WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Павлов Владимир Павлович

МЕТОДОЛОГИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ОДНОКОВШОВЫХ ЭКСКАВАТОРОВ Специальности:

05.13.12 – Системы автоматизации проектирования (промышленность) 05.05.04 – «Дорожные, строительные и подъёмно-транспортные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Омск – 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Кудрявцев Евгений Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Холмянский Игорь Антонович доктор технических наук, профессор Янишевская Анна Генриховна доктор технических наук, профессор Мещеряков Виталий Александрович

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана»

Защита состоится 24 февраля 2011 г. в 1000 час. на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 212.250.03 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)» по адресу: 644080, г. Омск, пр. Мира, 5, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)».

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 644080, г. Омск, пр. Мира 5, тел., факс: (3812) 65-03-23, e-mail: Arkhipenko_m@sibadi.org Автореферат разослан « __ » _________ 2011 г.

Ученый секретарь объединенного диссертационного совета ДМ 212.250.03, кандидат технических наук М.Ю. Архипенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Применение автоматизированного проектирования (АП) в различных отраслях инженерии привело к значительному повышению эффективности труда проектировщика. Детальная проработка методов и средств проектирования, оптимальная композиция совокупности функциональных систем в единый комплекс требует от исследователей создания сквозной технологии автоматизированного синтеза, которая обеспечила бы снижение неопределенности в оценке основных свойств разрабатываемых технологических машин до уровня, позволяющего осуществить обоснованный выбор наилучшего варианта структуры и параметров систем, а также отдельных видов их подсистем уже на начальном этапе – этапе эскизного проектирования.

Повышение конкурентоспособности создаваемых одноковшовых экскаваторов (ЭО), представляющих собой подкласс многоцелевых технологических машин, обеспечивают не только снижением себестоимости, а в большей степени повышением качества машин и максимального соответствия конкретным требованиям потребителя за счет разнообразия сменного рабочего оборудования и рабочих органов. Рабочее оборудование (РО) экскаватора выступает в роли системообразующего фактора, определяя концепцию, техникоэксплуатационные свойства и эффективность машины в целом. Последнее обусловливает жесткие требования к этапу проектирования, на котором определяются основные технические, технологические и экономические параметры ЭО.

Здесь особенно важна согласованность математических моделей физических процессов и процедур структурно-компоновочного проектирования ЭО и интеграция связывающих их информационных потоков на базе технологии информационной поддержки жизненного цикла (ЖЦ) изделия (ИПИ-технологии).

Развитие конструкций, приводов и органов управления ЭО вызывает дальнейший рост сложности проектных задач и сдерживается практической исчерпанностью ресурса традиционной технологии теоретического исследования и проектирования ЭО. Существующие методологические подходы и программные средства проектирования ЭО дают лишь частичное решение проблемы целостности, не учитывают необходимость информационного обмена по этапам (ЖЦ) машины, не обеспечивают процессов накопления информации, а деятельность разработчиков ЭО должна быть подкреплена усилиями программистов.

Используемые в проектировании ЭО пакеты проектирования и методики не интегрируются между собой при организации полноценных проектов в рамках информационного взаимодействия различных разрабатывающих ЭО предприятий, сдерживая их экспортные возможности.

На отечественных предприятиях до сих пор существует ярко выраженная дифференциация проектных работ, которая не позволяет на организационном уровне обеспечить необходимый уровень информационного обмена между расчетными подразделениями и группами.

Развитие методологии проектирования РО ЭО является сегодня актуальным, способствует ускорению научно-технического прогресса и позволяют вывести проектирование ЭО на качественно новый уровень.

Научная проблема состоит в развитии методологии системного проектирования ЭО в компьютерной среде, ориентированной на непрерывную информационную поддержку ЖЦ ЭО и объединяющей согласованные процедуры структурно-компоновочного проектирования машины, модели приводных систем и рабочих процессов.

Идея работы заключается в реализации подходов к проектированию приводов, конструкций и рабочих процессов ЭО на основе синтеза математических моделей физически неоднородных подсистем, структурно-компоновочных моделей машины и моделей эффективности в единой компьютерной среде.

Объект исследования – технология и модели проектирования рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов как многоцелевых машин, взаимодействующих с рабочей средой.

Предмет исследования – структурно-компоновочные и конструкторские характеристики сменного рабочего оборудования ЭО и автоматизированные методы целенаправленного изменения указанных характеристик за счет технических решений, закладываемых в систему на начальных этапах ее проектирования.

Цель работы состоит в обобщении и развитии методологических и теоретических основ автоматизации проектирования сменного рабочего оборудования ЭО и создание на этой основе теоретического обеспечения, охватывающего все необходимые аспекты автоматизации и исследование принципов построения среды проектирования РО ЭО.

Задачи исследования:

1) разработать логическую модель процесса проектирования РО, ориентированную на автоматизацию основных проектных процедур в различной информационной обстановке и адекватной потребностям современного производства;

2) разработать математические модели поведения базовых элементов и агрегатов рабочего оборудования ЭО, удовлетворяющих требованиям процедур структурно-параметрического синтеза РО;

3) определить общую структуру и концепцию компьютерной среды проектирования РО, где выделены типы моделей на основе представлений о физически неоднородных системах и уровнях конструктивной иерархии ЭО, обоснована технология решения проектных задач с использованием баз данных и баз знаний;

4) разработать модели, оценки и алгоритмы расчета эффективности ЭО, включая разработку грунта поворотным движением ковша, с учетом взаимосвязей конструктивно-технологических и технико-эксплуатационных показателей ЭО и вероятностных факторов условий эксплуатации;

5) провести экспериментальную проверку методологии автоматизированного проектирования при анализе и параметрическом синтезе РО ЭО, оптимизации сменных рабочих органов и элементов привода серийно производимых промышленностью ЭО и введенных в эксплуатацию.

Методологической основой работы являются: системный подход; математическое моделирование; теория рабочих процессов землеройных машин; механика сплошной среды; методы принятия решений; теория графов; информационные технологии; теоретические положения систем автоматизированного проектирования.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1) Сформулированы принципы построения и разработана методология автоматизированного проектирования РО ЭО как объекта многоцелевого назначения, обеспечивающая воспроизведение на основе информационно-логической модели основных (релевантных) параметров ЭО при сочетании автоматизированных и неавтоматизированных процедур поискового проектирования.

2) Созданы математические модели и перестраиваемые алгоритмы расчета структурно-компоновочных решений и параметров эффективности ЭО, дающие возможность проводить исследования при высокой точности расчета характеристик ЭО с учетом взаимосвязи конструктивно-технологических характеристик рабочего оборудования и вероятностных условий эксплуатации машины, в отличие от существующих эвристических приближений.

3) Разработан метод и алгоритм генерации вариантов проектных решений при структурно-параметрическом синтезе РО ЭО с учетом требований, выраженных в критериальных функциях различного иерархического уровня; определен механизм генерации проектных альтернатив с использованием операторов селекции и мутации.

4) Созданы математические модели расчета характеристик рабочих процессов и параметров привода сменного РО ЭО, позволившие расширить класс исследуемых задач синтеза и анализа РО, на основе обобщенных подходов к базовым элементам физически неоднородных систем, многоаспектности анализа и иерархичности используемых проектных процедур.

5) Разработаны математические модели и алгоритм расчета силовых и энергетических показателей процесса копания грунта по траектории большой кривизны, предусматривающие изменение кинематических параметров процесса и модификацию расчетной схемы взаимодействия рабочего органа с грунтом в зависимости от технологических характеристик процесса.

6) Обоснована концепция автоматизированной технологии и среды проектирования РО одноковшовых экскаваторов, включающей требования к комплексированию компонент, организационную структуру и методическое обеспечение и выполняющей полный цикл проектных исследований в соответствии с основными методологическими принципами ИПИ-технологии.

Автор защищает:

- методологические основы автоматизированного проектирования РО ЭО;

- совокупность математических моделей, отражающих выявленные закономерности рабочих процессов сменного РО, связывающих основные факторы, определяющие эффективность ЭО и компьютерной среды проектирования РО ЭО;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований конструкций и параметров рабочего оборудования ЭО.

Значение для теории имеют: численный метод расчета структурнокомпоновочных характеристик ЭО, основанный на учете причинно-следственных связей и позволяющий получить на первых стадиях проектирования основные параметры машины; доказанная применимость информационно-логической модели проектирования ЭО на различных стадиях проектирования и уровнях конструктивной иерархии; метод комплексного моделирования характеристик ЭО в компьютерной среде; расчетная схема и методика расчета силовых и энергетических показателей процесса копания грунта по траектории большой кривизны, как основа формирования расчетных нагрузок главного вида рабочего оборудования – обратная лопата и технологических схем его применения.

Значение для практики состоит в том, что значительное ускорение процессов моделирования, расчета и всестороннего исследования ЭО, обеспечиваемое использованием разработанных и примененных методов и алгоритмов, автоматизированной технологией и компьютерной средой, позволяют существенно сократить сроки проведения проектно-конструкторских работ по созданию ЭО (и его конструктивных блоков), повысить качество выполнения и снизить трудоемкость проектных операций, получить более точные данные о развитии параметров и эффективности ЭО, изучать физически неоднородные подсистемы РО, исследование которых по традиционной технологии неэффективно или затруднительно. Разработанные эквивалентные схемы (схемы замещения) являются основой построения моделей и программ различной сложности. В моделях и программном обеспечении реализованы: наглядность представления объекта проектирования, изменение уровня детализации, иерархичность представления, гибкость модификации, соответствие действующим стандартам в области информационных технологий (CALS-стандартам).

Личный вклад автора в решение проблемы заключается в создании: методологии проектирования РО, включающей в себя информационно-логическую модель процесса проектирования ЭО, методы комплексного исследования характеристик ЭО на базе электронного макета и экспертной системы с использованием базы знаний, концепцию автоматизированной технологии проектирования РО и компьютерную среду, функциональность которой согласована с ИПИтехнологией; расчетной схемы и методики определения силы и работы копания грунта поворотным движением ковша (по траектории большой кривизны), а также обоснования рациональных технологических схем разработки грунта оборудованием обратная лопата; алгоритмов, программного и методического обеспечения проектирования РО в компьютерной среде.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается методологической базой исследования, основанной на фундаментальных теоретических положениях механики, с соблюдением основных принципов математического моделирования, проверкой адекватности построенных моделей, совпадением расчетных данных, полученных предложенными методами, с экспериментальными данными собственными и данными других авторов, а также результатами практического использования предложенных в диссертации моделей, расчетных методов и алгоритмов, использованных в среде проектирования.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты исследований внедрены в: ООО ОМЗ – Горное оборудование и технологии (Группа «Уралмаш-Ижора»); ОАО «Тверской экскаватор»; ООО «ИЗ-КАРТЭКС»; ООО ПО «КрасТяжМаш», ООО «Сибироника» (г. Красноярск); учебном процессе ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» при подготовке инженеров по специальностям «Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование», «Автомобиле- и тракторостроение» и бакалавров по направлению «Наземные транспортные системы».

