При создании современных автомобилей большое внимание уделяется получению оптимальной жесткости и прочности конструкции, соответствующей установленным стандартам. В настоящее время ОАО "АВТОВАЗ" использует методы математического моделирования на стадии проектирования, что позволяет сократить сроки и стоимость разработки автомобилей и уже на ранних стадиях проектирования получать конструкции с требуемыми параметрами, что приводит в дальнейшем к значительному сокращению работ по доводке автомобиля. Кроме того, методы математического моделирования дают конструктору значительно больший объем информации об объекте.

В рассматриваемом подразделении ОАО "АВТОВАЗ" уже используется ИС, позволяющая решать задачу моделирования прочностных испытаний и частично задачу анализа результатов моделирования. Однако существуют процессы, выполняемые устаревшими подходами и технологиями.

Рассматриваемая тема является актуальной, так как эффективность работы подразделения ниже ее возможных потенциалов. Это снижение эффективности вызвано большим количеством рутинной повторяющейся работы непосредственно при прочностном моделировании и отсутствием единообразной базы данных для ведения и анализа отчетности по результатам моделирования прочностных испытаний.

Новизна работы заключается в узкой специализации подразделения, работу ИС которого нужно модернизировать. В данный момент при моделировании испытаний нескольких моделей конструкции приходится создавать расчетную модель для каждой конструкции, отчеты по испытаниям создаются средствами пакета MS Office и хранятся разрозненно, что создает затруднения при извлечении, анализе и сравнении результатов различных симуляций испытаний

Предметом исследования являются процессы моделирования прочностных испытаний конструкций автомобиля, ведения и анализа отчетности по результатам моделирования прочностных испытаний конструкций.

Объектом исследования является ИС моделирования прочностных испытаний и анализа их результатов.

Целью данной работы является Модернизация информационной системы система моделирования прочностных испытаний и анализа их результатов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Описать предметную область и объект автоматизации.

Спроектировать модель текущего состояния информационной системы "как есть" и выявить недостатки, сформировать требования, определить основной функционал разрабатываемого продукта.

Спроектировать модель предлагаемого состояния информационной системы заказчика "как должно быть".

Составить логическую и физическую модели БД.

Составить диаграмму компонентов ИС.

Провести оценку проделанной работы и выявить дальнейшие пути улучшения ИС. 1. Системотехническая часть

1.1.1 Описание организационно-штатной структуры БПР ОММИР НТЦ ОАО "АВТОВАЗ"

Отдел математического моделирования и расчетов является структурным подразделением в составе управления функциональных свойств автомобиля УФСА (дирекции по инжинирингу) службы вице-президента по техническому развитию ОАО "АВТОВАЗ" [1].

Целью ОММИР является оценка соответствия функциональных параметров вновь проектируемой конструкции заявленным на ОАО "АВТОВАЗ" стандартам качества, а так же выполнение сравнительного анализа существующих конструкций для улучшения функциональных параметров.

ОММИР в настоящее время состоит из пяти бюро:

Бюро прочностных расчетов;

Бюро пассивной безопасности;

Бюро общей динамики автомобиля;

Бюро виброкомфорта;

Бюро специальных функций.

В дипломном проекте рассмотрена деятельность БПР ОММИР, и предложена модернизация используемой в бюро ИС.

При реализации своей цели БПР ОММИР выполняет следующие задачи:

оценка соответствия жесткостным и прочностным требованиям стандартов безопасности вновь проектируемых конструкций;

сравнительный анализ существующих конструкций с целью дальнейшего улучшения их прочностных параметров.

алгоритм программное обеспечение модернизация

В своей деятельности бюро руководствуется действующим законодательством РФ, нормативными организационно-распорядительными документами и методическими документами, действующими в ОАО "АВТОВАЗ", правилами внутреннего распорядка ОАО "АВТОВАЗ", руководством по качеству и политикой в области охраны окружающей среды, положением об отделе, решениями и указаниями начальника ОММИР [1].

