Исследование и разработка методов автоматизированного создания металоконструкций контейнеров

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

ВВЕДЕНИЕ

Металлоконструкции играют главную роль во всех сферах современного мира, особенно велика она в машиностроении и строительной индустрии. В машиностроении конструкции из металла являются безусловной основой на 90%, а в строительстве используются как несущие элементы в каркасах строительных объектов, перекрытиях, обшивках и кровлях. Понятие металлоконструкций включает в себя большое количество составляющих: детали, изделия и целые инженерные сооружения из различных элементов. В зависимости от области применения они выполняются из стали, алюминия, цветных металлов и их сплавов. Различают закладные, сборные и стационарные, а также изменяемые металлоконструкции, выбор которых производится в зависимости от планируемых условий использования и особенностей конструкции или строения.

Классификация изделий выполняется в зависимости от способа их изготовления: литье, ковка, клепка, штамповка, сварка или обработка на токарных станках, а также комбинация способов обработки. Вне зависимости от материала и способа изготовления металлоконструкций, их производство и дальнейший монтаж представляют собой процессы с высокой технологической составляющей, которую могут обеспечить только компании с большим опытом работы и подбором высококвалифицированных специалистов. Помимо изготовления и монтажа готовых конструкций, большую роль в их сохранности и безаварийной эксплуатации играет грамотная защита металла, подверженного коррозионным процессам. В отличие от стальных, конструкции из сплавов алюминия не подвержены коррозии, имеют небольшой по сравнению со стальными элементами вес и более высокие декоративные свойства. При этом сохраняется высокая технологичность их монтажа и небольшая стоимость изготовления и прочих работ. Единственным недостатком алюминиевых металлоконструкций является умеренная степень их прочности, что предполагает использование изделий в основном в качестве ограждений, отделочных элементов строений, изготовления временных строительных объектов.

Преимущества металлоконструкций, используемых в строительстве в сравнении с традиционными железобетонными:

- небольшой вес;

- простое изготовление и возможность серийного выпуска;

- легкий монтаж и возможность демонтажа крупными блоками;

- удобство транспортировки от завода-изготовителя к строительному объекту;

- прочность, надежность и длительность эксплуатации.

Направления, по которым развивается научно-технический прогресс, разделяется на три этапа:

- повышение эффективности конструктивных форм строительных конструкций и сооружений;

- создание производительной механизированной автоматизированной технологии для увеличения производительности труда;

- увеличение уровня механизации сборки, разработка усовершенствованных методов поточного и блочного монтажа.

В данном диссертационном исследовании рассматриваются следующие вопросы:

- анализ методов и систем автоматизированного проектирования металлоконструкций;

- разработка методики создания металлоконструкции контейнеров;

- применение методов инженерного анализа металлоконструкций контейнеров.

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ

При строительстве различных сооружений и зданий широко используются металлоконструкции. Низкая стоимость изготовления металлических конструкций и быстрый ввод в работу обеспечивается высокой плотностью и прочностью металла, надежностью сборки элементов и возможностью легкой сборки и разборки, маленьким весом, низкой ценой на арматуру. Для устранения недостатков сооружений и зданий из стали в виде коррозии требуется покраска, оцинковывание, покрытие полимерными составами и применение других защитных методов.

Металлические конструкции разделяются по следующим критериям: по размеру, весу, конфигурации, принципу действия и методу изготовления. Применяются металлоконструкции в различных областях, таких как: каркасы зданий, покрытия на больших пролетах, обшивка стен.

1.1 Классификация металлоконструкций

Основная классификация металлоконструкций подразделяется:

- строительные металлоконструкции: арматурные сетки, каркасы зданий, листовые сплошностенчатые конструкции, высотные сооружения;

- ограждающие конструкции (панели, ворота), колонны;

- обслуживающие конструкции.

Строительные каркасы зданий применяются во всех видах сооружений со значительной высотой, пролетами и нагрузками. Основу таких металлоконструкций составляют колонны сплошностенчатые двутавровые, решетчато-пространственные, ригели в виде балок и стропильных ферм. Каркасы зданий выполняют из железобетона или кирпичных столбов. Стальной каркас применим при строительстве промышленных и гражданских зданий.

Каркас здания - это главный вид конструкций. На сегодня конструкции разделяются на:

- сооружения, образованные системой стоек и балочных сооружений, которые применяются при строительстве промышленных и гражданских сооружений с максимальным внутренним простором. Вследствие чего обеспечивается свободная планировка;

- сооружения, образованные системой несущих стен, а именно фасады, которые располагаются параллельно направлению свободных плит, являются самонесущими или навесными;

- сооружения, образованные системой несущих фасадов являются конструкциями покрытия, опирающимися на внутренние и наружные несущие фасады. Плиты перекрытия кладут только в поперечном направлении, а также возможно применение смешанных типов схем.

Ограждающие конструкции не несут основных нагрузок, а только защищают внутреннее помещение здания. В состав ограждающих конструкций входят стены, перекрытия, перегородки, служащие для ограничения здания. Они делятся на внешние и внутренние. Внешние препятствуют влиянию различных климатических факторов, а внутренние разделяют и перепланировывают внутреннее пространство здания.

Обслуживающие конструкции предназначены для обеспечения безопасности строителям при эксплуатации сооружений.

Среди других строительных металлоконструкций выделяют подкрановые балки, элементы бункерных и разгрузочных эстакад, балки площадок, монорельсы. К высотным сооружениям относятся конструкции с опорами. К составу металлургических конструкций относятся кожух доменной печи, воздухонагреватели, пылеуловители.

Основная задача строительства - отыскание новых оптимальных и конструктивных форм сооружений, зданий и их элементов. Для того чтобы повысить эффективность металлоконструкций, нужно снизить трудоемкость при возведении сооружений.

