поверхностей подводных лодок 43

2 Разработка методологии комплексного геометрического
моделирования поверхностей подводных лодок с использованием
кривых второго порядка
53

  1. Методологические особенности проектирования поверхностей архитектуры подводных лодок 53

  2. Анализ особенностей обтекания архитектурных элементов подводных лодок и выбор опорных контуров их формирования 64

  3. Методологические особенности использования кривых "торого порядка для задания сложных поверхностей 70

  4. Разработка типовых алгоритмов формирования геометрических моделей компонентов архитектуры подводных лодок 87

  5. Разработка технологии и алгоритма формирования комплексной геометрической модели архитектуры подводных лодок lis

3 Исследование методов машинного представления единой
геометрической модели внешней архитектуры подводных лодок
на основе кривых второго порядка, обеспечивающей процессы
проектирования и технологии производства
125

3.1 Разработка концепции построения математической моде
ли поверхностей внешней архитектуры подводных лодок на базе

ее геометрической модели 125

  1. Расчетные уравнения кривых второго порядка, используемые для описания формообразующих контуров поверхностей 130

  2. Инженерный-способ подбора функций кривых второго порядка по произвольным геометрическим условиям 148

  3. Особые случаи расчетов кривых второго порядка при разработке поверхностей архитектуры подводных лодок 155

  4. Упрощенные методы расчета интегральных характеристик пшангоутных сечений корпуса подводной лодки, задаваемых кривыми второго порядка 166

  5. Требования к программному обеспечению выполнения расчетов поверхностей конструкций подводных лодок, заданных кривыми второго порядка 174

4 Разработка методологии применения математической мо
дели
сложных поверхностей, различного назначения, на рабочей
стадии проектирования и плазово-технологической подготовки
произодства
179

  1. Перспективы использования разработанных математических моделей теоретических поверхностей архитектуры подводной лодки для решения конструкторски-технологических проблем проектирования и производства 179

  2. Перевод задания замкнутой формы шпангоутов корпуса с кривых второго порядка на радиусографический метод 183

  1. Расчет эквидистантных поверхностей относительно любых теоретических формообразований архитектурных поверхностей подводных лодок 196

  2. Расчет каркасных поверхностей с образующими, лежащими на концентрических цилиндрических поверхностях 206

  3. Расчет трассировки продольного набора корпусных конструкций (ребер жесткости) и плоскостей цистерн 213

  4. Алгоритм расчета размещения приборов на поверхности заданной формы по известной схеме их распределения 221

  5. Решение задачи по проверке несоударения подводной лодки с изделиями при их прохождении вблизи корпуса 223

  6. Результаты практического применения математического моделирования поверхностей на этапе выпуска рабочей документации для технологической подготовки производства 224

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 227

ЛИТЕРАТУРА 230

Введение к работе:

Функциональное назначение корабельной архитектуры и ее обводов относится к области корабельного дизайна, который отличается от его общепринятого смысла тем, что в своей инженерной функции главенствующая роль архитектуры (кроме чисто эстетического восприятия) заключается в связывании и объединении всего многообразия составляющих элементов корабля/подводной лодки (корпуса, механизмов, оборудования, различных функциональных систем, устройств и т.д.) в комплексную совокупность составляющих в форме неразрывного единого объекта, представляющего собой (по существу) сложную систему, назначением которой является обеспечение выполнения общего конкретного целевого функционального назначения. Поскольку эта система связана в большой степени с динамикой движения и безопасностью плавания подводной лодки (ПЛ) проектирование поверхностей ее архитектуры занимает особое место и в организации всего процесса проектирования, технологически сопровождая его на всех этапах создания корабля, вплоть до технической подготовки производства.

Геометрическая модель (ГМ) лежит в основе производственной математической модели (ММ), обеспечивая представление всех особенностей поверхностей архитектуры подводной лодки (ПЛ), отличающих их от прочих судостроительных объектов. Специфика назначения ПЛ отражается, в основном, в наличии двух корпусов (основного и наружного) с замкнутыми контурами шпангоутов, в объемности обводов элементов архитектуры, наличии развитых переходных обтекателях с многовариантностью их форм не подчиняющихся простой систематизации, присутствии эквидистантных поверхностей в составе корпусных конструкций, в сложной конфигурации поверхностей внутренних и .междубортных конструкций, которыми определяются формы объемных структур (помещений).

От формы архитектуры и эксплуатационной надежности сохранения ее состояния зависит эффективность выполнения функционального назначения ПЛ, определяемого техническим заданием, в том числе за счет рациональности использования комплекса механизмов и систем, обеспечивающих ходовые, маневренные и акустические показатели.

