Определение концепции транспортно-технологических машин как основной этап при разработке конкурентоспособных образцов техники Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 519.6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕПЦИИ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН КАК ОСНОВНОЙ ЭТАП ПРИ РАЗРАБОТКЕ КОНКУРЕНТОСПОСОБНЫХ ОБРАЗЦОВ

ТЕХНИКИ

К.А. Яковлев

В статье рассматриваются вопросы разработки концепции транспортно-технологических машин с применением методов многокритериальной оптимизации как ключевого этапа в разработке конкурентоспособных образцов техники Ключевые слова: транспортно-технологические машины, многокритериальная оптимизация, конкурентоспособность машин, концепция машин

Эффективность эксплуатации и конкурентоспособность парков специализированной техники напрямую зависит не только от способов ведения хозяйства, но и от уровня конкурентоспособности транспортно-технологических машин (ТТМ) в составе парка.

Оценка конкурентоспособности разрабатываемой техники производится путем сопоставления ее технических, качественно-эксплуатационных, экономических, эстетико-эргономических и других параметров с аналогичными параметрами базовой техники (или техники-эталона). При этом, следует заметить, что все перечисленные показатели, включая стоимостные, параметры ТТМ, по которым оценивается ее конкурентоспособность, определяются множеством допустимых значений

X = <^(Xк ,Xэ,Xр ,Xт , Xп ). Здесь Xк - конструкционные параметры машины; X р - режимные характеристики ее работы; X э - оценочные показатели ее эксплуатационных свойств; X т - оценочные характеристики по технологичности изготовления, обслуживания и ремонта автотракторной техники; X п - система оценок, характеризующая индивидуальные социальные и психофизиологические свойства потребителя.

Задача многокритериальной оценки конкурентоспособности ТТМ есть поиск Xopt, который имеет смысл лишь в случае, когда X к = var;

Xэ = var; Xр = var; Xт = var; Xп = var.

При этом определяются и рациональные значения компонент поливектора первого ранга

л opt £ * /л rac л rac л rac л rac л rac \ T.

X = S (Xк , Xр , Xэ , Xт , Xп ). Ком-

поненты этого поливектора определяют непосредственную связь между конкурентоспособностью и концепцией автотракторной техники. Решающим моментов в созданию конкурентоспособного образца ТТМ является правильно определенная (разработанная) концепция машины.

Под концепцией ТТМ будем понимать совокупность ряда требований к машине, основанных на

количественных соотношениях между основными конструкционными параметрами и тактикотехническими характеристиками (технологическими, эксплуатационными, экономическими, потребительскими), которые позволяют ей качественно и безопасно выполнять задачи, предусмотренные оперативно-функциональным назначением и обладать определенным уровнем конкурентоспособности.

В основе выбора концепции ТТМ лежит ее назначение. При классификации ТТМ согласно [1] типы машин можно группировать по их функциональному и оперативному назначению.

Функциональное и оперативное назначения ТТМ, показанные на схеме рис. 1 в соответствии с работой [1], не являются исчерпывающими и лишь охватывают наиболее важные компоненты.

Количественные и качественные характеристики каждой компоненты назначения должны рассматриваться при конкретной постановке задачи проектирования и определяются совокупностью

х = ф к, X э, X р, X,, X „).

При концептуальном анализе требования к самой конструкции машины, механизмам, узлам, агрегатам и ее системам не рассматриваются. На основе статистического материала для аналогов машин данной конструкционной схемы (конфигурации)

строятся зависимости эксплуатационных X или

потребительских (экономических) X п параметров от формы (Ь - габаритная длина, В - ширина, Н -высота, V - объем ТТМ), веса (О) и мощности (К). Чаще всего под эксплуатационными параметрами при концептуальном анализе рассматривают скоростные и тормозные свойства, проходимость, управляемость и устойчивость, плавность хода, безопасность и производительность. Потребительские экономические показатели при этом включают себестоимость, топливную экономичность, рентабельность, надежность и окупаемость. Условно данные зависимости показаны на рис. 2.

Применение метода многокритериальной оптимизации конкурентоспособности позволит коренным образом изменить и проведение концептуального анализа ТТМ на этапе проектирования и совместить его с системой автоматизированного проектирования (САПР).

