12
результаты выбора в некие пункты общей спецификации и элементы готового
конструкторского чертежа.
2) Подсистема расчета впускающего устройства.
Расчеты представляют собой определения номинальных давлений клапанов
и их пропускающей способности, необходимых для своевременной подачи
топлива в камеру окисления. Результаты конструкционных расчетов здесь
напрямую определяют и оборудование общей спецификации проекта установки,
аналогично пункту выше.
3) Подсистема расчета горелки и трассировки оборудования подвода и
отвода энергии.
Как и в п.2) текущего рассмотрения подсистема производит расчеты для
гарантирования выбора необходимого и достаточного, с точки зрения
номинальных параметров, оборудования обеспечения окисления топливной
смеси в камере.
Решается задача подвода первичного топлива и отвода тепловой энергии с
установки переработки, что представляет собой комбинацию алгоритмов
трассировки и компоновки элементов проектируемой установки, технологически
оптимально и безопасно.
4) Подсистема расчета несущих конструкций и стоек.
Подсистема принимает во внимание не только результаты решений
подсистем выше. Но и требования со стороны заказчика по размещению и
подключению оборудования внутри производственного цеха, обеспечению
безопасного функционирования установки, учитывая моменты и
конструкционные реакции и напряжения, создаваемые работой ротора
электродвигателя.
5) Подсистема моделирования процесса сгорания.
Указанная подсистема логически и математически функционирует на
основной модели движения частицы в камере окисления и модели движения
тепловых потоков в камере.
Подсистема необходима для просчета процессов сгорания, как основного
технологического процесса камеры на рассчитанных выше параметрах
13
установки, что позволяет визуально оценить работу установки с точки зрения
достижения оптимального и безопасного способа производства энергии.
Подсистема позволяет также получить решение о пригодности выпуска
аппарата и передаче его конструкционных и технологических данных в
подсистему генерации документации, либо, обнаружить дефекты расчетов и
оптимизации и решении о перерасчете или перепланировании задачи о
разработке, что позволяет избежать выпуск бракованных заведомо конструкций.
6) Подсистема работы с проектами и базами данных.
Осуществляет компоновку расчетных параметров проекта в общую
документацию согласно ГОСТ (последние операции проектирования САПР).
Осуществляет работу с базой данных проекта, начиная с занесения проекта в
базу, потом, его поиску, редактированию в базе, что обеспечивает гибкость
расчетов в САПР при формирования однотипных или схожих по некоторым
признакам проектов. Такая схожесть определяется внутренним классификатором
САПР, который позволяет формировать условные имена проектов так, чтобы
они отражали основную суть конструкции оборудований, что позволяет вести
автоматизированный поиск документации внутри базы данных системы.
Подсистема также оперирует и с расчетными таблицами, таблицами
оборудования. Последнее позволяет интегрировать САПР в общую систему
ведения учета производства.
Рассмотренные подсистемы осуществляют порядок расчета проектов
установок сжигания биотоплива, причем параллельная организация
функционирования подсистем позволяет сократить время разработки и при
соответствующей аппаратной реализации подсистем в виде АРМ даст полное и
эффективное решение поставленной задачи проектирования.
Касательно структурной схемы, все лингвистическое обеспечение, а также
программное и техническое, выбиралось из реализуемой в каждой из АРМ задач.
Число АРМ явилось компромиссом между сложностью решаемых проблем,
возможностью отдельно взятого компьютера и числом потенциальных рабочих
мест операторов и их нагрузки. Также выбрана схема обобщенного сервера и
удаленного доступа для сохранения и последующего восстановления, при сбоях
информации БД, также защиты и распределения прав доступа администраторов.
14
Таким числом явилось три – в рамках поставленных проблем и возможностей
современного технического и программного обеспечения, логически и ресурсно-
оптимально. Дадим краткую характеристику по каждой из АРМ (см. приложения
«Структурная схема» и «Функциональная схема» по функциям, выполняемым
подсистемами в отдельности). Все подсистемы взаимодействуют по каналам
«Сервер-Клиент», в структурной схеме это отражено в разделе ПО и
лингвистики подсистем. В реальности реализовано на основе системных
возможностей ОС Windows и ОС Debian и операционных протоколов с
написанными и дополняющими модулями.
