CC BY
41
УДК 656.13.658
ДОЛГОСРОЧНОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ АВТОМОБИЛЕЙ
Н.В. Ярещенко, доцент, к.т.н., А.В. Седов, доцент, к.т.н., А.Н. Касьяненко, студент, ХНАДУ
Аннотация. Рассмотрены современные тенденции анализа динамики уровня организации грузовых автомобилей и принципы построения человекомашинных систем. Проанализированы вопросы взаимосвязи эргономики и организации при проектировании транспортных систем.
Ключевые слова: грузоподъемность, организация, энтропийные характеристики, система, коэффициент прироста.
Введение
Наличие информации о предстоящих потребностях, возможных результатах и последствиях управляющих действий - необходимая предпосылка оптимального управления транспортной системой. Такая информация может быть получена как результат научно обоснованных прогнозов.
Специфика проектных задач, связанная с обоснованием расчетных характеристик на транспорте, по данным Доброва Г.М., требует обеспечения глубины прогнозирования на 30 - 40 лет [1]. Обычно достигаемая глубина не превышает 8 - 12 лет. Поэтому разрыв между требуемой и достигаемой ныне глубиной прогнозирования определяет актуальность совершенствования прогностики. Особо остро данная проблема стоит в области транспорта.
Анализ публикаций
Анализ публикаций показал следующее: основным инструментом большинства методов прогнозирования расчетных характеристик является схема экстраполяции, которая включает изучение вероятных рядов, составленных из упорядоченных во времени наборов этих характеристик. Полученный набор апроксимируется какой-либо функцией. В результате жестко фиксированная модель тренда. Данная модель экстраполируется на
будущее. При этом предполагается, что характеристики компонентов транспортной системы (автомобилей, дорог и водителей) в будущем будут такими же, как и в прошлом. В действительности характеристики транспортной системы и ее компонентов непрерывно изменяются. Поэтому с увеличением периода упреждения резко падает надежность прогноза.
Цель и постановка задачи
Целью данного исследования является разработка методики по долгосрочному прогнозированию грузоподъемности автомобилей.
Для достижения поставленной цели решались такие задачи:
- разработка модели системы «ЧАСД»;
- прогноз грузоподъемности, с целью определения рациональной структуры парка подвижного состава.
Прогноз грузоподъемности, нагрузок на заднюю ось автомобилей и расчетных нагрузок
Для анализа динамики грузоподъемности, конструктивных нагрузок на ось и полной массы автомобиля использовались данные о серийных грузовых автомобилях за период с 1904 по 2006 год. Временные ряды грузоподъемностей, конструктивных нагрузок на
ось и полных масс грузовых автомобилей строились по математическим ожиданиям рассматриваемых характеристик в сечениях времени через каждый 5-летний интервал. Каждая марка автомобиля посредством численных значений нагрузок на ось, грузоподъемности и полной массы представлялась горизонтальными отрезками, проходящими вдоль шкалы времени на уровне соответствующей характеристики. Начало отрезка совпало с годом введения автомобиля в производство, конец - с годом прекращения производства плюс 6 лет эксплуатации. Таким образом, каждый временной срез был представлен широким набором нагрузок на заднюю ось от самых малых до предельнодопустимых. Например, в 1960 году у нас выпускалось и эксплуатировалось 26 различных грузовых двухосных от 1285 кг (УАЗ-450) до 10200 кг (МАЗ-200В). В каждом сечении времени строились гистограммы распределения исследуемых характеристик, вычислялись их математические ожидания и среднеквадратические отклонения. Примеры полученных гистограмм представлены на рис. 1.
Границы классовых интервалов, т
Границы классовых интервалов, т
Рис. 1. Гистограмма распределения нагрузок на заднюю ось двухосных грузовых автомобилей (а) и их грузоподъемностей (б)
Распределение стремится к нормальному закону. Отклонение от нормального закона вызвано тем, что исследование проводилось на примере отечественного автомобилестроения, имеющего свои особенности. Динамика изменения конструктивных нагрузок на ось и грузоподъемности грузовых автомобилей представлена на рис. 2.
Годы
Годы
Рис. 2. Динамика изменения конструктивных нагрузок на заднюю ось двухосных грузовых автомобилей и их грузоподъемностей: а - конструктивные нагрузки; б - грузоподъемности
На рисунке точками нанесены эмпирические данные развития рассматриваемых характеристик, сплошными линиями - выровненные, иллюстрирующие основные тенденции или закономерности процесса.
