Дипломная работа на тему "Анодирование алюминия как объект автоматизированного проектирования"

ГлавнаяИнформатика → Анодирование алюминия как объект автоматизированного проектирования




Не нашли то, что вам нужно?
Посмотрите вашу тему в базе готовых дипломных и курсовых работ:

(Результаты откроются в новом окне)

Текст дипломной работы "Анодирование алюминия как объект автоматизированного проектирования":


Содержание

Введение

1. Анализ предметной области

1.1 Объект проектирования и его особенности

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 Постановка задачи 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

293517188">6.5 Описание технического обеспечения

6.6 Методическое обеспечение САПР

293517190">7. Вопросы охраны труда

7.1 Введение в охрану труда

293517192">7.2 Общие санитарно-гигиенические требования к устройству ВЦ

7.3 Неблагоприятные факторы и средства защиты от них

293517194">7.4 Анализ потенциальных опасностей на проектируемом объекте

7.5 Общие требования безопасности к оборудованию ВЦ

293517196">7.5.1 Ограждения, блокировочные и предохранительные устройства

7.5.2 Разводка информационных и силовых кабелей

293517198">7.6 Классификация объекта по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности

7.7 Электробезопасность

293517200">7.7.1 Расчёт заземляющего контура

7.8 Производственное освещение

293517202">7.8.1 Расчёт естественного освещения

7.8.2 Расчёт искусственного освещения

293517204">7.8.3 Расчёт кондиционирования

7.9 Средства пожаротушения

293517206">7.10 Гигиена труда

8. Технико-экономическое обоснование проекта

293517208">8.1 Расчет единовременных затрат

8.2 Расчет стоимости одного машино-часа работы комплекса технических средств САПР

293517210">8.3 Расчет предпроизводственных затрат

8.4 Затраты на ручное и автоматизированное проектирование

293517212">8.5 Расчет годовых текущих издержек на разработку проекта.

8.6 Сводная таблица технико-экономических показателей разработки САПР

293517214">Заключение

Список используемых источников

293517216">Приложения

2935171711199864111998530 119984631199822011990481 119903811198920311986064 119847081195213311951744 119515641195023411949898 1194966911819940">Введение

В настоящее время для создания систем автоматизированного проектирования можно выделить две основные причины. Первая из них - желание освободить конструктора от рутинных расчетов и подготовки документации и дать ему время для решения по-настоящему творческих задач. Внедрение САПР в данном контексте в конечном итоге приведет не только к повышению качества проектов, но и к его удешевлению, а также уменьшит суммарное время его разработки.

Вторая причина - необходимость более глубокого анализа разрабатываемого объекта. Традиционный метод расчета большинства сложных объектов - по возможности обойти все формулы и уравнения (как правило, содержащие элементы дифференциального или интегрального исчисления) решение которых вручную затруднено или невозможно и заменить их некоторыми эмпирическими зависимостями. В большинстве случаев это приведет к уменьшению качества готового объекта, а иногда и к его неработоспособности в реальных условиях. При использовании САПР, реализованной на современной быстродействующей технике, нет необходимости к упрощению математической модели объекта проектирования, она способна рассчитать его практически с любой необходимой точностью.

Из сказанного выше очевидно, что преимущества использования САПР в производстве неоспоримы. Все это относится и к рассматриваемой области - гальванике.

Металлические и неметаллические неорганические покрытия с каждым годом находят все более широкое и разностороннее применение в промышленности. Это связано с изменением условий эксплуатации и созданием новых видов изделий, особенно в электронной промышленности, возникновением новых, подчас непростых технических требований, для удовлетворения которых не всегда можно идти традиционным путем. Еще сравнительно недавно основной задачей при нанесении покрытий являлась защитно-декоративная отделка деталей для предотвращения их разрушения от атмосферной коррозии. В настоящее время с их помощью решается большой комплекс специальных, функциональных задач.