Апробация результатов работы. Основные результаты исследований, проведенных в рамках диссертационной работы, докладывались и обсуждались на: республ. НТК «Строительные и дорожные машины и их использование в современных условиях» (СПбГТУ, 1995 г.); международной НТК «Высокие интеллектуальные технологии образования и науки» (СПбГТУ, 1996 г.); международной НТК «Механизация и автоматизация строительства и открытых горных работ» (МГСУ, 1996 г.); всероссийской НТК «Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве: Экспертные системы и принятие решений» (г. Н. Новгород, НГТУ, 1999, 2000 гг.); международной НТК «Проблемы адаптации техники к суровым условиям» (г. Тюмень, ТГНГУ, 1999 г.); всероссийской НТК «Политранспортные системы» (г. Красноярск, КГТУ, 2003, 2004, 2006, 2007 г.г.); VIII Всероссийском семинаре «Моделирование неравновесных систем» (г. Красноярск, ИВМ СО РАН, 2005 г.); НТК «Современные технологии в машиностроении и автомобилестроении» (г. Ижевск, ИжГТУ, 2005 г.), международной НТК «ИНТЕРСТРОЙМЕХ» (г. Харьков, ХГАДТУ, 2000 г.; г.

Воронеж, ВГАСУ, 2004 г.; г. Москва, МГСУ, 2006 г.; г. Самара, СГАСУ, 20г.; г. Владимир, ВГУ, 2008 г.; г. Бешкек, КГУАСТА, 2009 г.; г. Белгород, БГТУ, 2010 г.); научном семинаре кафедры «СиПТМ» МГСУ в 2008 г.; заседании кафедры «ДСМ» МАДИ(ГТУ) в 2008 г.; НТК ГОУ «СибАДИ» в 2010 г.; НТС МГТУ им. Н.Э.Баумана в 2011 г.

Публикации по работе. По материалам диссертационных исследований опубликовано 56 работ (том числе одна монография, семь учебных пособий, статей, 5 свидетельств об официальной регистрации программ для ЭВМ, 14 авторских свидетельств на изобретения). В изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, опубликовано 18 статей.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованных источников (210 наименований) и приложения. Общий объем диссертации составляет 350 страниц, включая 122 рисунка и 29 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обосновывается актуальность темы диссертационной работы, излагаются цель и основные задачи исследования, формулируются научная новизна, практическая ценность полученных результатов и основные результаты, выносимые на защиту.

В первой главе исследованы особенности ЭО с точки зрения их проектирования. Выделены ряд формальных признаков и свойств ЭО, которые характеризуют эти машины с системных позиций: наличие большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих элементов; многофункциональность и иерархичность строения; наличие общей цели функционирования системы, общего назначения, определяющего единство сложности и организации; переменность структуры, обеспечивающей многорежимный характер функционирования;

возможность адаптации к различным производственным условиям как структуры, так и режимов работы; стохастический характер во взаимодействии подсистем и элементов в структуре системы и всей системы с внешней средой; наличие признаков эргономичности. Современное РО включает в себя большое количество комплектующих элементов, представляющих сложные объекты, характер протекания физических процессов в которых в значительной степени определяет функциональные и технико-эксплуатационные свойства ЭО.

Большой вклад в теорию и практику проектирования ЭО внесли В.И. Баловнев, Ю.А. Ветров, Д.П. Волков, Н.Г. Домбровский, А.М. Завьялов, А.Н. Зеленин, А.П. Комиссаров, Е.М. Кудрявцев, И.А. Недорезов, Е.Р. Петерс, В.А. Ряхин, Д.И. Федоров, Л.А. Хмара и др. Значительный вклад в разработку методик расчета и стандартов внесли М.Я. Агароник, И.Л. Беркман, С.М. Борисов, А.А. Буланов, В.К. Гойхман, А.С. Иоффе, П.В. Панкрашкин, А.В. Раннев, А.К. Рейш, А.В. Рустанович, Э.А. Смоляницкий и др. (НПО ВНИИстройдормаш). Вопросы математического моделирования и автоматизированного проектирования ЭО рассмотрены в работах В.Г. Ананина, Н.С. Галдина, А.Г. Григорьева, Н.Н. Живейнова, Л.Б. Зарецкого, Г.Н. Карасева, В.Я. Крикуна, Е.Ю. Малиновского, В.В. Москвичева, В.С. Щербакова и др. Проблематика моделирования и расчета ЭО активно обсуждается в работах Reece N., Lee S., Chang P., Park J., Kowaguchi N., Kwon S., Krul K., Panov V., Mitrev R., Malaguti F., Koivo A., Krishna M., Janoevi D. и др. Однако, выполненные разработки не ориентированы на работу в едином проектном пространстве, не в состоянии обеспечить методологическим аппаратом процессы проектирования ЭО в жестких условиях борьбы за конкурентоспособную продукцию, а именно: временные ограничения на получение проектных решений; большие потоки и разнообразие типов используемой информации; сложность формализации семантики процессов проектирования и информационного сопровождения ЭО в течение ЖЦ.

Современные системы проектирования в машиностроении либо строятся на базе «тяжелых» дорогостоящих систем, пытающихся вместить в себя как можно больше функций, что приводит на практике к использованию их возможно стей максимум на 30–40 %, либо компонуются из множества автономных систем моделирования, что противоречит принципу модульности САПР. Кроме того, в случае «тяжелых» САПР возникает проблема внедрения в них модулей, созданных сторонними разработчиками, что требует, как правило, опыта высококвалифицированных программистов. Фундаментальные вопросы применения информационных технологий и развития теории автоматизированного проектирования изложены в работах И.П. Норенкова, Н.Г. Малышева, В.П. Корячко, Н.Н. Моисеева, В.В. Павлова, О.Л. Смирнова, А.И. Петренко, В.В. Чкалова, В.В. Шелофаста, Д. Клира и др. Накопленный научный и производственный потенциал в области экскаваторостроения адаптируется к условиям компьютерного проектирования.

Зарубежные машиностроительные фирмы используют системы проектирования «тяжелого» класса с современными модулями CAD/CAE/CAM/PDMсистем, обеспечивая быстрый выход продукции на рынок и конкурентные преимущества в поддержании эксплуатационных свойств ЭО в течение ЖЦ. Так как фирменные средства моделирования данных характеристик обычно являются секретом производителей и не продаются на мировом рынке, а известные программные продукты не обеспечивают моделирования всего комплекса свойств ЭО, в области теории САПР были выдвинуты актуальные задачи, которые потребовали комплексного подхода к их решению, начиная от совершенствования моделей физических процессов и заканчивая программной реализацией.

Во второй главе разработана информационно-логическая модель (ИЛМ) процесса проектирования ЭО. Исходные положения ИЛМ формируются на основе следующего базиса: при постановке и решении задач проектирования нельзя раз и навсегда определить цели, выбрать конкретные действия; изготовители и потребители экскаваторов могут выстраивать различные модели поведения; экономические и технологические условия производства у различных производителей техники непрерывно изменяются. Процесс проектирования рассмотрен в трех аспектах – принятия решений в многослойной структуре, учитывающей иерархичность строения объекта и процесса проектирования, развернутость процессов во времени и наличие средств автоматизации. Процесс проектирования ЭО представлен как элемент жизненного цикла машины (рис. 1). В соответствии с принципами системного анализа внешними условиями (реакциями) являются: техническое задание (ТЗ) на проектирование и возможности производства, представленные множествами Х0 и Z0.

Для множества рассматриваемых концепций проекта 0 i реакi 1, 2,..., N ции (Х0, Z0) в конкретной концепции проектирования выступают в роли ограничений. При известных ограничениях возможны, как правило, несколько реализуемых проектов, удовлетворяющих ТЗ. Из множества таких проектов Dx = {x :

V0(x, Х0, Z0) 0} (V0 формальное условие допустимости проекта x при Рис. 1. Процесс проектирования как элемент жизненного цикла ЭО заданных Х0, Z0) выбирается предпочтительный на основе критериев Y0 = F0(x, Х0, Z0). В случае векторного критерия предполагается, что существует некоторое правило W0, позволяющее по значениям критериев на всем множестве Dx определить предпочтительный проект x. В формализованном виде задача формирования рационального проекта (П) ЭО представлена в виде кортежа:

П X,Z0,0,V0, Dx,Y0, F0,W0, x. (1) Понятие «рациональный проект» можно отнести к любой i-й подсистеме (агрегату, узлу и т.д.) ЭО, а совокупность рассматриваемых для ЭО проектов k П : X, Z, ,V, D,Y, F,W, x, (2) П j 0 0 0 0 x 0 0 jгде k – количество уровней конструктивной иерархии.

Кортеж (2) охватывает основные этапы проектной деятельности, связанной с формированием рационального варианта проекта. Необходимым условием выполнения этих этапов в автоматизированном режиме является рациональная декомпозиция процесса проектирования и подготовка проектных модулей, решающих определенные задачи (рис. 2).

Формализованное понятие процесса проектирования в виде кортежа (1) охватывает основные процедуры и некую семантическую полноту. Однако в плане подготовки компонент кортежа к автоматизированному проектированию такая задача оказывается весьма трудной. Выделив формализованные и неформализованные процедуры проекта и методически согласовав их с основными компонентами ИПИ, предложен второй вариант формализации процесса проектирования, отличающийся реалистичностью путем реализации эвристических приемов и экспертных оценок.

Для заданной концепции 0, эвристически определяемых X0, Z0, V0, Dx, Y0, Fи W0 процесс разработки ЭО может строиться на основе некоторого множества информационно-логических моделей L, отражающих методическое обеспечение и связывающих на алгоритмическом и информационном уровнях множество моделей физических процессов и характеристик качества (M ), композицию операторов структурно-компоновочной схемы машины ( ), а также множества моделей эвристических процедур, используемых в процессе проектирования ( Zx, Pp ).

Эвристические компоненты задачи проектирования Условия подготовки Формирование Модели, данные и знания действия (необходимые) компонент проекта (достаточные) Выделение основных Прогнозирование Формирование ТЗ воздействующих на ЭО реализуемости проекта Xфакторов внешней среды ZФормирование Выделение альтернативАнализ патентной и др.

