В данном дипломном проекте рассмотрены вопросы автоматизированного решения задач механики. Было рассмотрено решение четырех типов задач механики:
растяжение-сжатие прямых стержней;
кручение валов;
плоский изгиб балок;
плоский изгиб рам.
В ходе дипломного проектирования была разработана система автоматизированного решения задач механики "АРЗМ".
Также были выполнены тесты, заключающиеся в сравнении практических результатов, полученных на основе применения методов теории сопротивления материалов, с результатами, выдаваемыми программой. На основании проведенных экспериментов можно утверждать, что в результате дипломирования разработана система, выдающая результаты хорошо согласующиеся с расчетными.
Одним из важнейших факторов технического прогресса нашей Республики является интенсивное использование вычислительной техники для автоматизации различных процессов управления производством и отраслями промышленности. Автоматизация всех процессов управления не будет иметь реальной основы для развития и не оправдает себя экономически до тех пор, пока не будут решены задачи повышения производительности инженерной деятельности при проектировании различных машин.
При использовании традиционных расчетных методов на этапе проектирования время, необходимое для расчета металлоконструкций различных машин, оказывается соизмеримым со временем проектирования всей конструкции в целом. Если к тому же на начальном этапе проектирования требуется сравнить несколько вариантов схем в целях выбора оптимальной, то необходимость применения программных комплексов для расчета металлоконструкций на ЭВМ становится очевидной. Повышение производительности инженерной деятельности возможно при автоматизации проектных работ, которая достигается путем разработки математических моделей и внедрением САПР.
Основным методом системного анализа и синтеза является математическое моделирование. Математическое моделирование - процесс создания модели и оперирование ею с целью получения сведений о реальном поведении объекта. Альтернативой математического моделирования является физическое макетирование, но у математического моделирования есть ряд преимуществ: меньшие сроки на подготовку анализа; значительно меньшая материалоемкость; возможность выполнения экспериментов на критических режимах, которые привели бы к разрушению физического макета и прочее.
Математическая модель - совокупность математических объектов и связей между ними, отражающих важнейшие для проектировщика свойства исследуемой системы.
Одним из наиболее эффективных методов построения приближенной математической модели конструкции является метод конечных элементов (МКЭ).
МКЭ позволяет представить сколь угодно сложную конструкцию в виде совокупности элементарных расчетных звеньев - конечных элементов. Метод получил широкое распространение для решения задач как микро-, так и макроуровня, благодаря своей универсальности, ясной инженерной формализации и удобству реализации на ЭВМ. Метод отличает малая зависимость алгоритмов от топологии конструкции.
В представленном дипломном проекте описывается разработка комплекта математических моделей (комплекта ММ) систем с распределенными параметрами при действии динамических нагрузок. К таким системам относятся различные механические конструкции и технологические машины, а именно рассматриваются конструкция двухбалочного мостового крана.
Математические модели представлены в виде пакетных файлов в формате программно-методического комплекса ANSYS, в которых содержатся данные о типовых расчетных схемах и других параметрах, описывающих анализируемую конструкцию, варьируя которыми можно получать различные данные о динамических свойствах широкого класса моделируемых технических объектов.
Настоящая работа посвящена дальнейшему совершенствованию программных средств, позволяющих автоматизировать анализ напряженно-деформированного состояния объектов.
При индивидуальном использовании программы можно использовать автоматизированное рабочее место, которое разрабатывалось для инженера-проектировщика, т.е. минимизировать комплекс технологических средств.
Все твердые тела в той или иной мере обладают свойствами прочности и жесткости, т.е. способны в определенных пределах воспринимать воздействие внешних сил без разрушения и без существенного изменения геометрических размеров.
Прочность и жесткость требуют пристального внимания, качественных оценок и определенной количественной меры.
Их изучением занимается наука, называемая механикой твердого тела, а учебная дисциплина, вводящая учащегося в мир инженерных расчетов на прочность и жесткость, носит название сопротивления материалов. Сопротивление материалов, является составной частью механики твердого тела, но не единственной. К механике твердого тела относится и другие дисциплины, среди которых необходимо в первую очередь назвать математическую теорию упругости, где рассматриваются во многом те же вопросы, что и в сопротивлении материалов, но в других аспектах.
Методы математической теории упругости ведут учащегося от общего к частному. Им свойственна математическая доказательственность, точность и глубина анализа, но вместе с тем и сложность математического аппарата. Поэтому возможность практического применения методов теории упругости ограничены.
В сопротивлении материалов изложение построено по обратному принципу - от частного к общему. Основная цель - создать практически приемлемые, простые приемы расчета типовых, наиболее часто встречающихся элементов конструкций. Необходимо довести решение каждой практической задачи до числового результата требует применение приближенных методов, а стремление к простоте выводов заставляет в некоторых случаях прибегать к недоказанным, но достаточно правдоподобным предположениям - гипотезам. Их правомерность оправдывается непротиворечивостью полученных результатов, с одной стороны, и принимаемыми на веру выводами тонкого анализа теории упругости - с другой.
Сопротивление материалов и теория упругости взаимопроникающи. Многое из того, что создано теорией упругости, воспринимается курсом сопротивления материалов и органически вписывается в его содержание.
Вместе с тем сопротивление материалов вследствие своей прикладной направленности решает задачи более широкие, чем математическая теория упругости. Но главное в том, что сопротивление материалов подводит инженера к неизбежным и вечным вопросам, на которые порой трудно ответить: выдержит ли конструкция или не выдержит, и какова степень ее надежности…
В теории упругости такие вопросы не рассматриваются.
Рассмотрим стандартные подходы к решению, с помощью методов сопротивления материалов, следующих задач [3]:
центральное растяжение-сжатие прямых стержней;
кручение валов;
плоский изгиб балок;
плоский изгиб рам.
Рассмотрим пошаговую процедуру решения задач центрального растяжения-сжатия прямых стержней:
жесткая заделка заменяется реактивной силой, значение которой находят из первого уравнения статики: ΣFx
=0;
применяется метод РОЗУ (разделяем, отбрасываем, заменяем, уравниваем);
конструкция делится на сечения;
при рассмотрении одного сечения отбрасываются остальные, а их действие на рассматриваемое заменяется реактивной силой, определяемой из 1-го уравнения статики. Исходя из определенных реактивных сил определяется растяжение/сжатие на данном участке. Суммирование по участкам дает общее растяжение/сжатие.
Рисунки 1.1, 1.2, 1.3 поясняют смысл метода РОЗУ.
Рисунок 1.1 - Общий вид модели
Рисунок 1.2 - Замена жесткой заделки реактивной силой
Рисунок 1.3 - Отбрасывание сечения и замена его действия реактивной силой
Рассмотрим пошаговую процедуру решения задач кручения валов:
из уравнения жесткости находится неизвестный крутящий момент;
вал разделяется на участки, применяется метод РОЗУ и определяются углы закручивания на каждом участке.
Рассмотрим пошаговую процедуру решения задач плоского изгиба балок:
из 2-го уравнения статики находится уравнение взаимосвязи между реакциями, подставляя которое в уравнение моментов, составленное относительно одной из опор определяются значения реакций.
применяя метод РОЗУ, определяют значения поперечной силы и изгибающего момента на каждом из участков, строят их эпюры, исходя из которых, определяют опасные сечения.
Рассмотрим пошаговую процедуру решения задач плоского изгиба рам:
из 2-го уравнения статики находится уравнение взаимосвязи между реакциями, подставляя которое в уравнение моментов, составленное относительно одной из опор определяются значения реакций.
применяя метод РОЗУ, определяют значения продольной, поперечной силы и изгибающего момента на каждом из участков, строят их эпюры, исходя из которых, определяют опасные сечения.
Проектированию подлежит САПР "Автоматизированное решение задач механики", именуемая в дальнейшем "АРЗМ". Данная САПР разрабатывается на кафедре САПР КарГТУ.
Разработчик - Кудинов Андрей Викторович.
Заказчик - кафедра САПР.
Основание разработки - приказ на дипломирование №162с от 24 февраля 2005 г.
Процесс проектирования модели и анализа результатов состоит из пяти этапов, на которые в зависимости от способа реализации затрачивается определенное количество времени (таблица 2.1):
до интеграции САПР "АРЗМ" на весь процесс затрачивается 52 часа;
планируется, что после интеграции САПР "АРЗМ" будет затрачиваться 13 часов.
Планируемое сокращение затрат времени на проектирование - 4 раза.
Таблица 2.1 - Перечень процессов и характеристик создания модели исследования с использованием систем проектирования и анализа до и после интеграции.
Наименование процесса
Длительность процесса проектирования в расчете на одного человека, часы
Система должна состоять из интерфейсного модуля и набора модулей для решения каждой из задач проектирования.
Связь для информационного обмена между подсистемами будет обеспечивать интерфейсный модуль.
Интерфейсный модуль должен предусматривать расширяемость системы, то есть подключение дополнительных модулей для решения других типов задач механики.
Система "АРЗМ" должна обеспечивать создание командного файла, выполняющего построение и анализ модели исследования и его перенос в ANSYS.
Вывод результатов проектирования и анализа должен производиться в виде стандартной проектной документации. При этом должно обеспечиваться представлении выходной расчетной информации в текстовом (файл результатов расчета и таблицы с дополнительной информацией анализа) и графическом (эскиз модели, эпюры распределения нагрузок и прочие диаграммы) виде.
Должны быть автоматизированы промежуточный стадии проектирования, не связанные с творческой деятельностью проектирования, такие как:
вычисление реальных констант, используемых при описании физических свойств модели;
построение исследуемой модели;
построение геометрической модели;
построение дискретной модели;
передача исходных данных расчета системе ANSYS в виде командного файла;
проведение конечно-элементного анализа;
выбор формы представления результирующих данных;
документооборот между системами ANSYS и "АРЗМ", необходимый для переноса результатов анализа и оптимизации с наименьшим участием проектировщика.
Так в дальнейшем предполагается интеграция в данную систему подсистемы автоматизированного расчета статически неопределимых стержневых систем (далее "АРЗМ"), то к разрабатываемой системе дополнительно выдвигается следующий ряд требований:
должна быть обеспечена совместимость документооборота между "АРЗМ" и "АРСНСС";
при решении задач система "АРЗМ" не должна создавать помех работе и не должна искажать результаты расчетов системы "АРСНСС".
При разработке "АРЗМ" необходимо выполнить следующие требования к информационному обеспечению:
при разработке структуры информационных потоков должно быть обеспечено получение целостной, не избыточной, достоверной, не протиречивой информации об объекте анализа для получения корректного решения;
система должна обеспечивать контроль правильности ввода исходных данных;
САПР должна иметь диалоговый и пакетный человеко-машинный интерфейс;
разработать концептуальную, логическую и физическую модели данных и потоков информации для новой схемы проектирования;
связь для информационного обмена между подсистемами должен обеспечивать интерфейсный модуль;
САПР должна подготавливать исходные данные для расчета в стандартном для системы ANSYS виде.
