CC BY
15
Программный продукт автоматизации технологических процессов моделирования конструкций вагонов на предприятиях АО «Узбекистон темир йуллари»
Ш.Х. Султонов Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург, Россия Sultonovsh@yandex.ru
Аннотация. Целью работы является автоматизация вычислений нагрузок, действующих на конструкцию кузова грузового вагона при прочностных расчетах, с дальнейшим трехмерным моделированием с применением информационных технологий. Разработанная на языке С# с применением интегрированной среды Visual Studio программа позволяет повысить точность и сократить сроки вычисления нагрузок, действующих на кузов грузового вагона, при прочностных расчетах с различными исходными технико-экономическими характеристиками и конструкционными особенностями грузовых вагонов.
Ключевые слова: вагоностроение, грузовой вагон, металлоконструкция, нагрузка, прочность, автоматизация, программирование.
Введение
С приобретением государственной независимости в Республике Узбекистан большое внимание уделяется развитию железнодорожного транспорта [1]. На сегодняшний день этот вид транспорта является неотъемлемой частью и играет ключевую роль в формировании экономики страны [2].
Для освоения возрастающих объемов перевозок по сети железных дорог Узбекистана и пополнения парка подвижного состава современными вагонами было принято решение освоить производство новых грузовых и пассажирских вагонов на базе существующих вагоноремонтных предприятий страны [3, 4].
В связи с этим на базе ОАО «Ташкентский завод по ремонту пассажирских вагонов» было освоено серийное производство современных пассажирских вагонов купейного типа с установкой кондиционирования воздуха модели 68-907 и тележки пассажирского вагона модели 68-908 (68-909) [5]. На базе ДП «Андижанский механический завод» и ДП «Литейно-механический завод» было освоено производство новых моделей грузовых вагонов различного типа [6].
В процессе проектирования и разработки технической документации нового и модернизированного подвижного состава необходимо проверить соответствие прочностных характеристик их конструкций установленным требованиям [7].
Основными документами при этом являются «Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов» [8] и ГОСТ 33211 [9], которые содержат критерии оценки прочности конструкции кузова грузового вагона.
З.Р. Султонова Навоийский государственный горный институт Навои, Узбекистан Sultonovazr@yandex.ru
Для повышения качества проектирования, сокращения сроков выполнения теоретических и экспериментальных исследований и освоения новых видов выпускаемой продукции явным преимуществом является автоматизация процесса моделирования новых конструкций грузовых вагонов и внедрение цифрового прототипа с применением информационных технологий на вагоностроительных предприятиях [10, 11].
Требования к программе
С целью ускорить и упростить проведение инженерного анализа проектируемого вагона с дальнейшим трехмерным моделированием и расчетом на прочность требуется разработка программы для вычисления величин ожидаемых нагрузок, действующих на вагон. Была разработана специальная программа, которая удовлетворяет и соответствует перечисленным ниже требованиям [12, 13]:
- отображение полей для ввода исходных данных;
- функция проверки корректности введенных значений;
- функция для выполнения расчета и получения результатов;
- блок для результирующих параметров;
- функция очистки полей;
- блок сочетания нагрузок, действующих на кузов вагона;
- справочный блок;
- программа не должна требовать установки дополнительных библиотек и плагинов;
- программа должна обладать интуитивно понятным графическим интерфейсом и возможностью использования на любых компьютерах с предустановленной операционной системой Windows.
При разработке программы для определения нагрузок, действующих на кузов грузовых вагонов, на начальном этапе была построена функциональная схема программы, которая создана по модульному принципу и позволяет в будущем расширить его функциональность за счет присоединения дополнительных функций для определения других технико-экономических параметров вагонов. Подробная функциональная схема программы для определения нагрузок, действующих на кузов грузовых вагонов, представлена на рисунке 1.
Запуск программы на исполнение
Включаемый файл объявления переменных
Исходные данные
Функция проверки корректности
I
Функция выполнения расчета и получения результатов
I
Информация для области внедрения
I
Информационная функция
Вычисление продольной силы инерции груза
Вычисление вертикальной силы при нецентральном взаимодействии
Вычисление поперечной силы взаимодействия между вагонами в кривых
Вычисление продольной силы инерции кузова и тележек, грузового вагона
Прекращение исполнения программы
Вычисление вертикальной динамической силы
Дополнительные функции (в стадии разработки)
Рис. 1. Функциональная схема программы
Программа состоит из функций, каждая функция соответствует определенной форме и содержит процедуры. Функция начинает работать сразу же по окончании работы предыдущей функции либо по вызову пользователем щелчком мыши по соответствующей вкладке.