К группе конверсионных относят неметаллические неорганические покрытия, которые не наносятся извне на поверхность деталей, а формируются на ней в результате конверсии (превращений) при взаимодействии металла с рабочим раствором, так что ионы металла входят в структуру покрытия. Основой их являются оксидные или солевые, чаще всего фосфатные пленки, которые образуются на металле в процессе его электрохимической или химической обработки. Наиболее широкое распространение получили оксидные покрытия алюминия и его сплавов. Это связано с тем, что по разнообразию своего функционального применения, определяемого влиянием на механические, диэлектрические, физико-химические свойства металла основы, такие покрытия почти не имеют равных в гальванотехнике. Полученные оксидные пленки надежно защищают металл от коррозии, повышают твердость и износостойкость поверхности, создают электро- и теплоизоляционный слой, легко подвергаются адсорбционному окрашиванию органическими красителями и электрохимическому окрашиванию с применением переменного тока, служат грунтом под лакокрасочные покрытия и промежуточным адгезионным слоем под металлические покрытия. Эти характеристики относятся к оксидным покрытиям, полученным электрохимической, прежде всего анодной обработкой металла. Хотя выполнение химического оксидирования проще, не нуждается в специальном оборудовании и источниках тока, малая толщина получаемых покрытий, их низкие механические и диэлектрические характеристики существенно ограничивают область его применения.

Электрохимические процессы нанесения покрытий имеют широкое промышленное применение. Это защита изделий от коррозии, защитно-декоративная отделка, повышение износостойкости и твердости поверхности, сообщение антифрикционных свойств и отражательной способности, изготовление металлических копий. В технологической последовательности гальванического производства главной операцией, основанной на электрохимических превращениях, является процесс нанесения покрытий.

119986421199853111998464 119982211199048211990382 119892041198606511984709 119521341195174511951565 119502351194989911949670 1181994111819789536322544 536322501536322118536321928 535377285535377184535376297 535376159535376121535291017 535290815535290402535290171 535290027535289974535289890 535289785534753288534738289 534737686534737594534737482 533988685533988626533988430 533988220532202746532202559 532202387532202101532202058 532201987293517172">1. Анализ предметной области 29351717311998643 119985321199846511998222 119904831199038311989205 119860661198471011952135 119517461195156611950236 119499001194967111819942 11819790536322545536322502 536322119536321929535377286 535377185535376298535376160 535376122535291018535290816 535290403535290172535290028 535289975535289891535289786 534753289534738290534737687 534737595534737483533988686 533988627533988431533988221 532202747532202560532202388 532202102532202059532201988">1.1 Объект 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 способы электрохимического получения оксидных покрытий, получили развитие и работы, посвященные исследованию процессов их формирования, состава и свойств.

По представлениям ряда исследователей, оксидное покрытие состоит из расположенных вертикально ячеек в форме гексагональных призм, плотно смыкающихся друг с другом. В центре каждой ячейки находится пора, основанием которой является барьерный слой. При некотором схематизме такого представления следует учитывать, что ячеистая структура оксидных покрытий на алюминии подтверждается многими электронно-микроскопическими данными. Иное представление предложено А.Ф. Богоявленским с сотрудниками, принимающими за основу коллоидно-электрохимическую природу процесса. Предполагается, что в начале электролиза на поверхности анода образуются мельчайшие частицы - мононы, формирующие барьерный слой. По мере роста они с внешней стороны превращаются в коллоидные палочкообразные мицеллы геля оксида алюминия, составляющие внешний пористый слой. Отрицательно заряженные мицеллы плотно прижимаются к поверхности металла и сращиваются с ним. Таким образом ячеистая структура оксидного покрытия, по мнению авторов, формируется из мицелл, которые под влиянием электрического поля ориентируются перпендикулярно к поверхности металла. Поступление электролита к аноду происходит преимущественно в пространстве между мицеллами и расположение пор только по центру ячеек в этом случае не является обязательным. При исследовании пленок, формированных в электролите, содержащем сульфосалициловую, щавелевую и серную кислоты, выявлена волокнистая структура оксида, состоящего из различных по форме субволокон диаметром 20-50 нм, образующих своеобразные связки сросшихся частиц.

Оксидные покрытия на алюминии состоят главным образом из γ-Al2O3, наряду с которым могут быть другие модификации в кристаллической или аморфной фазе. Пленка содержит также воду и анионы электролита, в котором проводили оксидирование, причем последние лишь частично удаляются при промывке, а другая их часть остается связанной с оксидным слоем.

Результатом анодного окисления металла в начальный момент электролиза является формирование на нем тонкого, беспористого барьерного слоя, отличающегося высоким 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 превысит 1 мкм. Такие пленки находят применение в производстве электролитических конденсаторов. В гальванотехнике используют оксидные покрытия толщиной 8-20 мкм, а в специальных случаях - 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. Оксидное покрытие как бы вырастает из металла, так как рост его происходит не со стороны внешней, а с внутренней поверхности, на границе металл - пленка или по некоторым данным на границе барьерный - пористый слой.