Яковлев Константин Александрович - ВГЛТА, канд. техн. наук, доцент, тел. (4732) 53-76-79

£

±

Определение назнаІч^ния траЬспортно

Функциональные компоненты

Перевозки Технологические Ограничите процессы

Рис. 1. Оперативное и функциональное назначения транспортно-технологических машин

¿1и<

[едования га

(релііозю. работы

- Лесными парковые работы

- (/гроительч -Другие те:

ироцесш

факто|

- Нагрузка и: і I- размеры и с|

Проходимо»

- Плавучесть

- Маневреннс

- Безопасное экологичное

Универсал]

—стоимость і /.. а. х

экономично

Рис. 2. Условные концептуальные зависимости эксплуатационных (а) и потребительских (б) параметров от мощности энергетической установки (1), полного веса (2), габаритной длины (3)

)) парамет-

- Совместимс

При использовании метода многокритериальной оптимизации в концептуальном анализе строятся зависимости обобщенной целевой функции

Р ( Q) (где ™ = {, ^2 , W3, ^4 } - весовые коэффициенты важности частных критериев;

0 (^={р1 (а1 X 02 (Ь1 ),0з (с1 ),04 (¿1 )} - поливектор частных критериев, который имеет первый ранг: 01 (а1) (1 = 1,2,...,к ) - нормированный оценочный показатель конкурентоспособности машины по техническим параметрам; Р2 (Ь )

(1 = к +1,к + 2,...,1) - нормированный оценочный

показатель по технологичности машины; щ щи нами (і = 1 +1,1 + 2,...,ш) - нормированный оценочный) т^гчохттги показатель по эксплуатационным характеристикам машины; Q4 (ф) (і = ш + 1,ш + 2,...,п) рованный оценочный показатель по потребительским свойствам) от показателя

X = ^^ к, X э, X р, X т, X п) или его компонент.

Схема концептуального анализа транспортно-технологических машин с использованием многокритериальной оптимизации представлена на рис. 3.

Объективные предпосылки (социальные потребности)

Субъективные предпосылки (потребности заказчика)

Исходная идея машины

Концептуальные оценки и анализ системы «Окружающая среда-Машина-Человек-Назначение» на основе многокритериальной оптимизации по элементарным параметрам

Р щQ кг, эг, рг, тг, пг тах; 1 1,2,3 , п

ч г Условия движения или выполнения ^ г Назначение транспортно-

технологических операций: технологической машины

- Дорожные - Функциональное

- Климатические - Оперативное

- Технические

КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ОЦЕНКИ ПО ПОДВИЖНОСТИ О МОБИЛЬНОСТИ

►КАЧЕСТВА ТЯГОВО СКОРОСТНЫЕ И ТОРМОЗНЫЕ ►КАЧЕСТВА УПРАВЛЯЕМОСТИ И МАНЕВРЕННОСТИ ►КАЧЕСТВА УСТОЙЧИВОСТИ ►КАЧЕСТВА ПРОХОДИМОСТИ И ПЛАВУЧЕСТИ КАЧЕСТВА ПЛАВНОСТИ ХОДА

'-►ПО ЖИЗНЕСТОЙКОСТИ

[►КАЧЕСТВА КОНТРОЛЕПРИГОДНОСТИ ^►КАЧЕСТВА НАДЕЖНОСТИ

КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ОЦЕНКИ ПО КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ

►КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ►КАЧЕСТВА ЭРГОНОМИЧЕСКИЕ ►КАЧЕСТВА ЭКОЛОГИЧНОСТИ ►КАЧЕСТВА ЭСТЕТИЧЕСКИЕ ►КАЧЕСТВА ЭКОНОМИЧЕСКИЕ

ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЯ О КОНЦЕПЦИИ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Рис. 3. Схема концептуального анализа транспортно-технологических машин

XXX

ьі) б)

Рис. 4. Условная концептуальная оценка движителя машины с поиском оптимальных и критических

параметров

При этом главным правилом конструирования и проектирования ТТМ состоит в следующем: все конструкционные параметры, а также эксплуатационные и режимные характеристики выполнения функционально-оперативной задачи как машины в целом, так и ее систем, агрегатов, узлов, деталей прямо или косвенно зависят от параметров и характеристик взаимодействия движителя и рабочих органов с опорной и рабочей средами и ТТМ в целом с окружающей средой и человеком. Таким образом, при концептуальном анализе чрезвычайно важно исследовать характеристики движителя машины [2,

3].