множества концепций ных (конкурирующих, информации. Синтез смежных) систем машин расчетных моделей Формирование Формирование критерия Формирование ограниусловий отбора чувствительности к чений на параметры допустимых вариантов внешним воздействиям Dx (качество критериев) Декомпозиция целей Подготовка данных и Задание критериев многоцелевой системы, обобщение закономернооценки иерархия критериев и их стей развития параметров Y упорядоченность ЭО и его подсистем Формирование Выбор показателей Подготовка данных по фикритериальных качества ЭО зическим и геометричефункций по правилу Fским параметрам ЭО Выделение элементов и Выбор рационального Подготовка данных узлов ЭО с малыми запа- варианта на основе (фактов) к формировасами работоспособности правила выбора нию базы знаний. Сужеи учет другой специфики Wние области Парето проекта Накопление положительРациональный проект Адаптация ЛПР к услоного опыта (прецедентов) виям задачи x Проект П (см. кортеж (1)) Рис. 2. Группировка расчетных и эвристических задач, решаемых на основе информационно-логической модели ЭО (проект П – расчетная часть информационно-логической модели) Тогда проектное решение для определенной концепции ЭО R L M, , Zx, Pp, M M1(t), M2(t),..., Mn(t), (3) где Mi – оператор, связывающий расчетные характеристики, воздействия и модельные параметры i-го физического процесса; – оператор, связывающий структурно-компоновочные решения с параметрами эффективности (критериями); Zx – множество баз знаний, построенных, например, в системе продукций:

Zx 1,2,...,i:i fi1 fi2 ... fid, где i – i-я база знаний – множество правил (продукций), включающих множество фактов fi1 i-й продукции; PP – множество неавтоматизированных процедур (рис. 2).

Представление проекта в форме (3) является неполным относительно формы (1), но более реалистичным. Разработчик ЭО должен ориентироваться в пространстве понятий как формы (1), так и формы (3). Мощность n множества M = {M1, M2, …, Mn} моделей физических процессов, исследуемых при проектировании ЭО, определяется диаграммой сочетаний возмущающих факторов и j-м уровнем иерархии объекта ЭО.

Критерии выбора Y0 оцениваются путем построения функций принадлежности на основе метода анализа иерархий (Т. Саати) и теории нечетких множеств (Л. Заде): для заданного множества концепций {a1,a2,...,an} каждая концепция характеризуется нечетким множеством ai {ai ( yi ) / yi}, полученным на основе предпочтений лица принимающего решения (ЛПР), yi Y0. Оценки ЛПР используются при разработке и модификация И-ИЛИ дерева технических решений.

Необходимость в распараллеливании работ обеспечивается в ИЛМ путем иерархического представления ЭО и членения проектных задач на более мелкие путем выделения вертикальных и горизонтальных структур данного процесса – проектных o операций: Sij = { xij, zij, ij, rij, Vij, Yij, Kij, Wij, xij }, (i = 1, 2, …, n, j = 1, 2, …, m), где rij – новая компонента, выделяющая из xij те проектные параметры, которые зависят от результатов выполнения соседних с Sij операций, причем Sij ; i = 1, n–1; j = 1, m (n число уровней детализации проекта, а m число операций детализации на i-м уровне, i =1, 2, …, n). Такое представление Sij является основанием для построения проектных модулей. ИЛМ допускает формирование частных задач проектирования, используя наиболее простые и экономичные модели на начальных итерациях процесса проектирования, когда высокой точности результатов не требуется.

В третьей главе на основе принципа смешанной иерархии (детальная модель определенного конструктивного узла более низкого уровня иерархии комплексируется с макромоделью конструкции более высокого уровня иерархии и т. п.) сформирован набор моделей подсистем ЭО.

Структурно-компоновочные модели ЭО с оборудованием обратная лопата (основным оборудованием для ЭО I-V типоразмерных групп) представлены рядом нелинейных функций Gi, построенных на основе анализа причинноследственных связей. В качестве основных факторов выделены устойчивость машины, внешнее силовое воздействие, технологические параметры, мощность энергоустановки. Формально задача определения развесовки ЭО для входного вектора Aэ = {q, PM, RM, NДВ} сводится к определению Gэ ={ Gi }; Xэ={ xi }; i = 1, 2, …, N, где Gэ – вектор масс элементов экскаватора; Xэ – вектор линейных координат центров масс Gi (табл. 1).

Таблица Модель развесовки одноковшового экскаватора № Компоненты Компоненты вектора Gэ Логическая модель вектора Xэ (масса элемента, агрегата) подсистемы ЭО m1: {C, q, k21} GK: Gx1 RM k11RK GК 0,5 k21Cq 2 m2: {PM, RM, k22} GРО: Gx2 k12RM 2 GРО k22PM / 3RM/ m3: { NДВ, k23} GА: Gx3 k13B GА k23NДВ 0,5m4: { PM, RM, k24} GДВ: Gx4 k14B 4 GДВ k24NДВ m5: { Gэ, Xэ, kу, kн, q, гр, Lo, B} x5 k15B GПР kуMОПР M /L0 x5 у GПР: G2 / 5 / m6: {G, GПР, RХЧ, k26} GПЛ:

x6 k16B GПЛ 0,9 k26G GПР RХЧG1,m7: {G, GПР,GПЛ, B, k27} GТ:

x7 k17B GТ k27GЭ Gm8: {GРО, GА, GДВ, GK } G:

1 G GРО GА GДВ GК x8 8 G xi GG8 i 8 m9: {GРО,GА,GДВ,GK, GТ, GПЛ, x9 G xi Масса экскаватора GЭ G i GПР} Gэ: GG9 i 5 или GЭ G GТ GПЛ GПР m10: { Gэ, k10} B B k10 3 GЭ Примечание. C прочность разрабатываемого грунта; q вместимость ковша; PM, RM наибольшая сила и радиус копания; NДВ мощность двигателя; kу коэффициент устойчивости экскаватора; kн коэффициент наполнения ковша (в момент потери устойчивости); гр объемный вес грунта; Lo, B поперечная и продольная базы ходового устройства; RХЧ радиус хвостовой части поворотной платформы; GK, GРО, GA, GДВ, GПР, GПЛ, GТ, масса соответственно ковша, рабочего оборудования, гидроагрегатов поворотной платформы, двигателя, противовеса, металлоконструкции платформы, ходовой тележки; Gэ масса экскаватора; kij коэффициенты.

Коэффициенты kij модели получены на основе анализа статистических данных. Для определения масс элементов конструкции применена гипотеза об изменении массы равнопрочного бруса, подверженного действию изгибающего момента (модели m2, m6, m7), а условие устойчивости ЭО обеспечивается необходимой массой противовеса (модель m5). В диссертации рассмотрены варианты развития модели. На основе графа модели развесовки ЭО (рис. 3) обеспечивается изменение степени ее разукрупнения и/или агрегирования (рис. 3, б).

f3 fGРО PМ, RМ, kk3, NДВ GА GА C, q, kk GПР kGК f5 f1 GПЛ fkGК GПР fq, Xэ, k5, m1U mk C C k N GК q q GПЛ k GТ B Gэ G GРО PМ PМ GДВ GДВ f10 Gэ f9 f4 fRМ RМ B NДВ а б Рис. 3. Ориентированный информационный граф модели развесовки экскаватора (а) и агрегированная модель определения развесовки рабочего оборудования экскаватора (б) На практике каждому типоразмеру экскаватора соответствует диапазон изменения радиуса RM и вместимости ковша q при условии: max (RM) min (q), min (RM) = Rmin max (q), где Rmin – наименьшее значение максимального радиуса копания. Для сложившегося типоразмерного ряда экскаваторов с оборудованием обратная лопата характеристики массы сопоставлены с расчетными.

Ошибка определения массы машин 3–5 групп составляет до 3 % и для экскаватора 6-й размерной группы – 9 %. Элементарные модели m2 и m9 корректируются для каждого вида сменного оборудования ЭО.

Структурно-компоновочная модель ЭО дает возможность построения автономных и взаимосвязанных модулей программного обеспечения в системах проектирования; варьирования размерности задач на основе процедур агрегирования и разукрупнения, отыскания компромиссных решений при распределении ресурсов, выделяемых на управление структурной динамикой (развесовкой) машины, обеспечения соответствия декларативной формы математической модели принципам представления знаний в системах проектирования.

Структурно-параметрический синтез рабочего оборудования (на примере обратной лопаты). Принято допущение, что все пространственные элементы рабочего оборудования можно представить как совокупность абсолютно твердых тел, совершающих поступательное или вращательное движение в локальных или основной системе координат, связанной с осью вращения поворотной платформы и опорной поверхностью машины. Для кинематических и силовых расчетов на основе теории графов обеспечена автоматизированная «сборка» уравнений (рис. 4). Уравнения равновесия элементов рабочего оборудования:

a X Pix, a Yj Piy, a bij X сijYj Mi, i 1,..., m; j 1,.., n. (4) ij j ij ij j jIi jIi jIi Здесь aij элементы матрицы инциденций орграфа рассматриваемого гидроме ханизма; Xj и Yj реакции в шарнирах гидромеханизма; Ii множество шарниров i-го тела; Рiх, Рiy, Мi внешние нагрузки на i-м элементе; bij и cij плечи сил Xj и Yj относительно шарниров j = i. Предусмотрены различные способы формирования матрицы инциденций. Система линейных уравнений (4) сведена к матричной форме и обеспечивает решение задач на первых стадиях проектирования: стопорные нагрузки на РО, поиск расчетных положений и др.

Рис. 4. Описание структуры гидромеханизмов РО на основе ориентированного графа Геометрические и кинематические характеристики рабочего оборудования определены из уравнений, отвечающих условиям минимального времени расчета и инвариантности к структуре механизма:

q 0; q = q1, q2,... ;

I Lj 0; i 1,2... I; j 1,2,..., J; (5) li i M q Mv 0, J q где – вектор обобщенных координат механизма; Lj – функционал, определяющий условие замкнутости по j-му контуру с дугами li ; M – матрица Якоби;

J q – вектор обобщенных скоростей; Mv – вектор, включающий производные по вреq мени от компонет вектора ; I, J – количество связей и количество контуров графа.

Задача оптимального структурно-параметрического синтеза рабочего оборудования разделяется на три подзадачи:

1) Разработка эффективного алгоритма оптимизации дополнительных элементов рабочего оборудования с учетом их взаимосвязей (параметрическая оптимизация).

2) Разработка процедур структурного синтеза рабочего оборудования.

3) Разработка процедур, позволяющих сузить пространство поиска новых структурных схем и их параметрического описания.

Многоуровневая итерационная процедура ориентирована на минимизации (k (k нелинейной функции с 2k переменными (координатами вершин xqr ), yqr ) ).