Алгоритм программы можно разделить на четыре основных блока: определение исходных данных, проверка правильности исходных данных, выполнение задачи и получение результатов (рис. 2).
В блоке 1 осуществляется выбор типа вагона из представленного списка; в блоке 2 - ввод исходных данных; в блоке 3 осуществляется проверка введенных исходных данных. При выявлении некорректных данных необходимо проверить введенные данные заново и ввести их корректные
значения в блок 2. При необходимости можно обратиться в справочный блок (блок 4). В случае принятия решения о корректности значения процесс передается в блок 5. В блоке 6 отображаются результаты расчетных значений.
В результате анализа инструментальных средств и языка программирования, предназначенных для реализации программного обеспечения для вычисления величин нагрузок, действующих на кузов грузового вагона, было принято решение использовать язык программирования С# [14] с помощью интегрированной среды разработки Visual Studio [15].
Для запуска разработанной программы [16] необходимо запустить файл FactCar.exe. После запуска программы внешний вид процесса загрузки будет выглядеть, как показано на рисунке 3.
Рис. 2. Блок-схема алгоритма программы
Рис. 3. Внешний вид процесса загрузки программы
После нажатия кнопкой мыши по этому интерфейсу на экране компьютера появится главное окно программного продукта. В главном окне располагаются несколько
вкладок, на которых имеются все необходимые ячейки (поля) для введения исходных данных. Основное окно программы представлено на рисунке 4.
Рис. 4. Основное окно программы (до ввода исходных данных)
В основном окне программы на вкладке «Исходные данные» отображены:
- поля для заполнения значений с описаниями;
- кнопка для выбора типа вагона;
- кнопка для проверки на адекватность введенных исходных данных;
- поле для сведений о вагоне;
- кнопка для выполнения задачи.
При наведении указателя мыши на элемент «Тип вагона» пользователь имеет возможность в меню выбрать
тип исследуемого вагона: полувагон, крытый вагон или вагон-хоппер.
Перед выполнением расчета целесообразно проверить корректность введенных значений, нажав на кнопку «Проверка адекватности введенных значений». Если хотя бы в одно из полей введены нечисловые данные (или не введены данные вовсе) программа выдаст пользователю соответствующее сообщение: «Пустые поля или некорректные значения!!!» (рис. 5).
Рис. 5. Проверка корректности введенных данных
Для редактирования несоответствующих исходных данных следует выбрать и выделить область, в которой находятся редактируемые данные. После выделения области следует вписать корректные значения исходных данных.
Если во все поля введены правильные значения исходных данных, после нажатия на кнопку «Рассчитать» выполняется расчет и появляется сообщение: «Успешно вы-
полнен!» (рис. 6). Расчетные значения становятся доступны на соответствующей вкладке.
Во вкладке «Расчетные значения» отображаются получаемые результаты действующих на кузов грузового вагона нагрузок (рис. 7). Результаты выполненных расчетов при визуализации округляются до двух десятичных знаков после запятой.
Рис. 6. Процесс выполнения расчета
Рис. 7. Окно отображения результатов расчета
Вкладка «Справка» в главной форме программы предназначена для оказания конкретной помощи пользователю. Здесь приведены все необходимые формулы и их значения для выполнения расчета.
Во вкладке «О программе» приведено описание назначения программы, возможности данной программы, а также ее основные характеристики и ограничения, накладываемые на область применения программы в соответствии с нормативными документами.
Корректный выход из программы возможен стандартным способом: при нажатии на «крестик» в правом верхнем углу рабочей формы.
Заключение
Разработанная на языке С# с применением интегрированной среды Visual Studio программа обладает удобным пользовательским интерфейсом и позволяет в кратчайшие сроки вычислять нагрузки, действующие на кузов грузового вагона, при прочностных расчетах с дальнейшим трехмерным моделированием с различными исходными технико-экономическими характеристиками и конструкционными особенностями грузовых вагонов.
Литература
1. О мерах по реализации инвестиционного проекта «Развитие ремонтной базы подвижного состава, организация вагоностроения и реконструкция литейного производства на ДП «Quyuv mexanika zavodi» : постановление Президента Республики Узбекистан от 28.06.2012 № ПП-1780.
2. О стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан : указ Президента Республики Узбекистан от 07.02.2017 № УП-4947.
3. Рахимов Р.В. Анализ состояния и перспективы развития парка грузовых вагонов АО «Узбекистан темир йул-лари» // Научные труды республиканской научно-технической Конференции с участием зарубежных ученых «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (20-21 декабря 2016, Ташкент). - Ташкент : Та-шИИТ, 2017. - С. 91-94.