Условная концептуальная зависимость поиска оптимальных и критических параметров представлена на рис. 4. На рис. 4, б показано сравнение двух машин. Однако из представленной схемы сложно понять, какой из оптимумов, которые соответствуют двум рациональным конструкционным конфигурациям машины, наиболее концептуально предпочтителен. Для первой машины экстремум по запасу тягового усилия больше, чем для второй. При этом по критическим значениям вторая машина оказывается более эффективной.

Таким образом, в общем случае выбор концепции ТТМ состоит в обосновании параметров и характеристик машины, наилучшим образом удовлетворяющих поставленным функциональным и оперативным требованиям путем аналитического или статистического подходов на основе метода системного анализа к проблеме взаимодействия машины с окружающей средой и человеком в самом широком смысле этих аспектов.

Аналитический метод предполагает использование многокритериальной оптимизации параметров и характеристик машины исходя из поставленных функционально-оперативных условий. При этом задача оценки конкурентоспособности ТТМ есть задача поиска рациональных параметров машины при ее проектировании, которые позволяют ей превзойти аналогичные конструкции ТТМ.

Для оценки потребительских свойств, описывающих эстетичность конструкции (цвет и форму) ТТМ, согласно [3, 4] целесообразно при концептуальном анализе использовать метод экспертных оценок или компьютерную экспертную систему, базирующуюся на большом статистическом материале [4].

На рис. 5 представлены стадии разработки ТТМ с применением многокритериальной оптимизации к задаче оценки конкурентоспособности ТТМ и поиска на этой основе концепции машины. Данная схема по многим методологическим приемам носит условный характер и требует дальнейшей проработки в рамках создания специальных конструкторских пакетов пользовательских программ автоматизированного концептуального анализа.

Литература

1. Беккер М.Г. Введение в теорию систем местность - машина. - М.: Машиностроение, 1973. -520 с.

2. Беляков В.В. Оценка подвижности транспортно-технологических систем // Проблемы проектирования, испытаний, эксплуатации и маркетинга автотракторной техники двигателей внутреннего сгорания, строительно-дорожных машин, транспортно-технологических комплексов и вездеходов: Материалы международ. науч. - техн. конф. / НГТУ. Н. Новгород, 2000. - С. 339-357.

3. Беляков В.В., Бушуева М.Е., Сагунов В.И. Многокритериальная оптимизация в задачах оценки подвижности, конкурентоспособности автотракторной техники и диагностики сложных технических систем. - Нижегород. гос. техн. ун-т. Н. Новгород, 2001. - 271 с.

4. Батищев Д.И., Шапошников Д.Е. Многокритериальный выбор с учетом индивидуальных предпочтений / ИПФ РАН. Н. Новгород, 1994. 92 с.

I ¡рннятне решения

с

>1

L

Требования к

{¡>у Н КLHi О HiU [ ЬНО-операти иному назначению ТТМ

Выбор прою гипа машины (системы, у ала. агрегата и т.д.)

Оценка I концЗрции I * ..... ¡>1

Многокритериальная оценки систем: «Окружающая среда - Машина» «Человек - Машина»

Выбор концепции ТТМ

Разработка

технического

задания

Разработка

образца

О

Компоновка машины

1 +

Конструирование машины

1 +

Эстетическая и эргономическая

прораоотка образцу шиины

L

Инженерная (щенка образца 1 >

Полевые и лабораторные иепытпия:

Прочность:

Надс-жиост ь;

ДолговёН н о cm ь£.

Еезоп асность;

Экологичность

Эконома ч некие п окташели

Себестог шость;

Производительность;

Рентабельность

Анализ конкурентоспособности образна ■ >

щ 2

к [н*

о н

■и РЭ а я

£Г Н

д СП

О стз

к Сц

о у о

О

а В

о

о £

X 1.0

Hi о

н у о t: t> о

л 1 е 1>

т Он

Си

Й Я

к о

Cl, ы

& О t-H S 3 pi сз

31ринятие решения о промышленном производстве

Рис. 5. Стадии разработки образцов транспортно-технологических машин с применением методов многокритериальной

оптимизации

Воронежская государственная лесотехническая академия

CONCEPTION DETERMINATION OF TECNOLOGICAL MACHINES AS A MAIN PHASE OF COMPETITIVE MACHINES DEVELOPMENT K.A. Yakovlev

This article describes subjects of technological machines’ conception development in which been using multi-objective optimization methods as a main point in competitive machines’ development

Key words: technological machines, multi-objective optimization, machine’s competitive ability, machine’s conception