Удельное объемное электрическое сопротивление пленки на алюминии достигает 109-1013 Ом-см, а пробивное напряжение, которое связано с толщиной покрытия, изменяется от нескольких сот до нескольких тысяч вольт. Микротвердость оксида 1200 - 1500 МПа. Теплопроводность оксидного покрытия в 10 раз меньше, чем меди, в 7 раз меньше, чем алюминия и в 10-20 раз больше, чем пластмассы. Эмалевидные оксидные пленки, формированные в процессе эматалирования, выдерживают нагревание до 500°С без существенных изменений, тогда как на пленках, формированных в сернокислом электролите, при нагревании до 150°С появляются мелкие трещины, что ухудшает их защитные свойства, хотя отслаивания покрытия не происходит.

Заметим, что важнейшим показателем оксидной пленки для пользователя является не толщина, а коррозийная стойкость покрытия. Которая зависит от не только от толщины, но и от ее пористости. Толщина и пористость напрямую связанны со временем анодирования, но если пористость со временем меняется слабо, то рост оксида происходит эффективно в течении первого часа от начала процесса. При дальнейшем анодировании скорость образования слоя становиться соизмеримой со скоростью его растворения. После 60-70 минут анодирования отмечается уменьшение массы. Зависимость толщины оксида от времени носит экстремальный характер, что связанно с процессами роста и растворения оксида. Процесс образования пленки происходит быстрее при повышении температуры, но одновременно происходит еще быстрее ее растворение, необходимо придерживаться оптимальной температуры электролита. При разных концентрациях солей и кислот в электролите и одинаковом времени анодирования алюминия, получаются различные толщина и пористость покрытия, причем этот процесс также не линейный. Максимальная толщина пленок получается в 10% -ных растворов серных и щавельных кислот. Повышение концентрации щавельной кислоты выше 10% ограничивается ее растворимостью в воде. Подобный результат иногда связывают с тем, что с повышением концентрации электролита уменьшается скорость образования зародышей. Однако необходимо учитывать также скорость химического растворения оксида, полученного в данном растворе. Например, скорость растворения пленок в серной кислоте выше, чем в щавельной. Следовало предположить, что применение менее концентрированных растворов должно уменьшить их химическую активность и способствовать образованию более толстых пленок, но в действительности с уменьшением концентрации кислот толщина оксида проходит через максимум. По-видимому, в менее концентрированных растворах анионы электролита в меньшей мере принимают участие в формировании оксидного слоя. Это ведет к тому, что его структура становиться более плотной. От состава электролита также зависит структура и цветовые свойства покрытия. Как известно /1/, увеличение плотности тока сопровождается ростом напряжением формирования оксида, при этом размер ячеек возрастает, и число пор на единицу поверхности уменьшается, снижая общую пористость слоя. Повышение температуры электролита снимает напряжение процесса, это сопровождается уменьшением размера ячеек и увеличением их числа на единицу поверхности. Кроме того, возрастает и пептизирующая способность электролита в порах /3/, что также ведет к увеличению общей пористости оксида.

Таким образом, если известны все вышеизложенные зависимости, можно выбирать оптимальные условия для получения оксидных слоев на алюминии с заданными свойствами.

119986441199853311998466 119982231199048411990384 119892061198606711984711 119521361195174711951567 119502371194990111949672 1181994311819791536322546 536322503536322120536321930 535377287535377186535376299 535376161535376123535291019 535290817535290404535290173 535290029535289976535289892 535289787534753290534738291 534737688534737596534737484 533988687533988628533988432 533988222532202748532202561 532202389532202103532202060 532201989

293517174">1.2 Процесс анодирования алюминия

515600385500940071">Гальванический метод нанесения покрытия имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами. Покрытия получаются блестящими в процессе электролиза, характеризуются хорошими физико-химическими и механическими свойствами: повышенной твердостью и износостойкостью, малой пористостью, высокой коррозионной стойкостью. При гальваническом методе имеется возможность точно регулировать толщину покрытия. Это особенно важно в целях экономии цветных, драгоценных и редких металлов. Наконец при электролизе водных растворов можно нанести покрытия таких металлов и сплавов, которые другими способами получить не удается. По сравнению с другими методами нанесения металлических покрытий электролитический метод имеет явные преимущества, хотя и не лишен определенных недостатков. В отличие от горячих методов электролитические покрытия не образуют с основным металлом промежуточного сплава, по крайней мере, без дополнительного нагрева покрытых деталей.

