/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Содержание
/>/>/>/>/>Введение
1. Анализ предметной области
1.1 Объект проектирования и егоособенности
1.2 Процесс анодирования алюминия
2. Постановка задачи
3. Анализ разработок САПР в данной предметной области
4. Общее описание системы
5. Описание методики автоматизированного проектирования
6. Описание видов обеспечения
6.1 Описание математического обеспечения
6.1.1 Постановказадачи оптимизации
6.1.2 Описание математической модели
6.1.3 Описание методов оптимизации
6.1.4 Результаты оптимизации
6.2 Информационное обеспечение
6.3 Лингвистическое обеспечение
6.4 Программное обеспечение
6.5 Описание технического обеспечения
6.6 Методическое обеспечение САПР
7. Вопросы охраны труда
7.1 Введение в охрану труда
7.2 Общие санитарно-гигиенические требования к устройству ВЦ
7.3 Неблагоприятные факторы и средствазащиты от них
7.4 Анализ потенциальных опасностей на проектируемомобъекте
7.5 Общие требования безопасности коборудованию ВЦ
7.5.1 Ограждения, блокировочные и предохранительные устройства
7.5.2 Разводка информационных и силовыхкабелей
7.6 Классификация объекта по взрывной, взрывопожарной ипожарной опасности
7.7 Электробезопасность
7.7.1 Расчёт заземляющего контура
7.8 Производственное освещение
7.8.1 Расчёт естественного освещения
7.8.2 Расчёт искусственного освещения
7.8.3 Расчёт кондиционирования
7.9 Средства пожаротушения
7.10 Гигиена труда
8. Технико-экономическое обоснованиепроекта
8.1 Расчет единовременных затрат
8.2 Расчет стоимости одного машино-часаработы комплекса технических средств САПР
8.3 Расчет предпроизводственных затрат
8.4 Затраты на ручное иавтоматизированное проектирование
8.5 Расчет годовых текущих издержек на разработку проекта.
8.6 Сводная таблицатехнико-экономических показателей разработки САПР
Заключение
Список используемых источников
Приложения/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Введение
В настоящее время для создания систем автоматизированного проектированияможно выделить две основные причины. Первая из них — желание освободить конструктораот рутинных расчетов и подготовки документации и дать ему время для решения по-настоящемутворческих задач. Внедрение САПР в данном контексте в конечном итоге приведет нетолько к повышению качества проектов, но и к его удешевлению, а также уменьшит суммарноевремя его разработки.
Вторая причина — необходимость более глубокого анализа разрабатываемогообъекта. Традиционный метод расчета большинства сложных объектов — по возможностиобойти все формулы и уравнения (как правило, содержащие элементы дифференциальногоили интегрального исчисления) решение которых вручную затруднено или невозможнои заменить их некоторыми эмпирическими зависимостями. В большинстве случаев этоприведет к уменьшению качества готового объекта, а иногда и к его неработоспособностив реальных условиях. При использовании САПР, реализованной на современной быстродействующейтехнике, нет необходимости к упрощению математической модели объекта проектирования,она способна рассчитать его практически с любой необходимой точностью.
Из сказанного выше очевидно, что преимущества использования САПРв производстве неоспоримы. Все это относится и к рассматриваемой области — гальванике.
Металлические и неметаллические неорганические покрытия с каждымгодом находят все более широкое и разностороннее применение в промышленности. Этосвязано с изменением условий эксплуатации и созданием новых видов изделий, особеннов электронной промышленности, возникновением новых, подчас непростых техническихтребований, для удовлетворения которых не всегда можно идти традиционным путем.Еще сравнительно недавно основной задачей при нанесении покрытий являлась защитно-декоративнаяотделка деталей для предотвращения их разрушения от атмосферной коррозии. В настоящеевремя с их помощью решается большой комплекс специальных, функциональных задач.
К группе конверсионных относят неметаллические неорганическиепокрытия, которые не наносятся извне на поверхность деталей, а формируются на нейв результате конверсии (превращений) при взаимодействии металла с рабочим раствором,так что ионы металла входят в структуру покрытия. Основой их являются оксидные илисолевые, чаще всего фосфатные пленки, которые образуются на металле в процессе егоэлектрохимической или химической обработки. Наиболее широкое распространение получилиоксидные покрытия алюминия и его сплавов. Это связано с тем, что по разнообразиюсвоего функционального применения, определяемого влиянием на механические, диэлектрические,физико-химические свойства металла основы, такие покрытия почти не имеют равныхв гальванотехнике. Полученные оксидные пленки надежно защищают металл от коррозии,повышают твердость и износостойкость поверхности, создают электро- и теплоизоляционныйслой, легко подвергаются адсорбционному окрашиванию органическими красителями иэлектрохимическому окрашиванию с применением переменного тока, служат грунтом подлакокрасочные покрытия и промежуточным адгезионным слоем под металлические покрытия.Эти характеристики относятся к оксидным покрытиям, полученным электрохимической,прежде всего анодной обработкой металла. Хотя выполнение химического оксидированияпроще, не нуждается в специальном оборудовании и источниках тока, малая толщинаполучаемых покрытий, их низкие механические и диэлектрические характеристики существенноограничивают область его применения.
Электрохимические процессы нанесения покрытий имеют широкое промышленноеприменение. Это защита изделий от коррозии, защитно-декоративная отделка, повышениеизносостойкости и твердости поверхности, сообщение антифрикционных свойств и отражательнойспособности, изготовление металлических копий. В технологической последовательностигальванического производства главной операцией, основанной на электрохимическихпревращениях, является процесс нанесения покрытий.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>1. Анализ предметнойобласти/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>1.1Объект проектирования и его особенности
Первое сообщение о физико-химических свойствах оксидных пленок,полученных анодированием алюминия, сделано в 1877 г. профессором Казанского университета Н.П. Слугиновым. Однако лишь после того, как в конце двадцатых- начале тридцатых годов текущего столетия были разработаны промышленные способыэлектрохимического получения оксидных покрытий, получили развитие и работы, посвященныеисследованию процессов их формирования, состава и свойств.
По представлениям ряда исследователей, оксидное покрытие состоитиз расположенных вертикально ячеек в форме гексагональных призм, плотно смыкающихсядруг с другом. В центре каждой ячейки находится пора, основанием которой являетсябарьерный слой. При некотором схематизме такого представления следует учитывать,что ячеистая структура оксидных покрытий на алюминии подтверждается многими электронно-микроскопическимиданными. Иное представление предложено А.Ф. Богоявленским с сотрудниками, принимающимиза основу коллоидно-электрохимическую природу процесса. Предполагается, что в началеэлектролиза на поверхности анода образуются мельчайшие частицы — мононы, формирующиебарьерный слой. По мере роста они с внешней стороны превращаются в коллоидные палочкообразныемицеллы геля оксида алюминия, составляющие внешний пористый слой. Отрицательно заряженныемицеллы плотно прижимаются к поверхности металла и сращиваются с ним. Таким образомячеистая структура оксидного покрытия, по мнению авторов, формируется из мицелл,которые под влиянием электрического поля ориентируются перпендикулярно к поверхностиметалла. Поступление электролита к аноду происходит преимущественно в пространствемежду мицеллами и расположение пор только по центру ячеек в этом случае не являетсяобязательным. При исследовании пленок, формированных в электролите, содержащем сульфосалициловую,щавелевую и серную кислоты, выявлена волокнистая структура оксида, состоящего изразличных по форме субволокон диаметром 20-50 нм, образующих своеобразные связкисросшихся частиц.
Оксидные покрытия на алюминии состоят главным образом из γ-Al2O3, наряду скоторым могут быть другие модификации в кристаллической или аморфной фазе. Пленкасодержит также воду и анионы электролита, в котором проводили оксидирование, причемпоследние лишь частично удаляются при промывке, а другая их часть остается связаннойс оксидным слоем.
Результатом анодного окисления металла в начальный момент электролизаявляется формирование на нем тонкого, беспористого барьерного слоя, отличающегосявысоким электрическим сопротивлением. Если оксидирование проводили в электролите,практически не растворяющем оксид алюминия, например в растворе борной кислоты,напряжение на ванне может достигнуть 150-200 В, а толщина оксидной пленки не превысит1 мкм. Такие пленки находят применение в производстве электролитических конденсаторов.В гальванотехнике используют оксидные покрытия толщиной 8-20 мкм, а в специальныхслучаях — несколько сот микрометров. Они могут формироваться лишь в таких электролитах,которые оказывают некоторое растворяющее действие на барьерный слой. В этом случае,частично растворяясь, он становится микропористым, проницаемым для ионов электролита,что создает условия, благоприятствующие дальнейшему окислению металла. Оксидноепокрытие как бы вырастает из металла, так как рост его происходит не со сторонывнешней, а с внутренней поверхности, на границе металл — пленка или по некоторымданным на границе барьерный — пористый слой.
Удельное объемное электрическое сопротивление пленки на алюминиидостигает 109-1013 Ом-см, а пробивное напряжение, котороесвязано с толщиной покрытия, изменяется от нескольких сот до нескольких тысяч вольт.Микротвердость оксида 1200 — 1500 МПа. Теплопроводность оксидного покрытия в 10раз меньше, чем меди, в 7 раз меньше, чем алюминия и в 10-20 раз больше, чем пластмассы.Эмалевидные оксидные пленки, формированные в процессе эматалирования, выдерживаютнагревание до 500°С без существенных изменений, тогда как на пленках, формированныхв сернокислом электролите, при нагревании до 150°С появляются мелкие трещины, чтоухудшает их защитные свойства, хотя отслаивания покрытия не происходит.
Заметим, что важнейшим показателем оксидной пленки для пользователяявляется не толщина, а коррозийная стойкость покрытия. Которая зависит от не толькоот толщины, но и от ее пористости. Толщина и пористость напрямую связанны со временеманодирования, но если пористость со временем меняется слабо, то рост оксида происходитэффективно в течении первого часа от начала процесса. При дальнейшем анодированиискорость образования слоя становиться соизмеримой со скоростью его растворения.После 60-70 минут анодирования отмечается уменьшение массы. Зависимость толщиныоксида от времени носит экстремальный характер, что связанно с процессами ростаи растворения оксида. Процесс образования пленки происходит быстрее при повышениитемпературы, но одновременно происходит еще быстрее ее растворение, необходимо придерживатьсяоптимальной температуры электролита. При разных концентрациях солей и кислот в электролитеи одинаковом времени анодирования алюминия, получаются различные толщина и пористостьпокрытия, причем этот процесс также не линейный. Максимальная толщина пленок получаетсяв 10% -ных растворов серных и щавельных кислот. Повышение концентрации щавельнойкислоты выше 10% ограничивается ее растворимостью в воде. Подобный результат иногдасвязывают с тем, что с повышением концентрации электролита уменьшается скоростьобразования зародышей. Однако необходимо учитывать также скорость химического растворенияоксида, полученного в данном растворе. Например, скорость растворения пленок в сернойкислоте выше, чем в щавельной. Следовало предположить, что применение менее концентрированныхрастворов должно уменьшить их химическую активность и способствовать образованиюболее толстых пленок, но в действительности с уменьшением концентрации кислот толщинаоксида проходит через максимум. По-видимому, в менее концентрированных раствораханионы электролита в меньшей мере принимают участие в формировании оксидного слоя.Это ведет к тому, что его структура становиться более плотной. От состава электролитатакже зависит структура и цветовые свойства покрытия. Как известно /1/, увеличениеплотности тока сопровождается ростом напряжением формирования оксида, при этом размерячеек возрастает, и число пор на единицу поверхности уменьшается, снижая общую пористостьслоя. Повышение температуры электролита снимает напряжение процесса, это сопровождаетсяуменьшением размера ячеек и увеличением их числа на единицу поверхности. Кроме того,возрастает и пептизирующая способность электролита в порах /3/, что также ведетк увеличению общей пористости оксида.
Таким образом, если известны все вышеизложенные зависимости,можно выбирать оптимальные условия для получения оксидных слоев на алюминии с заданнымисвойствами./>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> 1.2 Процесс анодирования алюминия
/>Гальваническийметод нанесения покрытия имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами.Покрытия получаются блестящими в процессе электролиза, характеризуются хорошимифизико-химическими и механическими свойствами: повышенной твердостью и износостойкостью,малой пористостью, высокой коррозионной стойкостью. При гальваническом методе имеетсявозможность точно регулировать толщину покрытия. Это особенно важно в целях экономиицветных, драгоценных и редких металлов. Наконец при электролизе водных растворовможно нанести покрытия таких металлов и сплавов, которые другими способами получитьне удается. По сравнению с другими методами нанесения металлических покрытий электролитическийметод имеет явные преимущества, хотя и не лишен определенных недостатков. В отличиеот горячих методов электролитические покрытия не образуют с основным металлом промежуточногосплава, по крайней мере, без дополнительного нагрева покрытых деталей.
Формирование оксида происходит в условиях одновременного воздействияна процесс двух противоположно направленных реакций — электрохимического окисленияметалла в глубине пор и химического растворения оксидного слоя на его внешней поверхности,подвергающейся активному воздействию электролита. Результат процесса, структура,толщина и свойства оксидного покрытия в большой мере зависят от соотношения скоростейэтих реакций. Если химического растворения формирующегося оксида практически непроисходит, то образуется тонкая, беспористая пленка барьерного типа, о чем сказановыше. В случае примерного равенства скоростей электрохимической и химической реакцийна металле непрерывно возникает и сразу же растворяется тонкая пассивирующая пленка,которая за короткий период своего существования способна предотвратить травление.Такие условия реализуются при электрохимическом полировании металлов. Оксидные покрытия,обладающие антикоррозионными и другими функциональными свойствами, должны иметьзначительную толщину, что возможно лишь в том случае, когда скорость электрохимическогопроцесса заметно выше, чем скорость химического растворения пленки.
Однако неограниченный рост пористой части оксидного покрытия,учитывая его электро- и теплоизоляционные свойства, невозможен. С увеличением толщинывозрастает интенсивность тепловых процессов в зоне реакции, что приводит к повышениютемпературы электролита в порах у поверхности оксида. Следствием этого будет увеличениескорости растворения покрытия. Скорость электрохимического процесса определяетсяплотностью тока, химического — составом электролита и температурой в зоне реакции.
Чем выше плотность тока, тем быстрее формируется покрытие, ноодновременно выделяется большее количество теплоты, что интенсифицирует растворениеоксида (рисунок 1.1).
Важной частью процесса является концентрация веществ, при повышенииконцентрации уменьшается время за которое образуется некоторое количество оксида(рисунок 1.2).
Также, при получении оксидных покрытий, в особенности твердых,износостойких и электроизоляционных, толщина которых должна быть достаточно большой,помимо подбора соответствующего электролита принимаются
/>
Анодная плотность тока А/дм2 1-1; 2-2; 3-5
Рисунок 1.1 — Влияние плотности тока и продолжительности анодированияалюминия в сернокислом электролите на толщину покрытия меры по поддержанию его оптимальнойтемпературы путем охлаждения и перемешивания.