Структура ОММИР УФСА представлена на рисунке 1:

Рисунок 1 - Структура ОММИР УФСА СВПТР ОАО "АВТОВАЗ"

Начальник БПР планирует, организует и контролирует работу специалистов бюро, обеспечивает разделение труда и принимает участие в деятельности бюро по разработке ММ, методик расчета и текущих планов бюро, составляет итоговый отчет по проведенному моделированию прочностных испытаний конструкций.

Специалисты БПР занимаются разработкой ММ прочностных испытаний конструкций проекта, анализом результатов моделирования испытаний и извлечением отчетных данных. Создание ММ и визуальный анализ результатов моделирования испытания выполняются с помощью инженерного пакета программ Altair HyperWorks 11.0. Извлечение отчетных данных по результатам моделирования выполняется в отчет в формате электронной книги *. xls. На основе этих данных начальник БПР составляет итоговый отчет по проекту [1].

1.1.2 Анализ существующей системы обработки информации в подразделении БПР ОММИР НТЦ ОАО "АВТОВАЗ"

В настоящее время ОАО "АВТОВАЗ" при оценке параметров проектируемых автомобилей пользуется стандартом ENCAP (European New Car Assestment Program или "Европейская программа по оценке новых автомобилей"). Методы математического моделирования на стадии проектирования автомобиля, позволяют сократить сроки и стоимость разработки. Кроме того, методы математического моделирования конструкции автомобиля дают конструктору больший объем информации об объекте, нежели обычные испытания на стенде.

Любое испытание проводится по соответствующей методологии.

Методология проведения прочностных испытаний конструкций автомобиля должна содержать следующие сведения:

цель испытания;

требования к объектам испытания (размер, материал и др.);

характер прикладываемых нагружений (вид нагружения, сила и характер нагружения и др.);

описание реализации нагружения (узлы, к которым прикладывается нагрузка);

требования к испытательному стенду (допустимые погрешности оборудования, требования к средствам измерения и др.);

представление и алгоритм анализа результатов испытания.

На сегодняшний день в ИС используется САПР для автоматизации процессов проведения моделирования прочностных испытаний и визуальной оценки их результатов - конструкторский пакет Altair HyperWorks 11.0, включающий в себя препроцессор HyperMesh, решатель Optisruct и постпроцессор HyperView [4]. В ходе анализа проектируемой или совершенствуемой конструкции на соответствие заявленным стандартами качества прочностным параметрам, в ИС "Проведение и анализ прочностных расчетов" выполняются следующие функции [3], [7]:

Создание КЭМ конструкций в препроцессоре HyperMesh;

Создание расчетной модели (моделирование ряда испытаний на стенде - расчетных случаев) в препроцессоре HyperMesh;

Запуск на расчет в решателе Optisruct испытания;

Просмотр результатов моделирования испытания через постпроцессор HyperView;

Снятие данных по моделированию прочностных испытаний конструкций с интерфейса постпроцессора в документ формата *. xls;

Составление итогового отчета в формате *. xls по отчетным данным испытаний моделей конструкции.

Препроцессор - это программа, выполняющая обработку данных для другой программы. HyperMesh выполняет обработку данных для решателя Optistruct. Исходными данными для препроцессора является геометрическая модель объекта, выполненная в данном случае в CATIA V5 - в расчетный пакет импортируются CAD файлы [5], [6]. Метод конечных элементов позволяет конструктору решать задачи расчета сложных конструкций, путем разбиения их на более мелкие части - конечные элементы. Сложность КЭМ зависит от сложности геометрической модели конструкции и требований к точности результатов расчетов. После разбивки дальнейшие расчеты на нагрузку проводятся уже для отдельных конечных элементов, каждый из которых вносит свой вклад в характеристику прочности детали. После создания КЭМ инженер моделирует проведение испытаний автомобиля на стенде, создавая расчетные случаи для конструкции. Результирующий файл препроцессора имеет расширение". hm” и содержит математическую модель испытания, включающую в себя - КЭМ конструкции и РМ [7]. Математическая модель испытания содержит следующие сведения [3]:

КЭМ:

Компоненты конструкции:

Конечно-элементная сетка компонента конструкции (component);

Материал компонента (сталь, железо или стекло папка material);

Свойства компонента (толщина папка property).