Формирование оксида происходит в условиях одновременного воздействия на процесс двух противоположно направленных реакций - электрохимического окисления металла 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 скоростей этих реакций. Если химического растворения формирующегося оксида практически не происходит, то образуется тонкая, беспористая пленка барьерного типа, о чем сказано выше. В случае примерного равенства скоростей электрохимической и химической реакций на 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 иметь значительную толщину, что возможно лишь в том случае, когда скорость электрохимического процесса заметно выше, чем скорость химического растворения пленки.

Однако неограниченный рост пористой части оксидного покрытия, учитывая его электро- и теплоизоляционные свойства, невозможен. С увеличением толщины возрастает интенсивность тепловых процессов в зоне реакции, что приводит к повышению температуры электролита в порах у поверхности оксида. Следствием этого будет увеличение скорости растворения покрытия. Скорость электрохимического процесса определяется плотностью тока, химического - составом электролита и температурой в зоне реакции.

Чем выше плотность тока, тем быстрее формируется покрытие, но одновременно выделяется большее количество теплоты, что интенсифицирует растворение оксида (рисунок 1.1).

Важной частью процесса является концентрация веществ, при повышении концентрации 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 анодирования алюминия в сернокислом электролите на толщину покрытия меры по поддержанию его оптимальной температуры путем охлаждения и перемешивания.

Важно учитывать при проектировании, что наиболее положительные результаты в отношении антикоррозионных и других свойств покрытий, а также максимально достижимой его толщины получаются при обработке алюминия и его гомогенных сплавов. Включение в пленку кремния, который не поддается оксидированию и не растворяется в электролите, придает ей темную, пятнистую окраску. Значительное содержание в обрабатываемом сплаве меди приводит к увеличению пористости оксидных пленок. На сплавах, содержащих магний или марганец, формируются покрытия с более хорошими электроизоляционными свойствами, чем на сплавах алюминия с медью.

Тепловые процессы при оксидировании алюминия определяются теплотой реакции образования оксида и джоулевой теплотой. Основное количество теплоты выделяется в порах пленки, у их основания, где происходит реакция образования оксида. Следовательно, успешное получение покрытий большой толщины, зависит от того, насколько интенсивно удается отводить теплоту из зоны реакции (рисунок 1.3).

Наиболее высокое качество покрытий при толстослойном оксидировании достигается на алюминии и его сплавах с магнием или марганцем. При толстослойном оксидировании принимают, что размер обрабатываемых деталей увеличивается примерно на 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 электролита на растворимость оксидной пленки, формирующемся при анодировании алюминия


Материал анода: 1 - АД1, 2 - Адг2, 3 - Амг6, 4 - Д1.

Рисунок 1.3 - Влияние температуры хромовоборного электролита на толщину эматаль-пленок на алюминии и его сплавах

Важным показателем покрытия является его пористость. При ее увеличении уменьшается коррозийная стойкость. На рисунке 1.4 показана зависимость пористости оксидной пленки от плотности тока и от концентрации серной кислоты.

Рисунок 1.4 - Изменение пористости оксида в зависимости от концентрации H2SO4 и плотности тока

Поверхность деталей, на которых получают электроизоляционные оксидные покрытия, должна быть обработана не ниже 9 класса шероховатости. Радиус закругления острых граней - не менее 1 мм.

анодирование алюминий автоматизированное проектирование

Микропористая структура, высокая адсорбционная способность оксидных пленок являются той базой, которая позволяет изменить цвет. Известно три таких способа: осаждение в порах оксидного слоя минерального красящего пигмента, адсорбционное окрашивание органическими красителями, электрохимическое окрашивание путем обработки оксидного покрытия переменным током в разбавленных растворах минеральных солей. Для реализации первого из них оксидные покрытия последовательно пропитывают двумя растворами солей металлов, которые, взаимодействуя, образуют в порах пленки окрашенное химическое соединение, являющееся своеобразным минеральным красящим пигментом.

Красящие минеральные пигменты сравнительно устойчивы к воздействию света, но с их помощью нельзя получить широкого спектра цветов и оттенков, как это достигается при использовании органических красителей. Указанное преимущество органических красителей, простота технологического процесса их использования сделали этот способ наиболее распространенным. Относительно высокой светопрочностью характеризуются кислотные и антрахиноновые красители, которые, взаимодействуя с оксидом алюминия, образуют в его порах нерастворимое соединение. Наименьшая светопрочность характерна для прямых и основных красителей.

Наиболее подходящими для окрашивания органическими красителями являются оксидные покрытия, полученные в сернокислом электролите на алюминии и его сплавах с магнием и марганцем. На литейных сплавах типа силумина получается неравномерная, пятнистая окраска. Эматалевые пленки также могут быть окрашены, но их собственная окраска несколько искажает цвет красителя.