В общей постановке задача построения оптимальной конструктивной схемы рабочего оборудования на плоскости заключается в следующем: заданы коор динаты базовых точек (шарниров) рабочего оборудования; требуется дополнить схему дополнительными элементами и связями при условии минимизации функции (r – индекс итерации) K Q ( 1) 1) ( 1) ( 1) ( ) ( ) yr min p2k R((k p2k R2k pqk Rqk q1 2q1)r q qr , k1 q1 ( где R((k 1), R2k 1) – длина дуг до дополнительного шарнира;

2q1)r qr ( ( ( p2k 1), p2k 1), pqk ) – интенсивность изменения исследуемого параметра по заq1 q данной q-й дуге на k-м уровне, которой можно сопоставить физический или экономический смысл.

( ( В зависимости от решаемой задачи параметру pqk )Rqk) придается также различный смысл: например, постоянная часть затрат на рассматриваемом уровне иерархии; затраты на обход «запретных» зон (увеличение стоимости при усложнении конструкции близко расположенных или совмещенных шарниров и т.п.). Этот параметр используется в качестве штрафной функции, что позволяет использовать критериальную функцию без параметрических ограничений. Длина дуг до дополнительного шарнира вычисляется по координатам шарнира, которые определяются на основе кинематического расчета, 1/( (k ( (k1) ( (x(2q1) x2k ) )2 ( y(2q1)r y2k ) )2 R2k1) .

qr 1)r qr qr Поставленная задача относится к классу многоэкстремальных. Для того чтобы избежать тривиального перебора всех вариантов построения новых структурных схем, заранее ограничивается область, где достигается глобальный минимум функции.

Для случаев, если известно распределение во времени капитальных и экс( плуатационных затрат, коэффициент pqk ) определяется по формуле Tc (k ) Tc (k ) F1(Iqt, pt ) F2(Iqt, pt ) ( pqk ) , (6) 1 en Tp Tc t0 1 en tгде F1, F2 – функционалы, учитывающие зависимость капитальных и эксплуатационных затрат от перечисленных факторов; en – нормативный коэффициент (k приведения разновременных затрат; Iqt ) – величина расхода ресурса в t-м году, связанная с q-й вершиной на k-м ярусе иерархии; Tp – расчетный срок службы элемента оборудования; Tc – срок создания машины.

Для случая, когда распределение затрат во времени не задано, коэффициент ( ( ( ( pqk ) определяется по зависимости pqk ) F3(Iqk ), p0 ) EnF4(Iqk ), p0 ).

Поиск экстремума критериальной функции связан с многократным повторением процедур геометрического, кинематического и силового анализа рабочего оборудования. Поэтому к математическим моделям, используемым в этих процедурах, предъявляются особые требования компактности представления, скорости и устойчивости вычислительного процесса, инвариантности относительно структуры, а также учет факторов, относящихся к системам более высокого иерархического уровня (например, силовые факторы РО связаны с устойчивостью экскаватора).

На первых стадиях проектирования наиболее важными характеристиками являются перемещения и скорости элементов оборудования. Ускорения, определяющие инерционные нагрузки в элементах, рассчитываются на последующих этапах, когда известны не только структура, но и масса элементов системы. Показано, что критерии типа (6) характеризуются достаточной чувствительностью для решения оптимизационных задач. Наибольшей чувствительностью отличаются критерии, включающие такие «тонкие признаки» как, например, стабильность реализуемой силы копания в заданном диапазоне перемещения рабочего органа и т.п.

Задача поиска расчетных положений элементов рабочего оборудования формализована следующим образом: определить координаты элементов рабочего оборудования 1, 2 и 3 и положения нагрузки Pk относительно ковша, при которых в рассматриваемом элементе оборудования возникают максимальные напряжения пр : arg max Pk,i,, i, (7) i1,2,3,G где – множество неопределенностей, состоящее из четырех элементов:

1, 2, 3, 4. Элементы множества поставлены в соответствие с вероятностью работы элементов оборудования в конкретных диапазонах изменения i.

При анализе расчетных положений учитываются ограничения силы Pk по устойчивости ЭО, по возможности протаскивания ЭО относительно опорной поверхности грунта и настройке клапанов гидромеханизмов оборудования. Для этой цели разработаны соответствующие алгоритмы.

Детальное исследование напряженно-деформированного состояния металлоконструкции машины при последующем развитии проекта ориентировано на метод конечных элементов (МКЭ). Поскольку для некоторых элементов рабочего оборудования необходимая мощность множества i, обеспечивающая решение задачи (7), достаточно велика (|G| > 103), то использование МКЭ в этих задачах исключается в связи с катастрофическим ростом затрат машинного времени. Поэтому предварительный поиск расчетных положений рекомендуется выполнять по упрощенной методике (без учета реальной податливости элементов), а в ограниченной области изменения i выполнять расчет с использованием МКЭ. Практическая реализация метода осуществлена в CAD/CAE-среде SolidWorks–visualNastran. Выявлено, что даже при существенном увеличении множества положений (|G |> 105) степень обоснованности проекта не может быть равна единице, поскольку, во-первых, множество не может быть сужено до нуля, а, во-вторых, всегда можно выделить такие расчетные положения, где сила Pk не ограничивается перечисленными факторами. В связи с этим разработаны конструктивные решения (а.с. № 949091 и а.с. № 1313979), исключающие подобные (экстремальные) сочетания факторов.

Моделирование приводных систем и рабочей среды. Элементы приводных систем сменного рабочего оборудования ЭО рассматриваются в сосредоточенных параметрах, что позволяет представить их в виде физически неоднородной цепи и применить в расчетах развитый аппарат моделирования на основе эквивалентных схем и соответствующие прикладные программы, обеспечивая реализацию типовых проектных процедур (статика, временной анализ, модели чувствительности, оптимизация и др.).

Математические модели конструктивно-функциональных узлов машины (обратная лопата, бурильное оборудование, гидропневматический молот), а также моделей рабочих сред представлены как многополюсники (рис. 5–7) и хранятся в библиотеке среды проектирования. Параметры модели прочного грунта (коэффициенты системы дифференциальных уравнений и соответственно схемная модель) получены решением задачи идентификации по экспериментальным данным КФ ВНИИстройдормаш. Схемное представление моделей обеспечивает наглядность, изменение уровня детализации, иерархичность представления, гибкость модификации.

Модели процесса копания грунта. Копание грунта по траектории большой кривизны по следующим признакам (рис. 8): глубина и угол резания зависят от положения ковша; пространственность картины разрушения грунта изменяется в связи с изменением соотношения глубины и ширины резания; расчетная схема резания грунта трансформируется на этапе выглубления режущей кромки ковша (вырезание грунтового сегмента в условиях действия пригрузки P(x) от грунта, находящегося в ковше). Известные расчетные схемы и математические модели не учитывают указанные особенности.

Для определения касательной силы резания грунта в любой точке траектории используются аналитические зависимости Зеленина–Горовица–Живейнова, которые для предложенной расчетной схемы сведены к выражению:

P C0cos DRla1 gDR2la2 R2D(b3a3 b4a4 ) gDRk0la5 вдlш Ra6. (8) Здесь первое слагаемое определяет работу, затрачиваемую режущим периметром на преодоление сил связности грунта (поверхностных сил), второе – работу объемных сил (сил веса грунта в зоне разрушения), третье – работу, характеризующую пространственность процесса разрушения грунта перед горизонтальным профилем, четвертое – работу объемных сил от пригрузки в зоне резания и последнее – работу вертикальных профилей (боковых стенок ковша).

Рис. 5. Схемная модель гидропривода бурильного оборудования Рис. 6. Схемная модель гидропневматиче Рис. 7 Схемная модель гидропривоского молота (а) и зависимость силы да бурильного оборудования инерции бойка от приведенной жесткости элементов привода (1-4) Рис. 7. Моделирование процесса ударного разрушения грунта:

а - схема замещения модели грунта;

б - интенсивность внедрения инструмента;

в - к исследованию реологической модели мерзлого грунта;

П – перемещение инструмента;

ПЗ – перемещение упруговязкопластичной зоны грунта а б Рис. 8. Расчетная схема для определения усилия резания при движении режущей кромки по траектории большой кривизны: а – начальный этап; б – конечный этап резания В более компактном виде с использованием индексированных переменных P aibici, где ai= f(0, ), bi = f(C0, ,D) и ci= f(R, l) – элементы слагаемых в iформуле (8), учитывающие кинематические характеристики процесса резания, параметры грунта (C0 – сцепление грунта, – угол внутреннего трения грунта, вд – сопротивление вдавливанию; D – функция параметров 0, ) и параметры ковша.

Сопротивление наполнению (рис. 9) представлено как сумма сил трения и липкости о боковые стенки T7 +T8 и силы липкости о днище ковша T9 в соответствие с выражением r2 T 2 )cos 0rdrd cos0RlP ( Pл л d, r1 0 где – коэффициент внешнего трения грунта; – нормальное давление грунта на боковую стенку Рис. 9. Схема к определению ковша; P – удельная липкость грунта.

л сопротивлений наполнению Касательная к траектории сила копания PК P T. Работа копания для любого участка траектории определяются как 9 I AК PК Rd или AК R bici, а сила копания PК bici. (9) a a i i i1 iВекторное представление силы и работы копания дает лучшие возможности построения вычислительных алгоритмов. Анализ механики процесса копания и расчеты на основе (9) позволили выявить наиболее энергоемкий участок траектории копания, обосновать рациональную по энергоемкости копания технологическую схему разработки грунта ковшом обратной лопаты, исключающей наиболее энергоемкий участок траектории при заглублении ковша в грунт.

В четвертой главе разработана концепция автоматизированной технологии и среды проектирования ЭО. В состав среды проектирования включены модели физических процессов, модели эвристических процедур (базы знаний), элек тронный макет ЭО, макромодели функционирования и эффективности ЭО с детализированным перечнем требований к комплексированию перечисленных компонент (рис. 10).

Математические модели физических процессов представлены в среду проектирования в форме (3). Мощность n множества M = {M1, M2, …, Mn} моделей физических процессов, исследуемых при проектировании ЭО, определяется диаграммой сочетаний дестабилизирующих факторов и j-м уровнем иерархии в соответствие с ИЛМ проектирования. В среде проектирования каждый физический процесс или проектная процедура выделены в отдельную подсистему, определены связи между подсистемами, что позволяет исследовать составную единую модель или ее часть как систему. Компоненты среды проектирования, разрабатываемые в диссертации, выделены пунктиром на рис. 10.

Среда проектирования ЭО позволяет реализовать полный цикл проектных исследований, отражаемый в информационном проектном пространстве. В зависимости от комплекса внешних воздействий, типоразмера ЭО, вида сменного оборудования и уровня разукрупнения у разработчика имеется возможность изменять число связей между подмоделями и исследовать наиболее важные эффекты, проявляющиеся при совместном протекании в ЭО физических процессов.