Важно учитывать при проектировании, что наиболее положительныерезультаты в отношении антикоррозионных и других свойств покрытий, а также максимальнодостижимой его толщины получаются при обработке алюминия и его гомогенных сплавов.Включение в пленку кремния, который не поддается оксидированию и не растворяетсяв электролите, придает ей темную, пятнистую окраску. Значительное содержание в обрабатываемомсплаве меди приводит к увеличению пористости оксидных пленок. На сплавах, содержащихмагний или марганец, формируются покрытия с более хорошими электроизоляционнымисвойствами, чем на сплавах алюминия с медью.
Тепловые процессы при оксидировании алюминия определяются теплотойреакции образования оксида и джоулевой теплотой. Основное количество теплоты выделяетсяв порах пленки, у их основания, где происходит реакция образования оксида. Следовательно,успешное получение покрытий большой толщины, зависит от того, насколько интенсивноудается отводить теплоту из зоны реакции (рисунок 1.3).
Наиболее высокое качество покрытий при толстослойном оксидированиидостигается на алюминии и его сплавах с магнием или марганцем. При толстослойномоксидировании принимают, что размер обрабатываемых деталей увеличивается примернона половину толщины покрытия.
/>
Состав электролитов, г/л 1 — 100 сульфосалициловой кислоты; 2- 100 сульфосалициловой кислоты и 5 H2SO4, 3 — 100 сульфосалициловой кислоты и 15 H2SO4.
Рисунок 1.2 — Влияние состава сульфосалицилатного электролитана растворимость оксидной пленки, формирующемся при анодировании алюминия
/>
Материал анода: 1 — АД1, 2 — Адг2, 3 — Амг6, 4 — Д1.
Рисунок 1.3 — Влияние температуры хромовоборного электролитана толщину эматаль-пленок на алюминии и его сплавах
Важным показателем покрытия является его пористость. При ее увеличенииуменьшается коррозийная стойкость. На рисунке 1.4 показана зависимость пористостиоксидной пленки от плотности тока и от концентрации серной кислоты.
/>
Рисунок 1.4 — Изменение пористости оксида в зависимости от концентрацииH2SO4 и плотноститока
Поверхность деталей, на которых получают электроизоляционныеоксидные покрытия, должна быть обработана не ниже 9 класса шероховатости. Радиусзакругления острых граней — не менее 1 мм.
анодирование алюминий автоматизированное проектирование
Микропористая структура, высокая адсорбционная способность оксидныхпленок являются той базой, которая позволяет изменить цвет. Известно три таких способа:осаждение в порах оксидного слоя минерального красящего пигмента, адсорбционноеокрашивание органическими красителями, электрохимическое окрашивание путем обработкиоксидного покрытия переменным током в разбавленных растворах минеральных солей.Для реализации первого из них оксидные покрытия последовательно пропитывают двумярастворами солей металлов, которые, взаимодействуя, образуют в порах пленки окрашенноехимическое соединение, являющееся своеобразным минеральным красящим пигментом.
Красящие минеральные пигменты сравнительно устойчивы к воздействиюсвета, но с их помощью нельзя получить широкого спектра цветов и оттенков, как этодостигается при использовании органических красителей. Указанное преимущество органическихкрасителей, простота технологического процесса их использования сделали этот способнаиболее распространенным. Относительно высокой светопрочностью характеризуютсякислотные и антрахиноновые красители, которые, взаимодействуя с оксидом алюминия,образуют в его порах нерастворимое соединение. Наименьшая светопрочность характернадля прямых и основных красителей.
Наиболее подходящими для окрашивания органическими красителямиявляются оксидные покрытия, полученные в сернокислом электролите на алюминии и егосплавах с магнием и марганцем. На литейных сплавах типа силумина получается неравномерная,пятнистая окраска. Эматалевые пленки также могут быть окрашены, но их собственнаяокраска несколько искажает цвет красителя.
Защитные свойства и цвет покрытий при толщине 20 мкм сохраняютсяболее 10 лет. Срок этот может быть увеличен за счет повышения толщины оксидной пленки.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>2. Постановка задачи
Учитывая актуальность разработки САПР процесса получения оксиднойпленки алюминия и, анализируя требования, которые должны быть предъявлены к разрабатываемойСАПР, ставится задача:
1) Разработать структурную схему САПР, отражающую состав технического,программного, математического, информационного и методического обеспечения, необходимогодля реализации процесса автоматизированного проектирования анодирования алюминия.
2) Разработать функциональную схему САПР, представляющую собойпоследовательность процесса проектирования анодирования алюминия.
3) Разработать структуру информационного обеспечения САПР процессананесения покрытия гальваническим способом, спроектировать и реализовать базы данныхдля хранения данных, которые необходимы для нормального функционирования САПР, атакже программ позволяющих работать с ними неподготовленного пользователя. Разработатьбазы данных следующего содержания:
БД электролитов;
БД металлов;
БД гальванических ванн;
архив готовых проектов.
4) Разработать программы диалога. Эти программы должны обеспечиватьинтуитивный интерфейс с разработанной САПР пользователя, имеющего небольшой опытработы на персональных компьютерах.
5) Разработать математические модели процессов и техническихустройств; алгоритмы решения задач оптимизации, необходимые для нахождения проектногорешения. Разработка программ, реализующих методику расчета и поиска оптимальногорешения задачи. В эту категорию входят разработки программ ввода и анализа исходныхданных, поиска оптимальных параметров процесса анодирования алюминия, а также анализаполученных решений.
6) Разработать методику и программу аппроксимации табличной функции,создать для пользователя удобный интерфейс для создания динамически подгружаемыхбиблиотек с заданной функцией, позволяющей во время выполнения программы обрабатыватьданные любой функциональной зависимостью.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>3. Анализ разработок САПРвданной предметной области
На основании сведений, полученных при изучении процессов анодированияалюминия, был просмотрен и изучен материал, позволяющий сделать вывод о необходимостисоздания САПР в данной предметной области. Основанием к этому послужили следующиефакты:
в связи с тем, что процессы анодирования алюминия не изученыдо конца, не понятны многие аспекты в данной области;
существование различных противоречивых теорий в данной области,поясняющих только какую-то одну или несколько составляющих процесса протекающихмежду алюминием и электролитом, алюминием и оксидом или оксидом и электролитом.
разрозненные разработки САПР в данной предметной области;
большой объем информации, необходимой для проектирования, чтопредполагает наличие обширных баз данных и, как следствие, возможные трудности,возникающие при выборе необходимого оборудования или принципиальной схемы.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>4. Общее описание системы
Составными структурными частями САПР являются подсистемы, в которыхпри помощи специализированных комплексов средств решается функционально законченнаяпоследовательность задач САПР. Выделенная по некоторым признакам часть САПР, обеспечивающаяполучение законченных проектных решений и соответствующих проектных документов называетсяподсистемой.
По назначению подсистемы САПР разделяют на проектирующие и обслуживающие.К первым относят подсистемы, выполняющие проектные процедуры и операции, например,подсистема технологического проектирования, подсистема конструкторского проектирования,подсистема проектирования сборочных единиц и т.п. Подсистемы, предназначенные дляподдержания работоспособности проектирующих подсистем, составляют класс обслуживающихподсистем (документирование, графическое отображение объектов проектирования).
На основе анализа предметной области были выделены следующиеподсистемы:
подсистема ввода и анализа исходных данных;
информационная подсистема;
подсистема расчета оптимального решения;
подсистема графического моделирования;
подсистема подготовки и вывода проектной документации;
подсистема обработки экспериментальных данных.
Результаты работы программного обеспечения каждой подсистемы,являются входными данными для решения задач программного обеспечения следующей подсистемыи выбора необходимой информации из баз данных, описанных в информационном обеспечении.
САПР представляет собой совокупность нескольких автоматизированныхрабочих мест, соединенных в локальную вычислительную сеть. На одном рабочем местеможно совместить первую, третью и пятую подсистемы; на следующем будут производитьсярасчетами, а третья станция — вопросами связанными с базами данных.
Таким образом, для создания САПР необходимо наличие трех рабочихстанций. Использовать большее количество людей и техники не рационально, в связис тем что, современные средства позволяют совместить несколько этапов проектированияна одной машине, под управлением одного человека.
При задании входных параметров используются программы ввода,анализа и коррекции задаваемых данных. Эти модули позволяют проверять вводимые значения«на лету», т.е. в случае указания неверных данных или при опечатке пользовательбудет сразу же уведомлен, и программы ввода либо укажут правильный формат ввода(например, диапазон), либо будет предложено выбрать значение из списка.
Информационная подсистема служит для информационного обслуживанияподсистемы расчета и подсистемы ввода-вывода. Она осуществляет ведение необходимыхдля расчета баз технологических данных, осуществляет ведение архива готовых проектови включает в себя следующие базы данных: БД электролитов, БД металлов, БД гальваническихванн, архив готовых проектов.
Данная подсистема функционирует на ПЭВМ, имеющий большой объемдисковой памяти и возможность быстрого обмена с внешними устройствами.
Ведущую роль в проектировании гальванических ванн играют подсистемарасчета оптимального решения и подсистема обработки экспериментальных данных. Даннаяподсистема предназначена для сбора, хранения и выдачи табличных данных, представляющиесобой экспериментальные значения какого-либо процесса анодирования алюминия. Рассмотренныефункции выполняет программа обработки экспериментальных данных. Для рассматриваемогопроцесса создается или загружается формула из файла с помощью которой будт обрабатыватьсяданная таблица. Данная подсистема содержит программу по проверке возможности полученияаппроксимирующей функции по обработанным экспериментальным данным, а также программуобработки получения этой функции с заданной точностью (количество должно быть повозможности большим и экспериментальные данные должны быть равномерно распределеныв пространстве).
Теоретической основой подсистемы расчета оптимального решенияявляются алгоритмы расчета толщины, пористости, коррозионная стойкость, а такжеметоды оптимизации. Подсистема включает в себя комплекс прикладных программ, позволяющийпроектировщику выбрать необходимый модуль (автоматически или вручную), с помощьюкоторого будет получены промежуточные данные, требующиеся для дальнейшего проектированияразрабатываемой системы. По мере надобности происходит обращение к базе данных конструктивныхпараметров и технологических констант за дополнительной информацией.
Подсистема графического моделирования отвечает за графическоепредставление данных на экране. Подсистема представляет собой комплекс средств позволяющихудобно отобразить данные для пользователя, используя методы трехмерных преобразованийи реалистичного отображения трехмерных поверхностей, производится визуализация поверхностейтребуемых зависимостей.
Подсистема подготовки и вывода проектной документации — по завершениипроцесса проектирования создает необходимую текстовую и графическую документациюи выводит результаты в требуемом виде. В процессе формирования проектной документациипроисходит обращение либо к базе данных шаблонов документации, откуда берутся шаблоныи заполняются при непосредственном участии проектировщика (взаимодействие с пользователемосуществляется благодаря лингвистическому обеспечению, реализованному в диалоговыхрежимах «вопрос — ответ» и «меню»), либо к базе данных уже готовыхдокументов, содержащих как графическую, так и текстовую часть.
Комплект периферийных устройств обуславливается выполняемымифункциями подсистем.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>5. Описание методикиавтоматизированного проектирования
Процесс проектирования процесса анодирования алюминия, начинаетсяс ввода исходных данных, необходимых для проектирования объекта с помощью разработаннойСАПР. Ввод осуществляется в интерактивном режиме. При этом формами диалога с пользователемявляется заполнение бланков и выбор из меню. Система осуществляет контроль введеннойинформации. В случае некорректности введенной информации пользователю предоставляетсявозможность скорректировать данные. По введенной информации в базе данных готовыхпроектов ищется аналог и, если таковой найден, он предлагается заказчику в качествеготового решения. В противном случае заказчику предлагается несколько изменить входныепараметры и, если заказчик согласен, производится коррекция данных и система вновьобращается к базе данных готовых проектов. При несогласии заказчика на изменениевходных данных осуществляется работа подсистемы расчета оптимального решения наоснове исходных данных, полученных на предыдущих этапах. Из соответствующих базданных автоматически или с участием проектировщика выбираются необходимые данные.Заключительным этапом проектирования является подготовка текстовой и графическойдокументации проекта. Первоначально результаты представляются для анализа проектировщику.В диалоговом режиме он получает всю интересующую его информацию и сверяет полученныеданные с заданными в техническом задании. После этого проектировщику предоставляетсянабор шаблонов документации для заполнения, а также запрашивается и выводится наэкран или принтер необходимая графическая информация, позволяющая более нагляднопредставить процесс анодирования алюминия. Готовый проект заносится в БД готовыхпроектов.
Процесс проектирования представлен в приложении Б на схеме работеСАПР.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>6. Описание видовобеспечения/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> 6.1 Описание математического обеспечения
Математическое обеспечение — совокупность математических моделей,методов, алгоритмов для решения задач автоматизированного проектирования, котораяреализуется в программном обеспечении САПР.
Данная САПР предназначена для систематизации данных взятых экспериментальнымтрудом и упрощения процесса ручной переработки информации, для которого характернымявляется расчётная составляющая, очень однообразная и вычислительно трудоемкая.
Повышение эффективности данной САПР достигается за счёт:
адаптируемости моделей;
возможности полной или частичной формализации процесса построенияматематических моделей проектируемых изделий.
Математическое обеспечение представлено следующими компонентами:
математическая модель системы анодирования алюминия,
алгоритм решения математической модели процесса анодированияалюминия,
алгоритм расчета системы анодирования.
Применение математической модели дает возможность собрать наиболееполную информацию о процессе анодирования алюминия и получить множество вариантовпроведения этого процесса, из которых можно будет выбрать наилучший с точки зрениянекоторого критерия оптимизации./>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>
6.1.1 Постановка задачи оптимизации
/>/>/>/>/>Пользователю важно, чтобы изделие покрытое слоем оксида, былонаиболее стойким к воздействию окружающей среды, поэтому для критерия будем использоватькоррозионную стойкость.
Задача оптимизации будет выглядеть следующим образом: найти концентрациюсерной кислоты C, плотность данного электролита P и плотность тока i,при которых коррозионная стойкость будет максимальна на заданных ограничениях.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> 6.1.2 Описание математической модели
/>/>/>/>/>Математическая модель — система уравнений, описывающих объект,и алгоритм (набор правил), определяющих последовательность решения уравнений моделии включающий набор значений параметров технологических производств.
Были приняты следующие допущения:
а) рассматриваемый объем гальванической ванны является реакторомидеального смешения, т.к. обеспечивается непрерывное перемешивание электролита;
б) электролит на протяжении всего процесса анодирования алюминияне теряет своих свойств;
в) толщина и пористость покрытия постоянны на любом участке рабочейповерхности.
Существует три метода построения мат. моделей технологическихобъектах: экспериментальный, аналитический и комбинированный.
