Принципиальная схема оптимизации параметров изделий

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 6Следующая ⇒

Каждый объект проектирования имеет определенное назначение и, как система, характеризуется структурой и параметрами. Структура, которая определяет составные части объекта проектирования и связи между ними, должна обеспечивать надёжное функционирование изделия и достижение поставленных перед ним целей в соответствии с назначением. Каждая из составных частей (элементов) объекта проектирования при этом также характеризуется своими собственными параметрами, которые так или иначе связаны друг с другом и с параметрами объекта. Все эти характеристики (структура объекта проектирования, его параметры, параметры его элементов и взаимосвязи между ними) составляют исходную информацию, необходимую для оптимального проектирования.

Структура объекта проектирования в большинстве случаев представляет собой иерархическую структуру, которая позволяет, во-первых, разделить параметры объекта и параметры составляющих его элементов и, во-вторых, наглядно изобразить взаимосвязи между ними. Это в полной мере относится к данной решаемой задаче, когда в качестве критерия оптимизации параметров объекта используется обобщённый показатель технического уровня, а в качестве оптимизируемых параметров – его единичные показатели.

Для того чтобы обеспечить оптимальное функционирование объекта проектирования, характеризующие его параметры должны быть оптимальным образом согласованы. Оптимизация предполагает совместный анализ математических моделей, описывающих взаимодействие элементов объекта проектирования и отражающих требования, предъявляемые к функционированию элементов, а также ограничения, накладываемые на систему. Таким образом, оптимизация параметров

объекта заключается в определении такого их сочетания из множества допустимых вариантов, при котором наилучшим образом удовлетворяется поставленная цель без нарушения имеющихся ограничений.

Для оптимизации параметров объекта проектирования необходимо составить формализованную математическую модель. Математическая модель оптимизации (ММО) состоит из целевой функции, ограничений и граничных условий. Целевая функция представляет собой математическое описание зависимости цели использования объекта проектирования от оптимизируемых параметров, и в общем виде может быть выражена в виде:

Ц = f (P_j) ® max (min), (2.1)

где P_j – оптимизируемые параметры (j = 1, 2, …, т, где т – число оптимизируемых параметров).

Граничные условия показывают предельно-допустимые значения переменных. В общем случае граничные условия являются двухсторонними:

b_j ³ P_j ³ a_j, (2.2)

однако часто верхняя граница b_j отсутствует (b_j ® ¥), а нижняя a_j – равна нулю. Таким граничным условием накладывается только требование неотрицательности оптимизируемого параметра, т.е. P_j ³ 0.

Ограничения в ММО могут представлять собой описания связей между оптимизируемыми параметрами, формализацию выражений по соответствию фактических показателей объекта проектирования регламентированным, а также формализацию дополнительных целей, которые не вошли в целевую функцию. Кроме того, ограничения вводятся в ММО с целью уменьшения размерности задачи оптимизации для упрощения ее постановки и решения. Ограничения выражаются либо в виде зависимостей, описывающих связи между оптимизируемыми параметрами:

c_j = f_c (P_j); j = 1, 2, …, m, (2.3)

либо в виде неравенств, описывающих различные конструктивные, эксплуатационные и нормативные ограничения, -

H_k ³ f_н (Р_j); k = 1, 2, …, l. (2.4)

Таким образом, процесс проектирования любого объекта с содержательной точки зрения включает сбор исходной информации об объекте проектирования, оптимизацию его параметров исходя из целей, поставленных перед объектом, принятие на её основе решений и оформление результатов в виде нормативно-технической документации, которая служит основой при воплощении проекта в готовую продукцию. Надо отметить при этом, что в рыночных экономических условиях государственные нормативные документы, использовавшиеся повсеместно ранее, во многом теряют свое значение, поэтому указанная нормативно-техническая документация разрабатывается каждым потребителем применительно к своим конкретным условиям и может быть представлена в виде технического задания.