Подмодель механи- Подмодель рабочих Информационное ческих процессов проектное прост- процессов ранство и модель для работы с ним Подмодель деградационПодмодель гидравлиных процессов, эргономических процессов ки, надежности, конкурентоспособности Подмодель тепловых, Подмодель структурно- электрических и аэро- Подмодель оценок динамических процескомпоновочных решений эффективности сов Рис. 10. Основные компоненты (физических процессов) среды проектирования ЭО В процессе исследований характеристик ЭО в среде проектирования необходимо импортировать и экспортировать определенный объем информации.

Для достижения данной цели предложено использовать электронный макет (ЭМ) – это единое пространство параметров, отражающих структуру, схемотехническую и/или конструкторско-технологическую реализацию отдельных частей или ЭО в целом, полученную на основе комплексных исследований характеристик ЭО средствами математического моделирования в рамках информационного взаимодействия разработчиков на любом этапе жизненного цикла ЭО с использованием ИПИ-идеологии (рис. 11).

Единое пространство параметров отражается в ЭМ в виде результатов моделирования, а также схем, эскизов, чертежей, геометрических (виртуальных) моделей. Полученная модель перемещается по различным этапам ЖЦ ЭО путем ее конвертации в стандарт STEP для информационного взаимодействия разработчиков в рамках сетевых технологий (электронных сетевых предприятий или распределенных КБ).

Модель ЭМ ЭО конфигурирования структуры ЭМ ЭО Среда проектирования ЭО (модели физических процессов) Интегрированная база данных и модель для работы с ней БД Комплект КД и ТД, геометрические модели конструкций. Электронные технические руководства AP Конвертация ЭМ ЭО в рамках стандарта ГОСТ Р 10303 (STEP) в прикладных протоколах AP-203, AP-2Рис. 11. Основные компоненты, обеспечивающие формирование электронного макета одноковшового экскаватора (ЭМ ЭО) Сформулирован ряд требований, необходимый для решения задач проектирования ЭО в рамках создаваемой методологии. Требования определяют взаимную согласованность алгоритмических, математических, методических и информационных обеспечений.

При синтезе технических решений и подмоделей механических, гидравлических и др. процессов наиболее жесткими являются следующие требования:

необходимо учитывать особенности конструкторско-технологических решений, используемых разработчиками ЭО; в процессе синтеза моделей метод должен использовать ранее разработанные модели и в максимально гибкой форме подключать новые классы моделей с целью реализации процедур поискового проектирования ЭО. Для обеспечения этих требований метод моделирования должен оперировать с моделями различных классов. В соответствии со схемой (рис. 12) метод математического моделирования для комплексного исследования характеристик ЭО ориентируется на автоматизацию двух наиболее сложных, с точки зрения формализации, эвристических процедур, а именно: формализацию конструкции с точки зрения исследуемого процесса (выдеСистемы автоматизированного проектирования и технологический подготовки производства ( CAD CAM CAE -системы) ление в геометрической модели электронного макета множеств известных и неизвестных конструкторско-технологических решений, определяющих специфику протекания исследуемого процесса); формализацию ряда моделей физических процессов для выделенных множеств конструкторскотехнологических решений (определение множества моделей 1–3-го классов, степени их детализации, а также правила их объединения в общую композицию).

Рис. 12. Схема метода моделирования характеристик конструкции и приводных систем ЭО в компьютерной среде проектирования: БЗ (М) – база знаний по синтезу математических моделей из набора моделей 1-го и 2-го классов; БЗ (КД) – база знаний по распознаванию конструкторских решений; файл ТР – файл с техническими решениями (агрегаты, элементы), моделями и процедурами; ФИ – файл интерпретации (распознавание, визуализация, интерпретация, управляющая информация) Процесс синтеза математической модели физического процесса (механического, гидравлического и т. д) представлен параметрической схемой синтеза:

Fijk ij Zn, Fijk Uk, i ; j 1,J ; k 1,K, 1,I где ij – концепция ЭО при использовании i-й модели конструкции j-го физического процесса; Fijk – правило синтеза i-й модели конструкции ЭО j-го физического процесса; Zn – n-я база знаний, определяющая правила синтеза;

Fijk Uk – множества моделей 1-го и 2-го классов проектируемых k-х узлов (элементов) j-го физического процесса.

Процесс экспертного анализа вышеописанных процедур выполняется в рамках метода средствами экспертной системы, использующей базы знаний Z1 d и Z2 k, состоящие из конечного множества продукций P (правил) и конечных множеств фактов fim. Продукции i в базах знаний являются независимыми и устанавливаются для любого множества фактов fim. Факты, в свою очередь, могут являться взаимосвязанными, создавать единое знание из нескольких фактов ( Pi: fi1 fi2 ... fid F ), что позволяет трансформировать простые знания в более сложные (метазнания). Таким образом обеспечено аккумулирование фактов, конструкторских прецедентов и проектов, что актуально для проектных организаций, столкнувшихся со сменой поколений или накопивших множество конструкторских решений, не отраженных в литературе. При обращении к экспертной системе разработчик получает выбранный из базы знаний запрос в формате si fi1 fi2 ... fim. В результате ответа на запрос экспертная система, применяя продукцию, получает новый факт и снова выдает запрос и т. д. Экспертная система осуществляет логический вывод, оперируя характерными признаками определенного конструктивного узла, конструктивного элемента или конструкции в целом. Такие признаки хранятся в справочном файле и описываются так же, как и модели при помощи множества пар «объект = значение».

Необходимым атрибутом среды проектирования является диалог, в процессе которого от ЛПР требуется получение дополнительной информации в виде весовых коэффициентов, условий предпочтения и т. д. Предпочтительными для ЛПР операциями являются: упорядочение критериев по важности; выделение части критериев, значение которых неудовлетворительно в наибольшей степени. Компромисс между своими потребностями ЛПР осознает в результате реализации проектной процедуры и представляет собой адаптацию ЛПР к задаче.

Разработанные среда проектирования, компоненты для формирования электронного макета ЭО и требования к комплексированию моделей и методов отражают основные составляющие методологии проектирования ЭО в компьютерной среде (рис. 13). Принципиальное отличие возможностей методологии от известных состоит в том, что математические модели строятся на основе обобщенных подходов к физически неоднородным процессам в приводных системах и рабочих процессах и ориентированы на широкую номенклатуру схемноконструкторских реализаций рабочего оборудования ЭО.

В пятой главе представлены методика, оборудование и результаты экспериментальных исследований процесса копания грунта по траектории большой кривизны и определению рациональных технологических схем копания ковшом обратной лопаты. Исследования выполнены на стенде и на экскаваторах с установленными на них экспериментальными и серийными ковшами (q = 0,4 м3 и q = 0,5 м3). Опыты проводились на трех типах грунтов: уплотненном песке, суглинке (C = 4–5) и глине (C = 5–6) естественного залегания. Режущая часть ковша выполнена в виде периметра, закрепленного при помощи шарнира и тензотяг для измерения силы резания. Сила копания фиксировалась по тензоосям в шарнирах ковша.

Выделение основных ТЗ Эвристический синтез взаимодействующих на разработку конструкции РО ЭО факторов РО ЭО (концептуальные решения i) Синтез моделей физичеМетодика Методика ски неоднородных проМетодика идентифи- идентицессов на разных уровоценки струккации ра- фикации нях конструктивной иетурно-компобочих про- параметрархии РО ЭО новочных рецессов ров и эфшений фективности ЭО Модели эвристических...

процедур. Базы данных.

Базы знаний Комплексное исследование Электронный макет ЭО характеристик ЭО Метод Метод Методика оценки эффективно...

параметрического структурного сти ЭО с учетом вероятностных синтеза синтеза факторов эксплуатации Методики и типовые процедуры расчета и проектирования Схемотехниче- Конструиро- Расчет проч- Прогнозирование ское проективание (в т.ч. ности и долго- надежности ЭО, рование приво- построение вир- вечности эле- работающих при комдов, конструк- туальных моде- плексе внешних и ментов оборуций и оборудо- лей, прототипи- внутренних дестабилидования зирующих факторов вания рование) Статика и динамика (анализ временных характеристик); анализ наихудшего … случая; частотный и спектральный анализ; анализ чувствительности; параметрическая оптимизация; оптимизация допусков Метод управления данными Построение множества недоминируемых решений, оптимальных по Парето (yП) Исследование области Парето и ее сужение Проект ЭО с наилучшими показателями технического уровня Электронный макет ЭО в формате стандарта ГОСТ Р 10303 (STEP) Рис. 13. Методология проектирования одноковшовых экскаваторов, базирующаяся на основных принципах ИПИ-идеологии и комплексном математическом моделировании структурно-компоновочных решений, физических процессов и техникоэкономической оценки параметров Установлено, что форма грунтового тела, поступающего в ковш, не соответствует известным геометрическим представлениям о пластах грунтах при послойной их разработке и представляет собой частично разрушенный грунтовый сегмент.

Сопоставление расчетных и экспериментальных зависимостей сопротивления наполнению показывает, что с учетом фактической площади контакта грунта с элементами ковша расчетные величины отличаются от опытных не более чем на 15 %. Известные формулы обеспечивают аналогичную точность только для несвязных грунтов, а для связных грунтов (в частности для С > 5) ошибка расчетов по ранее предложенным формулам составляет более 100 %.

Сравнение расчетных значений силы и энергоемкости копания по формулам (8) показало удовлетворительное соответствие экспериментальным данным.

Наибольшая ошибка (19 %) получена для условий разработки грунта экскаватором в полевых условиях.

Технологическая схема разработки грунта поворотом ковша (схема 1), в которой каждый последующий рез в забое выполнялся выше предыдущего, обеспечивает наименьшую энергоемкость процесса и ее следует считать рациональной независимо от конструктивных особенностей рабочего органа и жесткости подвески ковша.

При наличии колебаний у центра подвески ковша нормальная к траек тории сила копания может принимать Рис. 14. Соотношение нормальной и отрицательные значение (рис. 14). При касательной к траектории сил копания:

этом увеличивается энергоемкость коmax – наибольшее смещение подвески пания за счет дополнительных сопроковша ( x2 ); – текущий угол поворота тивлений от трения грунта по внешней части днища ковша.

ковша ( x1) Уравнение регрессии в безразмерных координатах 2 0,337 0,039x1 0,342x2 0,36x1 0,048x2 0,33x1x2, (9) определяет для серийных машин расчетный диапазон 0,3 0,45, что соответствует x2 = –0,33(–0,6) в формуле (9). При расчете силового потенциала ЭО значения необходимо определять для каждого значения угла .

На основе аналитических и экспериментальных исследования получена формула минимальной ширины ковша обратной лопаты из условия гравитационной выгрузки грунта a7K7R2K a8K8RPл B 2, к min k0K Rg a9K9P н л где a7, a8, a9 и др. соответствуют обозначениям в формулах (8); k0 – параметр, характеризующий боковую площадь грунтового сегмента.