язык программирования, на котором будет разрабатываться САПР, должен поддерживать объектно-ориентированную модель данных ит обеспечивать получение выполняемого модуля для выбранной операционной системы;
разработать структуру и систему входного языка, структуру и состав диалогов для каждой из четырех подсистем, обеспечивающих создание и редактирование моделей;
обеспечить поддержку внутреннего языка, предназначенного для взаимодействия САПР и системы ANSYS;
разработать структуру и систему выходного языка для вывода текстовых результатов расчета.
Для того, чтобы определить ожидаемые нагрузки на конструкцию, либо ее (конструкции) динамические параметры, необходимо провести исследования на макроуровне при использовании ПМК ANSYS. Конструкторский отдел ставит задачу моделирования и подает сведения об объекте анализа, исполнителю, который, в свою очередь, определяет требуемые параметры расчетной модели в ПМК ANSYS. На основе полученных исходных данных в ПМК ANSYS производится расчет требуемого параметра, в частности величины напряжений, динамических перемещений, частот и т.д. Полученные после проведения анализа данные используются в дальнейшем конструкторским отделом. Структура информационных потоков представлена на рисунке 3.1.
В соответствии с описанными выше потоками информации можно предложить структуру документооборота, которая будет иметь место при использовании разрабатываемого комплекта ММ в среде ПМК ANSYS (рисунок 3.2).
Предусматривается, что из конструкторского отдела исполнителю будет передаваться задание на анализ конструкции в виде документа “технологическое задание на анализ расчетной модели”. Исполнителем анализа расчетной модели является инженер-конструктор, работающий с ПМК ANSYS. После проведения работ по анализу исполнитель передает отчет о проделанной работе и полученных результатах в конструкторский отдел, из которого данные либо участвуют в дальнейших исследованиях, проводимых конструкторским отделом, либо передаются непосредственно заказчику в случае, если в дальнейших исследованиях необходимость отсутствует.
Рассмотрим объект анализа как систему, характеризуемую отдельными параметрами. Параметры влияют каждый в отдельности на всю систему, а в совокупности и определяют свойства объекта как системы. Поскольку моделирование предполагает создание виртуальной модели физического образца, то совершенно очевидно, что объект необходимо рассматривать как взаимосвязь отдельных компонентов. Описывая отдельный компонент набором свойств (характерных для системы, но в приложении к дискретному элементу) достигают полного отражения свойств и характеристик всего объекта.
Концептуальная модель объекта анализа представлена на рисунке 3.3 Конструкция представляется в виде системы, состоящей из конечных элементов, узлы которых связанны между собой определенной структурой. Каждая конструкция имеет название, характеризуется количеством элементов, топологией и действующими на нее нагрузками. Элементы в свою очередь характеризуются собственным номером, типом, геометрией, материалом. Каждому элементу соответствует определенные узлы. Узлы описываются пространственными координатами, степенями свободы и порядковым номером. Структура конструкции характеризуется последовательностью и способом соединения узлов.
Рисунок 3.3 - Концептуальная модель объектов анализа
Логическая модель, отображающая основные взаимосвязи и составляющие объекта анализа, представлена на рисунке 4. По коду объекта, которому соответствуют название объекта, количество элементов, этот объект составляющих, топология объекта и действующие нагрузки, определяются элементы и структуры. По коду элемента определяются номера узлов, принадлежащих этому элементу, и их пространственные координаты. По номерам узлов определяются способы их соединения.
Рассмотренная логическая модель данных представляется в виде исходного файла в соответствии с требованиями, предъявляемыми к формату представления исходных данных для ПМК ANSYS. Файл имеет произвольное имя, выбранное пользователем по желанию. Расширение командного файла - bat. Порядок и формат данных оговаривается в разделе “Лингвистическое обеспечение".
Структура исходных данных представлена в таблице.1 в виде физической модели объекта.
Таблица 3.1 Описание структуры файла нормативно-справочной информации
В качестве языка программирования мною был выбран язык Object Pascal в силу следующих его свойств:
объектная ориентация этого языка, позволяющая разрабатывать приложения проще и быстрее;
поддержка баз данных;
использование технологии визуального проектирования, позволяющее сосредоточить усилия не на разработке интерфейса, а на реализации логики программы.
В среде программирования Delphi для записи программ используется язык программирования Object Pascal. Программа на Object Pascal представляет собой последовательность инструкций, которые довольно часто называют операторами. Одна инструкция от другой отделяется точкой с запятой.
Программа может оперировать данными различных типов: целыми и дробными числами, символами, строками символов, логическими величинами.
Язык Object Pascal поддерживает семь целых типов данных: shortint, smailint, Longint, Int64, Byte, Word и Longword.
Object Pascal поддерживает и наиболее универсальный целый тип - Integer, который эквивалентен Longint.
Язык Object Pascal поддерживает шесть вещественных типов: Reai48, single, Double, Extended, comp, Currency. Типы различаются между собой диапазоном допустимых значений, количеством значащих цифр и количеством байтов, необходимых для хранения данных в памяти компьютера.
Язык Object Pascal поддерживает и наиболее универсальный вещественный тип - Real, который эквивалентен Double.
Язык Object Pascal поддерживает два символьных типа: Ansichar и Widechar:
тип Ansichar - это символы в кодировке ANSI, которым соответствуют числа в диапазоне от 0 до 255;
тип widechar - это символы в кодировке Unicode, им соответствуют числа от 0 до 65 535.
Object Pascal поддерживает и наиболее универсальный символьный тип - Char, который эквивалентен Ansichar
Язык Object Pascal поддерживает три строковых типа: shortstring, Longstring, WideString:
тип shortstring представляет собой статически размещаемые в памяти компьютера строки длиной от 0 до 255 символов;
тип Longstring представляет собой динамически размещаемые в памяти строки, длина которых ограничена только объемом свободной памяти;
тип WideString представляет собой динамически размещаемые в памяти строки, длина которых ограничена только объемом свободной памяти. Каждый символ строки типа WideString является Unicode-символом.
В языке Object Pascal для обозначения строкового типа допускается использование идентификатора string. Тип string эквивалентен типу shortstring.
Логическая величина может принимать одно из двух значений True (истина) или False (ложь). В языке Delphi логические величины относят к типу Boolean.
Переменная - это область памяти, в которой находятся данные, которыми оперирует программа. Когда программа манипулирует с данными, она, фактически, оперирует содержимым ячеек памяти, т.е. переменными.
Чтобы программа могла обратиться к переменной (области памяти), например, для того, чтобы получить исходные данные для расчета по формуле или сохранить результат, переменная должна иметь имя. Имя переменной придумывает программист.
В качестве имени переменной можно использовать последовательность из букв латинского алфавита, цифр и некоторых специальных символов. Первым символом в имени переменной должна быть буква. Пробел в имени переменной использовать нельзя.
Следует обратить внимание на то, что компилятор языка Object Pascal не различает прописные и строчные буквы в именах переменных, поэтому имена SUMMA, Summa и summa обозначают одну и ту же переменную.
В языке Object Pascal каждая переменная перед использованием должна быть объявлена. С помощью объявления устанавливается не только факт существования переменной, но и задается ее тип, чем указывается и диапазон допустимых значений.
В общем виде инструкция объявления переменной выглядит так:
Имя: тип;
где: имя - имя переменной;
тип - тип данных, для хранения которых предназначена переменная.
В тексте программы объявление каждой переменной, как правило, помещают на отдельной строке.
Если в программе имеется несколько переменных, относящихся к одному типу, то имена этих переменных можно перечислить в одной строке через запятую, а тип переменных указать после имени последней переменной через двоеточие.
Инструкция присваивания является основной вычислительной инструкцией. Если в программе надо выполнить вычисление, то нужно использовать инструкцию присваивания.
В результате выполнения инструкции присваивания значение переменной меняется, ей присваивается значение.
В общем виде инструкция присваивания выглядит так: Имя: = Выражение.
Выражение состоит из операндов и операторов. Операторы находятся между операндами и обозначают действия, которые выполняются над операндами. В качестве операндов выражения можно использовать: переменную, константу, функцию или другое выражение. При записи выражений между операндом и оператором, за исключением операторов DIV и MOD, пробел можно не ставить.
Результат применения операторов +, - , * и / очевиден.
Оператор DIV позволяет получить целую часть результата деления одного числа на другое. Например, значение выражения is DIV i равно 2.
Оператор MOD, деление по модулю, позволяет получить остаток от деления одного числа на другое.
В простейшем случае выражение может представлять собой константу или переменную.
При вычислении значений выражений следует учитывать, что операторы имеют разный приоритет. Так у операторов *, /, DIV, MOD более высокий приоритет, чем у операторов + и - .
Приоритет операторов влияет на порядок их выполнения. При вычислении значения выражения в первую очередь выполняются операторы с более высоким приоритетом. Если приоритет операторов в выражении одинаковый, то сначала выполняется тот оператор, который находится левее.
Для задания нужного порядка выполнения операций в выражении можно использовать скобки.
Выражение, заключенное в скобки, трактуется как один операнд. Это означает, что операции над операндами в скобках будут выполняться в обычном порядке, но раньше, чем операции над операндами, находящимися за скобками. При записи выражений, содержащих скобки, должна соблюдаться парность скобок, т.е. число открывающих скобок должно быть равно числу закрывающих скобок.
При возникновении события автоматически запускается процедура обработки события, которую и должен написать программист. Задачу вызова процедуры обработки при возникновении соответствующего события берет на себя Delphi.
В языке Object Pascal основной программной единицей является подпрограмма. Различают два вида подпрограмм: процедуры и функции. Как процедура, так и функция, представляют собой последовательность инструкций, предназначенных для выполнения некоторой работы. Чтобы выполнить инструкции подпрограммы, надо вызвать эту подпрограмму. Отличие функции от процедуры заключается в том, что с именем функции связано значение, поэтому имя функции можно использовать в выражениях.
Процедура начинается с заголовка, за которым следуют:
раздел объявления констант;
раздел объявления типов;
раздел объявления переменных;
раздел инструкций.
В общем виде процедура выглядит так:
procedure Имя (СписокПараметров);
const
// здесь объявления констант
type
// здесь объявления типов var
// здесь объявления переменных
begin
// здесь инструкции программы
end;
Заголовок процедуры состоит из слова procedure, за которым следует имя процедуры, которое используется для вызова процедуры, активизации ее выполнения. Если у процедуры есть параметры, то они указываются после имени процедуры, в скобках. Завершается заголовок процедуры символом "точка с запятой".
Если в процедуре используются именованные константы, то они объявляются в разделе объявления констант, который начинается словом const.
За разделом констант следует раздел объявления типов, начинающийся словом type.
После раздела объявления типов идет раздел объявления переменных, в котором объявляются (перечисляются) все переменные, используемые в программе. Раздел объявления переменных начинается словом var.
За разделом объявления переменных расположен раздел инструкций. Раздел инструкций начинается словом begin и заканчивается словом end, за которым следует символ "точка с запятой". В разделе инструкций находятся исполняемые инструкции процедуры.
Функция начинается с заголовка, за которым следуют разделы объявления констант, типов и переменных, а также раздел инструкций.
