Основы автоматизации проектирования горных транспортных машин

М Г Г У 

московский 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

РЕДАКЦИОННЫЙ 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО 

С О В Е Т 

ГОСУДАРСТВЕННОГО 

С О В Е Т 
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

Председатель 

Л.А. 
ПУЧКОВ 
ректор 
МГГУ, 
чл.-корр. 
РАН 

Зам, председателя 

Л.Х. 
ГИТИС 
директор 
Издательства 
МГГУ 

Члены редсовета 

И.В. ДЕМЕНТЬЕВ 
академик 
РАЕН 

'• 
А.П. ДМИТРИЕВ 
академик 
РАЕН 

, 
Б.А. КАРТОЗИЯ 
академик 
РАЕН 

S 
М.В. КУРЛЕНЯ 
академик 
РАН 

В.И. ОСИПОВ 
академик 
РАН 

Э.М. СОКОЛОВ 
академик 
МАН 
ВШ 

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ 
академик 
РАН 

В.В. ХРОНИН 
профессор 

В.А. ЧАНТУРИЯ 
академик 
РАН 

Е.И. ШЕМЯКИН 
академик 
РАН 

В Ы С Ш Е Е ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ 

Б. Г. Дмитриев 
П.Н. Егоров 
Б.А. Малахов 

основы 

АВТОМАТИЗАЦИИ 
ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
ГОРНЫХ 
ТРАНСПОРТНЫХ 
МАШИН 

Допущено 
Учебно-методическич 
объединением 
вузов 
Российской Федерации по образованию в области горного дела в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки 
бакалавров и магистров «Горное дело», направлению 
подготовки дипломированных специалистов «Горное дело», специальности «Горные машины и оборудование» 
направления подготовки 
дипломированных 
специалистов 
«Технологические машины и оборудование» 

МОСКВА 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

2 0 0 4 

УДК 622.64 
ББК 30.2-5-05 
Д 5 3 

Экспертиза проведена 
Учебно-методическим объединением высших 
учебных заведений Российской Федерации по образованию в области 
горного дела (письмо № 51-8/6 от 13.01.2004) 
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным 
для взрослых. СанПиН 1.2.1253—03», утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. 

Рецензенты: 
• кафедра Механизации и автоматизации (Московский государственный 
геологоразведочный университет), проф. Ю.А. Яхонтов, 

• д-р техн. наук, проф. Ю.Д. Красников (Московский государственный 
открытый университет) 

Дмитриев В.Г., Егоров П.Н., Малахов В.А. 

Д 5 3 
Основы автоматизации проектирования горных транспортных 
машин: Учебное пособие для вузов. — М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2004. — 233 с: ил. 

ISBN 5-7418-0357-1 (в пер.) 

Изложены вопросы автоматизации проектирования горных машин с использованием современных средств программного обеспечения. Описана операционная система 

Windows и приложения Microsoft Office (Word, Excel и др.) Рассмотрена работа с пакетами Malhcad, AutoCad и предложены некоторые варианты выполнения практических 

заданий. Выполнен обзор пакетов программ, связанных с расчетом напряженного состояния конструкций, и современной версии пакета И С П А . На примере ленточного 

конвейера сформулирована и решена задача автоматизации расчета основных конструктивных параметров конвейера 

Дня студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров «Горное дело», направлению подготовки дипломированных специалистов 

«Горное дело», специальности «Горные машины и оборудование» направления подготовки дипломированных специалистов «Технологические машины и оборудование». 

УДК 622.64 
ББК 30.2-5-05 

ISBN 5-7418-0357-1 
© В.Г. Дмитриев, П.Н. Егоров, 

В.А. Малахов, 2004 
© Издательство МГГУ, 2004 
© Издательство «Горная книга», 

2004 
© Дизайн книги. 

Издательство МГГУ, 2004 

II 

Часть 1 

АВТОМАТИЗАЦИЯ 

ПРОЕКТИРОВАНИЯ 

Тема 1.1 

Цель и средства 

автоматизации 

Тема 1.1 

ЦЕЛЬ И СРЕДСТВА 
АВТОМАТИЗАЦИИ 

Раскрываются основные термины процесса проектирования, 
и определяется область автоматизации при проектировании промышленного транспорта. 

1.1.1. Что такое проектирование 

Проектирование — это процесс разработки инструкций по изготовлению и сборке из отдельных мелких деталей (сборочные 
единицы) крупных объектов (готовое изделие). Инструкции включают текст и рисунки (чертежи), а при автоматизированном проектировании — еще и программы управления технологическим оборудованием (станки ЧПУ) при изготовлении сборочных единиц. 
Порядок создания таких инструкций, их наименования и обозначения, комплектность, количество и размеры исполнения на бумажных носителях — все это и многое другое оговаривается в нормативных документах, наиболее известный из которых ЕСКД (сборник ГОСТов Единой Системы Конструкторской Документации). 