Выявленные в процессе исследований рабочего процесса закономерности явились основой повышения эффективности экскаваторных ковшей (а.с.

751912, а.с. 825781, а.с. 941477, а.с. 1021722, а.с. 1105561, а.с. 1313957).

В шестой главе обоснована технологическая схема проектирования, реализующая предложенную методологию проектирования ЭО. Она представлена в виде общей (ОЗП) и частных (ЧЗП) задач проектирования. Соподчиненность в последовательности выполнения проекта П определяется следующей цепочкой:

проектная операция проектная процедура ЧЗП П. Здесь стрелка обозначает отношение «принадлежит к».

Технологическая схема проектирования. Проект П отражает результаты выполнения процедур на определенной стадии проектирования, он включает сведения из ЧЗП. Формирование ЧЗП для заданного входного вектора q осуществляется на основе методики QM. При заданном q методика QM позволяет получить различные варианты ЧЗП при заданных критериях, ограничениях, неуправляемых параметрах, а также выбранного метода оптимизации. Входной вектор q = (х, Х0, Z0) должен быть задан таким образом, чтобы существовала необходимая для его разрешения методика QM. Решение ЧЗП является основой создания очередного вектора qi1 с помощью операции Qq, причем такого q, для которого существует методика QM.

Линейная последовательность проектных операций представлена в виде технологической схемы процесса проектирования, которая включает как методологические вопросы проектирования, так и методики решения ЧЗП. Последовательность действий, задаваемых технологической схемой, определяется исходной информацией к проекту (х, Х0, Z0), а также циклом проектирования, включающем распознавание ситуации QP, методику Qq, методику решения ЧЗП QM. Цикл завершается разработкой подпроекта на уровне ЧЗП, часть которого помещается в общий проект П.

Реализация этой последовательности подразумевает: построение многоуровневого графа, вершины которого отражают проектные операции по агрегатам ЭО, а дуги – по информационным потокам и последовательности развития ОЗП по времени, формулирование ЧЗП, в том числе условия компромисса для их согласования (нисходящее проектирование), решение поставленных ЧЗП (восходящее проектирование).

При разработке технологической схемы решены вопросы координации в каждом из процессов, вопросы неопределенности принятия решений. Разрешимость указанных вопросов возможна, во многих случаях, лишь с участием ЛПР и использованием экспертных процедур (рис. 12). Ниже приведены методики решения ЧЗП ЭО различного системного уровня.

Оценка силового потенциала ЭО. Под силовым потенциалом экскаватора определена средняя реализуемая сила копания на режущей кромке ковша во всем рабочем диапазоне перемещения ковша в пределах забоя. Для машины с заданными параметрами (конструктивно-кинематической схемой рабочего оборудования и мощностью силовой установки) силовой потенциал ограничен устойчивостью экскаватора относительно ребер опрокидывания, настройкой клапанов реактивного давления запертых гидроцилиндров, а также сдвигом экскаватора относительно опорной поверхности. Численное значение силового поN тенциала экскаватора определяется по формуле: P Pki, N iгде Pki наибольшая сила копания, реализуемая в i-м положении рабочего оборудования, с учетом действующих ограничений; N число сочетаний положений силы Pki с положениями стрелы, рукояти и ковша. Силовой потенциал характеризует копающую способность ЭО. Из данных рис. 15 следует, что копающая способность экскаватора уменьшается до 60 % в вариантах увеличения технологических параметров рабочего оборудования обратная лопата. Оценка силового потенциала P использована для определения эффективности разработки грунта с прочностной характеристикой Сi ковшом qj.

Таким образом, при оценке эффективности процесса копания грунта различной прочности учитывается реальная (а не заявленная в проекте или проспекте) копающая способность экскаватора с заданными конструктивно-кинематическими характеристиками рабочего оборудования.

Производительность ЭО. Каждому j-му Рис. 15. Зависимость относительковшу различной вместимости соответствует ной величины силового потенциала экскаватора 3-й размерной группы от j-й вариант конструктивно-технологических параметров рабочего оборудования, в котором максимальная глубина копания Hкj определена при конкретных соотношениях длины стрелы и рукояти. Для выполнения объемов земляных работ до глубины Нкj необходимо разработать грунт на всех глубинах от нуля до Нкj. Сменная эксплуатационная производительность ЭО учитывает объем работ, выполненный каждым ковшом qj, J I J F(0, Hкj ) П KвTсмkв ; j 1, 2,..., J ; 1.

Pi k ; k П k (Сi, q, H ) j j j j j I j1 i1 j F(0,H ) кj j где ПС q H – часовая техническая производительность ЭО, оснащенного комплекi, j, j том сменных ковшей, при разработке грунта с прочностной характеристикой Ci j-м сменным ковшом; Pi – вероятность появления в эксплуатационном фоне экскавато ра грунта с прочностной характеристикой Ci (по данным Зеленина-Недорезова); k – в коэффициент использования машины по времени, учитывающий потери времени на переоборудование экскаватора; Tсм – продолжительность смены; kj – относительный объем работ по глубине выемки, выполняемых j-м ковшом, который пропорционален значению интегральной функции F(Н кj ) распределения объемов работ по глубине выемки. С учетом силового потенциала разработаны рекомендации по комплекту сменных ковшей обратной лопаты.

Для непрерывного ряда изменения массы ЭО получена диаграмма изменения эффективности при следующих допущениях: принадлежность к рассматриваемому типоразмеру экскаватора определяется по массе машины с возможным отклонением от номинала до 12 %; глубина и радиус копания определяются для номинального (расчетного) значения массы ЭО; в пределах отклонения от номинала массы ЭО сохраняется конструктивно-геометрическое подобие вариантов РО; экскаватор оборудован одним (основным) ковшом. Интервальные оценки производительности ЭО характеризуются следующими основными особенностями: общий рост производительности согласуется с увеличением типоразмера ЭО по зависимости, близкой к линейной; с увеличением массы ЭО производительность уменьшается (при C = 10) для машин больших типоразмеров более интенсивно (вследствие более интенсивного увеличения энергозатрат на поворот платформы), а для C = 40 увеличение массы машин 3–4 типоразмерных групп дает увеличение производительности вследствие увеличивающегося силового потенциала, но для 5-6 групп ЭО увеличение энергозатрат на поворот становится снова превалирующим фактором.

Полученные закономерности изменения производительности следует учитывать при формировании многокритериальных оценок, когда ЛПР выполняет уступку по критериям «производительность» или «масса машины». Например, для ЭО 5–6-х типоразмерных групп критерии П max или Gэ min непротивоРис. 16. Интервальные оценки изменения производительности экскаватора от массы (типоразмера) ЭО для раз- речивы для условий различной прочности разрабатываемого грунта: 3, 4, 5, 6 – но- работки грунта любой мер типоразмерной группы ЭО; С – прочность разрабатыпрочности (рис. 16).

ваемого грунта (по числу ударов плотномера ДорНИИ) Выполненные расчеты производительности для C = 10 (наиболее вероятный по прочности грунт в условиях эксплуатации) и C = 30 (предельная прочность грунта для ЭО) показали возможности прогнозирования производительности ЭО на стадии проектирования на основе методов математического моделирования, включающих оценки интегральных показателей: структурнокомпоновочные решения, силовой потенциал, особенности конструктивнотехнологических параметров рабочего оборудования, а также наличие сменных ковшей, вероятностные характеристики прочности разрабатываемых грунтов и глубины выемок. Линейный рост производительности ЭО обеспечивается при нелинейном росте мощности двигателя и наибольшего радиуса копания.

Оптимизация стрелоподъемного гидромеханизма. Основной целью проектирования стрелоподъемного гидромеханизма следует считать минимизацию усилия на штоке гидроцилиндра при условии выполнения кинематических требований ТЗ. Для заданного грузового момента от веса рабочего оборудования G необходимо определить координаты нижнего и верхнего шарниров гидроцилиндра, если амплитудные значения перемещений: min c max ;

0 x xmax ; min c max c; c c. Здесь x – ход штока гидроцилиндра. Проектными параметрами механизма являются величины a, c и.

Нагрузка R на шток гидроцилиндра и скорость поворота стрелы зависят от c положения стрелы: R f1x, M ; f2x, V , где f1. и f2. – нелинейные c функции. Для вектора проектных параметров X a,b определить X arg min max R a,b при ограничениях на ход штока.

c Полученный вариант модели позволяет выполнить не только статический, но и динамический расчет. Нелинейные функции f1. и f2. помещены в системную библиотеку. Задача решалась на основе комбинаций метода случайного поиска с уменьшением интервала поиска и равномерным распределением пробных точек, а также метода переменного порядка. Для ЭО третьей группы определен вектор оптимальных параметров X a 0,8; b 2 при min maxR 165,68 кН. Использование метода переменного порядка оказалось c излишним, так как не привело к уточнению решения, полученного на первом этапе оптимизации. Вместе с тем именно сочетание математических моделей и методов оптимизации дает возможность модификации критериальных функций и ограничений в иной постановке задачи.

Оптимизация параметров гидромолота. Модель в виде системы алгебродифференциальных уравнений формируется в автоматизированном режиме на основе схемы замещения. Для вектора проектных параметров X S, F0,,M,hЛ,hП рассмотрены две критериальные функции:

З X1 arg max F S, F0,, M,h,h, X2 arg max E S, F0,, M,h,h, где F – сила удара; E – энергия удара (определяется кинетической энергией бойка в начальный момент удара); S – площадь сервоцилиндра переключения золотника; F0 – предварительный натяг пружины; – жесткость пружины; M З – масса золотника; hЛ,hП – начальное открытие соответственно левой и правой дросселирующей кромки.

Первый вариант оптимизации дает наибольшее значение критериальной функции F = 4348 кН. При этом кинетическая энергия в момент удара равна E = 709,7 Дж. Второй вариант оптимизации обеспечивает большую энергию удара E = 815,4 Дж при значительно меньшей силе удара F = 1807 кН. Приоритет критериальной функции в виде кинетической энергии удара E обычно считают наивысшим.

Эффективность использования ЭО. Эффект и прибыль от ЭО в сфере эксплуатации представлены в виде модели максимизации объема работ (10) и прибыли (11) на основе производственной функции (ПФ) с учетом ограничений по бюджету фирмы B: max y(L, K), CLL CK K B; (10) max PR(L, K ) max (Cy CM )y(L, K ) CLL C0, (11) где Cy – цена реализации продукции; y – объем работ; С – полные издержки за заданный период; C0 – плата за основные фонды (амортизационные отчисления за собственную технику или плата за аренду техники); y(L,K) – ПФ в виде dy d0Ld K ; L годовая зарплата; K стоимость машин.