Объявление функции в общем виде выглядит следующим образом:
function Имя (СписокПараметров): Тип;
const // начало раздела объявления констант
type // начало раздела объявления типов
var // начало раздела объявления переменных
begin // начало раздела инструкций
result: = Значение; // связать с именем функции значение
end;
Заголовок функции начинается словом function, за которым следует имя функции. После имени функции в скобках приводится список параметров, за которым через двоеточие указывается тип значения, возвращаемого функцией (тип функции). Завершается заголовок функции символом "точка с запятой".
За заголовком функции следуют разделы объявления констант, типов и переменных.
В разделе инструкций, помимо переменных, перечисленных в разделе описания переменных, можно использовать переменную result. По завершении выполнения инструкций функции значение этой переменной становится значением функции. Поэтому среди инструкций функции обязательно должна быть инструкция, присваивающая переменной result значение. Как правило, эта инструкция является последней исполняемой инструкцией функции.
Группа входных языков предназначена для описания проектируемых объектов и управления процессом проектирования. Данную группу можно рассмотреть как язык взаимодействия проектировщика с системой в виде меню и шаблонов (бланков). При выборе операций по меню предложение системы представляет собой перечень фраз, слов или сокращений на естественном языке. Каждый пункт меню может быть помечен порядковым номером, мнемокодом команды или клавиши. Меню является по сути дела подсказкой. Реакцией на непомеченный список альтернатив может служить ввод ключевого слова или аббревиатуры, выбор строки курсором или вводом управляющего кода. Реакцией на выбор того или иного пункта меню будет выполнение соответствующих действий системой.
Заказ, полученный для разработки проекта, может содержать:
чертежи различных форматов (А4-А0), выполненных на бумаге, а также представленных в электронном виде - в файлах форматов. dwg,. bmp,. jpeg, для представления геометрической формы и более полной детализации модели;
текстовую информацию, представленную как на бумаге, так и в электронном виде - в файлах форматов. doc,. txt для более полного уяснения полученной задачи, для выявления обязательных характеристик системы и пожеланий самого заказчика к проектируемой модели.
Все эти данные должны быть использованы инженером-проектировщиком для создания командного файла формата. bat, понятного программе Ansys, который непосредственно будет формироваться в нашей программе, а в дальнейшем отправляться для расчётов в программу Ansys.
Данные, входящие в командный файл, будут являться входными, и в зависимости от задания могут содержать:
материал модели;
константы для формирования условий функционирования модели;
геометрические размеры;
формы и вид нагрузок;
тип интересуемого расчёта;
тип интересующего результата.
Носителями данной информации являются заказчики разработки и непосредственно разработчики, что касается электронной информации, она хранится на дискетах емкостью 1,44 Мб или на CD-дисках емкостью 700 Мб. Размеры файлов зависят от заказа и могут быть как малыми (≈ 1 Мб), так и большими (≈ 500 Мб).
На входных формах будут располагаться элементы следующих типов:
типа TEdit - для отображения названия проекта;
типа TSpinEdit - для выбора типа расчета и номера варианта;
типа TLabeledEdit - для отображения набора вводимых параметров (длина участков, нагрузка и т.д.);
компоненты типа TComboBox - для выбора единиц измерения параметров (м, Н и т.д.);
компонент типа TMainMenu - для осуществления работы с проектом в меню;
компонент типа TStatusBar - для отображения интерактивных подсказок;
компонент типа TSpeedBar - для дублирования команд меню на панели инструментов;
компоненты типа TButton - для перехода между формами.
4.3 Элементы промежуточного языка
Промежуточным языком является язык командного файла. Команды, используемые в командном файле, передаваемом ПК ANSYS, перечислены в таблице 4.1
Выходные языки ориентированы на вывод полученных в результате проектирования проектных решений в виде проектной документации, которая имеет естественный язык и пояснений не требует:
распечатки результата расчёта как графического изображения (обязательно цветного) или как текстовых документов на формате А4 (Приложение А - Шаблоны выходных документов);
сохранение результатов в графическом формате. bmp или в текстовых форматах. doc,. txt, в электронном виде на различных носителях: на дискетах емкостью 1,44 Мб или на CD-дисках емкостью 700 Мб, размеры файлов зависят от заказа и могут быть как малыми (≈ 1 Мб), так и большими (≈ 500 Мб).
Сообщения пользователю АРЗМ разделяются на сообщения-результаты проверки модели исследования и на сообщения об ошибках, предупреждения и информационные сообщения, выдаваемые в ходе работы с АРЗМ.
Результаты проверки модели исследования в зависимости от степени определенности нарушения разделяются на ошибки и предупреждения. В таблице 4.2 приводится перечень ошибок и предупреждений, возможных для каждого конкретного класса объектов модели исследования.
Таблица 4.2 - Перечень ошибок и предупреждений, выявляемых после проверки модели исследования.
№
Вид
Сообщение
1
Ошибка
Ошибочные данные
2
Предупреждение
Введены не все данные
Сообщения, выдаваемые по ходу работы, выдаются в диалоговых окнах. Вывод всех сообщений дублируются также в log-файл.
Сообщения об ошибках разделяются на критические, фатальные и исправимые.
Возникновение критических ошибок приводит к прерыванию работы с АРЗМ, выходу из программы и, возможно, к перезагрузке системы. Данный тип ошибок обуславливается только ошибками программирования АРЗМ, необнаруженных на этапе тестирования. При появлении такой ошибки выдается либо стандартное сообщение Windows "Программа выполнила недопустимую операцию и будет закрыта", при этом не представляется возможность сохранить текущую работу, либо выдается сообщение АРЗМ о необходимости прервать работу, сохранить текущую работу и выйти из программы.
Фатальные ошибки приводят к прерыванию обработки текущей выполняемой команды без нарушения целостности системы. Данный тип ошибок возникает из-за ошибок в описании модели исследования: неполное описание, взаимоисключающее и т.д. После появления такой ошибки необходимо проверить модель командами проверки и повторить процедуру.
Сообщения об исправимых ошибках информируют пользователя о таковой и переводят программу в диалоговый режим, предоставляя пользователю возможность скорректировать исходные данные либо прервать обработку.
Предупреждающие сообщения информируют пользователя о возможности появления ошибок в дальнейшем, либо о возможной некорректности исходных данных, которая может привести к большим погрешностям вычислений.
Информационные сообщения выдают пользователю порции вспомогательной информации о ходе работы, которая никак не отражается на процессе работы системы. Такая информация позволяет пользователю отследить ход вычисления или нескольких параллельных вычислений.
На выходных формах будут располагаться элементы следующих типов:
элемент типа TTreeView - для отображения дерева проектов;
элемент типа TGraphChildForm - для отображения графической информации проекта;
элемент типа TTextChildForm - для отображения текстовой информации проекта.
При разработке дипломного проекта нами использовались следующие базовые программные средства:
ANSYS 6.0 (анализ модели, созданной в САПР "UIRZM-CAE");
Borland Delphi 6.0 (среда создания САПР "UIRZM-CAE");
Microsoft Word 2000 (оформление документации);
Macromedia Flash FX (создание мультимедиа-презентации);
InstallShield Express Borland Limited (создание программы инсталляции САПР "АРЗМ").
Исходя из требований к САПР "АРЗМ", в качестве программы моделирования необходимо использовать ANSYS 6.0. Программа Ansys представляет собой компьютерный код для проектирования и выполнения конечно-элементного анализа. Она используется, чтобы выяснить, как выполненная проектная разработка будет вести себя в эксплуатационном режиме. Также программу ANSYS можно использовать для оптимизации соответствующего проекта при различных эксплуатационных режимах. В программе ANSYS можно работать в интерактивном или пакетном режиме. Пакетный режим означает функционирование программы ANSYS под управлением командного файла.
В качестве средств программирования выбрана среда Rapid Application Development (Быстрой Разработки Приложений) Borland Delphi 6.0 Interprise Edition. Выбор среды разработки обуславливается следующими соображениями. Во-первых, компиляторы языка Object Pascal разработаны для операционных систем Windows и Linux, что позволяет мобильно переходить от одной операционной системы к другой. Во-вторых, Delphi предоставляет широчайшие возможности по разработке пользовательского интерфейса. В-третьих, язык Object Pascal наиболее хорошо нами изучен, а также существует большое количество документации по среде проектирования Delphi.
В качестве средства оформления документации мы выбираем
MS Word 2000, так как этот программный продукт представляет большие возможности при простом интерфейсе пользователя, а также наиболее широко используется в качестве стандартного офисного приложения.
Для оформления мультимедийной презентации мы используем Macromedia Flash MX, который относится к мультимедийным приложениям, как для Интернет, так и для автономных презентаций. К достоинствам Flash MX можно отнести следующие:
является наилучшим средством для организации Web-страниц, презентаций, художественного оформления иллюстраций;
является эффектной программой для создания анимации;
Flash - анимация воспроизводится значительно быстрее, чем Web анимация в формате GIF;
независимость от размера изображения;
простота использования;
автоматическое изменение масштаба в соответствии с размерами окна;
является эффективным инструментальным средством для создания графики и анимации, предназначенных для использования другими приложениями;
легкость сопряжения со звуковой дорожкой.
Для создания программы инсталляции "АРЗМ" мы выбираем InstallShield Express из комплекта поставки Borland Delphi 6.0 Interprise Edition. Эта программа создания инсталляции представляет удобный пользовательский интерфейс, а также поддерживает установку BDE на компьютер.
Наша программа разрабатывалась для работы на компьютерах типа PC и работает только под руководством операционных систем с ядром Win32.
Программа ANSYS разрабатывалась для использования на рабочих станциях SUN, Silicon Graphics, DEC, а также суперкомпьютерах Cray. Все эти вычислительные системы используют в качестве операционной системы разновидности ОС UNIX. Также существует версия под MS-DOS, в 1997 году создана версия для работы в среде Windows.
ОС Windows характеризуется тем, что предоставляет приложениям возможность создания пользовательского интерфейса на высоком уровне эргономичности и удобства.
ОС UNIX является антиподом Windows - практически отсутствие графического интерфейса, за исключением дополнительно загружаемой графической подсистемы X-Window. В отличие от Windows, код UNIX специально рассчитан под используемое оборудование, что привело к отсутствию понятия Plug&Play, но зато дало возможность создания высокопроизводительных приложений, интенсивно использующих комплекс технических средств.
Так как пользователь работает с программами "АРЗМ" и ANSYS, на его машине достаточно установить операционную систему на базе Windows. Наиболее подходящая - ОС Windows ХР, являющейся недорогой, но в тоже время довольно мощной операционной системой, поддерживающей большинство современных технологий программирования.
САПР "АРЗМ" предназначена для интегрированного автоматизированного проектирования и анализа на основе программы ANSYS. Интеграция с нашей программой заключается в таком объединении этих программ, при котором пользователь, подготавливая модель, не задумывается, каким образом будет производится моделирование и анализ исследуемой модели.
В настоящее время системы проектирования и анализа развиваются двумя различными путями: улучшение интерфейса с пользователем и наращивание вычислительных возможностей. В связи с высокой конкуренцией эти два пути пересекутся, но в настоящее время степень пересечения незначительна.
В нашей системе для решения задачи обеспечения интеграции этих систем выбран подход асинхронного проектирования и моделирования: пользователь работает в среде "АРЗМ", в то время как автоматизированное моделирование производится в фоновом режиме. Интеграция заключается в эмулировании моделирования САПР "АРЗМ".