Связи между компонентами конструкции:

Тип связи (сварка, склеивание поверхностей);

Свойства связи (количество свариваемых поверхностей).

РМ (LoadStep):

Существующие закрепления (ограничения подвижности в указанных точках или узлах);

Прикладываемые силы (точки или узлы их приложения, магнитуда);

Расчетные случаи - комбинация закреплений и прикладываемых сил в испытании (loadstep).

На рисунке 2 изображено дерево компонентов ММ в HyperMesh:

Рисунок 2 - Дерево компонентов ММ в HyperMesh

При проведении серии испытаний над моделью конструкции, сведения о КЭМ не меняются - меняются данные РМ. В испытаниях моделей автомобилей применяются аналогичные РМ, так как используется единая методология проведения испытаний

Рисунок 3 - Разбиение элемента конструкции автомобиля КЭ сеткой в препроцессоре HyperMesh

Рисунок 4 - Моделирование соединительного элемента между крепежными отверстиями

Рисунок 5 - Задание в препроцессоре закреплений кузова в расчетной модели соответственно закреплениям кузова на стенде

Рисунок 6 - Задание в препроцессоре прикладываемых сил, для моделирования испытания закручивания кузова на стенде

Решатель - программа, которая собирает модели отдельных конечных элементов в общую систему алгебраических уравнений и решает эту систему одним из методов разреженных матриц для моделирования каждого расчетного случая (испытания). Результирующий файл решателя имеет расширение". fem" и содержит следующие сведения [7]:

описание КЭМ;

описание РМ;

данные о рассчитываемых параметрах (перемещение в узлах прикладываемой нагрузки, напряженность).

В ходе работы решателя Optistruct так же создаются файлы [3]:

res - файл, содержащий результат расчета в виде смещений элементов по каждой оси (данные результаты не подходят для отчета);

out - файл, содержащий входные данные и данные по ошибкам во время работы решателя;

html - файл, содержащий суммарную информацию о ММ;

h3d - результат расчета для просмотра в постпроцессоре.

Постпроцессор служит для визуализации результатов решения в удобной для пользователя форме. В БПР в качестве постпроцессора используется программа HyperView. С помощью постпроцессора можно визуально проанализировать результаты моделирования и узнать требуемые результаты моделирования прочностных испытаний. Отчетные данные по результатам моделирования вводятся в документ *. xls вручную на основе анализа данных постпроцессора.

При проведении серии испытаний инженерам зачастую приходится сравнивать результаты испытаний разных моделей конструкции - в частности смещение и напряженность элементов, на которые оказывается воздействие в ходе испытания, поднимая отчеты по испытаниям. Данные меры необходимы при оптимизации модельного ряда с целью устранения конкретных недостатков конструкции, но при этом, сохранив лучшие качества модельного ряда [7].

Результатом работы по проекту является итоговый отчет по проведенным испытаниям предложенных моделей конструкции, оценка соответствия результатов выдвинутым требованиям и предложения по оптимизации конструкций при несоответствии данным требованиям, представленные в виде результатов моделирования с предложенными параметрами конструкции.

Рисунок 7 - Окно решателя Optistruct

Рисунок 8 - Результаты моделирования прочностного испытания в HyperView

На следующем рисунке 9 отображена диаграмма вариантов использования работниками БПР ИС "Проведение и анализ прочностных расчетов" в ходе работы над проектом:

Рисунок 9 - Диаграмма вариантов использования информационной системы "Проведение и анализ прочностных расчетов" инженерами БПР

Рисунок 10 - Схема прочностного анализа моделей проектируемой конструкции в БПР

Рисунок 11 - Схема прочностного анализа при оптимизации модельного ряда

1.2 Выделение проблем используемой технологии ИС "Проведение и анализ прочностных расчетов"