Для строительной фирмы, специализирующейся на производстве земляных работ показано, что: увеличение объемов работ ymax ограничено по основным средствам и персоналу фирмы; оптимальный по критерию прибыли PR объем работ оказался меньшим по сравнению с максимальным ymax при соответствующем бюджете B; увеличение бюджета фирмы дает прирост прибыли только в ограниченном диапазоне изменения бюджета; если при максимизации y(L,K) вступили в силу ограничения по величинам L и K, то при максимизации прибыли имеет место ограничение только по верхнему пределу K, а величина Lопт ограничилась экономическими факторами. Постановка задачи отражает общие черты производственных систем, что позволяет рекомендовать использование подобных метамоделей для разработки ТЗ на проектирование ЭО и их сменного оборудования, т.е. на уровне принятия концептуальных решений.

В седьмой главе представлена программная реализация составных частей среды проектирования ЭО на основе созданных в работе математических и виртуальных моделей, используемых для подготовки электронного макета ЭО.

Основой функционирования среды являются ИЛМ и технологическая схема проектирования ЭО, обеспечивающие реализацию основных методических положений созданной методологии. Реализация методологии проектирования ЭО на практике осуществляется за счет стандартной функциональности CAD/CAMсистем, частично достигается организационными мерами и, в определенной мере, обеспечивается средствами настройки программных продуктов (проектных модулей) среды проектирования, позволяющими поддерживать необходимые функции и методологические решения в целом.

Основным программным модулем на первых стадиях проектирования ЭО является модуль расчета развесовки экскаватора. Модуль выполнен в двух вариантах, обеспечивающих два режима использования: автономное функционирование (программа в пакете Mathcad); работа в составе среды проектирования (программа написана на m-языке пакета Matlab). Авторские права на программу защищены (Свидетельство о регистрации № 8931 от 20.08.2007 г.).

Для задач моделирования нагрузок в элементах рабочего оборудования ЭО разработана программа MC (язык С++, свидетельство ГОСФАП, 2007г.). Результаты работы программы MC используются для оценки силового потенциала ЭО и напряженного состояния элементов рабочего оборудования. В основу определения напряжения положены упрощенные зависимости. Реальная податливость металлоконструкции здесь не учитывается. Это допущение дает возможность выполнить сравнительный анализ расширенного множества расчетных положений элементов рабочего оборудования (104–106 положений элементов). Сравнительный анализ напряжений выполняется в проектном модуле NAGR.

Детальное исследование напряженно-деформированного состояния металлоконструкции машины оценивается на основе метода конечных элементов.

Для работы в среде проектирования используется виртуальная (3D-модель) модель ЭО, выполненная в среде Solid Works-visualNastran. Важными признаками разработанного методического и программного обеспечения расчетов рабочего оборудования является: работа со «сборками» рабочего оборудования, что характерно для САПР высокого уровня; виртуальная модель экскаватора и пакеты автоматизированного анализа взаимодействуют с основными компонентами, участвующими в формировании электронного макета ЭО.

Оценка производительности ЭО выполняется на основе программы PROIZV.

Программа включает оценку энергетических затрат на копание грунта с учетом его прочности и возможностей реализации силового потенциала при заданных кинематических параметрах рабочего оборудования и вместимости ковша.

Анализ технико-экономической эффективности внедрения методологии проектирования РО ЭО в ОМЗ ГОиТ «Уралмаш-Ижора» показал на примере реализации инвестиционного проекта улучшение показателей по всем элементам ЖЦ, время и стоимость проектирования сокращены на 70 % и могут быть далее существенно улучшены на организационном уровне.

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ В диссертационной работе теоретически обоснована и решена крупная научно-техническая проблема развития методологии и вошедших в нее моделей, методов, программных средств и методик для проектирования РО ЭО, бази рующихся на основных принципах ИПИ-технологии и комплексном исследовании характеристик ЭО средствами математического моделирования. Основные научные и практические результаты, полученные в рамках указанной проблемы, состоят в следующем:

1. Рассмотрен и проанализирован системный подход к обоснованию требований к технологическим машинам многоцелевого назначения как объектам технического проектирования. Определены аспекты и этапы проектирования машины как сложной технической системы и требования к модели выбора наилучшей структуры и параметров. Показано, что структура и параметры машины определяются набором ее математических моделей.

2. Обоснована информационно-логическая модель проектирования одноковшового экскаватора как машины многоцелевого назначения, рассматривающая процесс проектирования как элемент жизненного цикла машины, ориентированная на деятельность разработчиков в интегрированной информационной среде и реализующая принципы работы с виртуальной моделью машины, поддерживающая коллективную разработку на основе сетевых технологий и действующих стандартов в области информационных технологий.

3. Композицией нелинейных алгебраических уравнений представлена модель структурно-компоновочного проектирования одноковшового экскаватора, как представителя класса технологических машин многоцелевого назначения. В качестве основных факторов модели выделены устойчивость машины, внешнее силовое воздействие, технологические параметры, мощность энергоустановки.

Модель структурно-компоновочного проектирования позволяет: построить модульную структуру модели развесовки экскаватора; варьировать размерность задач на основе процедур агрегирования и разукрупнения; проводить согласование и взаимную интерпретацию результатов, полученных на различных моделях; осознанно находить компромиссные решения при распределении ресурсов, выделяемых на управление структурной динамикой (изменением развесовки) машины; осуществлять одновременно синтез функциональной и конструктивной структуры экскаватора в рамках одного формального описания; обеспечить соответствие декларативной формы математической модели (в основе которой описание модели задачи, а не алгоритма ее решения) принципам представления знаний в системах проектирования.

Для сложившегося типоразмерного ряда отечественных экскаваторов ошибка определения массы машин 3–5 групп составляет до 3 % и для экскаватора 6й размерной группы – 9 %.

4. На основе совокупности основополагающих принципов композиционного проектирования сложных технических систем разработан метод структурно-параметрического синтеза РО ЭО, определен механизм генерации проектных альтернатив с использованием операторов селекции и мутации.

5. Разработан и исследован набор математических (схемных) моделей приводных систем и конструкций сменного рабочего оборудования экскаваторов (обратная лопата, бурильное оборудование, гидропневматический молот), а также моделей рабочих сред, ориентированных на автоматизацию проектных процедур. Показана возможность использования моделей в составе задач оптимального проектирования. Модели обеспечивают: наглядность представления, изменение уровня детализации, иерархичность представления, гибкость модификации.

6. Разработана расчетная схема и аналитическая модель для определения силы и энергоемкости процесса копания грунта по траектории большой кривизны (процесса, характерного для копания грунта поворотным движением ковша экскаватора). Расчетная схема специфична по следующим признакам:

глубина и угол резания зависят от положения ковша; пространственность картины разрушения грунта изменяется в связи с изменением соотношения глубины и ширины резания; расчетная схема резания грунта трансформируется на этапе выглубления режущей кромки ковша. Математическая модель представлена в матричной форме, наиболее приспособленной для реализации вычислительных алгоритмов. Оценка ошибки составляет: 14 % – по силе резания для наибольшей глубины копания; 16 % – усредненная по всей траектории; 23 % – максимальная по всем участкам траектории.

7. Выявлены закономерности изменения силовых и энергетических показателей процесса копания грунта при различных траекторных перемещениях рабочего органа, соотношения нормальной и касательной к траектории сил копания, представленные соответствующими уравнениями регрессии, а также наиболее эффективная технологическая схема разработки грунта, обеспечивающая повышение производительности ЭО за счет уменьшения энергоемкости копания и улучшения наполнения ковша.

8. Разработан метод оценки эффективности ЭО с учетом вероятностных факторов эксплуатации (распределения объемов работ по глубине выемки и вероятности появления в условиях эксплуатации грунта с заданной трудностью разработки), включающий оценку реальной копающей способности экскаватора (силового потенциала). С учетом изменения энергозатрат по элементам цикла и взаимосвязи параметров РО для грунтового фона по данным ЗеленинаНедорезова показаны варианты выбора рационального комплекта сменных ковшей.

9. Сформирована и решена задача поиска расчетных положений элементов рабочего оборудования экскаватора, включающая процедуры кинематического и силового анализа конструкции, в виде сочетания упрощенных методов расчета прочности и поверочного расчетов на основе использования виртуальных моделей и применения метода конечных элементов.

10. Предложена концепция среды проектирования РО ЭО, которая обеспечивает технологию проектирования ЭО путем реализации частных задач проектирования различного иерархического уровня в зависимости от комплекса воздействий на ЭО, типоразмера ЭО и уровня разукрупнения, изменяя количество подмоделей и/или связей между подмоделями и, таким образом, исследовать наиболее существенные эффекты, проявляющиеся при совместном протекании физических процессов в ЭО.

11. Обоснован состав компонентов, обеспечивающих формирование электронного макета ЭО для выполнения полного цикла проектных исследований на базе среды проектирования в соответствии с основными методологическими принципами ИПИ-идеологии.

12. Разработан метод математического моделирования физических процессов и технических решений РО ЭО, позволяющий на основе специальных схем синтеза и экспертной системы формировать модели или комплексы моделей сложно формализуемых конструкций ЭО для множества проектных задач, возникающих на различных стадиях разработки ЭО. Метод обеспечивает накопление, анализ и выбор проектных решений на основе согласованности математических, алгоритмических, методических и информационных обеспечений.

13. Разработанные математические модели, программное и методическое обеспечение использованы в практике проектирования ряда предприятий, а также внедрены в учебный процесс вузов. Использование разработанной методологии обеспечивает сокращение времени проектирования рабочего оборудования до 70 %, времени на разработку технологии до 40 %, стоимости проектирования на 50-70 %.

Положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях по перечню ВАК 1. Павлов, В. П. Анализ расчетных положений рабочего оборудования экскаватора в среде SOLID WORKS-visualNASTRAN / В. П. Павлов // САПР и графика. 2007, № 2, – С. 78–81.

2. Павлов, В.П. Информационно-логическая модель системного проектирования одноковшовых экскаваторов / В.П.Павлов. Электронный журнал «Инженерный вестник Дона». – Ростов на Дону: ЮФУ. № 3, 2010. – 7 с. Режим доступа – http://www.ivdon.ru/magazine/latest/ n3y2010/238/.

3. Павлов, В.П. Согласование структуры многоцелевых землеройных машин в интегрированной информационной среде / В.П.Павлов. Вестник БГТУ им. Шухова. – Белгород: БГТУ. № 4, 2010. – C. 92–96.

4. Павлов, В.П. Алгоритм расчета силы и энергоемкости резания грунта по траектории большой кривизны / В.П.Павлов. – Воронеж: Вестник ВГТУ.