При экспериментальном методе построения формальных мат. моделейпараметры определяются по опытным данным, полученным на действующем объекте.
Аналитический метод построения мат. моделей заключается в теоретическомрасчете или определения параметров неформальных уравнений статики и динамики поопытным данным, которые получены при исследовании отдельных физико-химических процессов,происходящих в объекте.
Комбинированный метод заключается в объединении двух первых методов.
В связи с тем, что в настоящий момент не до конца понят принципобразования оксидного покрытия, даже выдвинутые теории не подходят для обоснованиятех или иных случаев, то можно использовать только данные полученные экспериментальнымпутем.
Так как до настоящего времени нет формулы, по которой можно определитькоррозийную стойкость, то воспользуемся табличными значениями и для удобства использованияаппроксимируем эти данные.
Классические теории проводимости АОП /1/ рассматривают зависимостьионного тока Ii, от напряженности электрическогополя E:
/>, (1)
где А, В — постоянные.
Рост пленки происходит за счет переноса вещества ионами Me и O2-.
При больших E выполняетсяследующее уравнение между плотностью ионного тока iи E:
/>, (2)
где a — ширина энергетического барьерав объеме оксида;
ν — частота колебания частиц в кристаллическойрешетке;
z — заряд катионов металлов;
W0 — высота энергетическогобарьера;
δ — толщина оксида.
При малых E отсутствуютдиффузионные затруднения в АОП, выполняется соотношение:
/>, (3)
где a — ширина энергетического барьерав объеме оксида;
ν — частота колебания частиц в кристаллическойрешетке;
z — заряд катионов металлов;
W0 — высота энергетическогобарьера;
δ — толщина оксида.
Уравнения (3) и (4) достаточно хорошо согласуются с экспериментом,но при их выводе предполагается кристаллическое строение АОП. Однако, практическивовсех случаях сформированные AOП являются аморфными.
Эксперименты Дэвиса и Брауна /3/ c метками инертных газов показали, что новые слои АОП на алюминиив том числе, образуются как на внутренней, так и на внешней границах АОП. Было рассчитаночисло переноса металла (Al) tM как отношение толщины АОП, образовавшейся на внешней поверхности,к общей толщине АОП. Для А1 по разным источникам составляет от 0,24 до 0,58 (дляоксидирования А1 в этиленгликолевом растворе — 0,68).
Видно, что сейчас, при теоретической слабой базе, которая недо конца позволяет понять принцип процесса анодирования алюминия, аналитически невозможновывести формулу нахождения коррозийной стойкости оксидного слоя. Поэтому создадимформулу, аппроксимировав табличные данные. Формулу представим в виде:
/>, (4)
где F — множитель полученный при аппроксимацииданных взятых при изменении концентрации соли, плотности электролита и плотноститока;
T — множитель полученный при аппроксимацииданных взятых при изменении во времени.
Данные для нахождения Т найдем из рисунка 6.1, где представленазависимость коррозийной стойкости от времени протекания процесса, максимум находитсяв 1, потому что данные для аппроксимации функции F считаются при оптимальном значении времени анодирования.
/>
Рисунок 6.1 — Зависимость коррозийной стойкости от времени протеканияпроцесса.
Аппроксимировав данные получим:
/>, (5)
где t — время анодирования алюминия.
Проведем эксперимент, где будем менять плотность серной кислотыот 1,2 до 1,29 с шагом 0,03 и плотность тока от 2 до 8 А/дм2 с шагом1,5 А/дм2, концентрацию соли будем изменять от 0,2 % до 2,6% с шагом0,06. Результаты представлены в виде таблиц 6.1,6.2,6.3,6.4.
Таблица 6.1 — Зависимостькоррозийной стойкости от концентрации соли и плотности тока при плотности электролитаравной 1.2 кг/м3 концентрация
Плотность
Тока 6 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 9 9 9 8 8 9 9 9 8 7 8 8 8 7
Таблица 6.2 — Зависимостькоррозийной стойкости от концентрации соли и плотности тока при плотности электролитаравной 1.23 кг/м3 концентрация
Плотность
тока 7 8 8 8 7 8 9 9 9 8 9 10 10 10 9 9 10 10 10 9 8 9 9 9 8
Таблица 6.3 — Зависимостькоррозийной стойкости от концентрации соли и плотности тока при плотности электролитаравной 1.26 кг/м3 концентрация Плотность тока 7 8 8 8 7 8 9 9 9 9 9 10 10 10 9 9 10 10 10 10 8 9 9 9 8
Таблица 6.4 — Зависимостькоррозийной стойкости от концентрации соли и плотности тока при плотности электролитаравной 1.29 кг/м3 концентрация
Плотность
Тока 7 8 8 8 7 8 9 9 9 9 9 10 10 10 9 9 10 10 10 9 8 9 9 9 8
Необходимо определиться каким образом будем получать значенияфункции не в узлах таблицы.
Интерполирование функций многих переменных значительно сложнее,чем функции одной переменной. Это вызвано не только тем, что рассуждения становятсяболее громоздкими в силу наличия большого числа переменных, но и рядом принципиальныхтрудностей.
Первой трудностью является то, что если представить многочленв виде:
P (x,y) =a00+a10x+a01y+a20x2+ a11xy+a02y2 +…+aomym,(6)
где аij — коэффициенты.
То подставляя данные координаты точек и приравнивая левую частьсоответствующему значению zi, получим системуn+1 линейных алгебраических уравнений относительно 1+2+…+(m+1) = (m+1) (m+2) /2 неизвестных коэффициентов aij.Вообще говоря эти уравнения независимы. Следовательно, если не накладывать на P (x,y) никакихдополнительных условий, то n+1 должно быть равно (m+1) (m+2) /2. Поэтому мы не можем решитьпоставленную задачу при произвольном количестве узлов интерполирования.
Второе принципиальное затруднение это то, что узлы интерполированияне могут располагаться произвольно. Рассмотрим на примере n=2и n=5: для первого случая определитель будет обращен в нуль,если три точки (x0,y0),(x1,y1) и(x2,y2) лежатна одной прямой; во втором случае определитель будет обращаться в нуль если 6 точекинтерполирования лежат на одной кривой второго порядка. Аналогично, если взять 10узлов интерполирования, то определитель системы обратиться в нуль, если все онилежат на одной прямой третьего порядка. Проверка того, что определители не обращаетсяв нуль, чрезвычайно затруднительна.
Третье принципиальное затруднение возникает при оценке остаточныхчленов. Так как теорема Ролля, для данного случая действовать не будет.
Также существуют еще несколько нюансов показывающие, что использоватьтолько интерполирование нерационально. Во-первых, если число узлов велико, то мыполучаем громоздкие выражения для интерполяционных многочленов. Во-вторых, еслитабличные значения функции подвержены каким-то случайным ошибкам измерения, то этиошибки будут внесены в интерполяционный многочлен и тем самым исказят истинную картинуповедения функции.
Из всего вышесказанного следует, что использовать интерполяционныймногочлен необходимо, если только не нужна большая точность, поэтому логичным будетиспользовать аппроксимационную функцию, т.к. эта функция будет близко проходитьк заданным значениям, будет происходить дополнительное сглаживание результатов наблюдения.
При аппроксимации главным допущением является то, что значенияаргумента x0,x1,.,xn найдены значительно точнее,чем значения функции f (xi).Также будем предполагать, что систематические погрешности, а также грубые ошибкив значениях функции f (xi)исключены (если нет то необходимо сгладить таблицные значения).
Для получения значения функции в точке x расположенных между xi и xi+1, будем применятьсглаживающую функцию основанную на методе наименьших квадратов, предполагая, чтоx0,x1,.,xnравностоящие,а все значения f (xi)имеют одинаковую точность.
Пусть φ0(x), φ1(x),…, φm (x) — какая-то система линейно независимых функций на интервале [a,b], m≤n.Будем разыскивать обобщенный многочлен, составленный из этих функций:
/>, (7)
где f (xi)- значение функции взятой из таблицы;
Ф (xi) — значение подбираемойфункции;
рi — вес точности.
Далее необходимо, чтобы этот многочлен имел наименьшее значение.В нашем случае значения f (xi)имеют одинаковую точность, поэтому:
/>, (8)
где рi — вес точности.
Тогда получаем:
/>, (9)
где f (xi)- значение функции взятой из таблицы;
Ф (xi) — значение подбираемойфункции.
Аппроксимировав данные взятые из таблиц 1,2,3,4 алгебраическимимногочленами 1,x,x2,…,xm,т.к. они образуют систему Чебышева на любом отрезке, а следовательно линейно независимы, получим зависимость коррозийной стойкости от плотности тока, концентрациисоли и плотности серной кислоты. Для удобства читаемости запишем формулу в виде:
/>, (10)
где Ch — числитель в формуле,
Zn — знаменатель.
/>
/>
/>), (11)
где p — плотность заданного электролита,
c — концентрация соли в растворе электролита,
i — плотность тока.
/>, (12)
где p — плотность электролита.
Далее с учетом формул (4) и (5), получим:
/>
/>
/>
/>, (13)
где p — плотность заданного электролита,c — концентрация соли в растворе электролита, i — плотность тока; t — время анодированияалюминия.
На основании этих допущений и зависимостей полученных экспериментальнымпутем на какой-либо конкретной установке и зная свойства электролита можно судитьо любом похожем процессе./>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> 6.1.3 Описание методов оптимизации
Значение эффективных численных методов минимизации функции однойпеременной определяется в основном тем, что они входят составной частью во многиеметоды решения сложных экстремальных задач.
Существует множество различных методов нахождения экстремумафункции. Отличаются они по скорости сходимости (количестве итераций необходимыхдля нахождения оптимума), количестве элементарных действий (необходимо или нет вычислятьдополнительные функции, например, производные). Но сказать какой метод лучше илихуже можно только с натяжкой, т.к. это зависит от вида функций, например, методчисел Фибоначчи считается самым быстрым из одномерных, однако он справедлив толькодля унимодальных функций. Метод локализации очень зависим от выбора начальной точкии приращения, но он способен локализовать экстремум в отличии от чисел Фибоначчиили «золотого сечения». Методы первого порядка просты в реализации. Дляметодов второго порядка требуется вычисление вторых производных, что в прикладныхзадачах или невозможно или сопряжено с большими затратами. Однако такие общие данныене могут служить основанием для оценки качества методов при решении конкретных задач.До настоящего времени нет достаточно обоснованных правил выбора методов решения.
Основной теории сходимости вычислительных методов служит теорияустойчивости дискретных систем. В рамках этой теории сходимость многих модификаций(например, методов ньютоновского типа, квазиньютонофского методов первого и нулевогопорядка) можно трактовать как сохранение свойства устойчивости при возмущении дискретныхсистем.
Важной особенность является то, что почти все эти методы находятлокальный минимум на каком-либо отрезке, глобальный можно найти только методом перебораили аналитически, при реализации с помощью вычислительной техники второй способне подходит.
Выбор метода для минимизации конкретной функции зависит от многихпричин. Общая рекомендация состоит в том, что первые итерации строить методами нулевогоили первого порядка, а затем в случае необходимости перейти к методам второго порядка.Метод сопряженных градиентов, будучи методом первого порядка, по объему итерацийна итераций мало отличается от градиентных методов, но обладает сверхлинейной сходимостью.Следует однако, отметить его большую чувствительность к ошибкам округления. Методывторого порядка накладывают ограничение на функцию, необходимо чтобы она была дваждыдиффиринцируема и эта производная была положительна. Поэтому для нахождения минимумареализуем метод двумерной оптимизации — покоординатным спуском и сканированием,а одномерной — метод «золотого сечения» и метод сканирования. Покажемкак функционируют эти методы.
Метод сканирования самый простой в реализации, но он единственныйкоторый ищет глобальный экстремум. Этот метод заключается, при заданных значенияхточности и границах, перебором всех значений переменных и из всех вычисленных значенийвыбирается лучший.
Метод покоординатного спуска заключается в нахождении экстремумапоочередно по каждой переменной.
Пусть задана функция двух переменных, линии равного уровня которойизображены на рисунке 6.2.
/>
Рисунок 6.2 — Метод покоординатного спуска
Из некоторой начальной точки Х0= (х1,х2) производится поиск минимума вдоль направления оси х1 сполучением точки Х0. В этой точке касательная к линии равного уровняпараллельна оси х1. Затем из точки Х0производится поиск минимумавдоль направления оси х2 с получением точки Х1. Следующиеитерации выполняются аналогично. Для минимизации функции F(x) вдоль осевых направлений может быть использован любой из методов одномернойоптимизации.
Приведем описание метода “золотого сечения”.
Пусть экстремум локализован в интервале [x1,x3](рисунок 6.5).
Алгоритм поиска экстремума складывается из следующих этапов:
а) вычисляются и запоминаются значения функции F (x) на концахисходного интервала [x1,x4], то есть значения F (x1) и F (x4);
б) вычисляются и запоминаются значения функции F (x2), где
/>;
в) вычисляются и запоминаются значения функции F (x3), где
/>/>;
г) по найденным значениям F (x1),F (x2), F (x3) и F (x4) определяется интервал, в котором локализованэкстремум, состоящий из двух интервалов l1 и l2 неравной длины.
д) внутри большого интервала l2 находится точка, отстоящаяот конца общего интервала l1+l2 на расстоянии.
/>;
е) в этой точке рассчитывается значение функции F (x), после чего снова выбирается сокращенный подинтервал в интервалеl1+l2, локализующий экстремум, то есть вычисления повторяются,начиная с пункта.
г) до тех пор, пока не будет получена заданная точность нахожденияположения экстремума.
/>
Рисунок 6.3 — Одномерный поиск методом “золотого сечения”/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> 6.1.4 Результаты оптимизации
Рассмотрим процесс анодирования алюминия AD1в растворе серной кислоты с добавлением соли сульфата меди. Данные находятся в таблицах1,2,3,4 соответственно при плотности электролита 1.2,1.23,1.26 и 1.29 кг/м3.Опыты проводились при ограничениях на концентрацию соли (от 0.2% до 2.6%) и плотностьтока изменялась от 2 до 8 А/дм2. Наглядно показаны данные в виде поверхностейна рисунках 6.4,6.5,6.6,6.7.
/>
Рисунок 6.4 — Зависимость коррозийной стойкости от плотноститока и концентрации сульфата меди при плотности электролита 1.2 кг/м3
/>
Рисунок 6.5 — Зависимость коррозийной стойкости от плотноститока и концентрации сульфата меди при плотности электролита 1.23 кг/м3
/>
Рисунок 6.6 — Зависимость коррозийной стойкости от плотноститока и концентрации сульфата меди при плотности электролита 1.26 кг/м3
/>
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Рисунок 6.7 — Зависимость коррозийной стойкости от плотноститока и концентрации сульфата меди при плотности электролита 1.29 кг/м3\
При обработки таблиц сглаживание произведено не было так какзначения не выделяются.