Серийный выпуск металлоконструкций влечет за собой максимальную унификацию элементов, блоков, а также готовых сооружений. Поэтому современное производство металлических конструкций требует существенного изменения, с одной стороны, общих схем сооружений, а с другой изменения формы элементов и типов соединений, которые должны быть не только технологичными в изготовлении и монтаже, но также соответствовать современному способу производства.

В современных условиях важное значение приобретает возможность комплектной поставки конструкций зданий, возводимых под ключ. Технологические требования, которые влияют на выбор тех или иных металлоконструкций, в разных отраслях экономики различные. В настоящее время наибольшее распространение получили стальные и алюминиевые конструкции. Благодаря высоким механическим характеристикам и однородности структуры сталь применяют в сооружениях с повышенными нагрузками или в высотных зданиях и сооружениях. В строительстве легких металлоконструкций свое применение нашли конструкции из алюминия. Однако из-за дороговизны и дефицитности металла из конструкции из стали и алюминия применяют в основном в тех случаях, когда они экономически значительно выгоднее железобетонных.

1.2 Этапы проектирования металлоконструкций

Проектирование строительных металлоконструкций - это процесс разработки документации необходимой для создания металлоконструкции. На этапе проектирования определяются основные параметры сооружения, его конструктивные особенности, которые оказывают влияние на стоимость и сроки возведения здания из металлоконструкций. Например, исполнение монтажных узлов металлоконструкций на болтовом соединении или на сварке, применение проката из углеродистой стали (Ст3, С345) или низколегированной (09Г2С).

Проектирование металлоконструкций выполняется в два этапа:

Первый этап - разработка проектной документации стадии КМ (конструкции металлические). На этом этапе определяются конструктивные решения несущего каркаса здания, они увязывается с архитектурными, технологическими решениями проектируемого здания, с конструктивными решениями железобетонных конструкций. На этом же этапе производится, как показано на рисунке 1.1, сбор нагрузок, статистические и динамические расчеты, выполняются пояснительная записка, чертежи, монтажные схемы, составляется техническая спецификация металла, приведена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.1 - Проектная документация стадии КМ

Рисунок 1.2 - Техническая спецификация металла

Второй этап - разработка рабочей документации для изготовления строительных металлоконструкций - КМД (конструкции металлические деталировочные чертежи). На рисунке 1.3 показаны чертежи стадии КМД.

Рисунок 1.3 - Проектная документация стадии КМД

Чертежи стадии КМД делаются на основе проекта стадии КМ, с учетом технологических особенностей, оснащения и возможностей завода производителя металлических конструкций.

1.3 Системы проектирования металлоконструкций

В настоящее время невозможно представить проектирование металлоконструкции без помощи современных компьютерных программ, так как Advance Steel, КОМПАС-3D, AutoCAD c приложением СПДС GraphiCS, применение проектных программных комплексов имеет ряд преимуществ:

- скорость разработки;

- построение наглядных пространственных моделей;

- автоматическое создание чертежей, спецификаций и.т.д.

Для разработки изделия применялся нисходящий способ: от сборочной конструкции к трехмерным моделям составляющих ее компонентов, далее к разработке конструкторской документации (КД), инженерным расчетам, а затем к разработке технологической документации (ТД).

Для более производительной работы с конструкцией использовалось ее каркасное представление, которое включается в сборку, определяет структуру, пространственные требования и ограничения, состыковку элементов и другие характеристики конструкции, которые в дальнейшем будут использованы при разработке ее компонентов. Каркасную модель можно применять и для анализа перемещений компонентов в сборке, задавая привязки их размещения к модели.

Чертежи на сборочные единицы и детали, а также спецификации генерируются автоматически на основе заранее созданных шаблонов.

Создание чертежей деталей и сборочных единиц в полном соответствии с ЕСКД входит в базовые возможности указанных САПР. На каждый компонент конструкции вводятся данные, связанные двунаправленной ассоциативной связью с моделями сборки, деталей и чертежами. Могут быть добавлены дополнительные данные, не связанные с трехмерной моделью, например информация о материалах, технические условия и т.п.

Спецификации, автоматически формируемые по выбранному шаблону, также связаны с моделями двунаправленной ассоциативной связью. Редактор шаблонов позволяет создавать как спецификацию по любому варианту ГОСТ, так и собственные типы отчетов.

В процессе подготовки к производству часто приходится вносить изменения в конструкцию изделия, а значит -- и в необходимые для его изготовления технологическую оснастку, пресс-формы, КМД, управляющие программы для оборудования с ЧПУ. Оптимальность процессов внесения изменения непосредственно влияет на сроки и качество проектирования. Схема проведения изменений в 3D-модели и в конструкторскую документацию совпадает со схемой разработки изделия: изменение данных происходит от компоновки к трехмерной модели, далее -- к конструкторской документации, к результатам расчетов и к технологической документации. Принципы используемого в работе нисходящего проектирования обеспечивают высокий уровень автоматизации проведения изменений.

Металлоконструкции зачастую являются основой сооружения, которая должна воспринимать все нагрузки воздействующие на объект. Если в элементах металлоконструкций возникли напряжения, превышающие предел текучести металла, происходит их разрушение. Такие случаи иногда происходят. Разрушения металлоконструкций порой приводят даже к гибели людей. Именно поэтому проектирование металлоконструкций является весьма ответственным этапом, на котором закладываются нормативные запасы прочности.

Проект создается на основе нормативов ГОСТ и СНиП, при этом производится не только расчет металлоконструкций, но и, как правило, проектирование архитектурно-строительной части. В процессе работы на всех этапах проект должен согласоваться с заказчиком, чтобы избежать возможных ошибок и недоразумений. Работы по созданию проекта также включают в себя подготовку всех необходимых документов, в том числе для контролирующих органов. Кроме того, чертежи металлических конструкций должны создаваться с учетом технологических возможностей подрядной организации. Правильный подход позволит найти оптимальное соотношение цены и качества за счет использования недорогих материалов, которые при этом будут обладать всеми необходимыми характеристиками. Качество конечного изделия зачастую зависит от того, как было выполнено проектирование металлоконструкций, а не от цены материалов.