Программный продукт реализован в виде взаимосвязанных модулей. Структура программного комплекса представлена в таблице 5.1.
Таблица 5.1 Структура программного комплекса
Название модуля
Описание
1
2
1 MainUnit
Обеспечивает связь модулей и управление проектами, отображает результаты расчета.
2 NewUnit
Осуществляет выбор типа проекта.
3 Растяжение и сжатие прямых стержней
3.1 BeemStep1
Осуществляет выбор названия проекта, количества участков, типа сечения и способа закрепления
3.2 MaterialPropUnit
Осуществляет ввод модуля упругости, коэффициента Пуассона, плотности
3.3 SectionPropUnit
Осуществляет ввод геометрических размеров сечения
3.4 ForcesPropUnit
Задаются значение и расположение нагружения модели, выполнение расчета
4 Кручение
4.1 PipeStep1Unit
Осуществляет выбор названия проекта, количества участков и способа закрепления
4.2 PipeMaterialPropUnit
Осуществляет ввод модуля упругости, коэффициента Пуассона, плотности
4.3 InputLengsOtrezkovUnit
Осуществляет ввод длин участков
4.4 PipeInputDataUnit
Осуществляет ввод угловой скорости вращения, предела прочности, угла закручивания
4.5 PipeInputNUnit
Осуществляет ввод мощностей
4.6 PipeMomentForm
Задаются направление моментов, выполнение расчета
5 Плоский изгиб
5.1 FlexStep1Unit
Осуществляет выбор названия проекта, количества участков
5.2 FlexMaterialPropUnit
Осуществляет ввод модуля упругости, коэффициента Пуассона, плотности
5.3 FlexLengsUnit
Осуществляет ввод длин участков
5.4 FlexPowerUnit
Задаются значение и расположение статической силы, распределенной нагрузки, изгибающего момента, точка приложения и вид закрепления, выполнение расчета
6 Рамы
6.1 RamaStep1Unir
Осуществляет выбор существующего в базе данных варианта расчета
6.2 RamaStep2Unit
Задаются значение и расположение статической силы, распределенной нагрузки, изгибающего момента, геометрических размеров модели исследования
6.3 ResultUnit
Осуществляет выполнение подбора сечения и построения эпюры
5.4.2 Система идентификации и описания функций и процедур
Для обеспечения наибольшей читабельности программ и достижения высокого уровня самодокументируемости, вводятся следующие общие правила и готовые описания базовых функций и типов.
Правила построения имен файлов следующие:
CCC_Unit. ext, где:
ССС - сокращение от названия класса или английское сокращение от названия круга задач, решаемых набором функций, находящихся в файле;
ext - стандартное для данного типа расширение.
Типы создаваемых файлов приведены в таблице 5.2.
Таблица 5.2 Расширения файлов
Расширение
Описание
*. cfg
Файл настроек проекта
*. dcu
Откомпилированный модуль
*. dpp
Диаграмма взаимосвязей компонентов
*. dfm
Описание формы
*. dpr
Описание проекта
*. dsk
Desktop-настройки проекта
*. pas
Код модуля
*. res
Ресурсы проекта
*. bat
Командный файл
*. res
Файл результата
*. jpg
Графические результаты расчета
*. vrt
Промежуточный результат
Каждый программный или заголовочный файл должен содержать не более одного описания основного класса вместе с описанием вспомогательных классов и структур. В случае библиотек функций - только те функции, которые непосредственно касаются задач, описанных в заголовке файла, вместе с функциями, монопольно используемыми набором основных функций и которые не могут быть сгруппированы и выделены в отдельный файл.
Правила построения имен переменных:
UuuNnnnn [TTT], где:
Bbb - идентификатор модуля (таблица 5.1), первая - заглавная;
Nnnnn - английское сокращение, описывающее переменную, каждое слово - с заглавной;
TTT - сокращенное название класса переменной (для объектных переменных)
Правила описания классов, структур и перечислений:
TBbbNnnnnn, где:
T - стандартный префикс для классов;
Nnnnn - английское сокращение, описывающее роль, каждое слово - с заглавной.
При описании методов и членов класса руководствоваться правилами описания функций и переменных без указания идентификатора библиотеки.
Жесткая установка описания базовых функций и типов необходима для параллельного создания кода с наименьшим количеством увязок и повышения читабельности программной модели "АРЗМ" стороннему разработчику, для дальнейшего дополнения и модернизации "АРЗМ".
При описании параметров функций использовать, по возможности, стандартные типы и типы Windows API.
Созданные функции и процедуры САПР "АРЗМ" с параметрами и кратким описанием приведены в таблице 5.3.
Разрабатываемая, в рамках данного дипломного проекта, система, требует для своей работы наличие на компьютере ПК ANSYS версии 6.0 или выше (рекомендуется 7.0). Следовательно, при проектировании КТС следует опираться на требования к техническому обеспечению ПК ANSYS. В случае их выполнения, требования к комплексу технических средств разрабатываемой подсистемы выполнятся автоматически.
ПК ANSYS 60 предъявляет более высокие, по сравнению с версией 55, требования к производительности процессора и к объему оперативной памяти, установленной на клиентском компьютере. Это обусловлено большими возможностями и функциональностью интерфейса клиентской части ПК ANSYS 6.0.
При проектировании КТС будем опираться на вышеописанные общие требования, а также минимальный и рекомендуемый состав и характеристики КТС для ПК ANSYS.
При проектировании КТС, необходимо определить состав компонентов технического обеспечения, который обеспечит комфортную работу разработчика конфигурации.
Для работы ЭВМ вообще необходимо наличие как минимум следующих компонент:
Процессор;
Материнская плата;
Модуль оперативной памяти;
Видеоконтроллер;
Жесткий диск;
Блок питания (системный блок);
Монитор;
клавиатура, мышь.
Дополнительно в состав комплекса технических средств могут входить:
Источник бесперебойного питания;
Аудиоконтроллер;
Принтер;
Сетевая карта;
Дисковод НГМД (накопитель на гибких магнитных дисках);
Дисковод компакт-дисков и многие другие компоненты.
При дальнейшем проектировании будут рассматриваться только основные компоненты, без которых работа КТС невозможна (т.е. будут рассмотрены компоненты из первого списка). Из дополнительных компонент более подробно мы остановимся лишь на принтере, поскольку при использовании нашей системы предполагается вывод данных на печать (эпюры, отчет об исследовании).
Вся информация о тестировании компонентов КТС взята с сайта компании "Цифровой мир" [9].
6.2.1.1 Определение общего состава КТС
Оперативная память. Результаты сравнительного анализа модулей памяти различных производителей приведены в таблице 6.1
Таблица 6.1 - Сравнительный анализ модулей оперативной памяти
Производитель
Samsung
Kingston
Тип
DDR
DDR
Емкость
256 Mb
256 Mb
Тактовая частота
333/400 Mhz
333/400 Mhz
Пропускная способность
2,7 Gb/sec
3,0 Gb/sec
Номинальное время доступа
7 ns
6 ns
На основании данных таблицы 6.1 выбираем модуль оперативной памяти фирмы Kingston.
Монитор. Результаты тестирования мониторов приведены в таблице 6.2
Таблица 6.2 - Сравнительный анализ характеристик мониторов
Модель
17" SyncMaster 753 dfx
17" Rolsen C70 CRT
17" Greenwood CM770T CRT
17" LG Studioworks SW-775E CRT
1
2
3
4
5
Производитель
Samsung
Rolsen
Li Ching Technology
LG
Вертикальная развертка
50 - 120 Гц
50 - 130 Гц
50 - 160 Гц
50 - 160 Гц
Цветовая палитра
32-бита
24-бита
32-бита
32-бита
Разрешение
до 1024 x 768 при 85 Гц
до 1280 x 1024 при 75 Гц
до 1280 x 1024 при 75
до 1280 x 1024 при 85 Гц
Размер шага
0.22 мм
0.24 мм
0.24 мм
0.24 мм
Диагональ
17"
17"
17"
17"
Особенности
антибликовое покрытие, антистатическое покрытие
антибликовое покрытие, антистатическое покрытие
неотражающее покрытие
неотражающее покрытие, антистатическое покрытие
Интерфейсы
VGA, HD-15
VGA, HD-15
VGA, HD-15
VGA, HD-15F
Габариты, вес
36.2x36.8x38.5 см, 15.0 кг
36.3x36.4x38.6 см, 14 кг
36.2x35.2x39.0 см, 13,5 кг
36.0x39.0x39.2 см, 12.4 кг
Электропитание
110/230 В, 85 Вт/15 Вт (в режиме сна)
100/240 В, 75 Вт
100/240 В, 100 Вт
90-264 В, 100 Вт
На основании данных таблицы 6.2 выбираем монитор Samsung 17" SyncMaster 753 dfx.
Принтер. На сегодняшний день стандартом для офисной цветной печати являются струйные принтеры, так как они обладают следующими характеристиками: низкая себестоимость отпечатка, пониженный уровень шума, высокая скорость печать и высокое качество отпечатка. Выбираем принтер струйный. Сравнительные характеристики струйных принтеров приведены в таблице 6.3.
Таблица 6.3 - Технические характеристики принтера
Характеристика
HP DJ 3745
HP DescJet 3845
Формат печати (мах)
А4
А4
Разрешение печати, dpi
1200
4800
Скорость печати, стр/мин
12
18
Размер буфера, MB
8
8
Интерфейсы подключения
LPT/USB
USB
Ресурс картриджа, копий
400
500
На основе данных таблицы 6.3 выбираем принтер HP DescJet 3845.
6.2.1.2 Подбор процессора
Для тестирования производительности процессоров были собраны следующие системы:
2x256 Мбайт PC3200 DDR SDRAM TwinX, производства Samsung
Корпус
Inwin506 с блоком питания PowerMan 300W
OS
Windows XP SP1
Рассмотрим результаты синтетических тестов.
Таблица 6.4 - Результаты тестирования
Тест
AMD Sempron 2300+
AMD Sempron 3100+
Intel Pentium4 2.4A
Intel Celeron-D 325
Sandra 2002 Int MEM
2239 (0,22)
2411 (нет)
3316 (1,8)
3382 (0,25)
Sandra 2002 Float MEM
2415 (0,24)
2407 (нет)
3313 (1,8)
3383 (0,25)
PCMark2002 CPU
5017 (0,5)
7613 (нет)
8744 (0,47)
8229 (0,62)
PCMark2002 MEM
4903 (0,495)
5800 (нет)
5087 (0,27)
5322 (0,4)
В скобках приведен коэффициент полученный путем деления баллов результата тестирования на цену процессора.
Исходя из полученных результатов и стоимости процессоров, оптимальным будет выбор процессора Intel Celeron-D 325 (ядро Prescott; Socket478), который обеспечивает высокую производительность в офисных приложениях.
6.2.1.3 Выбор материнской платы и графической подсистемы
Для тестовых испытаний нам были взяты следующие модели материнских плат: AOpen AX4SG Max,, CANYON 9I6GM-L, Intel D865GBF на чипсете Intel 865G с интегрированным графическим ядром Intel Extreme Graphics 2. Основные технические характеристики и функциональные возможности этих материнских плат, представлены в таблице 6.5.