Причем термины «крупное» (готовое изделие) и «мелкое» (сборочная единица) — это только названия, никакого отношения к 
реальным размерам не имеющие. Например, при сборке карьерного бульдозера используется сборочная единица — стенка отвала, достигающая размеров 5 х 1,5 м. В то же время готовое изделие — микроредуктор имеет габариты 100 х 100 мкм. 

Если набор таких инструкций по сборке и изготовлению полон и достаточен, то его изготовление не представляет затруднений. Перефразируя, можно сказать: хороший проект — это проект, в котором нет проблем, и при соединении сборочных единиц не обнаруживаются лишние или недостающие детали, а сами детали соединяются без деформирования. 

1.1.2. Цель автоматизации 

Автоматизация процесса разработки инструкций позволяет сократить время на проектирование. Простое использование провер
7 

ки орфографии при наборе текста в текстовом редакторе типа 
Word, например инструкции по монтажу, позволяет сократить время разработки и печати документа. Также легко и доступно производится устранение ошибок в чертежах и иной конструкторской 
документации. Возможность редактирования документов на любой 
стадии проектирования позволяет использовать ранее сделанные 
наработки, часть документации других проектов, следствием чего 
достигается простота изменения отдельных характеристик изделий 
с целью оптимизации параметров самого изделия, процесса его изготовления, удобства эксплуатации изделия и т.п. 

1.1.3. Объекты автоматизации 

Объектами автоматизации при проектировании промышленных изделий являются: монтажная и эксплуатационная документация, включая чертежи и тексты, в том числе и расчеты параметров изделия, а также системы управления (электронные) изделием 
в процессе эксплуатации. Требуемый объем этих документов определяется нормативной документацией, сам объем которой (количество и наименование) несколько различается для разных отраслей 
промышленности. Однако есть и общие документы для всей проектной документации, наиболее известным из которых является ЕСКД. 

1.1.4. Средства автоматизации 

Автоматизация проектирования обеспечивается использованием компьютеров и компьютерных программ, причем возможность 
быстрой передачи и обработки информации об объекте потребовала использовать комплексы проектирования. Исторически сформировался термин «САПР»: 

• Согласно энциклопедии «Политехнический словарь» (1985), 
для ускорения процесса проектирования используются системы 
автоматизированного проектирования (САПР) с применением ЭВМ, 
снабженных дисплеями и автоматически вычерчивающими устройствами. С внедрением конструктивной унификации и модульной координации размеров деталей связан серийный метод 
проектирования, позволяющий получать ряд разновидностей изделия на основе единой базовой конструкции (неполный 
термин). 
8 

• Согласно энциклопедии Кирилла и Мефодия «Megabook» 

(2000), системы автоматизированного проектирования (САПР), называемые в английском переводе CAD-системами (Computer Aided 
Design), применяются для решения разнообразных инженерных и 
конструкторских задач. К наиболее популярным следует отнести 
систему AutoCAD, используемую для подготовки чертежей, а также системы для проектирования электронных устройств — OrCAD 
и PCAD (неполный и резко суженый термин). Применение САПРтехнологий позволяет сократить время на выполнение проекта и 
выпуск изделий, уменьшить возможные ошибки, повысить качество конструкторской документации, а при использовании программно-управляемого оборудования — готовить необходимые для этого данные в нужном формате. Полный спектр задач, решаемых с 
помощью САПР, чрезвычайно богат, и программ, предназначенных для этого, разработано достаточно много. 

Реально термин САПР наполнился к настоящему времени 
другим содержанием и не только из-за того, что изменились 
компьютеры и компьютерные программы, но и потому, что их 
первоначальное использование породило другую среду проектирования. Например, в настоящее время конкурентоспособный 
процесс проектирования электрических схем, а особенно микросхем по-иному, кроме как автоматизированно, и не выполняется. Системы автоматизированного проектирования (САПР) — 
это комплекс методов и технологий, применяемых для решения 
инженерных и конструкторских задач на всех стадиях производства промышленно изготавливаемых изделий, включая расчеты по оценке их прочности и устойчивости при заданных условиях эксплуатации, управление технологией их изготовления 
и разработку документации, фиксирующей все эти этапы. 

1.1.4.1. CAD/CAM/CAE-системы 

Принято считать, что все задачи автоматизированного проектирования решаются средствами CAD/CAM/CAE-систем. Раскроем эти термины. 