4. Rahimov R.V., Ruzmetov Ya.O. Analysis of the State and Prospects of the Development of the Freight Wagon Fleet of the Republic of Uzbekistan // Non-Ferrous Metals. - 2018. -No. 1 (44). - Pp. 7-11.
5. Rahimov R.V. Researches of the stressed - deformed state of the open wagon body model 12-9922, produced in Uzbekistan, Proceeding VI International Scientific Conference «TransportProblems 2014» (25-27June 2014, Katowice), Katowice, Silesian University of Technology, 2014. - Pp. 614-621.
6. Rahimov R.V., Khatamov S.A., Rakhmatov Z.X. Scientific Substantiation of Technical Solutions for the Improvement of the Construction of the Body of a Hopper Car for Transportation of Cement Produced in the Republic of Uzbekistan, European Science Review, 2017, No. 3-4. - Pp. 13-17.
7. Rahimov R.V., Ruzmetov Ya. O. Development of Maintenance and Repairing Tank Wagon for the Transport of Concentrated Sulfuric Acid // Вестник ТашГТУ. - 2017. -№ 2. - C. 86-91.
8. Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). - М. : ГосНИИВ ; ВНИИЖТ, 1996. - 317 с.
9. ГОСТ 33211-2014. Вагоны грузовые. Требования к прочности и динамическим качествам (с поправкой). - М. : Стандартинформ, 2016. - 57 с.
10. Бубнов В.П. Алгоритм автоматизации проектно-кон-структорских работ и его применение в вагоностроении / В.П. Бубнов, Ш.Х. Султонов // Сб. трудов IV международной научно-методической конференции «Проблемы математической и естественно-научной подготовки в инженерном образовании» (3 ноября 2016 г., Санкт-Петербург). -Т. 2. - СПб. : ПГУПС, 2017. - С. 16-21.
11. Бубнов В.П. Применение систем автоматизированного проектирования в машиностроении / В.П. Бубнов, Ш.Х. Султонов // Интеллектуальные технологии на транспорте. - 2017. - № 1 (9). - С. 48-51.
12. ISO/IEC/IEEE 29148:2018. Systems and software engineering - Life cycle processes - Requirements engineering.
13. ГОСТ P 57193-2016. Системная и программная инженерия. Процессы жизненного цикла систем. - М. : Стандартинформ, 2016. - 97 с.
14. Троелсен Э. C# и платформа .NET / пер. с англ. Р. Михеева. - СПб. : Питер, 2004. - 796 с. - (Библиотека программиста).
15. Freeman A., Sanderson S. Pro ASP.NET MVC 4. 4th edition, Apress, 2012. - 756 p.
16. Программное обеспечение «ВагонСила» : свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № DGU 05998 от 24.01.2019 Республика Узбекистан / Р.В. Рахимов, Ш.Х. Султонов ; заявл. DGU 2018 0873 от 07.11.2018.
Software Product of Automation of Technological Processes of Modeling Constructions of Wagons at the Enterprises of JSC «Uzbekiston Temir Yullari»
Sh.Kh. Sultonov
Emperor Alexander I Petersburg State Transport University St. Petersburg, Russia Sultonovsh@yandex.ru
Abstract. The aim of the work is to automate the calculation of loads acting on the structure of the body of a freight wagon in strength calculations with further three-dimensional modeling with the use of information technology. The developed program in C# using the integrated environment of Visual Studio allows increasing the accuracy and reducing the time of calculation of loads acting on the body of a freight wagon in strength calculations with different initial technical and economic characteristics and structural features of freight wagons.
Keywords: wagon building, freight wagon, metalwork, load, strength, automation, programming.
References
1. About Measures for Implementation of Investment, Project «Development of Repair Base of Rolling Stock, Organization of Car-Building and Reconstruction of Foundry Production at DP «Quyuv Mexanika Zavodi»[ O merakh po realizatsii in-vestitsionnogo proekta «Razvitie remontnoy bazy podvizhnogo sostava, organizatsiya vagonostroyeniya i rekonstruktsiya lit-eynogo proizvodstva na DP «Quyuv mexanika zavodi»] : Resolution of the President of the Republic of Uzbekistan from 28.06.2012 No. PP-1780.
2. On the Strategy of Action for the Further Development of the Republic of Uzbekistan [O Strategii deystviy po dal'neyshemu razvitiyu Respubliki Uzbekistan]: Decree of the President of the Republic of Uzbekistan from 07.02.2017 No. UP-4947.