Таблица 6.5 - Технические характеристики материнских плат
Наименование характеристик
AOpen AX4SG Max
CANYON 9I6GM-L
Intel D865GBF
1
2
3
4
Чипсет Intel 865G (Intel 82865G + Intel 82801ER).
+
+
+
Процессорный разъем: Socket 478.
+
+
+
Процессор: Intel Pentium 4/Celeron (в т. ч HT).
+
+
+
Частота FSB: 400/533/800 МГц.
+
+
+
Память: non-ECC DDR SDRAM PC 3200 PC 2700 PC 2100
+
+
+
Количество DIMM-слотов:
4
2
4
Максимальный объем:.
4 Гбайт
2 Гбайт
4 Гбайт
Графический слот: AGP 8x-слот (AGP 3.0), поддерживающий работу 1,5-вольтовых графических карт с интерфейсом 8x/4x
+
+
+
PCI-слоты: (32-битных 33-мегагерцевых)
6
3
6
двухканальный IDE-контроллер, поддерживающий работу до четырех устройств с интерфейсом ATA33/66/100 или ATAPI;
+
+
+
двухканальный SerialATA-контроллер
+
+
+
поддержка RAID-массивов 0 и 1 уровней
+
-
-
Количество поддерживаемых USB 2.0-портов
8
8
8
Шестиканальный звуковой AC’97-
Realtek ALC650
C-Media CMI9739A
ADI ADI985
Ethernet-контроллер
1GB Broadcom BCM5702WKFB
10/100 Realtek RTL8101L
1Gb Intel 82547EI
Контроллер ввода-вывода
ITE IT8712F
Winbond W83627HF
NS PC87372
COM-порт
1
1
1
VGA
1
1
1
LPT-порт
1
1
1
RJ-45
1
1
2
PS/2
2
2
1
Звук
3
3
3
USB (Выходная панель)
6
4
4
IEEE-1394-контроллер Agere FW323
+
-
-
Форм-фактор
ATX
mATX
ATX
Размеры
30,5Ѕ24,4 см.
20S24,5 см
29.46S24.384
Количество разъемов для подключения вентиляторов охлаждения
3
3
3
Система охлаждения микросхемы контроллера-концентратора памяти
пластинчатый радиатор
пластинчатый радиатор
пластинчатый радиатор
Частота системной шины (CPU Bus Frequency)
от 100 до 400 МГц с шагом 1 МГц
От 100 до 255 МГц с шагом 1МГц
-
Частота работы AGP/PCI
от 66,67 до 98,68 МГц и от 33,33 до 49,34 МГц
От 66,7/33,33/100 до 76/38/114
-
Частота передачи данных шины памяти
1,33, 1,6, 2,0
-
-
Напряжение процессорного ядра
от 1,1 до 1,85 В с шагом 0,025 В
-
-
Напряжение питания AGP-слота
от 1,5 до 1,7 В с шагом 0,025 В
-
-
Для проведения тестирования нами была использована следующая конфигурация тестового стенда:
процессор: Intel Pentium 4 3 ГГц (FSB 800 МГц);
память: 2х256 Мбайт PC 3500 Kingstone KHX3500 в режиме DDR400;
RAS Act. to Pre 6,CAS# Latancy 2.5,RAS# to CAS# delay 3,RAS# Precharge 3.
жесткие диски: два диска Seagate Barracuda ATA V (ST3120023AS) по 120 Гбайт.
Тестирование проводилось под управлением операционной системы Microsoft Windows XP Service Pack 1. Для каждой испытываемой материнской платы использовалась последняя (на момент проведения тестирования) версия прошивки BIOS. В ходе тестовых испытаний были использованы тестовые пакеты, оценивающие общую производительность системы при работе с офисными, мультимедийными и игровыми приложениями. Производительность при работе с офисными приложениями и приложениями, используемыми для создания Интернет-контента, оценивалась по результатам тестов Business Winstone 2002 v.1.0.1 и Content Creation Winstone 2003 v.1.0, входящих в пакет VeriTest, а также Office Productivity и Internet Content Creation из тестового пакета SySMark 2002. Возможности персональных компьютеров, построенных на базе тестируемых моделей системных плат на 3D-игровых приложениях, оценивались с помощью тестового пакета MadOnion 3DMark2001 (DirectX8) и встроенных тестов из демо-версии популярной Unreal Tournament 2003 Demo. Кроме того, оценивалось время архивирования эталонного файла (установочная директория дистрибутива теста MadOnion SYSmark 2002) архиваторами WinRar 3.2 (с использованием настроек по умолчанию), а также время конвертирования эталонного wav-файла в mp3-файл (MPEG1 Layer III), для чего использовалась утилита AudioGrabber v1.82 с кодеком Lame 3.93.1 и эталонного файла MPEG-2 в файл MPEG-4 посредством утилиты VirtualDub1.5 4 P4 и кодека DivX Pro 5.0.5. Для более детального анализа работы системы (в первую очередь подсистемы памяти) использовались синтетические тесты, такие как SiSoft Sandra 2003, ScienceMark 2.0 и Cachemem, а также тестовая утилита MadOnion PCMark2002, которая помимо прочего позволила оценить работу графического ядра с 2D-графикой. Результаты тестов материнских плат приведены в таблице 6.6.
Таблица 6.6 - Результаты тестирования материнских плат
Весовой коэффициент
CANYON 9I6GM-L rev. A
Intel D865GBF
AOpen AX4SG Max
Чипсет
Intel865G
Intel865G
Intel865G
Память
DDR400 (2,5-3-3-6)
DDR400 (2,5-3-3-6)
DDR400 (2,5-3-3-6)
Версия BIOS
rev 1.0
BF86510A.86A.0036. P07
rev 1.0.1
WCPUID 3.1a
Внешняя частота сист. шины, МГц
4
200
199,55
201
Отклонение от номинального значения,%
0
0,22
0,5
Content Creation Winstone 2003 v1.0
10
49,9
50,1
50,1
Отставание от лидера,%
0,4
0
0
Busines Winstone 2002 v 1.0.1
10
31,5
32
31,8
Отставание от лидера,%
1,6
0
0,625
SySMark 2002
Internet Content Creation
10
419
421
427
Отставание от лидера,%
1,9
1,4
0
Office Productivity
10
208
215
218
Отставание от лидера,%
4,6
1,4
0
MadOnion 3DMark 2001
8
2857
2838
2858
Отставание от лидера,%
0,03
0,7
0
Архивирование WinRar 3.20
normal (исходный 2,1ГБ - конечный 1,03ГБ)
10
1266
1198
1195
Отставание от лидера,%
5,9
0,25
0
Таблица 6.6.1
Декодирование
MPEG2->MPEG4 (VirtualDub 1.5 4 P4 + DivX Pro 5.0.5)
10
505
499
496
Отставание от лидера,%
1,8
0,6
0
wav->MPEG1 Layer III (AudioGrabber v1.82 + Lame 3.93.1)
10
204
204
202
Отставание от лидера,%
1
1
0
Unreal Tourna-ment Demo 2003
dm-asbestos
4
60,1
60,87
61,15
Отставание от лидера,%
1,7
0,45
0
Интегральный показатель производительности
83,55
84,674
85, 191
Отставание от лидера,%
1,9
0,6
0
Интегральный показатель производительности
83,55
84,786
84,945
Отставание от лидера,%
1,6
0,18
0
Функциональность
25
55
135
Интегральный показатель качества
0,181
0,405
0,996
Отставание от лидера,%
81
59
0
В качестве основы "видео" применялось интегрированное графическое ядро чипсета Intel 865G, также использовались варианты стенда с графическими картами:
ABIT Siluro GF2MX400;
ASUS V8170DDR/64M (GF4 MX440);
Gigabyte GV-R96P128D (RADEON 9600PRO).
Графическое ядро Intel Extreme Graphics 2 компании Intel работает на частоте 266 МГц и, благодаря RAMDAC 350 МГц, позволяет обеспечить максимальное разрешение 1800Ѕ1440 85 Гц (что актуально для ЭЛТ-мониторов) или 2048Ѕ1536 60 Гц (для ЖК-мониторов).
Проведен ряд тестов, позволяющих оценить производительность ПК (и прежде всего его графической подсистемы) при работе с 3D (таблица 6.9) и 2D (таблица 6.10) - графикой. Поскольку при работе системы ПК ANSYS отображение производится в 2D режиме приведем тесты производительности работы видеокарт с 2D-графикой.
Таблица 6.7 - Результаты при работе с 2D-графикой
Intel Extreme Graphics 2
Radeon 9600Pro
ASUS GF4 MX440
ABIT Siluro GF2MX400
Windows XP2D
Lines (lines/s)
17746
16921
16451
16492
Ellipses (elipses/s)
6916
6767
6609
6600
Arcs (Arcs/s)
13146
12956
12626
12604
Beziers (Beziers/s)
8995
8717
8439
8479
Curves (curves/s)
1925
1870
1873
1871
Filled Ellipses (ellipses/s)
25410
23017
14053
13800
Gradient Boxes (rectangles/s)
59
36
30
28
Gradient Polygons (polygons/s)
16
10
9
9
Filled pies (pies/s)
17604
16118
8751
8631
Images (images/s)
875
756
519
509
Cached Bitmaps (cached bimaps/s)
9462
6786
1761
1722
Strings (characters/s
307337
326165
332109
330776
Производительность графического ядра Intel Extreme Graphics 2 при работе с 2D-графикой определась посредством набора тестов Windows XP 2D, входящего в состав утилиты MadOnion PCMark2002. Результаты, свидетельствуют о том, что при работе с 2D-графикой интегрированное ядро Intel не знает себе равных.
Выбираем материнскую плату CANYON 9I6GM-L rev. A. Тесты графической подсистемы показали, что ядро Intel Extreme Graphics 2 показывает отличное качество 2D графики. Таким образом, выбираем графическую подсистему на основе встроенного ядра Intel Extreme Graphics 2.
6.2.1.4 Выбор жесткого диска
HDTach - популярный тест, позволяющий измерить скорость чтения и записи на пластины, а также скорость доступа к случайным данным (random access time). Особый интерес представляет тест на скорость записи.
Копирование файла объемом 1 ГБ с раздела на раздел. Методика: диск разбивается пополам на два раздела. Оба раздела форматируются. На первый раздел помещается файл размером 1 ГБ. Система перезагружается. Измеряется время копирования файла с первого на второй раздел. Измерения повторяются 3 раза, значения усредняются. Тест на копирование файла с раздела на раздел дает представление о скорости выполнения диском потоковых операций чтения и записи.
Копирование каталога объемом 1.5 ГБ. Методика та же. В каталоге содержится 6048 файлов различного объема. Тест на копирование большого каталога с раздела на раздел характеризует способность диска работать с большим количеством неоднородных файлов.
Открытие файла в Adobe Photoshop 7.0. Файл объемом 600 МБ копируется на раздел 2. В Adobe Photoshop в качестве диска, хранящего временные файлы, назначается раздел 1. Система перезагружается. Замеряется время, необходимое на открытие файла. Измерения повторяются 3 раза, значения усредняются. Этот тест призван помочь оценить быстродействие диска в реальном приложении в условия интенсивного использования файла подкачки. При этом предполагается, что временные файлы размещаются на одном разделе, а рабочий файл - на другом.