Функциональное назначение ПЛ требует строгих научно-обоснованных аргументов выбора параметров формообразования ее ГМ, в основе которых значительное место занимают гидродинамические факторы тесно увязываемые с условиями эксплуатации и технологичностью.

Практика проектирования поверхностей ПЛ показала успешность совмещения известных апробированных методов проектирования'обводов,

при их "простоте" и "наглядности",, с современными машинными методами, которые "достаточно и полностью" обеспечиваются информацией для привлечения ЭШ. Такими условиями достигается прогнозируемость и всесторонний контроль за комплексной гидродинамической отработкой поверхностей ПЛ, чем также определяется качество их проектирования.

Поскольку при формировании ГМ корабельного обвода в процессе проектирования необходимо стремиться в максимальной степени научно обосновывать выбор параметров ее формообразования, увязывая его с функциональным назначением ПЛ и, одновременно, условиями/ограничениями его эксплуатации (по ходкости и маневренности, мореходности и безопасности плавания, обитаемости и прочим параметрам), а для процесса технической подготовки производства - с наивысшей степенью технологичности, то в обоих случаях автоматизация работ и широкое внедрение вычислительной техники (ВТ) является приоритетным фактором способствующим повышению качества исполнения и снижению сроков при проектировании, а также для разработки производственных моделей на магнитных носителях, снижающих трудоемкость производства.

Однако в настоящее время отсутствует последовательная методология проектирования корабельных обводов, которая сопровождается развитием САПР на всех, без исключения, этапах проектирования (от зарождения идеи до рабочей стадии проектирования) с разработкой технологической подготовки производства и технического сопровождения постройки ПЛ. Указанное обстоятельство можно объяснить отсутствием обобщенной постановки и формулировки проблем, принципов и задач стоящих перед разработчиками архитектуры ПЛ, а также комплексных методов/приемов созданных на основе результатов научных исследований, которые могли бы дать направление поиска связей для достижения желаемых характеристик и качеств движения ПЛ при соответствующих геометрических характеристиках формообразования обводов (отсутствие комплексного. набора критериев выбора формы обводов).

Формирование ГМ производится, в большинстве случаев, на основе подбора близкого прототипа или на основе "интуитивного подхода", а также индивидуального опыта конструктора разработчика.

Именно поэтому, на стадии технической подготовки производства приходиться идти к обеспечению автоматизации процессов расчета судовой поверхности базируясь, в основном, на аппроксимационные методы согласования обводов, получаемых по данным проектирования в каркасной сетке теоретического чертежа (в графическом-в форме теоретического чертежа и цифровом виде-в форме плазовой таблицы). Как следствие, это приводит к значительному усложнению программного

обеспечения расчетов сложных корабельных поверхностей при решении все большего количества возникающих технических задач производства.

Постановка вопроса также усложняется практически неограниченным многообразием формообразования поверхностей для ПЛ при отсутствии простых и наглядных методов образмеривания их обводов.

Следовательно, при повышении проектировочных требований, принятое в настоящее время направление на технологию исключительно машинных методов разработки обводов архитектуры ПЛ, не должно закладываться в основу развития систем автоматизированного проектирования (САПР). Сложность и не наглядность известных машинных методов проектирования не в состоянии обеспечить роль единой проектировочной системы по прогнозированию и формированию гидродинамически отлаженных, согласованных поверхностей ПЛ.

В этих условиях особая важность возлагается на выбор метода формирования поверхностей, с использованием которого обеспечивается конструирование в режиме графического диалога независимо от стадии разработки или от используемых способов (машинных/ручных), поскольку в настоящее время в системном виде отсутствуют данные о теоретических основах для разработки подобного метода для ПЛ.

С учетом изложенного приобретает актуальность выполнение необходимых исследований ориентированных на создание научно-обоснованной методологии комплексного формирования (с применением ЭВМ) любых по сложности поверхностей ПЛ для наружных и внутренних ее геометрических объектов и конструкций, пригодной для всего процесса проектирования, вплоть до технологического сопровождения корпусных работ в период постройки ПЛ.

При изучении любой научной проблемы можно проследить прохождение следующих стадии эволюции и развития исследовательских работ:

-проведение исследований для описания и анализа основных составляющих, характеризующих существо проблемы в целом;

-обобщение и типизация характеристик проблемы с нахождением закономерностей процесса ее изменения, а также синтезирования составляющих параметров;

-прогнозирование (экстраполяция) достигаемого результата в зависимости от характеристик или параметров;

-управление процессами для достижения необходимых свойств или качеств в зависимости от базовых параметров.