Неважно, каким целям служит металлическая конструкция, будет ли она каркасом здания или простой оградой, без грамотного проекта высок риск получить некачественное изделие. Именно поэтому расчет металлоконструкций должен выполняться профессионалами своего дела, имеющими богатый опыт в данной области. Только при таком подходе можно гарантировать их надежность и долговечность.

Для проектирования металлоконструкций используются специализированные системы автоматизированного проектирования:

1. Система автоматизированного проектирования металлоконструкций Advance Steel от Graitec может успешно применяться для разработки чертежей стадии АС / КМ сложных пространственных конструкций. Преимущества программы заключаются в автоматизированном получении комплекта чертежей и ведомостей марок АС/КМ, интеграции с системами инженерного анализа (в том числе с популярными в России системами Robot Structural Analysis, SCAD и Лира), исключающими повторный ввод данных, а также в возможности обмена данными с другими системами для строительного и промышленного проектирования: Autodesk Revit, AVEVA PDMS, Intergraph SP3D и PDS, CEA Plant 4D и др., для разработки чертежей стадии КМД любых конструкций, для одностадийного проектирования (КМ / КМД) строительных металлоконструкций любой сложности.

Преимущества программы заключаются в автоматизированном получении комплекта чертежей и ведомостей марки КМД, автоматизированном получении данных для подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ, интеграция с системами управления и планирования производства.

Возможности Advance Steel:

- профили переменного сечения - новый инструмент, с помощью которого можно создавать объекты с переменным сечением с учетом дополнительных условий на каждом сегменте (фиксированная или переменная длина, параллельность полок, и.т.д.); модернизация существующих параметрических узлов для работы с профилями переменного сечения; специальные ведомости и DSTV файлы;

- разделка кромок под сварку для прямых профилей, в том числе с обработками, включая круглые и прямоугольные сечения;

- новое хранилище узлов с новым пользовательским интерфейсом, улучшенной группировкой узлов, возможностью сохранять часто используемые узлы в избранное;

- улучшенная эргономика - настраиваемая палитра инструментов с возможностью сохранять в избранном часто используемые команды, удобная работа с коллизиями и результатами поиска с помощью фильтра, новая палитра инструментов для обработок и ускорения конструирования зданий; усовершенствованный обозреватель модели;

- настройка главного вида для отправочной марки позволяет более гибко управлять ориентацией объектов на чертежах;

- новые параметрические узлы и усовершенствованные макросы для лестниц и ограждений;

- усовершенствована работа с пользовательскими узлами, в том числе добавлена поддержка спецдеталей;

- локализация - условное обозначение узлов на чертежах в соответствии с ГОСТ 21.1101-2009, усовершенствованы стили чертежей КМ и КМД;

- обмен данными - усовершенствован BIM интерфейс (IFC, Revit); новый продвинутый механизм обмена данными со SCAD++.

Advance Steel создавался специально для профессионалов в области САПР, и если вам нужен мощный и легкий в использовании инструмент на основе технологии BIM, то Advance Steel как раз этот инструмент. Программа может полностью автоматизировать процесс создания рабочих чертежей, ведомостей и спецификаций марок КМ и КМД в соответствии с требованиями ГОСТ, а также данных для станков с ЧПУ. Advance Steel значительно повысит производительность и качество чертежей, и при этом существенно сократится риск возникновения ошибок. Advance Steel является частью BIM комплекса GRAITEC Advance.

Advance Steel позволяет ускорить процесс конструирования (как в одиночном, так и в коллективном режиме) и для этого инженеру предоставлен необходимый набор элементов строительных конструкций, параметрических интеллектуальных узлов и специальных инструментов для проектирования лестничных, ограждающих и других типов конструкций.

Advance Steel в автоматическом режиме формирует чертежи марок КМ и КМД и в них будут все необходимые виды и разрезы, а также размеры и маркировка. Advance Steel является частью комплексного решения GRAITEC на основе технологии BIM, позволяющего автоматизировать весь процесс строительного проектирования - от расчета до изготовления конструкции.

Построение точной модели очень важно, поскольку Advance Steel впоследствии на основании этой модели создаст всю необходимую документацию (рабочие чертежи, ведомости и спецификации, NC файлы и т.д.).

На первом этапе, Advance Steel предоставляет пользователю обширную библиотеку элементов строительных конструкций и функций моделирования:

- типовые рамы, связи, прогоны и т.д.;

- профили металлопроката;

- настилы;

- стальные конструкции (лестницы, ограждения, стремянки и т.д., включая узлы);

- гнутые пластины (в т.ч. конические и скрученные);

- сварные профили, гнутые профили, профили переменного сечения;

- инструменты редактирования пластин.

В зависимости от предпочтений пользователя и типа моделируемой конструкции Advance Steel может работать в 2D или 3D режиме. Программа поддерживает все базовые функции CAD (копирование, перемещение, привязки и т.д.).

На втором этапе, Advance Steel предлагает пользователю библиотеку настраиваемых автоматических узлов, примеры которых представлены на рисунке 1.4. Этим вы значительно увеличите скорость и эффективность конструирования соединений.

Рисунок 1.4 - Автоматические узлы из библиотеки Advance Steel

Advance Steel производит автоматическую нумерацию элементов. Через диалоговые окна пользователь может задать префикс нумерации, метод, начальный номер и приращение. После этого Advance Steel переходит к итоговой проверке: проверка на взаимопересечения элементов (коллизии), доступность инструментов при монтаже, согласованность нумерации элементов (изготовление, доставка и сборка). На рисунке 1.5 показано, что Advance Steel включает в себя новую адаптивную технологию, которая автоматизирует и значительно ускоряет процесс создания узлов.