Функциональную зависимость коррозийной стойкости от плотноститока, концентрации соли и плотности электролита показана можно увидеть на формуле(13).
При оптимизации метод сканирования с точностью 0.1 по оси плотноститока, с точностью 0.001 по с точностью 0.01 по оси плотности электролита оси концентрацияи были получены следующие результаты:
коррозийная стойкость равна 10;
плотность тока равна 5 А/дм2;
концентрация соли равна 0.014 %;
плотность электролита 1.23 кг/м3.
При оптимизации методом двумерной оптимизации покоординатнымспуском с точностью 0.001 и методом «золотого сечения» с точностью 0.001были получены следующие результаты:
коррозийная стойкость равна 10;
плотность тока равна 6,99 А/дм2;
концентрация соли равна 0.015 %;
плотность электролита 1.27 кг/м3.
Данные получились целые так как таковы ограничения на функцию(коррозийная стойкость целочислена от 0 до 10), отличия наблюдается, потому чтомаксимальное значение коррозийной стойкости возможны при разных параметров процессаанодирования, а наша аппроксимация позволяет если бы не было максимального значенияв таблице данных, то найти его, так как программа ищет максимум по зависимости.
Результаты представлены также на рисунке 6.8.
/>
/>/>/>Рисунок 6.8 — Результаты оптимальногопроектирования/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> 6.2 Информационное обеспечение
Информационное обеспечение САПР — это совокупность единой системыклассификации и кодирования, системы показателей и информационных языков, унифицированныхсистем документации и массивов информации, совокупность первичных и производныхданных, а также совокупность правил и методов организации, представления, накопления,хранения, обновления и контроля информации, обеспечивающих эффективное использованиеинформации в САПР
Основная задача информационного обеспечения САПР — удовлетворениеинформационных потребностей проектировщика. Основу ИО составляют банки данных — специальным образом организованные хранилища информации. Банк данных — совокупностьбазы данных и системы управления базами данных. База данных — структурированнаясовокупность данных. Сведения, содержащиеся в банках данных, должны удовлетворятьтребованиям полноты и достоверности.
Существует три основных типа моделей баз данных: иерархическая,сетевая и реляционная. Для разрабатываемой подсистемы САПР была выбрана реляционнаямодель, т.е. данные представлены в виде таблиц, потому что она достаточно простав реализации с помощью современных средств разработки приложений БД.
Структура информационного обеспечения САПР включает процедурнуючасть (языки проектирования, которые совместно с терминологией, применяемой в даннойСАПР, описываются в лингвистическом обеспечении) и средства для описания и накоплениявходной, выходной и промежуточной информации для проектирования (библиотеки, архивы,базы и банки данных).
Информационные потоки, используемые прикладными программами припроектировании, составляют основу информационного обеспечения.
При разработке информационного обеспечения необходимо учитыватьследующие требования:
полноту обеспеченности данными всех разработчиков, использующихсредства САПР в соответствии с их целями, задачами, выполняемыми функциями;
минимизацию времени обращения разработчиков к системе и их входав систему, времени обработки, обмена и выдачи данных из системы;
организацию информационной базы (её размещение) с учётом минимизациизатрат на хранение и передачу данных разработчикам;
однократность ввода данных в систему, исключающую ошибки вводаи искажения данных;
простоту, унификацию и стандартизацию форм;
возможность корректировки и дополнения данных.
Для функционирования данной САПР необходимо наличие следующихБД:
БД электролитов;
БД металлов;
БД гальванических ванн;
БД готовых проектов.
Для создания данных баз данных применялась система управлениябазами данных Interbase, которая удовлетворяет следующимтребованиям:
информационная совместимость проектирующих и обслуживающих подсистемСАПР;
возможность наращивания БД;
обеспечение целостности данных;
поддержка работы в сети.
СУБД применяет реляционную организацию баз данных. Рассмотримполя каждой таблицы используемых баз данных.
БД электролита состоит из двух таблиц.
Таблица электролитов содержит поля:
поле электролит (длинное целое число) — идентификатор электролита;
поле название (строковая переменная) — название электролита;
поле описание электролита (строковый тип) — производится описаниеданного электролита и его отличительные свойства, а также любые примечания относящиесяк данному типу электролитов;
поле компонент (длинное целое число) — код компонента;
поле концентрация (вещественное число) — относительные концентрациикомпонентов.
Таблица компонентов электролита содержит поля:
поле компонент (длинное целое число) — идентификатор компонента;
поле название (строковая переменная) — название компонента электролита;
поле описание компонента (строковый тип) — производится описаниеданного компонента и его свойство добавляемое электролиту;
поле химическое обозначение (строковый тип) — химическое обозначениекомпонента.
БД металлов также состоит из двух таблиц.
Таблица металлов содержит поля:
поле металл (длинное целое число) — идентификатор металла;
поле название (строковая переменная) — название металла;
поле примечаний (строковый тип) — описывается метал и его свойства;
поле обозначение (строковая переменная) — его химическое обозначение;
поле примесь (длинное целое число) — код присутствующей примеси;
поле доля (вещественное число) — относительная доля содержания.
Таблица примесей содержит поля:
поле примесь (длинное целое число) — идентификатор примеси;
поле название (строковая переменная) — общеупотребительное названиепримеси;
поле обозначение (строковая переменная) — химическое обозначение;
поле плотность (длинное целое число) — плотность примеси.
БД гальванических ванн состоит из двух таблиц и имеет следующуюструктуру.
Таблица параметров гальванической ванны:
поле ванны (длинное целое число) — идентификатор ванны;
поле название (строковая переменная) — название гальваническойванны;
поле ширина (целое число) — габаритная ширина аппарата;
поле длина (целое число) — габаритная длина аппарата;
поле высота (целое число) — габаритная высота аппарата;
поле объем (целое число) — рабочий объем ванны;
поле шины (целое число) — количество анодных шин;
поле футеровка (длинное целое число) — код футеровки.
Таблица футеровки:
поле футеровка (длинное целое число) — идентификатор футеровки;
поле название (строковая переменная) — общепринятое названиефутеровки;
поле примечания (строковая переменная) — примечания к данномупокрытию.
БД готовых проектов содержит информацию, описывающую готовыерешения. По сравнению с описанными выше БД она имеет значительно сложную структуру.Она состоит из четырех таблиц: таблица проекта, таблица итоговых результатов, таблицаформула, таблица экспериментальных данных.
Таблица проектов содержит следующие поля:
поле номер проекта (длинное целое число) — идентификатор проекта;
поле название (строковая переменная) — употребительное названиепроекта;
поле ФИО (строковая переменная) — ФИО разработчика;
поле дата (тип даты) — дата создания проекта;
поле формула (длинное целое число) — код используемой формулыдля аппроксимации;
поле электролит (длинное целое число) — код электролита;
поле металл (длинное целое число) — код металла;
поле результат (длинное целое число) — код получившихся результатов;
поле примечание (строковый тип) — любая символьная информацияотносящаяся к данному проекту;
поле экспериментальные данные (длинное целое число) — код экспериментальныхданных;
поле ванны (длинное целое число) — код ванны.
Таблица результатов состоит из полей:
поле результата (длинное целое число) — идентификатор результата;
поле примечание (строковый тип) — любая символьная информацияотносящаяся к результатам;
поле стойкость (короткое целое число) — коррозийная стойкостьалюминия;
поле цветостойкость (целое число) — цветостойкость получившегосяпокрытия;
поле температура (вещественное число) — оптимальная температуракоторую необходимо поддерживать;
поле время (целое число) — время анодирования алюминия;
поле плотность тока (вещественное число) — плотность тока в ванне;
поле концентрация (вещественное число) — концентрация соли;
поле плотность электролита (вещественное число) — необходимаяплотность заданного электролита.
Таблица формул содержит следующие поля:
поле формула (длинное целое число) — идентификатор формулы;
поле название (строковая переменная) — наименование формулы;
поле описание (строковая переменная) — описание формулы;
поле критерий (вещественное число) — значение точности при подборекоэффициентов;
поле библиотека (строковая переменная) — имя библиотеки где размещаетсяисполняемый код данной формулы.
Таблица экспериментальные данные содержит следующие поля:
поле таблица (длинное целое число) — идентификатор таблиц созначениями;
поле название (строковая переменная) — название таблицы;
поле примечание (строковый тип) — любая символьная информацияотносящаяся к данным;
поле концентрация1 (вещественное число) — минимальная концентрациясоли;
поле концентрация2 (вещественное число) — максимальная концентрациясоли;
поле ток1 (вещественное число) — минимальная плотность тока;
поле ток2 (вещественное число) — максимальная плотность тока;
поле электролит1 (вещественное число) — минимальная плотностьэлектролита;
поле электролит2 (вещественное число) — максимальная плотностьэлектролита;
поле шаг1 (вещественное число) — шаг концентрации используемыйв таблице;
поле шаг2 (вещественное число) — шаг плотности тока;
поле шаг3 (вещественное число) — шаг плотности электролита;
поле массив (массив из вещественных чисел) — значения коррозийнойстойкости.
Также присутствует и еще одна таблица соответствий, которая убираетсвязь многих ко многим.
Таблица соответствий имеет поля:
поле электролит (длинное целое число) — код электролита;
поле футеровка (длинное целое число) — код используемой футеровкипри данном электролите.
Схема, описывающая таблицы, в которых хранятся данные предметнойобласти и связи между ними, соответствующие логике предметной области, называетсяинфологической моделью базы данных.
В реляционных базах данных схема содержит как структурную, таки семантическую информацию. Структурная информация связана с объявлением отношений,а семантическая выражается множеством известных функциональных зависимостей междуатрибутами отношений, указанных в схеме. Однако некоторые функциональные зависимостимогут быть нежелательными из-за побочных эффектов или аномалий, которые они вызываютпри модификации данных. В этом случае необходимо прибегнуть к процедуре называемойдекомпозицией, при котором данное множество отношений заменяется другим множествомотношений (число их возрастает), являющихся проекцией первых. Цель этой процедуры- устранить нежелательные функциональные зависимости (а, следовательно, и аномалии),что составляет суть процесса нормализации. Таким образом, нормализация — это пошаговыйобратимый процесс замены данной схемы (совокупности отношений) другой схемой, вкоторой отношения имеют более простую и регулярную структуру.
/>
Рисунок 6.9 — Структура связей БД
При этом возникает проблема обратимости, т.е. возможности восстановленияисходной схемы. Это значит, что декомпозиция должна сохранять эквивалентность схемпри замене одной схемы на другую. Для обеспечения эквивалентности схем необходимадекомпозиция, гарантирующая отсутствие потерь, и сохраняющая зависимости. Декомпозициябез потерь гарантирует обратимость, т.е. получение исходного множества отношенийпутем применения последовательности естественных соединений над их проекциями. Приэтом в результирующем отношении не должны появляться ранее отсутствовавшие кортежи(записи), являющиеся результатом ошибочного соединения. Сохранение зависимостейподразумевает выполнения исходного множества функциональных зависимостей на отношенияхновой схемы.
Предложенная инфологическая модель базы данных процесса анодированияалюминия является нормализованной и полностью соответствует требованиям предметнойобласти: в ее состав входят все таблицы, необходимые для хранения требуемых данных;система связей (функциональных зависимостей) между таблицами соответствует логикеданных предметной области и не содержит нежелательных зависимостей, приводящих кпобочным эффектам.
Структура связи БД представлена на рисунке 6.9.
В современных условиях и в конкретном случае разработки ИО подсистемыСАПР важную роль играет возможность одновременного доступа к данным нескольких пользователей.Решение этой задачи нашло отражение в концепции «Клиент-сервер». Она быласоздана для разрешения таких проблем как корректная обработка одновременных запросовот нескольких пользователей, возможность использования в качестве клиента маломощныхкомпьютеров, так как вся работа по обработке запроса ложится на сервер, а так жеувеличение сохранности и безопасности данных.
Вид БД представлен на рисунке 6.10.
/>
Рисунок 6.10 — Вид БД/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>6.3Лингвистическое обеспечение
Лингвистическое обеспечение — совокупность языков, используемыхв САПР для представления информации о проектируемых объектах, процессе и средствахпроектирования, которой обмениваются люди с ЭВМ и между собой в процессе автоматизированногопроектирования. Лингвистическое обеспечение представляет собой набор, информационно-поисковых(используются в обслуживающих подсистемах), вспомогательных языков и языков проектирования,обеспечивающих взаимодействие пользователя и САПР.
Любая САПР является человеко-машинной системой, главной задачейкоторой является облегчение труда конструкторов, проектировщиков, чертежников дляполучения более качественного и конкурентоспособного изделия. В связи с этим однимиз важных требований, предъявляемых к разрабатываемой САПР, является требованиеэргономичности.
Задача разработчика системы автоматизированного проектированиямаксимально упростить работу человека, и в то же время предоставить ему все возможныесредства для плодотворной работы. Лингвистическое обеспечение не упрощает расчётаматематических моделей или оптимизацию, но делает процесс проектирования удобнымдля разработчика.
Лингвистическое обеспечение разрабатываемой САПР состоит из программывзаимодействия с пользователем, который организован в виде диалога с пользователем.Он включает в себя следующие виды диалога: «Выбор из меню» (стандарт ComboBox)и «вопрос — ответ».
Диалог типа «выбор из меню» применяется в программеобщения с пользователем. Он ориентирован на неподготовленного пользователя и представляетсобой выбор одного из нескольких вариантов ответа. Диалог типа «вопрос — ответ»также применяется в программе диалога с пользователем при вводе исходных данныхи ориентирован на неподготовленного пользователя владеющего навыками работы на персональномкомпьютере в системе Windows 95/98/МЕ/2000. Все виды диалогов с пользователем показаныниже на рисунках.
При вводе данных пользователю предоставляются большие возможности,такие как:
заполнение таблицы в произвольном порядке;
возможность корректировки любой графы таблицы;
постраничный просмотр вводимых данных;
возврат к ранее введенным данным и их корректировка.
При вводе проверяется тип вводимых данных и при их несоответствиипроисходит блокирование входных данных с выдачей звукового сигнала.
/>
Рисунок 6.11 — Пример диалога основанный на выборе из меню вокне процессов
/>
Рисунок 6.12 — Пример диалога: система «заполнения бланков»при создании новой таблицы/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> 6.4 Программное обеспечение
Программное обеспечение — это совокупность машинных программ,необходимых для выполнения автоматизированного проектирования. Это обеспечение включаеткомплексы программ специального и общего назначения. От свойств программного обеспеченияв значительной мере зависят возможности и показатели эффективности САПР.
К программному обеспечению системы автоматизированного проектированияпредъявляют требования экономичности, удобства использования, надежности, правильности,универсальности и сопровождаемости.
Программное обеспечение САПР делится на системное и прикладное.К системному программному обеспечению относятся языки, трансляторы, стандартныепрограммы, операционные системы.