Для проведения измерений использовалась следующая платформа:
Процессор Intel Pentium 4 2.8 ГГц
Системная плата Intel D875PBZ на наборе системной логики i875P, южный мост поддерживает интерфейс Serial ATA
256 МБ памяти DDR333
OC Windows XP SP1
Intel Application Accelerator RAID Edition
Операционная система была установлена на жесткий диск Western Digital WD2000 объемом 200 ГБ, подключенный к первому каналу SATA. Тестируемая модель подключалась ко второму каналу SATA. Все диски форматировались в файловой системе NTFS.
Результаты тестов приведены в таблице 6.8.
Таблица 6.8 Сводная таблица параметров и результатов тестирования жестких дисков
Maxtor DiamondMax Plus 9 6Y120M013551A
Samsung SpinPoint SP1614C
Seagate Barracuda 7200.7 Plus ST3120026AS
Seagate Barracuda V ST3120023AS
Western Digital Caviar WD2000JB
Western Digital
Caviar
WD2500JB
Western
Digital Raptor
WD360GD
Объем, ГБ
120
160
120
120
200
250
36
Плотность записи
80 ГБ на пластину
60 ГБ на пластину
80 ГБ на пластину
36 ГБ на пластину
Скорость вращения шпинделя
7200 об/мин
10000 об/мин
Объем внутреннего буфера
8 МБ
Интерфейс
Serial ATA 1.0
Количество пластин
2
2
2
2
3
3
1
Количество головок
3
4
3
4
5
6
2
Среднее время доступа, мс
9.3
8.9
8.5
9.5
8.9
8.9
5.2
Копирование файла с раздела на раздел (с)
0: 47
0: 48
1: 53
1: 50
1: 13
1: 10
0: 49
Копирование каталога (мин: сек)
3: 26
1: 55
2: 37
2: 46
3: 50
3: 51
2: 55
Открытие файла в Adobe PhotoShop 7.0 (сек)
110
110,3
145,1
169,5
125,2
127,6
114,9
Жесткий диск Samsung SpinPoint SP1614C продемонстрировал высокие и стабильные результаты практически во всех тестах. Данный диск, обладает сравнительно низкой стоимостью 1 GB. Выбираем диск в качестве основного.
В целях снижения затрат на приобретение оборудования для разработки и функционирования разрабатываемой подсистемы, выбор компьютерной техники будем осуществлять из расчета технической необходимости и экономической целесообразности.
Исходя из требований к разрабатываемому комплексу технических средств и имеющегося оборудования на компьютерном рынке, в таблице 6.9 рассчитана общая стоимость комплекса технических средств и предлагается персональный компьютер следующей конфигурации.
Таблица 6.9 - Технические средства функционирования системы
Разработчик обязуется в течение одного дня поставить оборудование. План и сроки поставки утверждаются предприятием-заказчиком. Купленная ЭВМ направляется в проектный отдел, где предварительно должно быть подготовлено рабочее место. При установке оборудования подводится независимое электропитание, согласно эксплуатационным характеристикам, затем проводится заземление. Пуско-наладка оборудования должна быть произведена за три дня до начала эксплуатации системы. В присутствии поставщика в проектном отделе проводится установка всех комплектующих, тестирование памяти, дисков, периферийного устройства. Далее следует форматирование жесткого диска, установка операционной системы Windows 2000. После выполнения вышеперечисленных мероприятий осуществляется установка разработанной системы программы и её тестирование.
Основной задачей обслуживания ПЭВМ является обеспечение бесперебойной работы проектировщиков. Для этого следует производить профилактические работы через определенные промежутки времени.
Применительно к данному комплексу технических средств, следует проводить ежедневную и ежемесячную профилактику. При проведении профилактических работ необходимо руководствоваться инструкциями по эксплуатации отдельных устройств, входящих в состав комплекса технических средств.
При выполнении ежедневной профилактики проверяются технические средства машины с помощью специальных тестов, входящих в состав программного обеспечения, а также проводятся работы, предусмотренные для внешних устройств.
За чистку внутренних устройств отвечают подразделения, занимающиеся техническим обслуживанием комплекса технических средств. В качестве профилактических работ персонального компьютера следует проводить:
чистку головок чтения и записи накопителя гибких магнитных дисков, специальной чистящей дискетой;
протирать пыль с монитора слегка увлажненной, чистой хлопчатобумажной салфеткой (при выключенном мониторе).
В качестве профилактических работ принтера следует проводить:
своевременную замену картриджа;
соблюдение режимов печати и установки бумаги, предусмотренных руководством по эксплуатации принтера.
При проведении ежемесячной профилактики рекомендуется дополнительно проверять работоспособность технических средств машины и операционной системой.
Для транспортировки оборудования к месту его использования необходимо избегать сильных ударов, резких перепадов температуры, изменению влажности. Различные части компьютера должны быть упакованы в герметичную упаковку и закрытую тару.
Системный блок, принтер и монитор во избежание повреждений не переворачивать и не трясти. Для избегания повреждения жесткого диска системного блока, головки диска должны находиться в фиксированном состоянии, для чего необходимо перед выключением компьютера произвести парковку.
При правильной транспортировке оборудования, будет обеспечено его дальнейшее успешное использование.
Для ремонта и технического обслуживания в конструкторский отдел будет приглашаться специалист с фирмы "ВТИ".
Силами инженеров-проектировщиков будет осуществляться еженедельное архивирование, о порядке которого расскажет вышеуказанный специалист.
Последнюю пятницу месяца будут производиться профилактические работы, в перечень которых входит:
проверка поверхности дисков каждого ПК;
обновление антивирусных баз;
анализ работы сети;
диагностика работы ПК.
Все ремонтные работы будут производиться на фирме "ВТИ".
Приобретать оборудование необходимо в специализированной фирме, где на все комплектующие будут выданы гарантийные талоны на случай поломки или отказа. При покупке оборудования в договоре о поставке следует предусмотреть, что по мере морального устаревания оборудования его модернизацию будет осуществлять предприятие-заказчик.
Организационная структура предприятия (структура управления) представлена на рисунке 7.1. Автоматизация производится в ОПК - отделе проектирования конструкций.
Рисунок 7.1 "Организационная структура предприятия"
При разработке ОО нас интересует лишь ОПК, который непосредственно разрабатывает проекты. В зависимости от размеров предприятия и объема работ ОПК может иметь различное количество сотрудников. Его штат включает в себя:
Начальника отдела (главного технолога), который осуществляет управленческую деятельность и непосредственно участвует в проектировании;
Четыре инженера-проектировщика, которые занимаются созданием проектов.
В данном ОПК существуют 5 Автоматизированных Рабочих Мест (АРМ), которые размещены у начальника отдела и четырёх инженеров-проектировщиков.
Среди них выделяются:
АРМ начальника отдела, к которому будет подсоединён принтер;
4 АРМ инженеров-проектировщиков.
Рисунок 7.2 "Схема взаимодействия АРМ-ов и периферии"
График работы агентства для всех штатных единиц: с 9-00 до 18-00, обед с 13-00 до 14-00, суббота и воскресенье выходные.
Разрабатываемый программный продукт предусматривает индивидуальное решение поставленной задачи. Специфика решаемых задач не позволяет разбить полученное задание на ряд более простых для обработки различными сотрудниками. Поэтому, если наш программный продукт применяется в какой-либо организации, в данном случае в проектно-конструкторском отделе, то каждый сотрудник будет выполнять свое собственное отдельное задание (совместно будет использоваться лишь база данных объектов, хранящаяся на сервере, которым будет служить ПК начальника отдела).
Внедрение подсистемы сопряжено с выполнением больших объёмов работ, требующих совместного участия заказчика, разработчика, специалистов фирмы поставщика КТС.
Основанием для начала работы по внедрению системы служит решение организации - заказчика, принимаемое при готовности рабочей документации объекта проектирования. План - график внедрения подсистемы утверждается организацией - заказчиком и согласовывается с организацией - разработчиком.
Организацию обучения кадров, т.е. инженеров-проектировщиков, обеспечивает заказчик путем заключения отдельных договоров или соглашений с организацией-разработчиком. Обучение персонала предусматривается на месте внедрения и эксплуатации системы “АРЗМ".
Количество часов, отводимых на обучение каждого, приведено в таблице 7.1
Таблица 7.1 "Затраты времени на обучение рабочего персонала"
Должность
Количество часов
Начальник отдела (инженер - технолог)
3
Инженеры-проектировщики
3
График обучения кадров составляется организацией-заказчиком по согласованию с разработчиком. На период обучения персонал освобождается от производственных обязанностей согласно приказу ведомства предприятия-заказчика.
После ознакомления персонала с системой “АРЗМ" и освоения им навыков работы с системой, работники должны провести серию экспериментов самостоятельно в присутствии обучающего - представителя поставщика системы.
Монтаж элементов КТС должен проводиться в соответствии с проектом выполнения монтажных работ, предоставляемого фирмой - поставщиком.
При выполнении работ необходимо обязательное соблюдение требований монтажно-эксплуатационной документации фирмы - изготовителя ЭВМ, а также требований строительных норм, установленных строительным управлением, и инструктивных указаний по технике безопасности при монтаже и наладке КТС.
К выполнению работ по монтажу КТС следует приступать при условии строительной готовности, а также при наличии всего объёма сметной документации, монтажных материалов и КТС, подлежащего монтажу.
Опробование и пуско-наладочные работы КТС должны выполняться после монтажа, в специальных помещениях, представителями фирмы - поставщика.
Обслуживающий персонал должен обеспечивать работу системы, переданной в промышленную эксплуатацию:
умение проводить эксперимент, начиная с анализа напряженно-деформированного состояния на микроуровне, и до анализа на макроуровне всей конструкции;
правильная организация и хранение резервных копий данных на магнитных носителях;
хранение и организация архивов текстовой документации, отражающей планирование, порядок проведения экспериментов, входные, промежуточные и выходные данные;
не реже одного раза в неделю обновлять текстовую документацию в соответствии с результатами последних проведенных экспериментов.
В соответствии с этим должны быть произведены изменения должностных инструкций, описанные в таблице 3.2
Таблица 7.2 "Описание должностных инструкций"
Должность
Обязанности должностного лица по использованию системы
Нормативный документ
Инженер-проектировщик
Анализ поставленной задачи
Проектирование конструкций технических объектов для проведения испытаний (формирование командного файла)
Организация внедрения САПР в производство осуществляется совместно разработчиком и заказчиком.
Основанием для начала работ по внедрению системы "АРЗМ" является приказ директора организации-заказчика о внедрении системы в промышленную эксплуатацию следующей формы:
Приказ № ________________
(номер приказа)
В соответствии с общим планом автоматизации предприятия приказываю:
Начать работы по внедрению системы автоматизированного проектирования "АРЗМ" в отделе проектирования конструкций (ОПК) с _____________
(дата)
Обеспечить повышение квалификации инженеров-проектировщиков.