Защитные свойства и цвет покрытий при толщине 20 мкм сохраняются более 10 лет. Срок этот может быть увеличен за счет повышения толщины оксидной пленки.

119986451199853411998467 119982241199048511990385 119892071198606811984712 119521371195174811951568 119502381194990211949673 1181994411819792536322547 536322504536322121536321931 535377288535377187535376300 535376162535376124535291020 535290818535290405535290174 535290030535289977535289893 535289788534753291534738292 534737689534737597534737485 533988688533988629533988433 533988223532202749532202562 532202390532202104532202061 532201990293517175">2. Постановка задачи

Учитывая актуальность разработки САПР процесса получения оксидной пленки алюминия и, анализируя требования, которые должны быть предъявлены к разрабатываемой САПР, ставится задача:

1) Разработать структурную схему САПР, отражающую состав технического, программного, математического, информационного и методического обеспечения, необходимого для реализации процесса автоматизированного проектирования анодирования алюминия.

2) Разработать функциональную схему САПР, представляющую собой последовательность процесса проектирования анодирования алюминия.

3) Разработать структуру информационного обеспечения САПР процесса нанесения покрытия гальваническим способом, спроектировать и реализовать базы данных для хранения данных, которые необходимы для нормального функционирования САПР, а также программ позволяющих работать с ними неподготовленного пользователя. Разработать базы данных следующего содержания:

БД электролитов;

БД металлов;

БД гальванических ванн;

архив готовых проектов.

4) Разработать программы диалога. Эти программы должны обеспечивать интуитивный интерфейс с разработанной САПР пользователя, имеющего небольшой опыт работы на персональных компьютерах.

5) Разработать математические модели процессов и технических устройств; алгоритмы решения задач оптимизации, необходимые для нахождения проектного решения. Разработка программ, реализующих методику расчета и поиска оптимального решения задачи. В эту категорию входят разработки программ ввода и анализа исходных данных, поиска оптимальных параметров процесса анодирования алюминия, а также анализа полученных решений.

6) Разработать методику и программу аппроксимации табличной функции, создать для пользователя удобный интерфейс для создания динамически подгружаемых библиотек с заданной функцией, позволяющей во время выполнения программы обрабатывать данные любой функциональной зависимостью.

119986461199853511998468 119982251199048611990386 119892081198606911984713 119521381195174911951569 119502391194990311819945 11819793536322548536322505 536322122536321932535377289 535377188535376301535376163 535376125535291021535290819 535290406535290175535290031 535289978535289894535289789 11949674534753292534738293 534737690534737598534737486 533988689533988630533988434 533988224532202750532202563 532202391532202105532202062 532201991293517176">3. Анализ разработок САПР в11949675"> данной предметной области

На основании сведений, полученных при изучении процессов анодирования алюминия, был просмотрен и изучен материал, позволяющий сделать вывод о необходимости создания САПР в данной предметной области. Основанием к этому послужили следующие факты:

в связи с тем, что процессы анодирования алюминия не изучены до конца, не понятны многие аспекты в данной области;

существование различных противоречивых теорий в данной области, поясняющих только какую-то одну или несколько составляющих процесса протекающих между алюминием и электролитом, алюминием и оксидом или оксидом и электролитом.

разрозненные разработки САПР в данной предметной области;

большой объем информации, необходимой для проектирования, что предполагает наличие обширных баз данных и, как следствие, возможные трудности, возникающие при выборе необходимого оборудования или принципиальной схемы.

119986471199853611998469 119982261199048711990387 119892091198607011984714 119521391195175011951570 119502401194990411949676 1181994611819794536322549 536322506536322123536321933 535377290535377189535376302 535376164535376126535291022 535290820535290407535290176 535290032535289979535289895 535289790534753293534738294 534737691534737599534737487 533988690533988631533988435 533988225532202751532202564 532202392532202106532202063 532201992293517177">4. Общее описание системы

Составными структурными частями САПР являются подсистемы, в которых при помощи специализированных комплексов средств решается функционально законченная последовательность задач САПР. Выделенная по некоторым признакам часть САПР, обеспечивающая получение законченных проектных решений и соответствующих проектных документов называется подсистемой.

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 для поддержания работоспособности проектирующих подсистем, составляют класс обслуживающих подсистем (документирование, графическое отображение объектов проектирования).

На основе анализа предметной области были выделены следующие подсистемы:

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 подсистемы и выбора необходимой информации из баз данных, описанных в информационном обеспечении.