3. Математическая модель оптимизации параметров

карьерных автосамосвалов

3.1. Обоснование и формирование целевой функции. Целевая функция представляет собой математическое описание зависимости цели использования объекта проектирования от величин оптимизируемых параметров и может быть выражена в технических, денежных и условных единицах. Предпочтительными при этом являются в настоящее время целевые функции технического вида. При оптимизации по техническим целевым функциям разные параметры объекта проектирования оказываются лучше согласованными между собой, причём эта внутренняя увязка параметров происходит, как правило, с точностью, значительно превышающей точность оптимизации, реализуемой в настоящее время по целевым функциям в стоимостной форме.

Одним из методов получения целевых функций технического вида является метод, основанный на использовании в качестве критерия оптимизации обобщённых оценок качества продукции. Это позволяет упростить оптимизацию, так как задача при этом может быть разделена на две более простые: вначале оптимизировать единичные показатели технического уровня (качества), то есть решить задачу с меньшим числом неизвестных, а затем разделить эти оптимальные показатели на более подробные.

Объектом управления качеством на стадии проектирования является совершенство нормативно-технической и конструкторской документации.

Основными технико-эксплуатационными показателями, регламентированными ГОСТ 30537-97 и ОСТ 37.001.490-90 для карьерных автосамосвалов, являются удельная масса автосамосвала М_у (коэффициент тары k_Т), являющаяся показателем назначения (см. ОСТ 37.001.490-90), а также 90%-ый ресурс (пробег) автосамосвала Т_р, являющийся показателем надёжности (см. ГОСТ 30537-97). Кроме того, известно, что основным технико-эксплуатационным показателем автосамосвала, определяющим и другие его характеристики, является производительность. И хотя в нормативных документах для автосамосвалов этот показатель не регламентируется, поскольку во многом зависит от конкретных условий эксплуатации, его введение позволит точнее сбалансировать параметры автосамосвала, поскольку все они, в конечном счёте, в той или иной степени оказывают влияние на производительность. Поэтому наряду с регламентированными удельной массой автосамосвала М_у и его ресурсным пробегом Т_р будем рассматривать в качестве выходного эксплуатационного показателя также и производительность.

Главным критерием качества проектирования машин является соответствие фактических показателей предписанным нормативными документами значениям. Таким образом, главной задачей оптимизации на стадии проектирования является обеспечение регламентированных нормативными документами показателей, и чтобы параметры автосамосвала при этом соотносились между собой оптимальным образом.

Одним из важнейших принципов, обеспечивающих высокое качество проектирования, является принцип функциональной взаимозависимости указанных эксплуатационных показателей с конструктивными и функциональными параметрами их частей. Для установления номенклатуры этих параметров необходимо проанализировать эксплуатационные показатели с учётом иерархической структуры параметров карьерных автосамосвалов (рис. 1.1).

Как известно, основным эксплуатационным показателем автосамосвала является его производительность. На этапе проектирования, когда ещё не известны будущие условия эксплуатации, целесообразно использовать теоретическую производительность одной авто-тонны (удельную производительность), которая может быть записана в следующем виде (т^.км/т^.ч):

(3.1)

и, следовательно, определяется соотношением мощности двигателя N_дв и грузоподъёмности автосамосвала т_гр, коэффициентом тары k_T и предельным углом преодолеваемого уклона i _max.

Соотношение можно привести к показателю

который называется удельной мощностью двигателя, или энерговооружённостью автосамосвала.

Удельная мощность двигателя N_дв^уд может быть представлена как (с учётом того, что ):

откуда (3.2)

Тогда

(3.3)

Все входящие в зависимость (3.3) показатели: N_дв^уд, k_T и i _maxдолжны быть включены в состав оптимизируемых параметров. При этом следует отметить, что оптимизируемый параметр i _maxявляется комплексным, зависящим от нескольких элементарных параметров, характеризующих автосамосвал (например, k_T).

Удельная масса автосамосвала М_у (коэффициент тары k_T) в соответствии с ОСТ 37.001.490-90 регламентируется в зависимости от грузоподъёмности следующими величинами (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 25; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!