Начальника отдела проектирования конструкций
_________________________________________________
(ФИО)
назначить главным ответственным лицом за внедрение системы в промышленную эксплуатацию.
В состав методического обеспечения входит руководство пользователя (с примером расчета всех трех типов задач) и электронная документация, которая состоит из следующих составляющих:
руководство по установке АРЗМ;
руководство проектировщика;
интерактивной справочной службы;
мультимедийной презентации.
Разработанная нами система автоматизированного решения задач механики позволяет решать следующие задачи:
центральное растяжение/сжатие прямых стержней;
кручение валов;
плоский изгиб балок и рам;
возможность сохранения выполненного проекта;
возможность перерасчета выполненного проекта с изменившимися условиями (нагрузки, деформации и т.д.);
возможность расширения базы данных, пополнения ее новыми типами рам.
Основными достоинствами программы являются
возможность ввода входных величин в единицах измерения, удобных для пользователя, без дополнительного перевода;
интуитивно понятный интерфейс;
наличие интерактивных подсказок у каждого элемента оконных форм
Для установки программы необходимо запустить файл arzm_setup. exe с прилагаемого компакт-диска. В ходе установки все необходимые для работы программы файлы будут скопированы в папку, местоположение которой будет предложено выбрать в начале установки. По умолчанию программа устанавливается в папку C: \Program Files\ARZM.
Для начала работы необходимо запустить программу САРЗМ: при помощи главного меню (Программы\ "САРЗМ"\ "САРЗМ"), либо при помощи ярлыка на рабочем столе.
В состав программы "САРЗМ" входят четыре задачи, которые не связаны друг с другом, то есть выполняются независимо:
центральное растяжение и сжатие прямых стержней;
кручение;
плоский изгиб балок;
плоский изгиб рам.
Рассмотрим пошаговое решение каждой из этих задач.
Задача № 1 "Центральное растяжение и сжатие прямых стержней".
В диалоговом окне "Начальные условия" (рисунок 8.1) пользователю предлагается:
задать имя проекта;
ввести количество сечений стержня, для которых будет произведен дальнейший расчет;
выбрать тип сечения из списка (круглое, прямоугольное, кольцевое);
выбрать способ закрепления стержня (левое или правое).
При нажатии на кнопки: "Далее" открывается следующее диалоговое окно проекта; "Отмена" закрывается активное окно.
Рисунок 8.1 - Диалоговое окно "Начальные условия"
В диалоговом окне "Свойства материала" (рисунок 8.2) пользователю предлагается ввести следующие свойства материала:
модуль упругости;
коэффициент Пуассона;
плотность;
угол альфа.
При нажатии на кнопки: "Назад" закрывается активное диалоговое окно и открывается предыдущее окно проекта; "Далее" открывается следующее диалоговое окно проекта; "Отмена" закрывается активное окно.
В диалоговом окне "Задание свойств элемента" (рисунок 8.3) пользователю предлагается ввести следующие свойства сечений в зависимости от выбранного их типа:
круглое сечение (площадь и длина сечения);
прямоугольное сечение (высота, ширина и длина сечения);
кольцевое сечение (внешний и внутренний диаметры, а также длину сечения).
При нажатии на кнопки: "Назад" закрывается активное диалоговое окно и открывается предыдущее окно проекта; "Далее" открывается следующее диалоговое окно проекта; "Отмена" закрывается активное окно.
В диалоговом окне "Приложение нагрузок" (рисунок 8.4) пользователю предлагается:
ввести значение сил (направление силы вверх означает положительное значение силы, вниз - отрицательное);
расстояние от закрепления.
При нажатии на кнопки: "Назад" закрывается активное диалоговое окно и открывается предыдущее окно проекта; "Готово" полученный командный файл отправляется на расчет и анализ в программу Ansys; "Добавить" добавляется строка для ввода силы; "Удалить" удаление последней строки сил; "Построить" выводиться модель с учетом введенных значений сил.
В диалоговом окне "Начальные условия" (рисунок 8.5) пользователю предлагается:
ввести имя проекта (только английские символы, без пробелов);
ввести количество участков стержня, для которых будет произведен дальнейший расчет;
выбрать способ закрепления стержня (левое или правое).
При нажатии на кнопки: "Далее" открывается следующее диалоговое окно проекта; "Отмена" закрывается активное окно.
Рисунок 8.5 - Диалоговое окно "Начальные условия"
В диалоговом окне "Свойства материала" пользователю предлагается ввести следующие свойства материала:
модуль упругости;
коэффициент Пуассона;
плотность.
При нажатии на кнопки: "Назад" закрывается активное диалоговое окно и открывается предыдущее окно проекта; "Далее" открывается следующее диалоговое окно проекта; "Отмена" закрывается активное окно.
В диалоговом окне "Ввод длин участков" (рисунок 8.7) пользователю предлагается ввести длины участков.
При нажатии на кнопки: "Назад" закрывается активное диалоговое окно и открывается предыдущее окно проекта; "Далее" открывается следующее диалоговое окно проекта; "Отмена" закрывается активное окно.
В диалоговом окне "Исходные данные" (рисунок 8.8) пользователю предлагается ввести следующие исходные данные:
угловая скорость вращения;
предел прочности;
угол закручивания.
При нажатии на кнопки: "Назад" закрывается активное диалоговое окно и открывается предыдущее окно проекта; "Далее" открывается следующее диалоговое окно проекта; "Отмена" закрывается активное окно.
При нажатии на кнопки: "Назад" закрывается активное диалоговое окно и открывается предыдущее окно проекта; "Далее" открывается следующее диалоговое окно проекта; "Отмена" закрывается активное окно.
В диалоговом окне "Выбор направлений моментов" (рисунок 8.10) пользователю предлагается ввести направления моментов: направление по часовой стрелке - знак "-", против часовой стрелки - "+".
При нажатии на кнопки: "Назад" закрывается активное диалоговое окно и открывается предыдущее окно проекта; "Готово" полученный командный файл отправляется на расчет и анализ в программу Ansys; "Отмена" закрывается активное окно; "Построить" выводиться модель с учетом введенных направлений моментов.
В диалоговом окне "Свойства материала" (рисунок 8.12) пользователю предлагается ввести следующие свойства материала:
модуль упругости;
коэффициент Пуассона;
плотность.
При нажатии на кнопки: "Назад" закрывается активное диалоговое окно и открывается предыдущее окно проекта; "Далее" открывается следующее диалоговое окно проекта; "Отмена" закрывается активное окно.
В диалоговом окне "Ввод длин участков" (рисунок 8.13) пользователю предлагается ввести длины участков.
При нажатии на кнопки: "Назад" закрывается активное диалоговое окно и открывается предыдущее окно проекта; "Далее" открывается следующее диалоговое окно проекта; "Отмена" закрывается активное окно.
В диалоговом окне "Приложение нагрузок и закреплений" (рисунок 8.14) пользователю предлагается ввести:
точки приложения и значение сил (направление силы вверх означает положительное значение силы, вниз - отрицательное);
значение распределенной нагрузки и участок приложения;
точку приложения и значение изгибающего момента (направление по часовой стрелке - знак "-", против часовой стрелки - "+");
точку, в которой будет находится закрепление и ее вид: шарнирно-неподвижная опора или шарнирно-подвижная.
При нажатии на кнопки: "Назад" закрывается активное диалоговое окно и открывается предыдущее окно проекта; "Готово" полученный командный файл отправляется на расчет и анализ в программу Ansys; "Отмена" закрывается активное окно; "Построить" выводиться модель с учетом введенных значений сил.
Рисунок 8.14 - Диалоговое окно "Приложение нагрузок и закреплений"
Задача № 4 "Плоский изгиб рам".
В диалоговом окне "Выбор модели" (рисунок 8.15) пользователю предлагается:
ввести имя проекта (только английские символы, без пробелов);
выбрать номер условной схемы рамы в БД.
При нажатии на кнопки: "Далее" открывается следующее диалоговое окно проекта; "Отмена" закрывается активное окно.
Рисунок 8.15 - Диалоговое окно "Выбор модели"
В диалоговом окне "Задание параметров модели" (рисунок 8.16) пользователю предлагается ввести следующие параметры модели:
размеры a, b, c характеризующие геометрические параметры рамы;
значение продольной/поперечной (в зависимости от схемы) силы F;
значение распределенной нагрузки q;
значение изгибающего момента m.
При нажатии на кнопки: "Назад" закрывается активное диалоговое окно и открывается предыдущее окно проекта; "Далее" полученный командный файл отправляется на расчет и анализ в программу Ansys; "Отмена" закрывается активное окно.
Теперь опишем общую часть для всех рассмотренных задач - просмотр результата.
Для просмотра полученных результатов в левой части главного окна предусмотрен менеджер проекта (рисунок 8.17), организованный в виде "дерева". Для каждой задачи предусмотрена отдельная ветвь, которая включает в себя:
командный файл;
модель объекта исследования;
файлы результатов расчета и анализа (графическая и текстовая информация исследования).
Для просмотра интересующей информации необходимо выполнить двойной щелчок на объекте дерева.
Рисунок 8.17 - Менеджер проектов
Для расширения возможности программы реализована возможность добавления новых типов статически неопределимых стержневых систем. Для этого необходимо выбрать пункт "Добавить в БД" меню "Управление БД" (рисунок 8.18).
Рисунок 8.18 - Добавление в БД
После этого откроется окно, представленное на рисунке 8.19
Рисунок 8.19 - Диалог добавления в БД
Для добавления в БД новой схемы рамы необходимо:
нажав кнопку "Рисунок" в появившемся стандартном диалоге открытия файла указать на файл - схему модели (расширение - *. bmp);
нажав на кнопку "Файл" в появившемся стандартном диалоге открытия файла указать на командный файл для новой схемы (расширение - *. txt).
Для создания командного файла следует создать файл с расширением *. txt, структура которого отображена в таблицах 8.1.
Таблица 8.1 - Структура командного файла для рамы
№
Содержание
Назначение
1
2
3
1
k,1,0,0
Задание узлов (точек).1 - номер, 0,0 - Х, У координата соответственно.
2-4
То же для остальных узлов (точек)
5
l,1,2
Создание участка.1 - номер точки начала участка, 2 - конца участка.
6-8
То же для остальных участков
7
lesize,all,100
Задание размера конечных элементов для всех участков размером 100 единиц.
8
lmesh, all
Разбивка всех участков.
12
dк, 1, uy
Вместо 1 номер узла, который не должен перемещаться по оси Y/Х.
Повтор строки 12 с соответствующими изменениями
13
fk,3,fx,-f
Приложение силы в узел 3, fx/fy - направление действия (ось Х/Y соответственно), - f - значение силы
14
*do, i, а1
, а1
Цикл для приложения распределенной нагрузки: i - счетчик цикла, а1
- начальное значение (номер конечного элемента с которого начинается действие распределенной нагрузки), а2
- конечное значение (номер конечного элемента на котором заканчивается действие распределенной нагрузки)
15
sfbeam, i,,pres,q1
,q2
Тело цикла: приложение нагрузки к i-му конечному элементу, начальное значение силы - q1
, конечное - q2
Интерактивная система помощи выполнена в виде HTML файлов, которыми можно пользоваться как локально, так и через Интернет. Ее цель - быстрое предоставление справки о работе той или иной команды, методик создания тех или иных моделей. Она состоит из:
справочника объектов CAD: описание объектно-ориентированной концепции модели исследования, концепции внедрения данных в геометрические примитивы, набора топиков для каждого объекта, в котором описывается его свойства, действие, аналогичные действия в программе ANSYS, способ создания;
справочника команд: полное описание диалога, возможные ошибки;
описания меню: элемент меню - инициируемая команда;
описания панелей инструментов: название панели, изображения кнопок, действия, выполняемые при нажатии на них.