Прикладное программное обеспечение предназначено для решенияопределённых проектных задач. Его состав всегда индивидуален и зависит от объектапроектирования, специфики и объёма задач, решаемых конкретной САПР. Прикладные программыразрабатываются на основе математического обеспечения, что является одной из наиболеетрудоёмких работ при создании САПР.
Программные средства должны обеспечивать:
удобство ввода в эксплуатацию и возможность быстрой модификации;
широкий охват типовых процедур проектирования;
ориентацию средств взаимодействия (по языку, структурам данных,управлению) на проектировщика и конструктора;
независимость от используемых операционных систем и техническихсредств определённого класса;
стандартную организацию программных модулей и связей между ними,а также данных (в том числе графических) и управления ими;
простоту адаптируемости к различным классам устройств ввода-вывода.
Удовлетворение этим требованиям не означает, что базовое программноеобеспечение должно быть единственным. Вполне допустима проблемная ориентация наопределённые семейства средств вычислительной техники.
Системное программное обеспечение состроит из: операционной системыWindows XP,языка программирования Delphi 5.0,графического редактора AutoCad 2000.
Windows XP достаточно мощная система, подходящаядля работы с базами данных и реализующая режим многозадачности. Она обеспечиваетвозможность работы с новейшими программными средствами. Еще одним достоинством этойоперационной системы является поддержка различных приложений, необходимых в процессепроектирования. Кроме того, Windows XP имеет встроенную поддержку для работыс сетями. Вышеизложенные факты и послужили основанием для выбора операционной системыWindows XP.
Широкое распространение больших компьютерных сетей и потребностьпользователей во взаимодействии и совместном использовании централизованных базданных привели к тому, что сетевое программное обеспечение из разряда полезногоперешло в разряд необходимого. Подключившись к сети, операционная система можетповысить свои вычислительные мощности и возможности доступа к данным, разрешитьпользователям взаимодействовать и совместно использовать данные, а также предоставитьприложениям такие возможности, которое отдельно взятая операционная система не моглабы обеспечить. Чтобы все перечисленное было реализовано эффективно, сетевое программноеобеспечение Windows XP встроенов операционную систему и работает на равных правах с остальными частями исполнительнойсистемы Windows XP.
Сложность математического обеспечения и методов принятия решенийобусловили создание большого комплекса прикладных задач. Каждая из четырех подсистемв соответствии со своей спецификой имеет в своем составе необходимое программноеобеспечение.
Так для подсистемы ввода и анализа исходных данных необходимапрограмма, в которой реализуется ввод всей необходимой для проектирования информации,а также проводится формализация введенных данных.
Для информационной подсистемы необходима программа ведения БДи программы диалога с пользователем.
В расчётной подсистеме выполняются программы определения оптимальныхпараметров процесса анодирования алюминия и анализа получившихся результатов.
В задачи последней подсистемы входит подготовка и вывод текстовойи графической документации, поэтому для этих целей и используются: программы формированияи корректировки чертежей; программы формирования текстовой информации, а также программавывода итоговых данных с использованием графических изображений.
Специальное программное обеспечение САПР представляется в видетекстов прикладных программ, предназначенных для выполнения функций, связанных срешением проектных процедур. Для разработки специального ПО САПР необходимо выбратьязык программирования. Выбранный язык должен удовлетворять следующим требованиям:удобство организации ввода-вывода, высокое быстродействие, возможность реализациипоставленных задач, наличие графических средств, поддержка языка выбранной операционнойсистемой. Как правило, при разработке специального программного обеспечения используютсяязыки высокого уровня.
Для формирования текстовой документации используется текстовыйпроцессор MS Word 2000, который предоставляет широкий спектр возможностей для созданияи редактирования текстовых документов.
При разработке прикладных программ используется среда разработкиDelphi 5.0, которая считается самой лучшей из себе подобных по возможностям созданияполнофункциональных приложений для семейства операционных систем Win32.
Delphi 5.0 удовлетворяет всем современным стандартам и требованиям,так как использует усовершенствованную модель языка Pascal — Pascal with objects,к тому же он был создан с расчетом на полномасштабное использование возможностейOS Windows. В Delphi хорошо развита система обработки данных.
Прикладное программное обеспечение разрабатываемой САПР включаетв себя:
программу — диалог с пользователем;
программы анализа исходных данных;
программу подбора вида функции в незаданных точках;
программа поиска оптимальных параметров согласно выбранной мат.модели решения;
программа вывода итоговых данных, с использованием графическихизображений;
программа ведения БД;
программа анализа полученных решений.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>Программа диалог с пользователемрассчитана на человека работающего в среде Windows.Например при загрузке таблицы с экспериментальными значениями, которые проверяютсяна принадлежность к числам, используется знакомое окно показанное на рисунке 6.13.Оно позволяет загрузить данные с диска который расположен не только в текущей папке,где находиться исполняемый код программы, а в любом доступном.
/>
Рисунок 6.13 — Загрузка табличных данных
При анализе исходных данных проверяется все введенные пользователемданные и при их несоответствии нужным диапазонам — запрашиваются заново.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Графическая часть представленав виде трехмерных графиков 2 переменных на рисунке 6.14. Данные графики позволяютнаглядно оценить вид расположения контрольных точек и избежать ошибок при случайномвводе несоответствующей информации, а также оценить вид полученной формулы. В частностиувидеть адекватно она отображает данные из таблицы или очень большое несоответствие,тогда можно ее поменять до этапа поиска оптимальных параметров процесса анодированияалюминия.
/>
Рисунок 6.14 — Графическое представлениеданных/>/>/>/>/> 6.5 Описание технического обеспечения
Для функционирования пакета программ, поставляемых с системой,необходима установка следующих программных средств: операционная система Windows 2000 или выше. Для работы данныхкомпонентов необходим компьютер Pentium III 500 или болеемощный; минимум 64 МБайт оперативной памяти для работы операционной системы и свободногоместа на винчестере около 100 МБайт для виртуальной памяти.
Весь комплекс программ системы требует на компьютере наличиеоперативной памяти в 64 МБайт. Подсистема ввода/вывода, информационная подсистема,подсистема сбора экспериментальных данных требуют много места для хранимых данныхи не требовательны к быстродействию компьютера, так как данные подсистемы ничегоне рассчитывают и предназначены в основном для хранения, извлечения и выдачи информации;организации диалога с пользователем. Для вывода графической и текстовой документациинеобходим принтер, а для облегчения работы с системой берется мышь.
Подсистема сбора экспериментальных данных и графическая подсистематребуют много места для хранимых данных и требовательна как к быстродействию компьютера,так и к объему оперативной и внешней памяти, так как подсистема сбора ничего нерассчитывает и предназначены в основном для хранения, извлечения и выдачи информации,а графическая подсистема требует больших расчетов. Для ввода/вывода графическойи текстовой документации необходим сканер и принтер, а для облегчения работы с системойберется мышь.
Подсистема получения оптимального проектного решения требовательнакак к быстродействию компьютера, так и к объему оперативной и внешней памяти. Связьмежду тремя компьютерами осуществляется с помощью локальной сетки, осуществляющейс помощью и подсистема формирования необходимого оборудования Ethernet Hub 16TPx10/100TX (“Complex”).
Этим условиям удовлетворяют следующий класс компьютеров: Pentium III и выше с 256 МБайт оперативной памяти и 40 ГБайт внешней памяти.Выбор компьютеров основан на том, что они должны быть взяты из соображения, чтов ближайшее время они не будут считаться устаревшими, но в то же время по стоимостисчитаются в данный момент не самыми дорогими. Учитывая все эти условия были выбраныдва компьютера, необходимых для функционирования системы.
На первом из них (Pentium III, винчестер 40 Gb, 256 Мбайт оперативнойпамяти, мышь, клавиатура принтер HP LaserJet 1100 и плоттер DesignJet)реализованы следующие подсистемы: подсистема анализа и ввода данных, подсистемаграфического моделирования, и подсистема формирования и вывода документации.
На втором (Pentium III, винчестер 40 Gb, 512 Мбайт оперативной памяти, мышь, клавиатура)находятся подсистемы обработки экспериментальных данных и подсистема получения оптимальногопроектного решения
На третем (Pentium III, 40 Gb, 512 Мбайт RAM, мышь, клавиатура и сканер HP ScanJet 1100) реализована информационная подсистема.
Данное разделение на компьютере связано с тем, что для полученияаппроксимиурющей функции по табличным данным требует компьютера с большей производительности.В графической подсистеме визуализация графиков осуществляется плавающим горизонтом,который требует большого количества расчетов, необходимых для вывода графика.
Дисплей должен иметь достаточно высокое разрешение и рекомендуемыйобъем видеопамяти должен быть не менее 4 Мбайт для поддержки максимальной разрешающейспособности дисплея. Поэтому для подсистемы ввода/вывода был выбран дисплей SVGA 17”. А для остальных выбран дисплей SVGA 15", которыйподдерживает большинство видеорежимов. Выбор монитора SVGA обуславливается тем чтоинтерфейс с пользователем выбранной для данной САПР операционной системы также накладываетна графические средства вычислительной техники определенные требования.
Рассмотренное оборудование является компактным, занимает маломеста, не требовательно к микроклимату в помещении и не требуют специальной отдельнойкомнаты для их установки.
Персональные компьютеры объединены в локальную вычислительнуюсеть. Для соединения компьютеров применялись сетевые карты Ethernet Card NE 200 Combo BNC/TP PCI.
Для вывода на печать текстовой и графической документации выбранлазерный принтер HP LaserJet 1100. Качество печати данногопринтера по сравнению с матричным более высокое. Лазерный принтер более экономиченпо сравнению со струйным, так как одного картриджа для лазерного принтера хватаетна 10000 копий, в свою очередь одного картриджа для струйного принтера хватает лишьна 500-1000 копий.
Устройство ввода «мышь» необходимо при разработке программ,облегчения работы в операционной системе Windows 98 и выше. Устройство ввода «мышь» подключается к последовательномупорту компьютера.
Электрическая схема соединений САПР процессов медной гальванопластикипредставлена в приложении Г./>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> 6.6 Методическое обеспечение САПР
Методическое обеспечение — это комплекс методических средств,которые необходимы для успешного и эффективного управления различными процессамисистемы с целью получения результативной работы всей системы в целом.
В состав методического обеспечения входят:
документация инструктивно-методического характера, устанавливающуюметодику автоматизированного проектирования;
руководство пользователя;
руководство системного администратора;
руководство программиста;
программа, методика и результаты испытаний работы системы — сюдавключаются контрольные примеры, тесты;
нормативы, стандарты и другие руководящие документы, которыерегламентируют весь процесс и объект проектирования.
Методические средства предназначены для максимального повышенияэффективности и соответствия требованиям получаемых проектных решений. А так жедля повышения эффективности использования средств и ресурсов имеющихся в распоряженииу системы.
Руководство пользователя к программе «DIPLOM»
Программа DIPLOM предназначенадля работы под управлением операционной системы семейства Win32.Запустить программу можно используя команду «Выполнить.» или программу«Проводник», а также любым другим известным способом.
После запуска программы на экране появится диалоговое окно Дипломнаяработа на тему «Оптимизация процесса анодирования алюминия», в верхнейчасти которого будет меню, содержащее следующие пункты:
Файл;
Управление;
БД;
Таблица;
Аппроксимация;
Оптимизация;
Помощь.
Все пункты для удобства продублированы на основном виде, которыйимеет вид показанный на рисунке 6.14.
Используя пункт меню «Помощь» можно получить исчерпывающуюинформацию по данной САПР и приемах работы с ней, а также информацию о создателе.
В группе процесса возможны несколько действий:
1) создание нового процесса, какого нет еще в базе данных. Тогдапользователю программа предложит выбрать из списка ванну на которой проводилисьэксперименты, металл и электролит, затем необходимо ввести размерности и диапазонизменения плотности тока, плотности электролита и концентрацию соли. Вид представленна рисунке.
/>
Рисунок 6.14 — Общий вид главного окна программы DIPLОМ.
При работе сначала необходимо загрузить какой-либо процесс илисоздать новый, тогда будет предложено ввести электролит, ванну и вид металла. Окнопроцесса показана на рисунке 6.12.
Далее необходимо ввести все данные в таблицы, где перемещатьсямежду значениями плотности электролита возможно с использованием страниц, что показанона рисунке 6.15.
Заметим что редактирование таблиц возможно если пользовательзнает пароль администратора, это связано с тем чтобы ненароком не испортить данныенеобходимые в дальнейшем. В программе существует возможность изменить пароль, атакже включить или выключить режим модификации.
Далее пользователю будет предложено выбрать формулу для обработкитаблиц из базы данных или предложено создать свою формулу с помощью предоставленногопрограммного интерфейса который проконтролирует на синтаксически правильносоставленную формулу (не позволит ввести два подряд знака операции илипеременных, невозможность закрыть больше скобок, чем открывалось.
/>
Рисунок 6.15 — Вид редактирования таблиц
Пример показан на рисунке 6.16.
/>
Рисунок 6.16 — Вид окна редактирования новой формулы
Далее пользователю потребуется, если это необходимо, ввести начальныезначения параметров. Это можно сделать двумя способами:
1) случайным образом из заданного диапазона;
2) задать значение вручную.
Причем эта возможность для каждого параметра в отдельности. Существуеттакже возможность не изменять какой-либо параметр в процессе нахождения оптимальныхзначений, а оставить его статичным. Затем программа автоматически создает динамическиподгружаемую библиотеку и в дальнейшем программа будет работать с ней (пока не поменяемформулу). Пример заполнения параметров значениями представлен на рисунке 6.17.
/>
Рисунок 6.17 — Вид редактирования коэффициентов аппроксимации
При загрузке процесса из базы данных пользователю будет предложеновыбрать процесс из списка (по типу интерфейса изображенного на рисунке 6.13). Останетсятолько поменять или оставить формулу обработки данных, все остальное будет автоматическизагружено из необходимых баз данных.
Перед оптимизацией возможно поменять приоритет работы программыдля ускорения ее выполнения, если это необходимо или создать фоновый процесс. Припоиске оптимальных параметров процесса пользователю предлагается выбрать из двухвидов оптимизации (метод сканирования и метод многомерной оптимизации покоординатногоспуска с использованием одномерной оптимизации метод «золотого сечения»).Также необходимо ввести диапазон на котором будут искаться параметры процесса иточность вычислений, до какого знака производить расчеты. Вид окна представлен нарисунке 6.18.
/>
Рисунок 6.18 — Вид окна поиска оптимальных параметров процессаанодирования алюминия
При редактировании баз данных также соблюдается режим модификации.
Руководство программиста к программе «DIPLОМ».
Минимальный объем дискового пространства, необходимого для размещенияфайла DIPLOM. EXE — 1825 Кбайт.
Необходимо присутствие в системном каталоге Windows файла GDS32.DLL, являющегося драйвером клиента Interbase.