Рисунок 1.5 - Создание узлов в Advance Steel

Создавая соединение, Advance Steel анализирует внутреннюю среду и если распознает, что подобная ситуация встречалась ранее, предлагает оптимальное соединение в заданной категории, принимая во внимание его структурную целостность.

Теперь Advance Steel может автоматически рассчитывать наиболее распространенные типы узлов. Для того чтобы спроектировать соединение пользователю необходимо лишь задать усилия и Advance Steel быстро выполнит расчет. При этом в модель автоматически вставляются корректные типы и количества болтов, толщины пластин и т.д. и выводится отчет о выполненных вычислениях.

Advance Steel - единственное программное обеспечение для проектирования металлических конструкций, которое облегчает работу с листовыми материалами. Достаточно двух щелчков мыши для того, чтобы создать элемент, например, коническую поверхность между двумя 3D объектами CAD (окружность, прямоугольник и т.д.) или между двумя трубами разного диаметра.

Advance Steel предоставляет эффективный и надежный инструмент многопользовательской работы:

- увеличение быстродействия при работе с большими моделями (все пользователи работают с одним DWG файлом;

- визуальный контроль (инструмент для отображения только выбранных элементов);

- гибкость (возможность создания узла между элементами, смоделированными разными пользователями);

- надежность (элемент, заимствованный одним пользователем, не может одновременно редактировать другой);

- информированность (сообщения в реальном времени об изменениях в модели);

- многопользовательский режим работы доступен в пакете Advance Steel Premium.

После того, как построение модели закончено, AdvanceSteel предлагает широкий набор автоматизированных функций для создания монтажных схем и планов, чертежей отправочных марок, общих видов и деталировочных чертежей. В распоряжении пользователя готовый набор шаблонов всех необходимых форматов (от А4 до А0). Чертежи создаются в виде отдельных DWG файлов, связанных с моделью, при этом автоматически проставляются размеры и наносится маркировка. Необходимое оформление чертежей может быть настроено в соответствии с требованиями пользователя при помощи диспетчера стилей чертежей, диалоговое окно которого показано на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 - Окно диспетчера

Чертежи марки КМ:

- автоматическое создание изометрических видов на основании модели с широкими возможностями маркировки;

- чертежи общих видов (планы, разрезы, виды, фрагменты) с возможностью автоматической простановки размеров и нанесения маркировки;

- функция автоматизированного создания отдельных видов в ряде частных случаев (сложные детали, опирание колонны и т.д.);

- гибкость в выборе средств управления отображением

Чертежи марки КМД:

- создание чертежей отдельных деталей и отправочных элементов, как показано на рисунке 1.7;

- автоматизированное создание чертежей при помощи процессов;

- все элементы автоматически образмериваются и маркируются в соответствии с требованиями пользователя;

- размерные линии могут быть относительные (от общей базы), последовательные (цепочкой) и ординатные;

- функции создания разверток;

- автоматическое создание необходимых разрезов.

Рисунок 1.7 - Чертеж отправочной марки и отдельных деталей.

В Advance Steel есть функции для проверки корректности построения модели металлической конструкции: поиск взаимных пересечений элементов модели (коллизий), проверка параметров объектов Advance Steel.

	Создание сеток координационных осей
	Построение профилей, пластин, структурных элементов
	Обработка профилей и пластин
	Элементы Advance с узлами соединения
	Добавление других соединительных элементов
	Проверка пересечений корректности элементов.

Таблица 1.1 - Последовательность создания 3D модели Advance Steel

В таблице 1.1 приведена примерная последовательность создания 3D модели Advance Steel.

Advance Steel ускоряет процесс конструирования (в одиночном и коллективном режиме), предоставляя инженеру необходимый набор элементов строительных конструкций, параметрических интеллектуальных узлов и специальных инструментов для проектирования лестничных, ограждающих и других типов конструкций.

Advance Steel автоматически формирует чертежи марок КМ и КМД со всеми необходимыми видами и разрезами, а также размерами и маркировкой. Advance Steel является частью комплексного решения GRAITEC на основе технологии BIM, позволяющего автоматизировать весь процесс строительного проектирования - от расчета до изготовления конструкции.

Весь набор инструментальных средств обеспечивает быстрое и эффективное моделирование. Построение точной модели очень важно, поскольку Advance Steel впоследствии на основании этой модели создает всю необходимую документацию (рабочие чертежи, ведомости и спецификации, NC файлы и т.д.).

На первом этапе, Advance Steel предоставляет пользователю обширную библиотеку элементов строительных конструкций и функций моделирования.

На втором этапе, AdvanceSteel предлагает пользователю библиотеку настраиваемых автоматических узлов (более 300 узлов).

После того, как построение модели закончено, AdvanceSteel предлагает широкий набор автоматизированных функций для создания монтажных схем и планов, чертежей отправочных марок, общих видов и деталировочных чертежей. В распоряжении пользователя готовый набор шаблонов всех необходимых форматов (от А4 до А0). Чертежи создаются в виде отдельных DWG файлов, связанных с моделью, при этом автоматически проставляются размеры и наносится маркировка. Необходимое оформление чертежей может быть настроено в соответствии с требованиями пользователя при помощи Диспетчера стилей чертежей.

Автоматическое создание изометрических видов на основании модели с широкими возможностями маркировки. Чертежи общих видов (планы, разрезы, виды, фрагменты) с возможностью автоматической простановки размеров и нанесения маркировки. Функция автоматизированного создания отдельных видов в ряде частных случаев (сложные детали, опирание колонны и т.д.). Гибкость в выборе средств управления отображением [18].