Такая система распространена в мире электронной документации и считается наиболее удобной.
Вызов справки осуществляется путем нажатия клавиши F1 или выбором пункта "АРСНСС: справка" меню "Справка" (рисунок 8.14).
Рисунок 8.20 - Вызов системы помощи
Мультимедийная презентация предназначена для первого знакомства с системой и показывает потенциальному пользователю ее возможности. Презентация создана с помощью программ Macromedia Flash.
Сценарий презентации: внедрение данных в геометрические примитивы (деталь, динамическая сила, закрепление, параметры дискретизации, переходный анализ), ввод команды формирования пакетного файла, вместе с нажатием клавиши ENTER, пуск секундомера. Далее, экран рабочей станции, секундомер останавливается и на экране появляется диалоговое окно: “Результат получен”. Далее, быстро сменяя друг друга, множество графиков, видов, сечений. Последняя сцена - анимация детали, которая медленно потухает, а надпись "САРЗМ", Brother’s Kudinovy, Kazakhstan, KarSTU, www.kstu. kz" - загорается.
Слово экология образовано от двух греческих слов: “oikos” - дом, жилище, страна и “logos” - наука [1]. Таким образом, экология изучает наш “природный дом" и охватывает все живущие в нем организмы и происходящие функциональные процессы, делающие этот “дом” пригодным для жизни. В буквальном смысле экология - это наука об организмах “у себя дома", наука, в которой особое внимание уделяется совокупности или характеру связей между организмами и окружающей их средой.
Охрана окружающей среды как самостоятельная проблема и научная дисциплина возникла около 1900 года, но ее название “экология" вошло в общий лексикон лишь в последнее десятилетие.
Как и все живые существа, человек - часть природы. Животное только пользуется внешней средой и производит в ней изменения в силу своего присутствия, человек же изменениями заставляет ее служить своим целям, господствует над ней. В настоящее время развитие промышленного производства потребовало организации добычи огромного количества сырья, создания мощных источников энергии, что привело к истощению запасов целого ряда ископаемых. Кроме того, возникла проблема загрязнения окружающей среды отходами промышленности, с/х, транспорта, строительства. Интенсивному загрязнению подвергаются атмосфера, вода, почва. Изменения, происшедшие в природе в результате деятельности человека, приобрели глобальный характер и создали серьезную угрозу нарушения природного равновесия.
Из всех составных частей биосферы дл
я нормальной жизнедеятельности человека, прежде всего, нужен воздух. Без еды ч
еловек может прожить до пяти дней, без воздуха не более пяти минут. Жизнь начинается с дыхания и заканчивается с его прекращением. Газовая оболочка Земли в основном состоит из кислорода и азота. В небольшом количестве в ней содержатся углекислый газ, а также инертные газы - озон, гелий, ксенон и др. Человек может отказаться от приема недоброкачественной пищи, не пить загрязненную воду, но не дышать он не может. В процессе своей жизнедеятельности человек, так или иначе, вмешивается в природу и изменяет ее. Таким образом, сохранение природы в первозданном виде там, где живет человек, практически невозможно.
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невозобновимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы - той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете.
Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них - газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. [2]
Загрязнением атмосферы считается прямое или косвенное введение в нее любого вещества в таком количестве, которое воздействует на качество и состав наружного воздуха, нанося вред людям, живой и неживой природе, экосистемам, строительным материалам, природным ресурсам - всей окружающей среде.
Источники загрязнения многочисленны и разнообразны и по своей природе. Различают естественное и антропогенное загрязнение атмосферы. Естественное загрязнение возникает, как правило, в результате природных процессов вне всякого влияния человека, А антропогенное - в результате деятельности людей.
Естественное загрязнение атмосферы обусловлено поступлением в неё вулканического пепла, космической пыли (до 150-165 тыс. т. ежегодно), растительной пыльцы, морских солей и т.п. Основными источниками природной пыли являются пустыни, вулканы и оголенные участки земель.
К антропогенным источникам загрязнения атмосферного воздуха относятся энергетические установки, сжигающие ископаемое топливо, промышленные предприятия, транспорт, сельскохозяйственное производство. Из всего количества загрязняющих веществ, выброшенных в атмосферу, около 90% составляют газообразные вещества и около 10% - частицы, т.е. твердые или жидкие вещества.
В основном существуют три основных антропогенных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем, загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ, металлургические предприятия, предприятия строительной промышленности.
ОАО “Карагандинский завод резинотехнических изделий" расположено в пос. РТИ г. Сарань.
Расстояние до салитебной зоны составляет 2 км на ЮЗ.
Санаториев, зон отдыха, медицинских учреждений в районе расположения ОАО “ Карагандинский завод резинотехнических изделий" нет.
Основным видом деятельности ОАО “Карагандинский завод резинотехнических изделий" является изготовление резино-технических изделий.
В разделе даны сведения лишь о тех цехах и участках, где происходит выделение вредных веществ в атмосферу.
Основными источниками вредных выбросов в атмосферу являются:
а) встроенная котельная, оснащенная двумя котлоагрегатами марки КВ-232, не оснащенными пылегазоулавливающими установками (высота трубы 10,5 м, диаметр 0,34 м). Котлоагрегаты предназначены для отопления в зимний период административно-бытового корпуса. Топливом является уголь Карагандинского угольного бассейна, расход которого составляет 180 т/год.
В атмосферу выделяются следующие вредные вещества:
взвешенные вещества;
сернистый ангидрид;
оксид углерода;
диоксид азота.
б) 2 неорганизованных поста пропан - бутановой резки металла. Расход пропан-бутановой смеси составляет 900 кг/год. Режим работы составляет 240 ч/год.
В атмосферу выделяется диоксид азота.
в) 2 переносных поста полуавтоматической сварки металла в среде углекислого газа марки ПДГ-508. Марка электродной проволоки-Св08Г2С. Расход 600 кг/год. Режим работы-720 ч/год.
В атмосферу выделяются следующие вредные вещества:
сварочная аэрозоль;
оксид марганца;
оксид хрома;
оксида железа;
оксид углерода.
г) переносной сварочный пост электродуговой сварки электродами. Марка используемых электродов-МР-3. Расход 200 кг/год. Режим работы-720 ч/год.
В атмосферу выделяются следующие вредные вещества:
сварочная аэрозоль;
фтористый водород;
оксид марганца.
д) заточной станок. Диаметр абразивного круга составляет 300 мм. Режим работы-48 ч/год.
В атмосферу выделяются следующие вредные вещества:
Встроенная котельная оснащена двумя котлоагрегатами марки КВ-232. Газопылеулавливающие установки отсутствуют. Котельная работает в отопительный период, который продолжается 212 суток или 5088 ч/год. Выработанное тепло расходуется на отопление административно-бытового комплекса.
В качестве топлива используется уголь Карагандинского угольного бассейна с зольностью 35,1%, содержанием серы 0,8%, влажностью 8,5%, низшей теплотой сгорания 18,96 МДж/кг. Годовой расход топлива составляет 180 т или 9,83 г/сек. Склады угля и золы не образуются.
При сжигании топлива в котлоагрегате в атмосферный воздух выбрасываются взвешенные вещества в виде золы и несгоревшего топлива, сернистый ангидрид, оксид углерода, диоксид азота.
Выброс твердых частиц летучей золы и не догоревшего топлива Мтв (т/год, г/сек) с дымовыми газами рассчитывается по формуле:
Мтв= В ∙ Аг ∙ Х ∙ (1-n), т/год (10.1)
где: В - расход топлива, т/год, г/сек;
Аг - зольность топлива на рабочую массу,%;
n - доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях,%;
Х - доля золы в уносе.
Данные по выделению взвешенных веществ сведены в таблицу 9.1.
Таблица 9.1 - Взвешенные вещества
В
Аг
Х
(1-n)
Выброс
Ед. изм.
Мтв
180
35,1
0,0023
1
14,53
т/год
Мтв'
9,83
35,1
0,0023
1
0,79
г/сек
Выброс оксидов серы с дымовыми газами М (SO2
) (т/год, г/сек) определяется по формуле:
М (SO2
) = 0,02 ∙ В ∙ S ∙ (1-n') ∙ (1-n''), т/год (10.2)
где: В - расход топлива, т/год, г/сек; S - содержание серы в топливе,%;
n' - доля окислов серы, связанная летучей золой топлива;
n'' - доля окислов серы, улавливаемых в золоуловителе, для сухих золоуловителях.
Данные по выделению оксидов серы сведены в таблицу 9.2.
Таблица 9.2 - Оксиды серы
В
S
(1-n')
(1-n'')
Выброс
Ед. изм
М (SO2
)
180
0.8
0.9
1
2,59
т/год
М' (SO2
)
9,83
0,8
0,9
1
0,142
г/сек
Расчет выбросов оксида углерода М (CO) (т/год, г/сек) выполняется по формуле:
М (CO) = 0,01 ∙ В ∙ ССО
∙ (1 - g4
/100), т/год (10.3)
где: В - расход топлива, т/год, г/сек;
ССО
- выход оксида углерода при сжигании топлива;
g4
- потери теплоты в следствии механической неполноты сгорания топлива.
Выход оксида углерода при сжигании топлива рассчитывается по формуле:
g3
- потери теплоты в следствии химической неполноты сгорания топлива;
R - коэффициент, учитывающий долю потери теплоты в следствии неполноты сгорания топлива, обусловленной наличием в продуктах сгорания СО (R = 1, ССО
= 37,92).
Данные по выделению оксида углерода сведены в таблицу 9.3.
Таблица 9.3 - Оксид углерода
В
ССО
1 - g4
/100
Выброс
Ед. изм
М (СО)
0,001
180
37,92
0,93
6,35
т/год
М' (СО)
0,001
9,83
37,92
0,93
0,347
г/сек
Расчет выбросов окислов азота выполняется по формуле:
М (NO) = 0,001 ∙ D ∙ Q ∙ КNO
∙ (1-b), т/год (10.5)
где: В -расход топлива, т/год, г/сек;
Q - теплота сгорания натурального топлива;
КNO
- параметр, характеризующий количество окислов азота; образующихся на 1 ГДж тепла;
b - коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов окислов азота в результате применения технических решений.
Данные по выделению диоксида азота сведены в таблицу 9.4.
Таблица 9.4 - Диоксид азота
В
Q
КNO
(1-b)
Выброс
Ед. изм
М (NO)
180
18,96
0,2
1
0,683
т/год
М' (NO)
9,83
18,96
0,2
1
0,0373
г/сек
В таблицу 9.5 сведены данные по выбросу всех вредных веществ котельной.