Для выравнивания динамического ряда использовался способ скользящей средней, согласно которому выравнивание осуществлялось путем последовательного исчисления
а
б
б
средних арифметических соседних значений данного ряда.
Анализ динамических рядов показал наличие чередования периодов ускоренного роста грузоподъемностей и нагрузок на ось автомобилей с периодами относительно замедленных темпов роста этих характеристик.
Анализ динамики изменения максимальной энтропии автомобиля по полной массе, грузоподъемности и нагрузкам на ось показал наличие четко выраженных периодов, в которых максимальная энтропия остается неизменной (Hm = const), и периодов с ее резкими изменениями. Так, в период ускоренных темпов в получении положительных результатов с 1941 по 1955 год изменения максимальной энтропии не выходят за пределы доверительного интервала для ее математического ожидания с доверительной вероятностью 0,95. Это позволяет считать, что в этот период времени максимальная энтропия рассматриваемых весовых характеристик остается постоянной, а грузовой автомобиль замкнут в организационном отношении. В этот период абсолютная организация весовых характеристик уменьшается, проходит через минимум и, наконец, возрастает.
В период замедленных темпов с 1955 по 1971 год максимальная энтропия рассматриваемых весовых характеристик претерпевает значительные изменения, что свидетельствует о наличии разомкнутого состояния автомобиля.
Анализ динамики уровня организации грузового автомобиля в этот период показывает, что на первом этапе разомкнутого состояния абсолютная организация повышается, а затем плавно снижается. Снижение абсолютной организации автомобиля в разомкнутом состоянии показывает, что нововведения в этот период приводит к разрушению старого детерминизма. Последнее не способствует быстрому получению новых положительных результатов и замедляет темпы развития весовых характеристик автомобиля.
Коэффициенты прироста грузоподъемности, нагрузки на заднюю ось и полной массы автомобиля рассчитываются по формулам
K = BJ Bo
K = Hк /H0,
где Б0, N - начальные грузоподъемность и нагрузка на ось автомобиля в данном периоде эволюции; Бк, N - конечные грузоподъемность и нагрузка на ось автомобиля в данном периоде.
Выравнивание эмпирических данных по методу наименьших квадратов показало, что коэффициенты прироста грузоподъемности автомобиля, нагрузки на заднюю ось и полной массы при переходе к последовательным периодам состояния изменяются в соответствии с формулами
к = 3,2655 -1,4832« + 0,2616п2; к1 = 0,85 + 0,15т ,
где к, к - коэффициенты прироста грузоподъемности и нагрузки на ось в периоды ускоренных темпов развития и в периоды замедленных темпов развития соответственно; п, т - номера периодов ускоренных и замедленных темпов развития.
Результаты исследований
В соответствии с вышеприведенными исследованиями первый этап эволюции конструктивных нагрузок двухосных грузовых автомобилей, произведенных в разных странах мира, представляется в виде следующего ряда периодов:
1893 - 1921 годы (24+4 года) - первый период замкнутого состояния;
1914 - 1918 годы (4 года) - сбой ритма, вызванный первой мировой войны;
1921 - 1927 годы (6 лет) - первый период разомкнутого состояния;
1927 - 1939 годы (12 лет) - второй период замкнутого состояния;
1939 - 1946 годы (12+7 лет) - второй период разомкнутого состояния;
1958 - 1964 годы (6 лет) - третий период замкнутого состояния;
1964 - 1988 годы (24 года) - третий период разомкнутого состояния.
Выводы
Литература
Согласно вышеприведенному анализу можно сделать вывод о том, что при переходе с этапа на этап все периоды уменьшаются в два раза
2
Коэффициенты прироста грузоподъемности, нагрузки на заднюю ось и полной массы автомобиля рассчитываются по формуле
к = 3,2655 -1,4832/ + 0,2616/2.
1. Дубровский В.Я., Щедровицкий Л.П. Про-
блемы системного инженерно-психологического проектирования. - М.: МГУ. -93 с.
2. Антомонов Ю.Т. Принципы нейродинами-
ки. - К.: Наукова думка. - 200 с.
3. Голицин Г.А. Динамическая теория пове-
дения. В кн.: Механизмы и принципы целенаправленного поведения. - М.: Наука. - С. 5 - 33.
Рецензент: С.И. Михович, профессор, к.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 7 июля 2008 г.
т
к
к+1 =