Если сервер Interbase расположен не локально, требуется настройка одного из сетевыхпротоколов, поддерживаемых Interbase: IPX/SPX,TCP/IP,NetBEUI.
Минимальный объём всей системы в целом составляет 5700 Кбайт,но в процессе эксплуатации он будет постоянно увеличиваться из-за роста размеровбаз данных.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>7. Вопросы охраны труда/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>7.1 Введениев охрану труда
В нашем государстве разработана и действует специальная системазаконодательных актов, мероприятий и средств по охране труда, которые позволяютобеспечить необходимую безопасность, сохранение здоровья и работоспособность человекав процессе труда. Эта система определяет проведение социально-экономических, организационных,технических, гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий и использованиесредств, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человекав процессе труда; выявляет и изучает возможные причины производственных несчастныхслучаев, профессиональных заболеваний, аварий, взрывов, пожаров и организовываетмероприятия, а также определяет систему требований с целью устранения этих причини создания безопасных и благоприятных для человека условий труда. Так как любаяСАПР — это организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизациипроектирования, взаимосвязанного с необходимыми подразделениями проектировщиков,то при разработке САПР необходимо учитывать вопросы охраны труда, чтобы исключитьвоздействие опасных факторов, свести к минимуму вероятность поражения персонала,обеспечить комфорт при максимальной производительности труда. При проектированиии размещении ВЦ (вычислительного центра) необходимо учитывать характерные его особенности.В залах с ЭВМ к микроклиматическим параметрам ВЦ предъявляются повышенные требования.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>7.2 Общие санитарно-гигиеническиетребования к устройству ВЦ
Производственные здания, сооружения, оборудование, технологическиепроцессы должны отвечать всем требованиям, обеспечивающим здоровые и безопасныеусловия труда. В первую очередь эти требования должны выполняться проектировщиками.Согласно санитарным нормам СН 245-71 на каждого работающего предусматривается объёмпроизводственного помещения — не менее 15 м3 и площадь — не менее 4,5 м2.
К помещениям машинного зала предъявляются особые требования.Высота от пола до потолка производственного помещения должна быть не менее 3,2 м, а от пола до низа выступающих конструкций — не менее 2,6 м. Высоту подпольного пространства принимают равной 0,2 — 0,8 м (при наличии только кабелей — не менее 0,15 — 0,2 м, при прокладке в нём воздуховодов — не менее 0,3 м)./>/>/>/>/>/>/>/>/> 7.3 Неблагоприятные факторы и средства защиты от них
В настоящее время работники вычислительных центров сталкиваютсяс воздействием таких физических опасных и вредных производственных факторов, какповышенный уровень шума, повышенная температура внешней среды, отсутствие или недостатокестественного освещения, недостаточная освещенность рабочей зоны, электрическийток, статическое электричество, различные виды электромагнитных излучений и других.
Длительное нахождение человека в зоне комбинированного воздействияразличных неблагоприятных факторов может способствовать ухудшению здоровья и привестик профессиональному заболеванию.
Повышенный уровень шума, повышенная температура внешней Рассмотримподробнее воздействие этих факторов на организм человека и средства борьбы с ними.
Работа пользователя на ПЭВМ сопровождается незначительным шумом.Основным источником является шумящее оборудование (принтер, вентиляторы блоков охлаждениякомпьютера и т.п.). Шум оказывает на человека вредное физиологическое воздействие,которое заключается не только в нарушении функций слухового аппарата, но и в отрицательномвлиянии на нервную систему, вызывая замедление психологических реакций.
В помещениях, где работают инженерно-технические работники сиспользованием ПЭВМ, уровень шума на рабочем месте не должен превышать значений,установленных для видов работ «Санитарными нормами допустимых уровней шумана рабочих местах», т.е.60 дБ.
Снизить уровень шума в помещениях с ПЭВМ можно использованиемзвукопоглощающих материалов с максимальными коэффициентами звукопоглощения для отделкипомещений (разрешённых органами Госсанэпиднадзора России), подтверждённых специальнымиакустическими расчётами.
Дополнительным звукопоглощением служат однотонные занавеси изплотной ткани, гармонирующие с окраской стен и подвешенные в складку на расстоянии15 — 20 см от ограждения. Ширина занавеси должна быть в 2 раза больше ширины окна.
Помимо акустических колебаний, передающихся по воздуху, на ВЦмогут присутствовать также и механические колебания, передающиеся через конструкциии почву. Эти колебания называются вибрацией. Под воздействием вибрации происходитизменение в нервной и костно-суставной системах, повышение артериального давления.Защита от вибрации заключается в её устранении, т.е. при установке оборудованиянеобходимо особое внимание уделять уравновешиванию положения машин. Возможно такжеиспользования специальных подставок и ковриков для устранения незначительной вибрации,вызванной неуравновещенностью или колебаниями внутренних элементов оборудованияв процессе его работы.
Одним из самых актуальных для ВЦ неблагоприятных факторов являетсяэлектромагнитное излучение.
Электромагнитное поле обладает определённой энергией и распространяетсяв виде электромагнитных волн. Степень воздействия электромагнитных излучений наорганизм человека зависит от диапазона частот, интенсивности воздействия, продолжительностиоблучения, характера излучения, режима облучения, размеров облучаемой поверхноститела и индивидуальных особенностей организма.
Длительное воздействие электрического поля низкой частоты вызываетфункциональные нарушения центральной нервной и сердечно-сосудистой систем человека,а также некоторые изменения в составе крови, особенно выраженные при высокой напряжённостиэлектрического поля.
Биологическое действие электромагнитных полей более высоких частотсвязывают в основном с их тепловым и аритмическим эффектом.
Даже кратковременное облучение электромагнитным полем большойинтенсивности может привести к разрушительным изменениям в тканях и органах. Длительноехроническое воздействие электромагнитных полей небольшой интенсивности приводитк различным нервным и сердечно-сосудистым расстройствам (головной боли, повышеннойутомляемости, нарушению сна, боли в области сердца и т.п.). Возможны нарушения состороны эндокринной системы и изменение состава крови.
Персонал, работающий с компьютером, подвергается не только электромагнитномуизлучению, но и ультрафиолетовому, низкоэнергетическому рентгеновскому и периодическимразрядам накапливающегося потенциала статического электричества.
Визуальные эргонометрические параметры видеотехники (мониторовПЭВМ) являются параметрами безопасности и их неправильный выбор приводит к ухудшениюздоровья пользователей. Все мониторы ПЭВМ должны иметь гигиенический сертификат,включающий в том числе оценку визуальных параметров. Конструкции монитора, его дизайни совокупность эргонометрических параметров должны обеспечивать надежное и комфортноесчитывание информации в условиях эксплуатации.
Конструкция мониторов должна предусматривать наличие устройстврегулировки яркости и контраста, обеспечивающих возможность регулировки этих параметровот минимальных до максимальных значений.
В целях обеспечения требований, а также защиты от электромагнитныхи электростатических полей допускается применение приэкранных фильтров, специальныхэкранов и других средств индивидуальной защиты, прошедших испытания в аккредитованныхлабораториях и имеющих соответствующий гигиенический сертификат.
Почти все современные производители мониторов придерживаютсяочень жёсткого мирового стандарта в этой области ТСО 95./>/>/>/>/>/>/>/>/> 7.4 Анализ потенциальных опасностей на проектируемомобъекте
Работники ВЦ подвержены воздействием таких физически опасныхи вредных факторов производственных факторов, как среды, отсутствие или недостатокестественного света, недостаточная освещенность рабочей зоны, электрический ток,статическое электричество и др. Также сотрудники ВЦ испытывают на себе влияние такихпсихофизиологических факторов, как умственное переутомление, перенапряжение зрительныхи слуховых органов, монотонность труда, эмоциональные перегрузки и т.д.
Воздействие вышеперечисленных факторов приводит к различным осложнениямв восприятии внешних воздействий и, как следствие этого, к снижению работоспособности.Длительное нахождение человека в зоне комбинированного воздействия различных неблагоприятныхфакторов может привести к различного рода расстройствам и заболеваниям.
Анализ травматизма среди работников ВЦ показывает, что несчастныеслучаи в основном происходят от воздействия физически опасных производственных факторовэлектрического тока, а также при выполнении сотрудниками несвойственными для нихработ (погрузочно-разгрузочных, монтажа крупногабаритного оборудования и др.).
Особенностью ВЦ является множество соединительных проводов икабелей, что приводит к их близкому расположению на территории ВЦ. При протеканиипо ним электрического тока выделяется значительное количество теплоты, что можетпривести к повышению температуры и плавлении изоляции проводов, их оголению, короткомузамыканию, и, как следствие всего этого, возгоранию и пожару./>/>/>/>/>/>/>/>/> 7.5 Общие требования безопасности к оборудованию ВЦ
Конструктивные элементы интерьера вычислительного центра должныотвечать не только эстетическим требованиям, но и требованиям безопасности. К основнымконструктивным элементам, необходимым для нормального функционирования ВЦ и обеспечениябезопасности, относятся: подвесные потолки, обшивка стен, остекленные перегородкииз аллюминиевого профиля, фальш-полы, различные конструктивные детали (карнизы,пристенные доски, радиаторные щиты и т.д.).
Потолки во всех производственных помещениях необходимо выполнятьв виде подшивной и подвесной конструкции, снабженной звукопоглощающим и светорассеивающимпокрытием. Подвесной потолок выполняет одновременно две функции: он выступает вроли несущей и декоративной конструкции здания, а также служит для равномерногораспределения приточного воздуха из и звукопоглощающим экраном.
В конструктивных решениях подвесных потолков предусматриваетсяварианты установки и крепления различных вариантов светильников, как встроенных,так и подвесных. Вес светильников и других устройств должен передаваться на несущиеэлементы подвесного потолка. Светильники крепятся к потолку. Пространство, образуемоемежду покрытием и подвесной конструкцией, высотой 0,3 — 0,8 м, используется для размещения воздуховодов, электросиловых и сигнальных кабелей, устройств противопожарнойавтоматики./>/>/>/>/>/>/>/>/> 7.5.1 Ограждения, блокировочные и предохранительныеустройства
Ограждения, блокировочные и предохранительные устройства выполняютфункции защиты от неблагоприятных факторов и возможных опасных ситуаций, к которымотносятся повышенный уровень шума, вибрация, поражение электрическим током и пожары.
Для шумоподавления используют звукопоглощающую обивку стен ипотолка, а также специальные акустические экраны, действие которых основано на отраженииили поглощении на него звуковых волн и образовании за экраном области звуковой тени.Их звукопоглощающая способность зависит от размеров, массы, материала конструкций,числа слоев, спектра шума. Низкочастотные шумы требуют тяжелых конструкций, а высокочастотныешумы могут устраняться сравнительно тонким ограждением.
Для защиты от воздействия электрического тока при пробое изоляциииспользуются устройства непрерывного контроля за состоянием изоляции. При снижениисопротивления изоляции до предельно допустимой величины прибор подает звуковой илисветовой сигнал. К блокировочным устройствам электробезопасности относятся устройствазащитного отключения (УЗО), принцип действия которых заключается в постоянном контроленекоторой входной величины, связанной с параметрами электробезопасности, сравненииее с нормативной и отключение контролируемой электроустановки от сети при превышениивходной величины нормативной.
Организация противопожарной безопасности также включает в себяоградительные конструкции, блокировочные и предохранительные устройства. Для предотвращенияраспространения огня с одной части здания на другую устраивают противопожарные преградыв виде противопожарных стен, перегородок, перекрытий, зон, тамбур-шлюзов и др. Дляобнаружения, оповещения и ликвидации пожаров используют системы автоматической пожарнойи охранно-пожарной сигнализации, а также автоматические установки пожаротушенияи системы противодымной защиты зданий повышенной этажности./>/>/>/>/>/>/>/>/> 7.5.2 Разводка информационных и силовых кабелей
Для обеспечения ВЦ электроэнергией необходимо иметь основнойи резервный кабельные вводы.
При установке ЭВМ в машинном зале прокладку кабеля ведут по одномуиз следующих вариантов:
прокладка кабеля с использованием специального канала. При данномспособе кабель укладывают канал, который предусматривается в полу. Сверху каналнакрывают съемными листами. Такой способ прокладки кабеля является трудоемким иограничивающим подключение нового оборудования. В тоже время этот способ подучилширокое распространение из-за своей относительной простоты.
прокладка кабеля с использованием съемного пола или фальш-пола.Такой способ также является трудоемким, но в тоже время данный способ обеспечиваетнеобходимую гибкость при установке нового оборудования.
прокладка кабеля по поверхности пола с соответствующей защитойего от повреждения. При этом способе прокладки кабеля портится общий интерьер помещения,появляется опасность поражения обслуживающего персонала электрическим током.
прокладка кабеля через отверстие в полу; кабель до отверстияпрокладывается по нижней части перекрытия. При этом способе отсутствует необходимаягибкость в случае установки нового оборудования или переустановке существующего.
Разводка информационных кабелей может осуществляться по тем жепринципам, что и силовых. Запрещается вести прокладку силовых и информационных кабелейвместе в одном канале.
Питание оборудования комплекса ЭВМ от электросети освещения должнобыть запрещено. В залах ЭВМ, где при наладочных и ремонтных работах могут применятсяэлектропаяльники, следует произвести разводку питающей сети с напряжением 36 В.Запрещается прокладывать кабели, не относящиеся к залам ЭВМ, через данные залы ипомещения. Подводка питания к устройствам ЭВМ ведется в специальных каналах илис использованием фальш-пола.
В каждом помещении, где устанавливается электронно-вычислительноеоборудование, необходимо предусмотреть устройства одновременного включения/выключенияоборудования от электросети./>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> 7.6 Классификация объекта по взрывной, взрывопожарнойи пожарной опасности
Проектирование и эксплуатация объектов регламентируется«Строительными нормами и правилами». В соответствии со СНиП-2-80 все производстваделят по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности на следующие категории: Аи Б — взрывопожароопасные; В, Г — пожароопасные и категория Д — несгораемые веществаи материалы в холодном состоянии. Помещение ВЦ относится к категории В. Категорияхарактеризуется применением твердых сгораемых веществ и материалов.
Кроме классификации помещений, в которых имеется электрооборудование,по взрывной и пожарной опасности по СНиП, условия безопасного применения электрооборудованиярегламентируются ПУЭ (Правилами Устройства Электроустановок). По ПУЭ проектируемоепомещение относится к классу П-IIа — пожароопасное, характеризующеесяналичием твёрдых горючих веществ.
/>/>/>7.7 Электробезопасность
Организационные и технические мероприятия по обеспечении безопасностипри эксплуатации электроустановок указаны в «Правилах технической эксплуатацииэлектроустановок потребителей». Технические способы и средства обеспеченияэлектробезопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.019-79 разделены на две группы: обеспечивающиезащиту от случайного прикосновения к токоведущим частям и защищающие от поражениятоком при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказатьсяпод напряжением в результате повреждения изоляции или по другим причинам.