САПР представляет собой совокупность нескольких автоматизированных рабочих мест, соединенных в локальную вычислительную сеть. На одном рабочем месте можно совместить первую, третью и пятую подсистемы; на следующем будут производиться расчетами, а третья станция - вопросами связанными с базами данных.

Таким образом, для создания САПР необходимо наличие трех рабочих станций. Использовать большее количество людей и техники не рационально, в связи с тем что, современные средства позволяют совместить несколько этапов проектирования на 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 пользователь будет 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 обслуживания подсистемы расчета и подсистемы ввода-вывода. Она осуществляет ведение необходимых для расчета баз технологических данных, осуществляет ведение архива готовых проектов и включает в себя следующие базы данных: БД электролитов, БД металлов, БД гальванических ванн, архив готовых проектов.

Данная подсистема функционирует на ПЭВМ, имеющий большой объем дисковой памяти и возможность быстрого обмена с внешними устройствами.

Ведущую роль в проектировании гальванических ванн играют подсистема расчета оптимального решения и подсистема обработки экспериментальных данных. Данная подсистема предназначена для сбора, хранения и выдачи табличных данных, представляющие собой экспериментальные значения какого-либо процесса анодирования алюминия. Рассмотренные функции выполняет программа обработки экспериментальных данных. Для рассматриваемого процесса создается или загружается формула из файла с помощью которой будт обрабатываться данная таблица. Данная подсистема содержит программу по проверке возможности получения аппроксимирующей функции по обработанным экспериментальным данным, а также программу обработки получения этой функции с заданной точностью (количество должно быть по возможности большим и экспериментальные данные должны быть равномерно распределены в пространстве).

Теоретической основой подсистемы расчета оптимального решения являются алгоритмы расчета толщины, пористости, коррозионная стойкость, а также методы оптимизации. Подсистема включает в себя комплекс прикладных программ, позволяющий проектировщику выбрать необходимый модуль (автоматически или вручную), с помощью которого будет получены промежуточные данные, требующиеся для дальнейшего проектирования разрабатываемой системы. По мере надобности происходит обращение к базе данных конструктивных параметров и технологических констант за дополнительной информацией.

Подсистема графического моделирования отвечает за графическое представление данных на экране. Подсистема представляет собой комплекс средств позволяющих удобно отобразить данные для пользователя, используя методы трехмерных преобразований и реалистичного отображения трехмерных поверхностей, производится визуализация поверхностей требуемых зависимостей.

Подсистема подготовки и вывода проектной документации - по завершении процесса проектирования создает необходимую текстовую и графическую документацию и выводит результаты в требуемом виде. В процессе формирования проектной документации происходит обращение либо к базе данных шаблонов документации, откуда берутся шаблоны и заполняются при непосредственном участии проектировщика (взаимодействие с пользователем осуществляется благодаря лингвистическому обеспечению, реализованному в диалоговых режимах "вопрос - ответ" и "меню"), либо к базе данных уже готовых документов, содержащих как графическую, так и текстовую часть.

Комплект периферийных устройств обуславливается выполняемыми функциями подсистем.

119986481199853711998470 119982271199048811990388 119892101198607111984715 119521401195175111951571 119502411194990511949677 1181994711819795536322550 536322507536322124536321934 535377291535377190535376303 535376165535376127535291023 535290821535290408535290177 535290033535289980535289896 535289791534753294534738295 534737692534737600534737488 533988691533988632533988436 533988226532202752532202565 532202393532202107532202064 532201993293517178">5. Описание методики автоматизированного проектирования

Процесс проектирования процесса анодирования алюминия, начинается с ввода исходных данных, необходимых для проектирования объекта с помощью разработанной САПР. Ввод осуществляется в интерактивном режиме. При этом формами диалога с пользователем является заполнение бланков и выбор из меню. Система осуществляет контроль введенной информации. В случае некорректности введенной информации пользователю предоставляется возможность скорректировать данные. По введенной информации в базе данных готовых проектов ищется аналог и, если таковой найден, он предлагается заказчику в качестве готового решения. В противном случае заказчику предлагается несколько изменить входные параметры и, если заказчик согласен, производится коррекция данных и система вновь обращается к базе данных готовых проектов. При несогласии заказчика на изменение входных данных осуществляется работа подсистемы расчета оптимального решения на основе исходных данных, полученных на предыдущих этапах. Из соответствующих баз данных автоматически или с участием проектировщика выбираются необходимые данные. Заключительным этапом проектирования является подготовка текстовой и графической документации проекта. Первоначально результаты представляются для анализа проектировщику. В диалоговом режиме он получает всю интересующую его информацию и сверяет полученные данные с заданными в техническом задании. После этого проектировщику предоставляется набор шаблонов документации для заполнения, а также запрашивается и выводится на экран или принтер необходимая графическая информация, позволяющая более наглядно представить процесс анодирования алюминия. Готовый проект заносится в БД готовых проектов.