Том 7. № 1, 2011. – С. 185–188.

5. Павлов, В.П. Схема реализации сложного проекта в задаче автоматизированного проектирования многоцелевой технологической машины / В.П.Павлов.

Электронный журнал «Наука и образование». – М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, № 1, 2011. – 9 с. Режим доступа – http://technomag.edu.ru/doc/ 164505.html.

6. Павлов, В.П. Анализ закономерностей развития основных параметров одноковшовых экскаваторов в компьютерной среде / В.П.Павлов. Электронный журнал «Инженерный вестник Дона». – Ростов на Дону: ЮФУ. № 3, 2010. – 7 с.

Режим доступа – http://www.ivdon.ru/magazine/latest/ n3y2010/237/.

7. Минин, В.В. Оптимизация параметров гидропривода малогабаритных погрузчиков / В.В. Минин, В.П. Павлов // Строительные и дорожные машины, 2010, № 7. – С. 34–37.

8. Павлов, В.П. Информационные технологии как инструмент взаимодействия разработчиков и потребителей техники / В.П.Павлов. – Воронеж: Вестник ВГТУ. Том 7. № 1, 2011. – С. 178–181.

9. Павлов, В.П. Автоматизация моделирования приводов и рабочих процессов машин для земляных работ / В.П.Павлов. Вестник БГТУ им. Шухова. – Белгород: БГТУ. № 4, 2010. – С. 180–185.

10. Зеленин, А.Н. Исследование разработки грунта гидравлическими экскаваторами / А. Н. Зеленин, В. П. Павлов, М. Я. Агароник, А. В. Королев, А. С. Перлов // Строительные и дорожные машины. – 1976. – № 10. – С. 9–11.

11. Павлов, В. П. Рекомендации по выбору параметров экскаваторных ковшей / В. П.Павлов, А. Н.Абрамов // Трансп. строительство.1984, № 7, – С. 35–36.

12. Павлов, В. П. Оценка поведения фирм на примере производства земляных работ / В. П. Павлов // Механизация строительства. 2007. № 6. – С. 2–5.

13. Павлов, В. П. Информационные технологии в определении массы одноковшовых экскаваторов / В. П. Павлов // Строительные и дорожные машины.

2007. № 7. – С. 21–24.

14. Павлов, В. П. Об управлении структурой многоцелевых землеройных машин в интегрированной информационной среде / В. П. Павлов // Известия ВУЗов. Машиностроение. 2007. № 9. – С. 12–18.

15. Павлов, В. П. Определение производительности одноковшовых экскаваторов с учетом вероятностных факторов эксплуатации / В. П. Павлов // Строительные и дорожные машины. 2007. № 9. – С. 30–32.

16. Павлов, В. П. Проблемы формализации процедур системного проектирования экскаваторов / В. П. Павлов // Строительные и дорожные машины.

2008. № 4. – С. 45–48.

17. Павлов, В. П. Автоматизация проектирования стрелоподъемного гидромеханизма / В. П. Павлов // Подъемно-транспортное дело. 2008. № 3. – С. 2–4.

18. Павлов, В. П. Взаимодействие разработчиков и потребителей строительных машин в интересах повышения их конкурентоспособности / В. П. Павлов // Транспортное строительство. 2007. № 9. – С 18–22.

Публикации в прочих изданиях 19. Павлов, В. П. Основы системотехники многоцелевых землеройных машин: монография: Монография / В. П. Павлов. – Новосибирск: Изд-во СО РАН;

Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. – 332 с.

20. Павлов, В. П. Моделирование техноэволюции, параметров и эффективности одноковшовых экскаваторов / В. П. Павлов // Строительные и дорожные машины и их использование в современных условиях: сб. докл. респ. научнотехн. конф. – Санкт-Петербург: СПбГТУ, 1995, С. 26.

21. Павлов, В. П. Методология формирования адаптируемой землеройной машины в системном проектировании / В. П. Павлов // Проблемы адаптации техники к суровым условиям: труды международной научно-практ. конф. – Тюмень: ТГНГУ, 1999. С. 174–178.

22. Павлов, В. П. Агрегатно-модульная тактика построения сложных моделей в задачах автоматизированного проектирования / В. П. Павлов // Вестник КГТУ. Вып. 30. Транспорт. – Красноярск, 2002. С. 44–49.

23. Павлов, В. П. Силовой потенциал гидравлического экскаватора и оценка возможностей его реализации / В. П. Павлов // Вестник КГТУ. Транспорт. – Красноярск: 2002. С. 49–54.

24. Павлов, В. П. Электронный макет землеройной машины / В. П. Павлов // Интерстроймех–2004: материалы МНТК. – Воронеж: ВГАСУ. 2004.

25. Павлов, В. П. Многоцелевые землеройные машины как предмет системотехники / В. П. Павлов // Вестник КГТУ. Транспорт. – Красноярск: ИПЦ КГТУ 2005.

26. Павлов, В. П. Землеройные машины как предмет системотехники / В. П.

Павлов // Интерстроймех–2006: материалы МНТК. – М.: МГСУ. 2006.

27. Павлов, В. П. Автоматизация моделирования приводов и рабочих процессов машин для земляных работ / В. П Павлов // Интерстроймех–2007: материалы МНТК. – Самара: СГАСУ. 2007. С. 56–58.

28. Павлов, В. П. Задачи комплексного исследования характеристик и проектирование машин на базе CALS-технологии / В. П. Павлов // Интерстроймех– 2007: материалы МНТК. – Самара: СГАСУ. 2007. С. 26–28.

29. Павлов, В. П. Технологическая схема проектирования экскаваторов в САПР / В. П. Павлов // Интерстроймех–2008: материалы МНТК. – Владимир:

ВГУ. 2008. С. 184–188.

30. Павлов, В. П. Программа расчета нагрузок в гидромеханизмах произвольной структуры [Текст]. – 37 с. / Роспатент // Свидет. о регистр. программы для ЭВМ № 2007614225 от 03.10.2007 г.

31. Павлов, В. П. Определение массы одноковшового экскаватора / Отраслевой фонд алгоритмов и программ [Текст]. – 13 с. // Свидет. о регистр. разработки № 8931 от 20.08.2007 г.

32. Павлов, В. П. Программа анализа экспертных оценок при многокритериальном выборе технических решений. – 8 с. / Объединен. фонд электронных ресурсов «Наука и образование» // Свидет. о регистр. № 14199 от 02.11.2009 г.

33. Павлов, В. П. Программа расчета динамических режимов рабочего оборудования экскаватора [Текст]. – 7 с. / Объединенный фонд электронных ресурсов «Наука и образование» // Свидет. о регистр. № 14198 от 02.11.2009 г.

34. Павлов, В. П. Расчет производительности одноковшового экскаватора с учетом энергоемкости цикловых операций [Текст]. – 5 с. / Роспатент // Свидет. о регистр. программы для ЭВМ № 2009616037 от 30.10.2009 г.

35. Павлов, В. П. Проектирование одноковшовых экскаваторов с применением ЭВМ и САПР / В. П. Павлов, Н. Н. Живейнов, Г. Н. Карасев // Уч. пособ.

под ред. В. П. Павлова. – Красноярск, КГУ, 1988. – 184 с.

36. Павлов, В. П. Моделирование конструкций, приводов и рабочих процес сов землеройных машин / В. П. Павлов // Учеб. пособие. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. – 212 с.

37. Павлов, В. П. Автоматизированное проектирование. Моделирование динамики машин / В. П. Павлов // Учеб. пособие. – Красноярск: СФУ, 2009. – 106 с.

38. Pavlov V. Drive automation simulation and working processes of earth moving / Bulgarian journal for Engineering Designe. Sofia. Issue № 8, april 2011. p.p.

81–87.

39. Pavlov V. Analysis oflaws of basic parameters of excavators / Bulgarian journal for Engineering Designe. Sofia. Issue № 8, april 2011. p.p. 29–34.

Авторские свидетельства 40. А. с. № 751912 РФ. Рабочее оборудование экскаватора обратная лопата / Л. А. Хмара, В. П. Павлов. – БИ, 1980. – № 28.

41. А. с № 825781 РФ. Рабочее оборудование экскаватора / А. Н. Абрамов, А.Б. Ермилов, А.Н. Абрамов, В. П. Павлов. – БИ, 1981. – № 16.

42. А. с. № 941477 РФ. Рабочее оборудование одноковшового экскаватора / А. Н. Абрамов, В. П. Павлов, А. М. Завьялов, В. Г. Попов. – БИ, 1982. – № 25.

43. А. с. № 949091 РФ. Гидравлический привод рабочего оборудования одноковшового экскаватора / В. П. Павлов, С. В. Каверзин, В. В. Минин, С. В.

Васильев. – БИ, 1982. – № 29.

44. А. с. № 1021722 РФ. Устройство для крепления съемного ковша гидравлического экскаватора / В. П. Павлов, В. В. Минин, А. Н. Абрамов. – БИ, 1983. – № 21.

45. А. с. № 1105561 РФ. Ковш экскаватора / В. П. Павлов, А. Н. Абрамов, В. В. Минин. – БИ, 1984. – № 28.

46. А.с. № 1146484 РФ. Гидравлический компенсатор / А. Н. Абрамов, В. П. Павлов, В. В.Минин. – БИ, 1985. – № 11.

47. А.с. № 1313957 РФ. Рабочее оборудование одноковшового экскаватора / В. П. Павлов, Г.Г. Назаров, В. В. Минин. – БИ, 1987. – № 20.

48. А.с. № 1313959 РФ. Узел очистки ковша экскаватора. В. П. Павлов, В.

В. Минин, Г. Г. Назаров. – БИ, 1987. – № 20.

49. А.с. № 1313979 РФ. Гидравлический привод рабочего оборудования одноковшового экскаватора / В. П. Павлов, В. В. Минин, С. П. Ереско, Г. Г. Назаров. – БИ, 1987. – № 20.

50. А.с. № 1472587 РФ. Рабочее оборудование экскаватора / В. В. Минин, В. П. Павлов, Г. Г. Назаров, В. А. Байкалов. – БИ, 1989. – № 14.

51. А.с. № 1488395 РФ. Рабочее оборудование фронтального погрузчика / В. В. Минин, В. П. Павлов, В. А. Байкалов, Г. Г. Назаров. – БИ, 1989. – № 14.

52. А.с. № 1530829 РФ. Гидросистема / В. В. Минин, В. П. Павлов, Г. Г.

Назаров, И. В. Минина. – БИ, 1989. – № 17.

53. А.с. № 1671788 РФ. Землеройная машина с короткобазовым шасси / В.

В. Минин, Г. С. Мирзоян, В. П. Павлов, В. А. Байкалов. – БИ, 1991. – № 31.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.