АРМ1 имеет цель компиляции всех данных в общий проект и
сопровождающую документацию. Имеет принципиальное отличие от других
АРМ в плане ПО, здесь присутствует пакет «Компас», направленный на
оформление проектов по ГОСТ. Соответствующие модули связи и обмена
данных между остальными АРМ и поддержания канала обмена по системе
«сервер»-«администрирующая АРМ»-«АРМ клиент». Имеет место также и блок
сервера с точки зрения технического обеспечения. Кроме этого, имеет цель
обеспечить пользователю интерфейс доступа к базам данных хранящихся на
сервере, предоставляет функции редактирования, как расчетных баз, так и
проектов, предоставляет интерфейс поиска по готовым проектам. В данной
модели. В качестве программного обеспечения сервера выступает СУБД
MySQLServer, что позволяет, естественно скрыто от пользователя, оперировать
внутри программно SQL запросами к базе, сокращая время поиска и реализуя
внутрисистемные алгоритмы поиска MySQL.
АРМ3 направлена на проектирование и ведение конструкционных
расчетов, что отражено в соответствующем ей математическом обеспечении.
Программное обеспечение сочетает как собственно-разрабатываемые
специальные модули, так и готовые программные решения, как например
операционная система. Имеет связь по каналу «клиент-сервер» с серверной
АРМ1. Лингвистическое обеспечение направленно на упрощение
взаимодействия пользователя с системой и, также, носит администрирующий
характер, поскольку все серверные команды SQL скрыты от пользователя.
15
Цель АРМ2 – моделирование физических процессов в разработанном
объекте проекта, также имитация возмущений на модель аппарата и принятие
решений о его пригодности как проекта и прохождении найденных результатов
на АРМ1 и оформлении в единый структурированный проект, содержащий
чертежи и спецификации с занесением соответствующих записей в таблицу
«Проекты» базы данных рассматриваемой САПР.
Обозначим некоторые требования, предъявляемые к техническому
обеспечению указанной САПР, соблюдение которых будет гарантировать
оптимальную работу системы не только в составе комплекса вычислений, но и
на уровне взаимодействия с пользователями. Основные требования:
- удобство использования инженерами-проектировщиками,
возможность оперативного взаимодействия инженеров с ЭВМ;
- достаточная производительность и объем оперативной памяти ЭВМ
для решения задач всех этапов проектирования за приемлемое время;
- возможность одновременной работы с техническими средствами
необходимого числа пользователей для эффективной деятельности всего
коллектива разработчиков;
- открытость комплекса технических средств для расширения и
модернизации системы по мере совершенствования и развития техники;
- высокая надежность, приемлемая стоимость
Своеобразным компромиссом в указанных выше критериях был выбор
обеспечений АРМ системы (см. приложение «Структурная схема») и числа
самих АРМ. В основе такого выбора легла логика системы, как обеспечение
серверной базы, так и клиентской части системы. Серверная база подразумевает
еще и обеспечение доступа администрирующего лица, разделение прав доступа,
редактирования содержимого БД, поэтому, помимо основного серверного
хранилища еще и оснащена АРМ в составе сети «клиент-сервер».
Что касается средств вывода информации, помимо дисплея мониторов еще
и представлены плоттер и принтер, поскольку САПР предполагает разработку
проектов в полном объеме, сопровождающемся помимо цифровых документов
еще и бумажными носителями.
16
Системные блоки терминалов АРМ выбраны исходя из задач решаемых
системой, согласно затрачиваемым вычислительным ресурсам в компромиссе с
временем разработки проекта и стоимостью оборудования.
Говоря о модели САПР в целом, она представляет собой взаимодействие
двух АРМ: сервера и клиента. Над сервером стоит администрирующее АРМ,
контролирующее доступ и редактирование содержимого таблиц базы данных.
Клиентское АРМ осуществляет расчетную и проектирующую функции
САПР. Структурная схема отражена в приложении «А. Структурная схема
САПР».
1.5. Описание схемы работы САПР
Стоит отметить, что схема напрямую отражает работу и взаимодействие
указанных подсистем планируемой САПР, как:
1) Подсистема расчета камеры окисления и двигателя нагнетателя;
2) Подсистема расчета выпускающего устройства;
3) Подсистема расчета горелки и трассировки оборудования подвода и
отвода энергии;
4) Подсистема расчета конструкции и стоек;
5) Подсистема моделирования процесса сгорания;
6) Подсистема работы с проектами.