Практически все оборудование ЭВМ представляет для человека большуюпотенциальную опасность, так как в процессе эксплуатации или проведении профилактическихработ человек может коснуться частей, находящихся под напряжением. В соответствиис классификацией помещений по степени опасности поражения работающих электрическимтоком помещения ВЦ относятся к помещениям с «повышенной опасностью». Однимиз признаков данного определения является наличие возможности одновременного прикосновениячеловека к имеющим соединение с землей оборудованию, с одной стороны, и к металлическимкорпусам электрооборудования — с другой.
Проходя через тело человека, электрический ток оказывает на негосложное воздействие, включающее в себя следующие виды:
тепловое;
электролитическое;
биологическое действие.
Любое из перечисленных воздействий может привести к электрическойтравме, то есть к повреждению организма, вызванному воздействием электрическоготока или электрической дуги. Наиболее опасно воздействие переменного тока.
Сила тока, протекающего через человека, а, следовательно, и исходпоражения зависят от напряжения электроустановки и электрического сопротивлениятела человека.
ВЦ отличаются большим разнообразием используемых видов сетей,уровнем их напряжения и рода тока. Так основное питание вычислительного центра осуществляетсяот сети переменного тока с частотой 50 Гц, напряжением 220 В. Для питания же отдельныхустройств используются однофазные сети как переменного, так и постоянного тока снапряжением от 5 до 220 В.
Для предотвращения электротравматизма необходимо правильно организоватьобслуживание действующих электроустановок вычислительного комплекса, проведениеремонтных, монтажных и профилактических работ. Чтобы обеспечить снижение напряжениямежду оборудованием, оказавшемся под напряжением, и землёй до безопасной величины,необходимо заземлить все металлические нетоковедущие части электрооборудования,которые могут оказаться под напряжением в случае пробоя изоляции электропроводки,а также по другим причинам (вынос потенциала, разряд молнии и др.). Защитное заземлениеявляется наиболее простой и эффективной мерой защиты от поражения электрическимтоком./>/> 7.7.1 Расчёт заземляющего контура
Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя,т.е. проводника (электрода) или группы соединенных между собой проводников (электродов),находящихся в соприкосновении с землей, и заземляющих проводников, т.е. проводников,соединяющих заземляемые части с заземлителем.
Цель расчета защитного заземления — определение количества электродовзаземлителя, их размеров и схемы размещения в земле, при которых сопротивление заземляющегоустройства растеканию тока или напряжение прикосновения при замыкании фазы на заземленныечасти электроустановок не превышают допустимых значений.
Исходные данные:
вид заземлителя — вертикальный стержневой в земле;
длина электрода — l= 2.5м,
сечение электрода — d = 0,015м;
глубина заземления — t = 0,5м;
расстояние между электродами — с = 2м.
При расчете контурного заземления примем допущение об однородностипочвы.
Определяем сопротивление одиночного заземлителя /> по формуле(1.1):
/>, (14)
где /> - удельное сопротивление заземления.
/>
Для чернозема /> = 53 Омм.
/> - коэффициент сезонности для однороднойземли, который для 2 климатической зоны = 1,5.
/>=79,5 Омм.
Глубина заложения в землю заземлителя вычисляется как
/>м
Получим /> = 31,3Ом.
Определим величину нормируемого сопротивления.
Согласно «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ),для электроустановок, использующих напряжение до 1000В при суммарной мощности источниковтока более 100 кВт, сопротивление заземления должно быть не более 4 Ом, следовательно,нормируемое сопротивление заземления /> = 4 Ом.
Рассчитаем минимальное количество вертикальных электродов прикоэффициенте использования η=1:
/>. (15)
Подставив значения сопротивлений в формулу, получим
/>
Определим коэффициент использования заземлителей при количествеэлектродов =8, /> = 0,74.
Размещаем электроды в ряд. Расстояние между электродами = 2l. Вычислим количество вертикальных заземлителей, используя зависимость(1.3):
/>. (16)
Получаем n =10,6 /> 11.
Находим значение η = 0,74 для n=11.
Считаем общее сопротивление при одиннадцати параллельных заземлителях(1.4):
/>, (17)
Получаем R =3,85 Ом. Теперь определим длину соединительной полосы (1.5): L = (n-1) c (18).Получаем L=50 м.
Сопротивление соединительной полосы рассчитываем как:
/> (19)
где /> - удельное сопротивление заземления.
/>
Для чернозема /> = 53Омм.
/> - коэффициент сезонности для однороднойземли, который для 2 климатической зоны = 1,5.
/>=79,5 Омм.
Подставляя полученные значения, получим Rc=3,4Ом.
Сопротивление растеканию тока горизонтального электрода, с учетомэкранирующего эффекта вертикальных электродов, которые он соединяет, определяетсякак:
/>
Находим значение η = 0,75
Получаем Rг=4,52Ом.
Сопротивление группового заземлителя Rгр,состоящего из n вертикальных стержневыхэлектродов и соединяющей их полосы, будет:
/>
Отсюда Rгр=2,08Ом.
Rгр />/>/>7.8 Производственное освещение
Правильно спроектированное и выполненное производственное освещениеобеспечивает возможность нормальной производственной деятельности. Сохранность зрениячеловека, состояние его центральной нервной системы и безопасность на производствев значительной мере зависят от условий освещения.
К современному производственному освещению предъявляются высокиетребования как гигиенического, так и технико-экономического характера. На производствеиспользуют два вида освещения: естественное и искусственное./>/> 7.8.1 Расчёт естественного освещения
Длина помещения А = 6м, ширина — В = 5м.
Высота потолка Н = 3,3м.
Данные размеры соответствуют санитарным правилам и нормам СПиН2.2.2.542-96, согласно которым, на каждого работающего предусматривается объём производственногопомещения — не менее 20 м3 и площадь — не менее 6м2. Рассчитаемвысоту остекления по формуле (1.7):
/> (20)
где H — высота помещения;
0,5м — расстояние от потолка;
0,8м — расстояние от пола.
Переплёт проёмов — алюминиевый двойной.
Рассчитаем площадь световых проёмов (1.8):
/> (21)
где Sn — площадь пола помещения,30м2; lmin — нормированная минимальнаявеличина К. Е.О. для бокового освещения (по табл. СНиП 23.05-95 lmin = 2%); h — световая характеристикаокон (h= 10,5); kl — коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящимизданиями (kl = 1,2);tо — общий коэффициент светопропускания= 0,25; rl — коэффициент, учитывающий отражениесвета от стен и потолка (rl= 4).
Определяем площадь световых проемов по формуле (1.9):
/> (22)
Вычислим длину остекления:
/>
Следовательно, применяем неполное остекление.
/>/>/>7.8.2 Расчёт искусственного освещения
Согласно действующим Строительным нормам и правилам СНиП-4-79для искусственного освещения регламентирована наименьшая допустимая освещенностьрабочих мест. Так, для работы с экраном дисплея в сочетании с работой над документамирекомендуемая освещенность составляет 300 Лк.
Используем потолочные светильники типа УСП 35 с двумя люминесцентнымилампами типа ЛБ-40, световой поток — 3120 Лм, мощность лампы — 40 Вт, напряжениепитания — 220 В. Затенения рабочих мест нет.
1) Находим расчётную высоту подвеса светильников над рабочимместом (1.10):
h = H — hc — hp,(23)
где hc — расстояние от потолкадо светильника, равное 0,2м; hp — высота стола,равная 0,8м. Подставляя соответствующие значения в (1.10) получаем высоту подвеса:
/>
2) Расстояние между светильниками/>:
Светильники располагаются параллельно короткой стороне помещенияв несколько рядов.
/>. (24)
Подставляя соответствующие значения в (1.11), получим:
/>
3) Расстояние между стенами и крайними рядами светильников:
/>. (25)
При Lc =2,53м это расстояние по формуле (1.12) составит 1,3м.
4) Число рядов светильников np(1.13):
/> (26)
Получаем число рядов светильников np = 6 /2,53 /> 2.
5) Индекс помещения (1.14):
/> (27)
где S — площадь помещения, м2;
h — расчетная высота подвеса, м;
А и B — стороны помещения, м.
Получаем:
/>
Из справочных данных находим η — коэффициент использованияизлучаемого светильниками светового потока при коэффициентах отражения:
от потолка — 70%;
от стен — 50%;
от пола — 10%.
Получаем h = 0,31.
6) Число светильников в ряду nc(1.15):
/>, (28)
где k — коэффициент запаса светильника,равный 1,5;
z — коэффициент минимальной освещенности,для люминесцентных ламп равен 1,1;
Фc — световой поток от однойлампы;
n — число ламп в светильнике.
/>
Принимаем nc = 3.
7) Общая длина светильников в ряду:
Длина одного светильника УСП 35 с двумя лампами ЛБ-40 равна 1,27м.Отсюда общая длина светильников в ряду составит 3,81м. Светильники в ряду будутрасполагаться на расстоянии 0,32м от стен помещения и друг друга.
8) Фактический световой поток Фф (1.16):
/>. (29)
Подставляя соответствующие значения, получаем Фф =3326 Лм.
9) Отклонение светового потока (1.17):
/> (30)
Подставив необходимые значения в (1.17), получим:
/>.
Отклонение 6,6% не превышает допустимых 10 %, следовательно,выбранную схему искусственного освещения можно принять к исполнению.
10) Вычислим мощность осветительной установки:
/>/>/>/>7.8.3 Расчёт кондиционирования
Микроклимат в рабочих условиях определяется следующими параметрами:
температурой воздуха;
относительной влажностью;
скоростью движения воздуха на рабочем месте.
В соответствии с ГОСТ 12.1.005 — 76 устанавливаются оптимальныеи допустимые метеорологические условия для рабочей зоны. Оптимальной температуройв помещении считается 20°C.
Определение суммарного количества избыточного тепла (31):
/> (31)
где QЭл — тепловыделение отэлектрооборудования;
Qл — тепловыделение от людей;
QОст — тепловыделение от солнечнойэнергии через остеклённые проёмы;
QОсв — тепловыделение от искусственногоосвещения.
1) Определение тепловыделения от электрооборудования QЭл (32):
/> (32)
где SN — суммарная мощность электрооборудования, кВт (33).
/> (33)
где k1 = 0,7 — коэффициентиспользования АРМ;
k2 = 0,4 — коэффициент использованияпринтера;
NАРМ = 0,5 кВт — потребляемаямощность АРМ;
Nпр = 0,12 кВт — потребляемаямощность принтера;
n1 = 2 — количество АРМ;
n2 = 1 — количество принтеров;
/>
/>
2) Определение тепловыделения от людей, занятых в процессе проектирования(34):
/> (34)
где n — число сотрудников, занятых проектированием;
Q1 — тепловыделение от одногочеловека, равное 0,08 кВт (при физически лёгкой работе и t = 20°C).
При численности персонала три человека находим по формуле, чтоQл равно 0,24 кВт.
3) Определение тепловыделения от солнечной энергии через остеклённыепроёмы (35):
/> (35)
где Fо — площадь стекловогопокрытия окна, м2, Fо =Sо; qo — величинасолнечной радиации, поступающей через 1м2 поверхности остекления, равнаядля окон с двойным алюминиевым переплётом 0,17кВт; ko — коэффициент, зависящий от поверхности остекления. Для обычно загрязнённого стеклаkо = 0,8.
/>
4) Определим тепловыделения от осветительных установок:
/>
5) Определение суммарного количества избыточного тепла:
/>
6) Определение величины необходимого воздухообмена (36):
/> (36)
где с — теплоемкость сухого воздуха (с = 1000 Дж/кг*°C);
r — плотность приточноговоздуха, рассчитываем по формуле (37):
/>, (37)
гдеТ0 = 273К,
Т= 273К + 15 оС = 288К;
tв = 15 оС — температуравоздуха, поступающего из кондиционера;
tн = 20 оС — оптимальнаятемпература воздуха в помещении.
Получаем r = 1,226 кг/м3.
Подставляя в формулу соответствующие значения, получаем:
W = 1333 м3/час.
7) Определение кратности воздухообмена К (38):
/> (38)
где V — объем помещения.
При длине помещения 6м, ширине — 5м и высоте — 3,3м объём составляет99м3. Получаем К, равное 14. Так как К > 1 делаем вывод о необходимостикондиционирования воздуха./>/>/>/>/>/>/>/>/> 7.9 Средства пожаротушения
На сегодняшний день известно множество способов тушения пожаров.К ним относятся: охлаждение горящих веществ путем нанесения огнетушащих средств(воды, пены и др.); разбавление концентрации горючих веществ инертным газом (азотом,углекислым газом); изоляция горящих веществ от зоны горения нанесением пены, песка,кошмы; химическое торможение реакции горения путем орошения флегматизирующими веществами.Эффективность этих методов зависит от стадии развития пожара, масштабов загорания,особенностей горения материалов.
В данном проекте предусмотрено наличие ручных углекислотных огнетушителейОУ-5. Такие огнетушители обычно устанавливаются в помещениях ВЦ из расчета одиногнетушитель на 40-50 м2 площади, но не менее двух в помещении. Так как площадьпроектируемого объекта составляет 30,15 м2, то двух огнетушителей на помещение ВЦ будет достаточно.
Обязательным средством ликвидации пожаров в начальной стадииявляются также пожарные краны, которые устанавливаются в коридорах, на площадкахлестничных клеток, у входов в помещение, т.е. в доступных и заметных местах. Напорводы должен обеспечивать радиус действия, достаточный для достижения наиболее удаленнойи возвышенной части здания, но не менее 6 м.
На ВЦ необходимы также устройства пожарной автоматики, предназначенныедля обнаружения, оповещения и ликвидации пожаров. Они включают в себя системы автоматическойпожарной и охранно-пожарной сигнализации, автоматические установки пожаротушения(АУП), системы противодымной защиты зданий повышенной этажности. Стоит отметить,что применение водяных, водно-химических и пенных автоматических установок пожаротушенияиз-за наличия дорогостоящего оборудования нежелательно. Для тушения пожара на ВЦследует применять газовые АУП, которые снабжаются звуковой и световой предупредительнойсигнализацией. В качестве газа в них используется фреон. Для расчета необходимогоколичества АУП используют формулу:
/>,
где qh = 0,22кг/м3 — нормативная массовая огнетушащая концентрация вещества для помещений с категориейВ;
k = 1,2 — коэффициентпотери хладона;
V = объем помещения.
/>
Таким образом, в проектируемом помещении ВЦ необходимо установить28 устройств автоматического тушения./>/>/>/>/>/>/>/>/> 7.10 Гигиена труда
Гигиена труда — раздел охраны труда, в задачу которого входитулучшение условий с целью сохранения здоровья работников, ликвидации травматизмаи повышения производительности труда. Напряжённость труда является характеристикойтрудового процесса, отражающей преимущественно нагрузки на центральную нервную систему.Условия и характер труда на рабочих местах характеризуются гигиенической классификациейтруда, которая позволяет количественно оценить выраженность вредных факторов производственнойсреды, уровни напряжённости и тяжести трудового процесса и на этой основе установитьприоритетность в проведении оздоровительных мероприятий. Условия и характер трудана рабочем месте дифференцируются, исходя из степени их отклонения от гигиеническихнормативов и влияния на функциональное состояние и здоровье работающих.