Придерживаясь общей логики эволюции и развития научных исследований для разработки метода комплексного геометрического моделирования поверхностей ПЛ на стадиях проектирования и подготовки про-

изводства определились цель и задачи исследований.

Целью настоящей работы является сокращение сроков и повышение качества проектирования и технической подготовки производства при формировании поверхностей комплектующих архитектуры ПЛ за счет разработки метода комплексного геометрического моделирования поверхностей ПЛ с обеспечением математического описания на базе зависимостей кривых второго порядка (КВП) и сохранения алгоритма построения ГМ на всем протяжении процесса проектирования, включая техническую подготовку производства и постройку.

Для достижения поставленной цели в задачу исследований вошло следующее.

  1. Анализ применяемости известных методов задания и согласования судовых поверхностей с помощью ЭВМ с позиций их возможного использования для формирования ГМ архитектуры ПЛ;

  2. Исследование и анализ метода прогнозирования формы конструируемых поверхностей ПЛ на основе установления физических связей гидродинамических характеристик обтекания (устойчивых структур потока) с геометрическими параметрами построения поверхностей архитектуры (их опорными контурами);

  3. Исследование способов формирования согласованных сложных поверхностей на основе кинематического принципа построения и знаний проективной геометрии, а также с введением понятий линий связи при задании опорных контуров поверхностей с использованием свойств КВП;

  4. Разработка видов математических функций КВП, рекомендуемых для практического использования в качестве модульных для обеспечения машинных расчетов контуров/поверхностей, включая: метод точного представления кривых, методологию декомпозиционного анализа сложных контуров, методологию управления формой, метод приближенного вычисления интегральных характеристик.

  5. Исследование возможности типизации поверхностей элементов архитектуры ПЛ с целью разработки модулей их формирования, унификации ГМ и геометрического алгоритма построения.

  6. Разработка методологии прогнозирования ГМ и управлением поверхностями ПЛ с их синтезом для уточнения комплексного математического описания всей архитектуры на основе анализа ее состава.

  7. Разработка метода перевода задания поверхности корпуса с КВП на радиусографический ключ (РГК) с ограничением РГ дуг (по технологическим соображениям) и расчетом оценок погрешности операции;

  8. Разработка упрощенного расчетного метода математического задания и формирования ГМ эквидистантных поверхностей.

Рассмотрение имеющейся информации, которая касается разработки единой системы проектирования и постройки (по данным отечественной и зарубежной литературы), показало отсутствие полного ее завершения, особенно применительно к ПЛ [52,53+76,77,78-5-93,1501. Однако, задача решения проблем развития и комплексного использования автоматизированных систем проектирования и производства типа CAD/CAM (Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing), с помощью которых они могут быть преобразованы в единую систему автоматизированного проектирования и производства, является главнейшей. Без ее совершенствования невозможно судить о важнейших факторах сокращения сроков проектирования и постройки судов/кораблей [108,111,112,113], которые одновременно должны сопровождаться и повышением качества изделий морской техники, обеспечивая ее конкурентоспособность.

Что касается информации, которая может быть использована при развитии единой системы проектирования и постройки для ПЛ (обводы которых отличаются от обводов надводных кораблей в основном в связи с особенностями конструкции корпуса), то она носит весьма ограниченный характер, а иногда отражает только специфику конкретного производства [116,1173, и поэтому не может претендовать на ее законченность в полном объеме.

Основной массив опубликованных материалов относится к вопросам теории общего проектирования объектов морской техники, а также области их функционального назначения (в том числе и ПЛ) и связанных с ней компоновочных проблем [98]. При этом, много внимания уделяется разработке методов выполнения расчетов по теории корабля С118-135,141+149,151+161].

Информации же по проблемам формирования обводов конкретных судов/кораблей недостаточно, причем часто она носит академический характер, что ограничивает ее использование при практическом проектировании [126,139]. Публикации методических материалов по формированию обводов ПЛ практически отсутствуют [96,117,125,137,140] или мало информативны.

Поскольку главной целью является постройка ПЛ, то основные усилия должны быть направлены на обеспечение передовых технологий производства, которое не мыслимо без его машинизации. Одним из элементов машинизации производства является использование производственной математической модели (ММ) корпусных конструкций. Однако основой ее формирования является геометрическая модель (ГМ) поверхностей конструкций, в частности, и при определении архитектуры (внешнего облика) ПЛ. При решении проблемы разработки единой систе-

мы проектирования и постройки корпусных конструкций, в качестве основы, были приняты передовые технологии модульного проектирования [94,95,110]. Поэтому на современном этапе разработки и дальнейшего развития методологии проектирования показана перспективность внедрения принципов унификации также и в разработку форм поверхностей ПЛ, совмещаемых с максимальным использованием ЭВМ.