Поскольку логика системы предполагает направленность на обеспечение
быстроты расчетов и общую максимальную разгрузку САПР, а также, наличие и
постоянное сопровождение архива баз рассчитанных проектов, было
предложено искать возможные решения в уже имеющихся проектах. Такой
подход, при проведении адаптивного планирования новых проектов сократит
общее время разработки и сдачи проекта. Исходя из сказанного выше,
предполагается вести следующие режимы работы САПР:
1) Режим администрирования базы данных проектов;
2) Режим ведения адоптивного планирования проектов из
имеющихся в базе данных;
3) Режим полного расчета аппаратуры и несущих элементов
конструкции;
17
4) Режим моделирование, включающий как проверку проекта на
его пригодность в рамках расчетов и требований безопасности, также, для
демонстрации имеющихся моделей потенциальным заказчикам, ведения
отчетности или планирования.
Указанные режимы работы на каждом из своих уровней предполагают
двустороннее взаимодействие с соответствующих им по данным расчетов
таблицами базы данных.
Задача поиска оптимального конструкционного и технологического
решения предполагает выполнение в одном вычислительном потоке, что нашло
отражение в общей схеме работы САПР, т.к. остальные вычислительные
подсистемы полностью зависят от результатов работы указанной. Что же
касается решений других задач – могут быть построены в параллельных потоках
вычислений, что, безусловно, сократит общее время расчетов.
Стоит отметить нелинейность САПР в целом, т.к. на каждом из
результирующих этапов вычислений производится проверка найденных
решений и, в случае непригодности последних, производится перерасчет с
определенной отправной точки схемы работы.
Подсистема моделирования функционирует отдельно и работает на
основной математической модели полета частицы с фиксированными
параметрами конструкции. Моделирование также применяется и для общей
оценки проекта в целом, полученного после компиляции всех вычислений
указанной САПР. Также предполагает возврат на предыдущие отправные точки
расчетов для исключения ошибок конструкции и технологических процессов в
разработанном продукте.
Как и было сказано, в текущей работе, ввиду сложности реализации
общей задачи, реализованы математически и отражены в ПО пункты поиска
оптимального решения, работы с БД, генерации отчета, некоторые модули
визуализации, что отразилось в схеме работы САПР, где более подробно
рассмотрены блоки, реализуемые в текущей работе, остальные же, обозначены в
общем и планируются, как интеграция готовых подсистем.
Схема работы САПР отражены в приложении «Б. Схема работы САПР».
18
2. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ НЕАВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИХ АВТОМАТИЗАЦИЯ
Обозначим основные этапы разработки проекта установки получения
энергии из биомасс при неавтоматизированном проектировании. Весь процесс
проектирования, логически, можно разделить на блоки согласно физическим
частям установки, соединение которых ведется последовательно, где
правильность работы звена схемы гарантируется лишь правильной работой
предыдущего звена устройства. Рассмотрим соответствующие этапы и
подзадачи, решение которых и обеспечит правильное функционирование САПР:
1) проектирование камеры сгорания биомассы:
- проектирование выпускающего устройства пеллетов;
- расчет распределителя подачи топлива;
- проектирование камеры: расчет ее диаметра и согласование со
стандартами деталей;
- расчет стенок блока окисления биотоплива;
2) выбор устройства нагнетателя частиц топлива:
- расчет моментов и сил;
- кинематический расчет нагрузки;
- выбор номинала двигателя нагнетателя;
3) решение задачи подвода и отвода энергии:
- расчет устройств горелок;
- трассировка линий отвода тепла;
4) конструкционные расчеты;
- расчет стенок корпуса камеры;
- расчет опор;
- компоновка электрооборудования и системы контроля;
5) работа с архивом документации:
- занесение по дате и исходным данным от заказчика проекта,
представляющего проектную документацию и чертежи;
- выборка, если это необходимо, по рассчитанным параметрам
необходимого проекта, для исключения перерасчета по модели;
19
6) оформление проектов по ГОСТ с перечислением
спецификации и чертежами, схемами компоновки и линиями трассировки.
Как видно, исходная задача довольно сложна, тем более, при учете
математического обеспечения представляющего систему дифференциальных
уравнений, практически нереализуема в условиях ручного
неавтоматизированного проектирования и, особенно, подробного
моделирования. К тому же многие операции, практически, сведены к
автоматическим, как например, генерация отчетов или же работа с базами
данных параметров. Такая автоматизация позволит более быстро оперировать в
условиях цифровой техники и содержания системы электронного
документооборота, нежели поддержания бумажного архива, что сильно ускорит
и облегчит процесс разработки объекта проектирования.
Необходимо также и визуализировать некоторые данные, для облегчения
понимания информации операторам АРМ, что уже категорически невозможно
без использования вычислительной техники
Таким образом, установлена актуальность указанной системы САПР с
точки зрения неавтоматизированного проектирования, как довольно сложного
процесса.