Первоначальный термин CADD — Computer Aided Design 
and Drafting (компьютеризованная разработка и черчение) преобразовался в CAD — Computer Aided Drafting (автоматизация 
черчения). Выходными данными таких систем являются графические и текстовые документы на изделие. 

9 

Термин CAE — Computer Aided Engineering (автоматизация 
инженерных расчетов). 

Термин САМ — Computer Aided Manufacturing (автоматизация производства). Завершающий этап автоматизации — использование систем управления производством, исходными данными, 
для которых являются результаты CAD/CAE-систем. На выходе 
САМ-системы обеспечивают подготовку управляющих программ 
для технологических процессов изготовления и монтажа изделий, 
например, для станков с числовым программным управлением. 

Однако главным средством является интеллектуальное наполнение этих систем, а именно алгоритмы и методики, на базе которых они созданы, а также умение обслуживающего персонала пользоваться этими системами. Выражение «Наша программа позволяет любому человеку рассчитать и начертить то-то и то-то» является 
полнейшей фикцией. 

Условно все CAD/САМУСАЕ-системы по своим возможностям делятся на следующие: 

• тяжелые системы, включающие в свои функциональные возможности отслеживание изменения прочностных свойств конструкции при создании полного комплекта проектной документации и ее 
модификации, а также выдачу программ управления для технологического оборудования, изготавливающего эту конструкцию. Устанавливаются эти системы на рабочих станциях с Unix или подобной 
операционной системой, может и с Windows NT, к которым можно 
отнести такие продукты, как САПА (ГВМ)', CADDS 5 (Computer 
Vision), Urographies и Intergraph (EDS)

2, Pro/ENGINEER (Parametric 
Technology); 

1 Трехмерная, интерактивная программа САПА 1 (1982 г.) (Computer Aided ThreeDimensional Interactive Application), а с 1992 г. унифицировалась с CADAM. С 1995 г. 
Dassault Systems выпустила ProC AD AM- версия САПА для платформы NT. 

2 Система Unigraphics вышла в 1983 г.. С 1988 г. перешла к твердотельному 
моделированию на основе ядра Parasolid (STEP-совместимое). Electronic Data 
System Corporation (EDS) в 1991 г. купила Unigraphics. 

3 1989 г. — первая версия Pro/ENGINEER. С 1995 г. Рго/Е 15 — первая CAD/CAM 
параметрического моделирования и первый профессиональный пакет трехмерного 
твердотельного моделирования, доступный на платформе NT и усеченный 
вариант Pro/Junior под Windows 95. 

10 

• средние системы, включающие в свои функциональные возможности отслеживание изменения прочностных свойств конструкции при создании полного комплекта проектной документации 
и ее модификации, а также функции выдачи программ управления 
для технологического оборудования, изготавливающего эту конструкцию. Однако эти системы не имеют прямой связи между 
своими частями или некоторые элементы отсутствуют. Устанавливаются эти системы на рабочих станциях или PC с Windows NT 
или подобной операционной системой, к которым можно отнести 
такие продукты, как Autodesk Mechanical Desktop (Autodesk)

4 и Intergraph Solid Edge (Intergraph)

5; 

• легкие системы, решающие отдельные задачи проектирования 
— расчет прочностных свойств конструкции, создание полностью 
или частично комплекта проектной документации и ее модификация 
и т.п.. Устанавливаются эти системы на PC с Windows 98, может и 
Windows NT или подобной операционной системой, к которым можно отнести такие продукты, как AutoCAD (Autodesk), T-FlexCAD 3D 
(Top-Системы)

6, и другие подобные отечественные системы. 

Легкие системы отличаются ограниченностью возможностей — 
включают либо CAD-, либо САМ- системы отдельно. САЕ-системы, 
как правило, поставляются по отдельным соглашениям. Причем не 
все системы среднего веса имеют полноценную CAE-систему в своем составе. 

Часто к автоматизированным системам проектирования относят 
комплексы пакетов программ? связанных между собой административно. Практически при этом используются логически не связанные 
программы: текстовые редакторы, графические пакеты, расчетные 
программы. 

1.1.4.2. Программы создания текстовых документов 

• Вообще массовое использование компьютеров, в персональном смысле, началось именно с возможности написать (набрать) 

4 Основан в апреле 1982 г. в Калифорнии группой из 16 человек, по инициативе 
John Walker (Джона Уокера). 

5 В 1997 г. EDS и Intergraph объединили активы их программного обеспечения 
(Unigraphics и Solid Edge) в совместное предприятие. 

6 1989 г. — Parametric Pro (сегодняшние Top-Системы) выпустила T-Flex, первую параметрическую программу для машиностроительного CAD на PC. Она использовала 
3D ядро собственной разработки, ядро Баранова. Позже произошла миграция на ядро 
AOS. 

11