2. КОМПАС-3D - система автоматизированного проектирования

КОМПАС является системой автоматизированного проектирования проектной документации, а также ее оформления согласно стандартам единой системы конструкторской документации (ЕСКД). Разработан российской компанией «АСКОН».

Поставляющаяся в одном из двух вариантов КОМПАС-График и КОМПАС-3D, данная система предназначена соответственно для двухмерного черчения и пространственного проектирования.

КОМПАС-График может входить в состав КОМПАС-3D в качестве модуля для работы с эскизами и чертежами, а может использоваться самостоятельно, полностью выполняя задачи двухмерного проектирования и создания соответствующей документации.

Система полностью поддерживает стандарты ЕСКД, при этом все ассоциативные виды пространственных моделей (включая разрезы и сечения, а также различные виды - местные, с разрывом, по стрелке, и пр.) автоматически генерируются КОМПАС-График, а все изменения в модели автоматически изменяются на чертеже. Шаблонные виды создаются в проекционной связи программой автоматически. Все данные чертежа (такие как геометрические размеры, наименование, масса и пр.) полностью синхронизированы с данными трехмерной модели. Входящее в систему огромное количество библиотек объектов, автоматизирует выполнение всевозможных специализированных задач.

Предназначенная для построения объемных ассоциативных моделей как изолированных узлов, так и полностью сборочных единиц, КОМПАС-3D помимо оригинальных, содержит стандартизированные конструктивные элементы. На основе спроектированного один раз прототипа можно быстро создавать модели самых различных типовых изделий.

Базирующаяся на разработанном АСКОН оригинальном ядре, система КОМПАС-3D дает возможность:

- импортировать геометрию изделия во внешние расчетные пакеты;

- передавать геометрию в пакеты управляющих программ различного оборудования с ЧПУ;

- импортировать либо экспортировать созданные модели благодаря поддержке форматов SAT, IGES, XT, VRML, STEP.

Моделировать изделия в КОМПАС-3D можно используя уже готовые компоненты («снизу вверх») либо создавая компоненты в контексте конструкций («сверху вниз»), либо комбинируя эти два способа. Такой подход обеспечивает легкую модификацию получаемых моделей.

Системе присуща функциональность, ставшая типовой для всех САПР подобного уровня:

- булевы операции со стандартными формообразующими элементами;

- построение поверхностей любых типов;

- ассоциативное назначение параметров элементов;

- создание различных вспомогательных элементов, создание эскизов и всевозможных пространственных кривых (всевозможных спиралей, ломаных сплайнов и т.д.);

- конструирование ребер жесткости, фасок, отверстий, скруглений, тонкостенных оболочек и прочих конструктивных элементов,

облегчающие построение различных литейных форм (литейных уклонов, линий разъема, полостей) специальные возможности;

- набор всех необходимых инструментов для создания различных деталей и их элементов из листового материала, а также сгибов, отверстий, штамповок, жалюзи, буртиков, различных вырезов, замыкания узлов, а, кроме того, дает возможность выполнять развертки в созданном листовом теле с возможностью формирования его ассоциативного чертежа;

- построение практически любых массивов для компонентов сборки,

создание пользовательских библиотек или вставка их в модель из уже имеющегося готового набора;

- взаимное размещение деталей, входящих в состав устройства, а также моделирование всей сборки;

- наложение всевозможных сопряжений на элементы сборки, а имеющаяся возможность их автоматического наложения способна значительно увеличить скорость построения сборки;

- быстрое обнаружение взаимопроникающих деталей;

- специальные средства, упрощающие работу с большими конструкциями;

- возможность быстрого редактирования не только отдельных деталей, но и всего проекта в целом при помощи характерных точек;

- изменение на любом из этапов проектирования параметров элемента, вызывающее перестроение сразу же всей модели;

- создание таблиц переменных в графических документах и моделях.

Для выполнения расчетов и анализа создаваемых изделий, системой КОМПАС 3D могут использоваться следующие модули:

- кабели и жгуты 3D - приложение САПР КОМПАС-3D, основное предназначение которой - автоматизировать процесс 3D моделирования электрических кабелей и жгутов, а также создание документации на данные изделия.

Применение системы возможно в следующих областях:

- приборостроение (как межприборный, так и внутриприборный монтаж), включая космическое или авиационное приборостроение;

- машиностроение (монтаж различных видов цепей - силовых, управляющих и прочих), включая автотракторную и судостроительную промышленность;

- создание зданий и сооружений (для проводки различных кабелей внутри них).

Система имеет следующие возможности:

- формирование в автоматическом либо полуавтоматическом режиме трасс для пространственной прокладки в проектируемых изделиях кабелей и жгутов;

- автоматизированное расположение кабельных частей соединителей по их блочным или приборным частям;

- автоматизированное создание объемных моделей кабелей, учитывая при этом количество и диаметр проложенных по трассам проводников;

- автоматизированное создание в местах поворота трассы всевозможных скруглений, при этом программа автоматически рассчитывает условный диаметр кабеля ветви жгута;

- автоматизированное создание сборочных чертежей жгута или кабеля;

- автоматизированной создание уточнений к чертежам с вычислением длины всех проводников, а также количество всевозможных материалов;

- автоматизированная простановка на готовом чертеже всех позиционных обозначений;

- автоматизированное создание специфических объектов типа «сборочная единица» для любых видов жгутов или кабелей.

Базой данных для проводов и кабелей могут быть специальные текстовые файлы, входящие в состав приложения либо импортироваться из библиотеки материалов и сортаментов. Размеры, указанные на чертеже соответствуют размерам кабелей или жгутов, измеренным по координатам их моделей. При этом дополнительно учитывается общая длина всех проводников, включая запасы на монтаж или провисание, задаваемые пользователем еще в процессе формирования трасс.