Процесс проектирования представлен в приложении Б на схеме работе САПР.

119986491199853811998471 119982281199048911990389 119892111198607211984716 119521411195175211951572 119502421194990611949678 1181994811819796536322551 536322508536322125536321935 535377292535377191535376304 535376166535376128535291024 535290822535290409535290178 535290034535289981535289897 535289792534753295534738296 534737693534737601534737489 533988692533988633533988437 533988227532202753532202566 532202394532202108532202065 532201994293517179">6. Описание видов обеспечения

119986501199853911998472 119982291199049011990390 119892121198607311984717 536322552536322509536322126 536321936535377293535377192 535376305535376167535376129 535291025535290823535290410 535290179535290035535289982 535289898535289793534753296 534738297534737694534737602 534737490533988693533988634 533988438533988228532202754 532202567532202395532202109 532202066532201995

293517180">6.1 Описание математического обеспечения

Математическое обеспечение - совокупность математических моделей, методов, алгоритмов для решения задач автоматизированного проектирования, которая реализуется в программном обеспечении САПР.

Данная САПР предназначена для систематизации данных взятых экспериментальным трудом и упрощения процесса ручной переработки информации, для которого характерным является расчётная составляющая, очень однообразная и вычислительно трудоемкая.

Повышение эффективности данной САПР достигается за счёт:

адаптируемости моделей;

возможности полной или частичной формализации процесса построения математических моделей проектируемых изделий.

Математическое обеспечение представлено следующими компонентами:

математическая модель системы анодирования алюминия,

алгоритм решения математической модели процесса анодирования алюминия,

алгоритм расчета системы анодирования.

Применение математической модели дает возможность собрать наиболее полную информацию о процессе анодирования алюминия и получить множество вариантов проведения этого процесса, из которых можно будет выбрать наилучший с точки зрения некоторого критерия оптимизации.

119986511199854011998473 119982301199049111990391 119892131198607411984718 119521421195175311951573 119502431194990711949679 1181994911819797536322553 536322510536322127536321937 535377294535377193535376306 535376168535376130535291026 535290824535290411535290180 535290036535289983535289899 535289794534753297534738298 534737695534737603534737491 533988694533988635533988439 533988229532202755532202568 532202396532202110532202067 532201996"> 293517181">6.1.1 Постановка задачи оптимизации

532202756532202569 532202397532202111532202068 532201997">Пользователю важно, чтобы изделие покрытое слоем оксида, было наиболее стойким к воздействию окружающей среды, поэтому для критерия будем использовать коррозионную стойкость.

Задача оптимизации будет выглядеть следующим образом: найти концентрацию серной кислоты C, плотность данного электролита P и плотность тока i, при которых коррозионная стойкость будет максимальна на заданных ограничениях.

1199865211998541 119984741199823111990492 119903921198921411986075 119847191195214311951754 119515741195024411949908 119496801181995011819798 536322554536322511536322128 536321938535377295535377194 535376307535376169535376131 535291027535290825535290412 535290181535290037535289984 535289900535289795534753298 534738299534737696534737604 534737492533988695533988636 533988440533988230">

293517182">6.1.2 Описание математической модели

532202757532202570 532202398532202112532202069 532201998">Математическая модель - система уравнений, описывающих объект, и алгоритм (набор правил), определяющих последовательность решения уравнений модели и включающий набор значений параметров технологических производств.

Были приняты следующие допущения:

а) рассматриваемый объем гальванической ванны является реактором идеального смешения, т.к. обеспечивается непрерывное перемешивание электролита;

б) электролит на протяжении всего процесса анодирования алюминия не теряет своих свойств;

в) толщина и пористость покрытия постоянны на любом участке рабочей поверхности.

Существует три метода построения мат. моделей технологических объектах: экспериментальный, аналитический и комбинированный.

При экспериментальном методе построения формальных мат. моделей параметры определяются по опытным данным, полученным на действующем объекте.

Аналитический метод построения мат. моделей заключается в теоретическом расчете или определения параметров неформальных уравнений статики и динамики по опытным 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 принцип образования оксидного покрытия, даже выдвинутые теории не подходят для обоснования тех или иных случаев, то можно использовать только данные полученные экспериментальным путем.