3. Rahimov R. V. Analysis of the status and development prospects of the fleet of freight cars of JSC «Uzbekiston Temir Yullari» [Analiz sostoyaniya i perspektivy razvitiya parka gru-zovykh vagonov AO «Uzbekiston temir yullari»], Proceedings of the Republican Scientific and Technical Conference with the Participation of Foreign Scientists «Resource-Saving Technologies in Railway Transport» [Nauchnye trudy respublikanskoy nauchno-tekhnicheskoy Konferentsii s uchastiyem zarubezhnykh uchenykh «Resurso-sberegayushchie tekhnologii na zheleznodorozhnom transporte»](20-21 December 2016, Tashkent), Tashkent, Tashkent Railway Engineering Institute, 2017. -Pp. 91-94.
4. Rahimov R.V., Ruzmetov Ya.O. Analysis of the State and Prospects of the Development of the Freight Wagon Fleet of the Republic of Uzbekistan, Non-Ferrous Metals, 2018, No. 1 (44). - Pp. 7-11.
Z.R. Sultonova Navoi State Mining Institute Navoiy, Uzbekistan Sultonovazr@yandex.ru
5. Rahimov R.V. Researches of the stressed - deformed state of the open wagon body model 12-9922, produced in Uzbekistan, Proceeding VI International Scientific Conference «Transport Problems 2014» (25-27 June 2014, Katowice), Katowice, Silesian University of Technology, 2014. - Pp. 614-621.
6. Rahimov R.V., Khatamov S.A., Rakhmatov Z.X. Scientific Substantiation of Technical Solutions for the Improvement of the Construction of the Body of a Hopper Car for Transportation of Cement Produced in the Republic of Uzbekistan, European Science Review, 2017, No. 3-4. - Pp. 13-17.
7. Rahimov R.V., Ruzmetov Ya. O. Development of Maintenance and Repairing Tank Wagon for the Transport of Concentrated Sulfuric Acid, Bulletin of Tashkent State Technical University [Vestnik TashGTU], 2017, No. 2. - Pp. 86-91.
8. Standards for the Calculation and Design of New and Modernized Railroad Cars of the Ministry of Railways of 1520 mm Gauge (Non-Self-Propelled) [Normy dlya rascheta i proek-tirovaniya novykh i moderniziruemykh vagonov zheleznykh dorog MPS kolei 1520 mm (nesamokhodnykh)], Moscow, Research Institute of Carriage Engineering, Railway Research Institute, 1996. - 317 p.
9. GOST 33211-2014. Freight wagons. Requirements to structural strength and dynamic qualities (as amended) [GOST 33211-2014. Vagony gruzovye. Trebovaniya k prochnosti i dinamicheskim kachestvam (s popravkoy)], Moscow, Stand-ardInform, 2016. - 57 p.
10. Bubnov V.P., Sultonov Sh.Kh. Algorithm of Automation of Design and Development Work and its Application in Railroad Cars Building [Algoritm avtomatizatsii proektno-kon-struktorskikh rabot i ego primenenie v vagonostroenii], Proceedings of the IV International Scientific and Methodological Conference «Problems of Mathematical and Natural Science Training in Engineering Education» [Sbornik trudov IV Mezhdunarodnoy nauchno-metodicheskoy konferentsii «Prob-lemy matematicheskoy i estestvennonauchnoy podgotovki v in-zhenernom obrazovanii»] (03 November 2016, St. Petersburg), St. Petersburg, PSTU, 2017, Vol. 2. - Pp. 16-21.
11. Bubnov V.P., Sultonov Sh. Kh. Application of Computer-Aided Design Systems in Engineering [Primenenie sis-tem avtomatizirovannogo proektirovaniya v mashinostroenii], Intellectual Technologies on Transport [IntellektuaVnye tekhnologii na transporte], 2017, No. 1. - Pp. 48-51.
12. ISO/IEC/IEEE 29148:2018. Systems and software engineering - Life cycle processes - Requirements engineering.
13. GOST R 57193-2016 System and software engineering. Systems life cycle processes. [GOST R 57193-2016. Sis-temnaya i programmnaya inzheneriya. Protsessy zhiznennogo tsikla sistem], Moscow, StandardInform, 2016. - 97 p.
14. Troelsen A. C# and the .NET [C# i platforma .NET], St. Petersburg, Piter Publish. House, 2006. - 795 p.
15. Freeman A., Sanderson S. Pro ASP.NET MVC 4. 4th edition, Apress, 2012. - 756 p.
16. Rakhimov R.V., Sultonov Sh.Kh. «VagonSila» Software: Certificate of official registration of computer program No. DGU 05998 from 24.01.2019 Republic of Uzbekistan; Declare DGU 2018 0873 dd. 07.11.2018.