Как созданный документ, так и трехмерная модель являются документами КОМПАС-3D и могут редактироваться либо дорабатываться пользователем вручную. Для открытия и редактирования эти документы могут передаваться на рабочие места, на которых система кабели и жгуты 3D может быть и не установлена.

Конструирование трубопроводов возможно как в ручном, так и в автоматическом или полуавтоматическом режимах. В ручном режиме возможно построение отдельных труб с сегментами, либо непрерывной трубы с заданными радиусами изгибов в поворотах трубы.

В автоматическом режиме построение происходит по объединяющим в себе несколько магистралей трассам, каждая из которых может объединять сразу несколько траекторий. Использование этого режима позволяет автоматически строить трубопроводы по траекториям, входящим в трассы, устанавливать тройники и отводы, а также выполнять разделку углов на выбранных стыках труб.

В полуавтоматическом режиме построение трубопровода осуществляется по сегментам траектории. При этом имеется возможность расстановки отводов, а также выполнение разделки углов выбранных стыков труб.

Применение библиотеки дает следующие возможности:

- размещения элементов, с заданием каждому из них конкретного типа сопряжения;

- построение на трубах врезок самых разных типов;

- выполнение разделки углов выбранных стыков труб;

- перестановка торцов труб;

- редактирование диаметра и толщины стенок построенных труб.

3. КОМПАС-pring - система расчета и конструирования упругих элементов.

Применение модуля КОМПАС-Spring дает возможность выполнения как проектных, так и проверочных расчетов всех видов цилиндрических винтовых пружин на растяжение и сжатие. Кроме того, возможно выполнение аналогичных расчетов для пружин кручения и тарельчатых пружин. Результаты расчетов сразу же могут быть переведены в графический вид, создавая чертежи пружин, содержащие не только внешний вид, но и технические требования, диафрагмы усилий и деформаций, а также быть представлены в объемном виде.

Несмотря на то, что расчет выполняется при минимальном количестве исходных данных, программой гарантируется получение всех необходимых разработчику параметров при минимальной массе.

В ходе расчета возможно варьирование параметрами пружины с целью получения наилучшего варианта. При конкретном наборе исходных данных предлагается множество вариантов пружин, которые как можно более точно соответствуют требуемых критериям прочности и удовлетворяют изначально заданным условиям. Результаты расчетов можно либо сохранить, либо распечатать.

Создавая чертежи пружины можно также выбирать типы зацепов, автоматически наносить на них размеры, а также строить в автоматическом режиме различные выносные виды, а также всевозможные диаграммы.

Плюсы и минусы КОМПАС-3D.

К плюсам можно отнести следующие свойства:

- программа очень легкая в изучении;

- представляет собой «электронный кульман»;

- данная программа разработана в нашей стране;

- удобное оформление чертежей любой сложности согласно нормам, установленным ЕСКД;

- имеются встроенные средства для трассировки трубопроводов, электрических кабелей, жгутов;

- имеется встроенный модуль для создания электрических цепей;

- система обладает широкими возможностями для параметризации объектов;

- наличие улучшенного 2D модуля;

- поддержка расчета упругих деталей;

- наличие справки;

- легкий и довольно удобный интерфейс.

Среди минусов отмечают:

- затрудненное переобучение на другие, особенно «тяжелые» аналогичные системы;

- несмотря на то, что чертить довольно легко, проектировать значительно сложней;

- отсутствие кинематического, прочностного, температурного и частотного анализа;

- система спецификации до конца не продумана;

- крайне медленное развитие системы;

- нет возможности выполнять эргономические расчеты;

- весьма скромные возможности для создания фотореалистичных изображений;

- сложность и дороговизна модифицирования системы под собственные нужды;

- слабая система поверхностного моделирования;

- отсутствие инструментов для резервирования объемов;

- некоторые проблемы при импортировании моделей из других CAD.

На основании проведенного анализ можно сделать вывод, что Компас представляет собой прекрасное решение для автоматизирования процесса создания чертежей. Как показывает практика, данная система, по сравнению с аналогами, довольно проста для изучения, даже если пользователь до этого в своей работе использовал только кульман.

Проектирование металлоконструкций это трудный и наукоемкий процесс, требующий высокой квалификации инженеров.

Для проектирования металлоконструкций необходимо обладать большим количеством знаний. Для того, чтобы создать чертежи конструкций имеется штат специалистов, которые имеют богатую практику и профильное образование, что позволяет им использовать по максимуму возможности этих технологий. При проектировании учитываются мельчайшие детали как каждого элемента в отдельности, так и всей системы в целом. Большое внимание уделяется надёжности крепежа и прочности, потому что от этого зависит безопасность людей [6].

При проектировании используются компьютерные технологии CAD/CAM/CAE, что позволяет достичь максимального контроля качества продукции на всех этапах - от производства до монтажа металлоконструкций.

Однако проектирование заключается не только в создании стандартных и типовых решений, на которые уже имеются готовые наборы документации. Возможно, спроектировать нетиповую конструкцию [8].

4. AutoCAD с приложением «СПДС GraphiCS». Аббревиатура "СПДС" расшифровывается как "система проектной документации для строительства".

Существует ГОСТ Р 21.1001-2009 и содержит он правила оформления проектной и рабочей строительной документации.