Таким образом, для разработки методологии комплексного геометрического моделирования поверхностей ПЛ был сделан упор на следующее.

-Максимальное обеспечение оптимизации (в общепроектном смысле) функционального назначения ПЛ не только по вопросам решения компоновочных проблем, но и эффективности корабля в целом, в соответствии с требованиями заказчика.

-Технологичность организации процесса проектирования обводов с формированием ее ГМ путем внедрения типизации форм поверхностей архитектурных конструкций ПЛ с приведением их к модульным схемам формирования при одновременном обеспечении принципа простоты и наглядности конструирования, в основе которого лежит использование преемственности накопленного опыта "ручного" проектирования обводов. Причем, в тоже время, предусматривается и обеспечение достаточности информации для широкого применения возможностей вычислительной техники, в частности таких известных программных систем, как "AutoCAD" и "Pro/Engineer".

-Обеспечение непрерывного аналитического задания разрабатываемых ГМ поверхностей (отличающегося от традиционного задания в дискретной форме на каркасной сетке теоретического чертежа) с преобразованием их в производственные ММ, в основу которых заложен выбор и применение простых модульных и к тому же нормализованных математических зависимостей. Подобное формирование ММ поверхностей способствует исключению трудоемкой операции согласования обвода при переходе к стадии разработки технологической подготовки производства, что также делает ММ независимой от параметров разбивки практических шпангоутов, т.к. исключается привязка к шпациям/сечениям и, соответственно, выполнение аппроксимационных операций при расчетах в промежутки между сечениями. Такой подход к разработке ММ поверхностей ПЛ приводит, в целом, к сокращению сроков и повышению качества корпусообрабатываюшего производства.

-Учет технологии производства и особенностей корпусных конструкций ПЛ (технологичность постройки) при формировании ММ поверхностей, в том числе в случае включения задания их эквидистантности,

с сохранением алгоритмов их формирования от ранних этапов разработки поверхностей до заключительных этапов формирования корпусных конструкций на верфи, полностью обеспечивая современный технологический процесс производства и постройки ПЛ.

Разработкой методологии геометрического моделирования поверхностей ПЛ при проектировании и подготовке производства ликвидируется пробел по организации единого технологического процесса формирования архитектуры ПЛ для всех этапов разработки проекта и организации постройки. Одновременно, при применении такой методологии геометрического моделирования поверхностей внешнего облика ПЛ, архитектуре корабля придается своего рода значение механизма/инструмента по объединения (комплектования) корабля в сложную единую систему, направленную на выполнение всего комплекса функциональных задач, определяемых техническим заданием на проектирование.

Все указанные основные принципы, заложенные в разработку методологии, позволили не только обеспечить сокращение сроков проектировочных работ, но и значительно повысить качество формирования корпусных конструкций.

Подобные работы
Тарица Георгий Васильевич
Разработка методов выполнения подготовки производства судовых корпусных конструкций с использованием зарубежных CAD/CAM систем в условиях параллельного проектирования
Резник Борис Львович
Информационно-логистическое обеспечение технологической подготовки производства изделий судового машиностроения и продукции судостроения
Фам Куок Хоанг
Совершенствование автоматизированной системы технологической подготовки машиностроительного производства судостроительной верфи
Петухов Юрий Евгеньевич
Проектирование инструментов для обработки резанием деталей с фасонной винтовой поверхностью на стадии технологической подготовки производства
Коробкова Анна Александровна
Разработка метода проектирования устойчивости кулирного трикотажа к образованию пиллинга и истиранию на стадии технологической подготовки производства
Казанский Дмитрий Леонидович
Исследование и разработка методов управления технологическими процессами на основе их событийно-динамического моделирования : На примере производств подготовки и перекачки нефти
Рожкова Ольга Николаевна
Информационная система трансформаторного производства на основе интеграции процессов проектирования, подготовки производства и управления
Егоров Михаил Михайлович
Интегрированная система автоматизированного проектирования и подготовки производства электронных изделий авионики в едином информационном пространстве корпорации
Миронова Ирина Николаевна
Сокращение трудоемкости технологической подготовки производства на этапах проектирования и отладки операций обработки отверстий инструментами одностороннего резания
Гунин Леонид Николаевич
Модель внедрения ИПИ-технологии на базе систем автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства предприятия

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net