Описанная выше последовательность операций проектирования влияет
логически на рассмотрения общей САПР как набора неких модулей подсистем,
реализующих логически сходные по общим целям задачи и оформленных
физически в виде автоматизированных рабочих мест (АРМ).
Стоит также отметить сложность поставленной задачи в виду
трудоемкости разработки САПР, необходимых на это вычислительных и
временных ресурсов, вследствие чего, в указанном дипломном проекте
реализована лишь часть операций из перечня выше. Таким образом, решены
проблемы п.1,2,5,6 с точки зрения математики и программной реализации.
Логически и системно решены все задачи, что находит отражение как в
структурной, так и в функциональной схемах на уровне обмена данных,
взаимодействии друг с другом как подсистем.
20
3. ОПИСАНИЕ ОБЕСПЕЧЕНИЙ САПР
3.1. Информационное обеспечение
Представление данных проектируемой САПР в логическом пространстве
сервера СУБД в виде «списков», «деревьев» и других моделей не является
рациональным в указанной работе: их реализация усложнит и замедлит доступ к
данным, построение выборок, конкатенации и т.д. Поэтому, в качестве
хранилищ параметров необходимых при расчете и формировании документации
по комплектуемому оборудованию используется табличный тип базы данных.
Таблицы имеют простую и удобную логическую реализацию и наглядное
представление данных для операторов САПР при их администрировании,
редактировании или замещения, формировании выходной документации,
которая, в частности, тоже отражается в виде таблиц спецификаций.
База данных указанного типа включает набор объектов преимущественно
одного класса с единым набором характеризующих такие объекты полей.
Совокупность полей представляет записи по которым, в ходе функционирования
САПР, осуществляется выборка данных.
Логика подбора объектов хранения данных и их конкретных свойств
исходила из целей проектируемой САПР, ее задач и для обеспечения
функционирования подсистем: расчетов и корректной выдаче результатов.
Т.к. объекты данных САПР имеют некоторую взаимную связь,
использовался инструмент ведения ключевых полей: первичных «primary» и
вторичных «foreign». Такой подход, при обеспечении каскадного обновления
данных при редактировании, добавлении или удалении записей, позволит
избежать переполнение данных, либо же их потерю в ходе работы САПР и
взаимодействии системы с пользователем. Ведение ключей позволяет, в итоге,
экономить адресное и логическое пространство оборудования серверной АРМ
рассматриваемой САПР.
Программное обеспечение СУБД для информационного обеспечения
представляет MySQLServer – один из наиболее распространенных продуктов
СУБД. Кроме того, указанный продукт легко масштабируем и имеет модули для
взаимодействия с серверами использующими технологию протоколов FTP.
21
Такие модули позволяют на уровне СУБД производить выборки и каскадное
обновление содержимого файлов сервера.
Информационное обеспечение САПР состоит из нескольких таблиц и
отражено в приложении даталогической модели (см приложение
«Даталогическая модель»).
Дадим характеристику по каждой из таблиц:
1) Таблица «Нагнетатели».
Содержит поля однозначно определяющие параметры двигателей
нагнетателей:«Маркировка двигателя нагнетателя», «Расход воздуха»,
«Номинальное напряжение питания», «Мощность», «Номинальное давление»,
«Габариты», «Масса» и «FTP адрес документации». Является неким ответом
расчетов по мощности и номинального расчета подбираемого двигателя.
Необходима для формирования спецификации при генерации
выходной документации.
2) Таблица «Камеры сгорания».
Как и таблица нагнетателей содержит основные параметры камер
окисления, что позволяет компоновать конструкционные решения по
нахождению оптимальных устройств камер в готовые строки таблицы
спецификации на выходе САПР. Имеет следующие поля: «Маркировка камеры»,
«Объем», «Диаметр», «Материал», «Номинальное давление», «Масса» и «FTP
адрес документации».
Маркировка камеры также заносится в спецификацию на выходной
проект. Таблица используется в блоке выбора оборудования. Не является
расчетной таблицей, но отражает результаты решения задач поиска
конструкционных параметров проекта.
3) Таблица веществ.
Имеет также внешний ключ по полю «Тип вещества» и содержит данные о
параметрах элементарных частиц для каждого пеллета, что необходимо в ходе
расчета и ведения решения оптимальной задачи. Поля имеют следующее
содержание: «Тип вещества», «Масса», «Плотность», «Радиус». Служит
исключительно расчетной таблицей. Также, данные из таблицы веществ имеют