После установки СПДС GraphiCS, на рабочем пространстве автокад появ-ляется панель инструментов, позволяющая выполнить такие функции, как:

- отрисовка отдельных координационных осей, ортогональных и полярных массивов;

- простановка и выравнивание отметок уровня;

- отрисовка различных типов выносок (позиционная, гребенчатая, многослойная и т.д.) с возможностью задания в тексте выноски специальных символов, таких как металлопрокат, катет сварного шва, уклоны, прописные и строчные буквы греческого алфавита;

- простановка обозначений видов, разрезов, сечений;

- указание технических требований и характеристик;

- отрисовка линейных, криволинейных линий обрывов и разрывов со скрытием части оборванной или разорванной геометрии;

- отрисовка граничной штриховки, теплоизоляции, гидроизоляции и границы грунта;

- простановка неразъемных соединений и отрисовка сварных швов различных типов (угловые, стыковые заводские и монтажные);

- простановка площади помещения с автоматическим определением ее значения по замкнутому контуру; маркировка помещения с возможностью получения экспликации помещений;

- отрисовка готовых форматов и таблиц по ГОСТ с возможностью их редактирования и создания пользовательских форматов и таблиц; конвертирование таблиц AutoCAD.

По результатам анализа можно сделать вывод, что СПДС GraphiCS является одним из лучших решений для оформления чертежей КМД, чертежи становятся аккуратными и правильными, а работа с этим приложением проста и удобна.

1.4 Методы проектирования металлоконструкций

Поскольку в качестве исполнителя в случае применения САПР выступает система «человек -- машина», в которую входят конструктор и вычислительная машина, требования к исполнителю представляют собой совокупность требований к ее составным частям.

К конструктору предъявляются следующие требования:

- владение используемыми программно-аппаратными средствами;

- владение доступными базами данных;

- соответствие уровню квалификации;

- владение заданием на разработку.

Вычислительная машина должна отвечать таким требованиям:

- аппаратная часть должна соответствовать необходимому уровню быстродействия;

- входить в локальную вычислительную сеть;

- быть подключенной к устройствам ввода вывода, хранения и обработки информации, соответствующим требованиям инфраструктуры.

Требования к инструментарию и инфраструктуре неразрывно связаны с применяемыми в конкретных системах автоматизированного проектирования организационно-техническими решениями. Поэтому целесообразно к каждому требованию приводить необходимые решения, посредством которых оно реализуется непосредственно в составе САПР или в виде дополнительного компонента инструментария либо инфраструктуры:

- автоматизированное хранение, воспроизведение, копирование результатов труда конструктора;

- электронный характер носителя (в виде файла);

- автоматизированный документооборот (файловое хранилище);

- автоматизация процесса проектирования: наличие на рабочем месте комплекта программного обеспечения и его соответствие выполняемым задачам;

- возможность совместной работы и совместного доступа к информации;

- объединение рабочих станций пользователей в локальную вычислительную сеть, единое, структурированное хранилище информации;

- совместимость версий программного обеспечения внутри локальной сети;

- единые правила (регламенты) создания и хранения элементов информации;

- возможность обработки и вывода информации на неэлектронные носители;

- системы вывода информации на печать (печатающие устройства -- принтеры и плоттеры);

- системы обработки бумажных носителей (сканеры и соответствующее ПО);

- возможность автоматизированного использования стандартных, покупных, заимствованных изделий: формирование информационного пространства [4].

В таблице 1.2 представлено сравнение методов проектирования металлоконструкций.

Таблица 1.2 - Сравнение методов проектирования металлоконструкций

Метод	Неавтоматизированное проектирование	Автоматизированное двумерное проектирование	Автоматизированное трехмерное проектирование
Особенности, обусловленные характером (природой) исполнителя
Исполнитель	Человек	Система «человек -- машина»	Система «человек -- машина»
Природа изделия (результата труда конструктора)	Физическая	Электронная	Электронная
Первичный результат труда	Чертеж (эскиз) изделия	Двумерная модель (электронный чертеж)	Трехмерная параметрическая модель изделия
Сущность трудового процесса	Непосредственное нанесение совокупности линий на физический носитель информации (бумагу)	Опосредованное построение плоской геометрии на электронной эмуляции носителя (листа) путем задания параметров стандартизованных элементов геометрии (для прямой -- точки начала и конца, для окружности -- центр и радиус и т.д.)	Опосредованное построение трехмерной геометрии путем формирования пространственных элементов конструкции на основании стандартизованных методов виртуального формообразования
Способ формирования конструкторской документации	Непосредственный, путем ручного изготовления	Автоматизированный, путем опосредованного формирования электронной версии и выведения на требуемый носитель	Автоматизированный, путем автоматизированной генерации плоской геометрии, автоматизированного оформления и вывода на требуемый носитель
Элементарный объект труда	Непосредственное построение линии (точки) на чертеже	Задание параметров линии (точки) электронной геометрии	Создание трехмерного примитива (элементарной трехмерной геометрии из набора инструментов трехмерных САПР)
Особенности восприятия	Необходимость преобразования воспринимаемых трехмерных объектов в их плоские проекции	Возможность создавать трехмерные тела
Возможности по обнаружению и устранению ошибок проектирования	Только путем визуального анализа проекций	Путем визуального анализа проекций и путем контроля геометрии на этапе нанесения размеров	Возможность визуального анализа целостной трехмерной модели, а также средства автоматизированной проверки на предмет пересечения тел
Возможности использования продукта труда для дальнейших автоматизированных расчетов	Только как материал для формирования модели изделия в соответствующих программных продуктах. То есть в расчетных пакетах будет использоваться не первичная информация, а модель, сформированная на ее основе	Широкие возможности для проведения предварительных расчетов в процессе разработки внутри самой САПР, а также путем экспорта параметрической модели, возможность ее непосредственного использования в других программных продуктах
Особенности, обусловленные инфраструктурой
Возможность использования стандартных и заимствованных изделий при разработке текущего элемента КД	Только путем физического переноса геометрии	Есть. Путем использования электронной копии заимствованной геометрии и базы геометрий стандартных деталей
Возможности непосредственного использования продукта труда для процессов подготовки производства	Только для неавтоматизированной разработки	Ограничена существующими проекциями	Наиболее полная
Возможность работы в группе (организация параллельной разработки)	Ограничена, ввиду невозможности обеспечения единого информационного пространства для членов группы (ввиду сложности синхронизации информации)	Неполная по причине ограниченных возможностей по синхронизации между базовыми и дочерними документами	Наиболее полная как с отдельными файлами, так и с помощью специальных средств документооборота

В целях дальнейшего повышения производительности труда конструктора в целом, а в частности для удовлетворения потребностей пользователя в получении предельно полной, достоверной и актуальной информации, необходимой для осуществления того или иного этапа проектирования, создается информационной пространство.