Так как до настоящего времени нет формулы, по которой можно определить коррозийную стойкость, то воспользуемся табличными значениями и для удобства использования аппроксимируем эти данные.

Классические теории проводимости АОП /1/ рассматривают зависимость ионного тока Ii, от напряженности электрического поля E:

, (1)

где А, В - постоянные.

Рост пленки происходит за счет переноса вещества ионами Me и O2-.

При больших E выполняется следующее уравнение между плотностью ионного тока i и E:

, (2)

где a - ширина энергетического барьера в объеме оксида;

ν - частота колебания частиц в кристаллической решетке;

z - заряд катионов металлов;

W0 - высота энергетического барьера;

δ - толщина оксида.

При малых E отсутствуют диффузионные затруднения в АОП, выполняется соотношение:

, (3)

где a - ширина энергетического барьера в объеме оксида;

ν - частота колебания частиц в кристаллической решетке;

z - заряд катионов металлов;

W0 - высота энергетического барьера;

δ - толщина оксида.

Уравнения (3) и (4) достаточно хорошо согласуются с экспериментом, но при их выводе предполагается кристаллическое строение АОП. Однако, практически во всех случаях сформированные AOП являются аморфными.

Эксперименты Дэвиса и Брауна /3/ c метками инертных газов показали, что новые слои АОП на алюминии в том числе, образуются как на внутренней, так и на внешней границах АОП. Было рассчитано число 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 (для оксидирования А1 в этиленгликолевом растворе - 0,68).

Видно, что сейчас, при теоретической слабой базе, которая не до конца позволяет понять принцип процесса анодирования алюминия, аналитически невозможно вывести формулу нахождения коррозийной стойкости оксидного слоя. Поэтому создадим формулу, аппроксимировав табличные данные. Формулу представим в виде:

, (4)

где F - множитель полученный при аппроксимации данных взятых при изменении концентрации соли, плотности электролита и плотности тока;

T - множитель полученный при аппроксимации данных взятых при изменении во времени.

Данные для нахождения Т найдем из рисунка 6.1, где представлена зависимость коррозийной стойкости от времени протекания процесса, максимум находится в 1, потому что данные для аппроксимации функции F считаются при оптимальном значении времени анодирования.

Рисунок 6.1 - Зависимость коррозийной стойкости от времени протекания процесса.

Аппроксимировав данные получим:

, (5)

где t - время анодирования алюминия.

Проведем эксперимент, где будем менять плотность серной кислоты от 1,2 до 1,29 с шагом 0,03 и плотность тока от 2 до 8 А/дм2 с шагом 1,5 А/дм2, концентрацию соли будем изменять от 0,2 % до 2,6% с шагом 0,06. Результаты представлены в виде таблиц 6.1,6.2,6.3,6.4.


Таблица 6.1 - Зависимость коррозийной стойкости от концентрации соли и плотности тока при плотности электролита равной 1.2 кг/м3

| концентрация |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------14.2pt'>

Плотность

Тока

|
6 | 7 | 7 | 7 | 7 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------14.2pt'>
7 | 8 | 8 | 8 | 8 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------14.2pt'>
8 | 9 | 9 | 9 | 8 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------14.2pt'>
8 | 9 | 9 | 9 | 8 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------14.2pt'>
7 | 8 | 8 | 8 | 7 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------
- - -
Дипломная работа на тему: "Анодирование алюминия как объект автоматизированного проектирования" опубликована на сайте http://rosdiplomnaya.com/

Здесь опубликована для ознакомления часть дипломной работы "Анодирование алюминия как объект автоматизированного проектирования". Эта работа найдена в открытых источниках Интернет. А это значит, что если попытаться её защитить, то она 100% не пройдёт проверку российских ВУЗов на плагиат и её не примет ваш руководитель дипломной работы!
Если у вас нет возможности самостоятельно написать дипломную - закажите её написание опытному автору»


Просмотров: 857

Другие дипломные работы по специальности "Информатика":

Web-сайт для учителей информатики: анализ существующих и разработка нового приложения

Смотреть работу >>

Поиск фотооборудования

Смотреть работу >>

Автоматизированная система складского учета в ЗАО "Белгородский бройлер"

Смотреть работу >>

Автоматизированная система учета договоров страхования предпринимательских рисков

Смотреть работу >>

Создание информационно-справочной системы "Методический кабинет"

Смотреть работу >>