/>/>/>/>/>/>/>/>8.Технико-экономическое обоснование проекта
Экономический эффект /> от внедрения на производстве САПРгальванических процессов получения композитных покрытий с учетом того, что количествопроектов, выполняемых проектной организацией вручную, не будет превышать количествопроектов, выполняемых той же организацией с использованием разрабатываемой САПР,можно рассчитать по следующей зависимости:
/>, 39)
где Зг1, Зг2 — годовые затраты до и послевнедрения САПР, соответственно, руб.;
Рг1, Рг2 — годовой результат (стоимостьреализованных проектов) до и после внедрения САПР, соответственно, руб.;
Кр — норма реновации основных фондов, определяемаяс учетом фактора времени;
Ен — норматив приведения разновременных затрат и результатов,численно равный коэффициенту эффективности капитальных вложений.
Ен = 0,15.
Норма реновации основных фондов определяется по формуле:
/>, (40)
где tсл — срок службы системы(3-4 года).
Принимаем tсл = 4 года.
Получаем по формуле (40)
Кр = 0,2.
Годовые затраты определяются по формуле:
/>, (41)
где Иг — годовые текущие издержки при производствепродукции, руб.;
Кt — единовременные затраты, руб.;
Кпр — предпроизводственные затраты, руб.;
аt = 1;
at1 = 1,15 — коэффициенты приведения к текущему году.
При автоматизированном проектировании в составе годовых затратучитываются:
Иг — годовые затраты на стадии разработки проектав условиях САПР без учета амортизационных отчислений, руб.;
Кt — затраты на приобретение комплекса техническихсредств САПР, руб.;
Кпр — затраты на создание комплекса технических ипрограммных средств, руб.
При ручном проектировании в составе годовых затрат учитываютсятолько затраты на стадии разработки проекта (Иг).
Стоимость реализованных проектов рассчитывается по формуле:
/>, (42)
где Цпр — цена проекта, руб.;
N — количество реализуемых проектов вгод, шт.
/>/>/>/>/>/>/>/>8.1 Расчет единовременных затрат
При определении единовременных затрат известно, что предприятиене располагает необходимыми техническими средствами для создания САПР и их требуетсяприобрести.
Величина единовременных затрат определяется по формуле:
/>, (43)
где К0 — капитальные затраты на основные средствавычислительной техники, руб.;
КВ — капитальные затраты на вспомогательное оборудование,лабораторные приборы, дорогостоящий инвентарь, руб.;
КС — капитальные затраты на строительные работы, связанныес внедрением САПР, руб., принимаем равным 0;
1,133 — коэффициент, учитывающий затраты на доставку и монтажосновного и вспомогательного оборудования.
Капитальные затраты на основные средства определяются из сметыспецификаций, тогда получаем: Ко = 222596 руб.
Капитальные затраты на вспомогательное оборудование можно принятьв размере 10% от капитальных затрат на основные средства.
Кв = 0,1*222596 = 22259,6 руб.
Кс = 0.
Kt =(222596 + 22259,6) *1.133 = 321495,4028 руб.
Таблица 8.1 — Смета спецификацийНаименование технических средств Коли-чество, шт
Цена,
Руб
Стоимость,
Руб Компьютер Pentium 1000, 256 Mb 2 22698 45396 Компьютер Pentium 1000, 512 Mb 1 25000 25000 Принтер HP Laser Jet 1110 1 7600 7600 Плоттер HP 1 140000 140000 Сканер 1 4600 4600 Итого 6 222596 />/>/>/>/>/>/>/>8.2 Расчет стоимости одного машино-часа работы комплекса техническихсредств САПР
Стоимость часа машинного времени рассчитывается по формуле:
/>, (44)
где Зэкс — сумма затрат по эксплуатации средств вычислительнойтехники, руб.; Тэф — эффективный фонд времени работы оборудования (загод), руб. Сумма затрат на эксплуатацию средств вычислительной техники определяетсяпо формуле:
/>, (45)
где Зм — затраты на основные и вспомогательные материалы(в размере 1% от стоимости оборудования), руб;
Зм = 0,01*32149 5= 32149,5, руб.
Зэ — затраты на электроэнергию, руб.;
Зз — затраты на зарплату работников (с учетом отчисленийна социальные нужды в размере 35,6%), руб.;
За — сумма годовых амортизационных отчислений, руб.;
Зрто — затраты на ремонт и техническое обслуживаниеоборудования, руб.;
Зпр — прочие расходы, руб.
Затраты на электроэнергию рассчитываются по формуле:
/>, (46)
где Мi — установленная мощностьi-го вида оборудования, квт.;
Тэф i — эффективныйфонд времени работы i-го вида оборудования (за год), час.;
Цквт/ч — цена одного киловатт-часа электроэнергии,руб. Составляет 0,63 руб.
Км — коэффициент использования мощности, равный 0,9.
Зэ = (0,42*1700*3 + 0,12*1300) *0,605*0,9 = 1391,67руб.
Таблица 8.2 — Мощностьи эффективный фонд времени работы аппаратуры П/п Наименование технических средств
Mi,
Квт
Tэфi,
Час 1 Компьютер Pentium 1000 0,39 1700 2 Компьютер Pentium 1000 0,39 1700 3 Компьютер Pentium 1000 0,39 1700 4 Принтер HP Laser Jet 1100 0,05 1200 5 Плоттер 0,15 800 6 Сканер 0,05 800
Затраты на зарплату персонала определяются по формуле:
/>, (47)
где Омес i — месячныйоклад работника i-й квалификации, руб.;
Чi — численность работниковi-й квалификации, чел.;
12 — число месяцев в году;
Ксс — коэффициент, учитывающий начисления на заработнуюплату (отчисления на социальные нужды), равный 1,356.
Данные для расчета берутся из штатного расписания подразделения.
Зз = 12*1,356*15500 = 252216 руб.
Сумма годовых амортизационных отчислений определяется по формуле:
/>, (48)
где НО, НВ — нормы амортизации на реновациюдля основного и вспомогательного оборудования, соответственно.
Таблица 8.3 — Оклад и количество работниковПрофессия Численность, чел. Оклад, руб. Начальник отдела 1 6000 Инженер-системотехник 1 4750 Инженер-технолог 1 4750 Итого 3 15500
В соответствии с существующим законодательством нормы амортизацииустановлены в следующих размерах — НО=10%, НВ=20%.
/>
Затраты на ремонт определяются в соответствии с нормой отчисленийна ремонт, которую можно принять в размере 16% от основных капитальных вложений.
Зрто = 222596*0,16 =39176,9 руб.
Прочие расходы принимаются в размере 1% от основных капитальныхвложений.
Зпр = 0,01*222596= 2225,96 руб.
Зэкс = 32149,5 + 1391,67 + 252216 + 26711,52 + 39176,9+ 3214,95 = 702866,60 руб.
Определяем по формуле (7.6) Цмч (Тэф i из таблицы 7.2 равно 4700 час):
Цмч = 702866,60/7900 = 53,62 руб/час./>/>/>/>/>/>/> 8.3 Расчет предпроизводственных затрат
Предпроизводственные затраты на создание САПР определяются поформуле:
/>, (49)
где Тпс — трудоемкость разработки программных средствСАПР, человеко-дни, 254;
Цмч — цена одного машино-часа работы комплекса вычислительнойтехники, руб.
Омес — средний месячный оклад разработчика САПР (сучетом отчислений на социальные нужды в размере 35,6%), руб.;
0,3 и 0,7 — коэффициенты распределения общих затрат времени наработу машины и разработчика САПР;
25,4 — среднее число рабочих дней в месяце, дни.
Кпр = 254* (0,3*53,62*8 + 0,7*1,356*5200/25.4) = 136343,99руб.8.4 Затраты на ручное и автоматизированное проектирование
Стоимость ручного проектирования определяется по формуле:
/>, (50)
где Тр i — трудоемкостьi-го этапа проектирования, час.
Из таблицы 7.4 Тp = 588,62 час.
Омес — средний месячный оклад проектировщика (с учетомотчислений на социальные нужды в размере 35,6%), руб.
Омес = =1,356*3500 = 3390 руб.
Ср = 3390*588,62/25.4 = 63151,57 руб.
Стоимость автоматизированного проектирования определяется поформуле:
/>, (51)
где Труч — трудоемкость ручных операций проектирования,человеко-часы.
Принимаем Труч = 60 человеко-часов.
Омес — средний месячный оклад проектировщика (с учетомотчислений на социальные нужды в размере 35,6%), руб.;
Тмаш — трудоемкость операций проектирования с использованиемпрограммно-технического комплекса САПР, машино-часы.
Принимаем Тмаш = 70 машино-часов.
Цмч — цена одного машино-часа работы комплекса вычислительнойтехники, руб.
Цмч = 53,62 руб.
ССАПР = 60*1,356*5200/25.4 + 70*29,97 = 136343,99руб./>/>/>/>/>/>/> 8.5 Расчет годовых текущих издержек на разработкупроекта.
Годовые текущие издержки при ручном проектировании вычисляютсяпо формуле:
/>, (52)
где Ср — стоимость ручного проектирования, руб.;
N — число проектов, шт.
При ручном проектировании в год реально выполнить 7 проектов.
Иr =7*63151,57 =631515,7 руб.
Для ручного проектирования Цпр = 150000 руб.
По формуле (44):
Рг = 150000*7 = 1050000 руб.
При ручном проектировании в составе годовых затрат учитываютсятолько затраты на стадии разработки проекта (Иг).
Зг = Иг = 343568,85 руб.
Годовые текущие издержки при автоматизированном проектированиивычисляются по формуле (55):
/>, (53)
где За — сумма годовых амортизационных отчислений,руб. За = 26711,52 руб.
ССАПР — стоимость автоматизированного проектирования,руб.;
N — число проектов, шт.
Принимаем N =7 шт.
Иr =46033,37*7 — 26711,52 = 970535,74 руб.
Для автоматизированного проектирования
Цпр = 120000 руб.
По формуле (55):
Рг = 120000*12 =1440000, руб.
Годовые затраты определяются по формуле (45):
/>
Зг=454815,02+ (0,2+0,15) *57316*1+41999,71*1,15*0,15=1216818,03 руб.
По формуле (60) рассчитаем экономический эффект от внедренияСАПР:
Эт= (1440000-482120,57) /0,35- (1050000-392799,55)/0.35=410310,97 руб.
Экономический эффект от внедрения САПР составил 410310,97 руб.,что подтверждает необходимость разработки САПР./>/>/>/>/>/>/> 8.6 Сводная таблица технико-экономических показателейразработки САПР
Таблица 8.4 — Технико-экономические показатели разработки САПРПоказатели
Ед.
изм
До внед-
Рения
САПР После внедре-ния САПР Изме-нение показ.,% 1) Количество проектов шт. 7 12 71 2) Стоимость проекта Руб. 150000 120000 -20 3) Стоимостная оценка результатов руб. 1050000 1440000 37 4) Предпроизводственные затраты руб. - 343568,85 - 5) Единовременные затраты руб. - 321495,4 - 6) Стоимость разработки проекта руб. 114094,49 59815,3 -48 7) Годовая стоимостная оценка затрат руб. 970535,74 1216818,03 25 8) Экономический эффект руб. - 430310,97 -
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>
Заключение
В процессе проектирования САПР процессов анодирования алюминиябыла проанализирована предметная область, было систематизирована информация касающаясяданной предметной области, разработаны структурная и функциональная схема системы,разработана структура программного обеспечения подсистем и необходимые алгоритмы.Также было реализовано в виде исполняемых файлов, прикладное программное обеспечениеподсистем, решающие задачу оптимизации и оптимального проектирования.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Применениеданной САПР позволит существенно уменьшить время, затрачиваемое на разработку процессаанодирования алюминия, также позволит значительно ускорить обработку экспериментальныхданных необходимой аппроксимирующей формулой.
Список используемых источников
1. Богоявленский А.Ф. Тез. II межвуз. конф. «Анодное окисление металлов». Казань,1968, с.2.
2. Богоявленский А.Ф., Ведерников В.П., журн. прикл. химии, 1958, т.31,№1, с310.
3. Богоявленский А.Ф., Белов В.Т., Ишмутова А.С. Изв. вузов. Химия ихимическая технология, 1970, т.13,№9, с.1274.
4. Вайнер Я.В., Дасоян М.А. Оборудование, автоматизация и механизацияцехов электрохимических покрытий. М.: МАШГИЗ, 1961, — 404 с.
5. Авраменко В.Г. и др., Органическая химия. Учеб. пособие для профес.- техн. учеб. заведений. Изд.2-е, перераб. и доп. М.,”Высш. школа", 1973.- 200 с.
6. Литовка Ю.В., Кузнецов А.А., Моделирование и оптимизация технологическихобъектов в САПР: Лаб. практикум. Тамбов, ТГТУ, 1996. — 158 с.
7. Лапин А.А., Итерационные методы анализа и поиска решений задач автоматизированногопроектирования: Учебное пособие. — М.: МИХМ, 1984, — 80 с.
8. Лоран П.Ж. Аппроксимация и оптимизация. — М.: МИР, 1975, 496 с.
9. Мордухович Б.Ш. Методы аппроксимаций в задачах оптимизации и управления.М.: «Наука» Главная редакция физико-математической литературы, 1988, 360с.
10. Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г. и др. Математическая теория оптимальныхпроцессов. — М.: 1983. — 492 с.
11. Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы. — М.: 1989. — 430 с.
12. Бояринов А.Н., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии.- М. «Химия» — 1975 г.
13. Волков Е.А. Численные методы. — М. «Наука» — 1978 г.
14. Вержбицкий В.М. Численные методы. — М.«Высшая школа» — 2000 г.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Приложения
Приложение А
СХЕМА САПР CТРУКТУРНАЯ
/>
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Приложение Б
СХЕМА РАБОТЫ САПР
/>
/>/>/>Приложение В
/>ВАННА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
/>
Рисунок В.1 — Ванна для нанесения гальванических покрытий
/>/>/>Приложение Г
СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СОЕДИНЕНИЙ КТС САПР ПРОЦЕССА АНОДИРОВАНИЯАЛЮМИНИЯ
/>
Рисунок Г.1 ‑ Схема электрическая соединений КТС САПРпроцесса анодирования алюминия
/>/>/>Приложение Д
План РАЗМЕЩЕНИЯ КТС САПР ПРОЦЕССА АНОДИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ
/>
Рисунок Д.1 ‑ План размещения КТС САПРпроцесса анодирования алюминия.