Решение задач, связанных с формированием единого достаточного информационного пространства в рамках предприятия, осуществляется путем создания и обслуживания информационных баз предприятия, целью которых являются:

- сбор всей совокупности информации в виде форм, документов и технических решений, обеспечивающей необходимый и достаточный для осуществления выбранного направления проектирования уровень информационного обеспечения;

- систематизация полученной информации, обеспечивающая допустимый (минимальный) уровень трудозатрат на поиск требуемой информации, а также на реализацию найденной информации в виде вновь разработанных технических решений.

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СОЗДАНИЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ КОНТЕЙНЕРА

Металлоконструкции широко используются во многих областях человеческой деятельности, причем большое многообразие их топологий и значений параметров является одной из причин недостаточной унификации, что приводит к высокой трудоемкости проектирования. Современные системы автоматизированного проектирования позволяют в значительной степени повысить эффективность проектирования металлоконструкций, однако практическое отсутствие методик создания унифицированных металлоконструкций не позволяет использовать все преимущества автоматизированного проектирования.

Создаваемая металлоконструкция может быть как отдельным машиностроительным изделием, так и входить в состав какой-либо его сборочной единицы. В первом случае конфигурация и геометрические параметры металлоконструкции определяются разработчиком на основании выполнения конструкторских проработок. Во втором случае топология и параметры металлоконструкции чаще всего зависят от размеров и положения других деталей и сборочных единиц машиностроительного изделия. Поэтому для разработки проекта металлоконструкции необходимо разместить эти детали и сборочные единицы в соответствии с выполняемыми ими функциями в изделии. Современные системы автоматизированного проектирования, использующие методы трехмерного моделирования позволяют достаточно просто выполнить компоновку изделия [20].

2.1 Библиотека Металлоконструкции 3D

Библиотека Металлоконструкции 3D предназначена для автоматизации работ по проектированию металлоконструкций и каркасных сооружений из профиля металлопроката.

При помощи библиотеки можно выполнять следующие виды работ:

Создание металлоконструкций

- определение параметров металлоконструкции и выбор сортамента;

- определение положения металлоконструкции в пространстве;

- выбор способов обработки деталей;

- управление свойствами металлоконструкции.

Корректировка длины деталей, принадлежащих одной или нескольким металлоконструкциям, путем отсечения или удл

- отсечение или удлинение деталей до плоскостей;

- выполнение угловой и стыковой разделки торцов деталей;

- построение отступов торцов деталей металлоконструкций от узлов образующих.

3. Проектирование фасонок, соединяющих детали одной или нескольких металлоконструкций.

Создание металлоконструкций осуществляется в документе типа Сборка (файл формата *.a3d) системы КОМПАС-3D.

В комплект поставки библиотеки входит контейнер шаблонов, который содержит модели используемых профилей. Все профили спроектированы в соответствии с отечественными стандартами (ГОСТ, ТУ и т. д.).

Компактная панель библиотеки Металлоконструкции 3D включает в себя три панели инструментов:

- построение деталей металлоконструкций - содержит кнопки, предназначенные для вызова команд построения и редактирования металлоконструкций в соответствии с рисунком 2.1.

Рисунок 2.1 - Построение деталей металлоконструкции

- обработка деталей металлоконструкций - содержит кнопки, предназначенные для вызова команд управления способами обработки различных участков металлоконструкций в соответствии с рисунком 2.2.

Рисунок 2.2 - Обработка деталей металлоконструкций

- сервис - содержит кнопки, предназначенные для вызова сервисных команд в соответствии с рисунком 2.3.

Рисунок 2.3 - Сервис

Чтобы включить компактную панель библиотеки, вызовите со страницы главного меню вид команду «Панели инструментов» и в открывшемся меню панелей щелкните мышью по названию панели Металлоконструкции 3D. Название панели будет отмечено «галочкой», панель появится на экране.

Общие сведения

Для успешного освоения библиотеки Металлоконструкции 3D рекомендуется ознакомиться со следующими понятиями и определениями:

1. Основные понятия:

- контейнер шаблонов предназначен для хранения параметризованных

моделей всех профилей, используемых библиотекой Металлоконструкции 3D. Контейнер включает в себя файл сборки Framing Conteiner.a3d и файлы моделей деталей, входящие в состав сборки;

- металлоконструкция (Экземпляр металлоконструкции) - модель, созданная на основе одной одиночной образующей или одной группы образующих;

- набор сортаментов - множество сортаментов, выбранных из контейнера шаблонов в соответствии с каким-либо признаком;

- общий узел - это точка, принадлежащая нескольким образующим;

- позиционирующие точки - точки на сечении профиля, через которые может проходить образующая. Каждое сечение имеет свой набор таких точек, одна из которых является центром тяжести сечения;

- текущим набором сортаментов называется тот набор сортаментов, экземпляры которого могут быть использованы для построения металлоконструкций.

1. Контейнер шаблонов:

Контейнер шаблонов предназначен для хранения параметризованных моделей всех профилей, используемых библиотекой Металлоконструкции 3D. Контейнер содержит файл сборки Framing Conteiner.a3d и файлы моделей деталей, входящие в состав сборки.

2. Образующая:

Образующая - это графический примитив, предназначенный для построения на его основе металлоконструкции. В качестве образующих могут быть использованы: