Научная статья на тему 'Выбор оптимальной конструкции гидравлической станции с помощью морфологических методов'

Выбор оптимальной конструкции гидравлической станции с помощью морфологических методов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
246
35
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
iPolytech Journal
ВАК
Ключевые слова
ПРОЕКТИРОВАНИЕ / ОБЪЕМНЫЙ ГИДРОПРИВОД / ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ / И/ИЛИ-ДЕРЕВО / МЕТОД АНАЛИЗА ИЕРАРХИЙ / МЕТОД ЭКСПЕРТНЫХ ОЦЕНОК / ОПТИМАЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ / DESIGN / VOLUME HYDRAULIC ACTUATOR / HYDRAULIC STATION / AND/OR-TREE / METHOD OF HIERARCHY ANALYSIS / METHOD OF EXPERT EVALUATIONS / OPTIMUM DESIGN

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Аверченков Андрей Владимирович, Орехов Дмитрий Вячеславович

ЦЕЛЬ. Рассмотрен процесс выбора оптимальной конструкции насосной гидравлической станции с помощью морфологических методов. МЕТОДЫ. На основе структуры гидравлической станции определен исходный набор альтернативных вариантов конструкции и разработана формальная модель И/ИЛИ-дерева структуры гидравлической станции. Определено основное множество допустимых элементов для компоновки, а также типы конструкционного исполнения насосной гидравлической станции. Предложен выбор оптимальной конструкции с помощью классического метода анализа иерархий. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ. Разработана математическая модель выбора конструкции гидравлической станции на основании оценки применимости основных конструктивных элементов, базирующаяся на элементах методов поискового конструирования и анализа иерархий, позволяющая создать алгоритмы этапов автоматизированного проектирования гидравлической станции. ВЫВОДЫ. Выявлены критерии выбора вариантов конструкции основных компонентов гидравлической станции, необходимые для разработки математической модели выбора.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Аверченков Андрей Владимирович, Орехов Дмитрий Вячеславович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

HYDRAULIC STATION OPTIMUM DESIGN SELECTION BASED ON MORPHOLOGICAL METHODS

PURPOSE. The process of choosing an optimal design of a pump hydraulic station on the basis of morphological methods is considered. METHODS. Based on the structure of the hydraulic station a source set of alternative designs is determined and a formal model of AND/OR-tree structure of the hydraulic station is developed. The main set of admissible elements for configuration is determined as well as the design types of the pump hydraulic station. It is proposed to choose the optimal design using a classical method of hierarchy analysis. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. Having assessed the applicability of the main structural elements, the authors have developed a mathematical model of hydraulic station design selection which is based on the elements of the methods of search designing and hierarchy analysis and allows to create the algorithms of stages of hydraulic station automated design. MAIN CONCLUSIONS. The selection criteria of design variants of hydraulic station main components required for mathematical selection model development are identified.

Текст научной работы на тему «Выбор оптимальной конструкции гидравлической станции с помощью морфологических методов»

information Science, Computer Engineering and Management

Оригинальная статья / Original article УДК: 658.512.22

DOI: 10.21285/1814-3520-2016-12-80-90

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ С ПОМОЩЬЮ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

л __ о

© А.В. Аверченков1, Д.В. Орехов2

Брянский государственный технический университет, 241035, Российская Федерация, г. Брянск, б-р 50 лет Октября, 7.

РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Рассмотрен процесс выбора оптимальной конструкции насосной гидравлической станции с помощью морфологических методов. МЕТОДЫ. На основе структуры гидравлической станции определен исходный набор альтернативных вариантов конструкции и разработана формальная модель И/ИЛИ -дерева структуры гидравлической станции. Определено основное множество допустимых элементов для компоновки, а также типы конструкционного исполнения насосной гидравлической станции. Предложен выбор оптимальной конструкции с помощью классического метода анализа иерархий. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ. Разработана математическая модель выбора конструкции гидравлической станции на основании оценки применимости основных конструктивных элементов, базирующаяся на элементах методов поискового конструирования и анализа иерархий, позволяющая создать алгоритмы этапов автоматизированного проектирования гидравлической станции. ВЫВОДЫ. Выявлены критерии выбора вариантов конструкции основных компонентов гидравлической станции, необходимые для разработки математической модели выбора.

Ключевые слова: проектирование, объемный гидропривод, гидравлическая станция, И/ИЛИ-дерево, метод анализа иерархий, метод экспертных оценок, оптимальная конструкция.

Формат цитирования: Аверченков А.В., Орехов Д.В. Выбор оптимальной конструкции гидравлической станции с помощью морфологических методов // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. Т. 20. № 12. С. 80-90. DOI: 10.21285/1814-3520-2016-12-80-90

HYDRAULIC STATION OPTIMUM DESIGN SELECTION BASED ON MORPHOLOGICAL METHODS A.V. Averchenkov, D.V. Orekhov

Bryansk State Technical University,

7, 50-let Oktyabrya, Bryansk, 241035, Russian Federation.

ABSTRACT. PURPOSE. The process of choosing an optimal design of a pump hydraulic station on the basis of morphological methods is considered. METHODS. Based on the structure of the hydraulic station a source set of alternative designs is determined and a formal model of AND/OR-tree structure of the hydraulic station is developed. The main set of admissible elements for configuration is determined as well as the design types of the pump hydraulic station. It is proposed to choose the optimal design using a classical method of hierarchy analysis. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. Having assessed the applicability of the main structural elements, the authors have developed a mathematical model of hydraulic station design selection which is based on the elements of the methods of search designing and hierarchy analysis and allows to create the algorithms of stages of hydraulic station automated design. MAIN CONCLUSIONS. The selection criteria of design variants of hydraulic station main components required for mathematical selection model development are identified.

Keywords: design, volume hydraulic actuator, hydraulic station, AND/OR-tree, method of hierarchy analysis, method of expert evaluations, optimum design.

For citation: Averchenkov A.V., Orekhov D.V. Hydraulic station optimum design selection based on morphological methods. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2016, vol. 20, no. 12, pp. 80-90. (in Russian). DOI: 10.21285/1814-3520-2016-12-80-90

1

Аверченков Андрей Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры компьютерных технологий и систем, e-mail: mahar@mail.ru

Andrei V. Averchenkov, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Computer Technologies and Systems, e-mail: mahar@mail.ru

2Орехов Дмитрий Вячеславович, аспирант, e-mail: orekhov.dv@yandex.ru Dmitriy V. Orekhov, Postgraduate, e-mail: orekhov.dv@yandex.ru

Введение

Разработка гидравлических схем и проектирование насосной гидравлической станции осуществляется конструктором на основании технического задания (ТЗ), но в большинстве случаев той информации, которая находится в ТЗ, недостаточно, поэтому проектировщик должен находить рациональные решения на каждом этапе проектирования. Причем, на каждом из последующих этапов принимать решения все труднее, поскольку для их осуществления требуется все больше затрат времени и ресурсов. Особенное значение имеет отбор идей и решений на начальных этапах проектирования изделий, что позволяет исключить варианты решений, имеющих ограниченную ценность, до того, как разработка изделия перейдет на этапы с более высокими затратами ресурсов [1].

Простейшая (элементарная) схема объемного гидропривода включает следующие элементы: насос, обратный клапан, предохранительный клапан, кран, гидроцилиндр, бак и трубопроводы. Элементарная схема характерна тем, что содержит минимальное количество элементов и при отсутствии любого из них становится неработоспособной.

Методы и их обсуждение

Разработка И/ИЛИ-дерева. Предлагается методика построения математической модели оптимальной конструкции гидравлической станции с учетом разработанной гидравлической схемы. Основными задачами, на решение которых ориентирована данная модель, являются формализация требований, предъявляемых к основным узлам гидравлической станции, формирование множества допустимых альтернатив, оценивание их по выбранным критериям, на основании чего происходит ранжирование альтернатив с учетом предпочтительности. Предлагаемая методика была основана на применении метода анализа иерархий (МАИ)3 [2-4].

Необходимые функциональные характеристики гидравлической станции возможно обеспечить при помощи нескольких различных вариантов компоновки. Однако большое число вариантов и отсутствие их привязки к конкретным условиям производства делает процесс выбора наиболее рационального метода довольно сложной задачей. Для выбора оптимальной конструкции гидравлической станции необходимо задать ее основные и эксплуатационные характеристики.

К эксплуатационным характеристикам относятся режим работы гидравлической станции и конструктивное исполнение. Основные типы конструкционного исполнения представлены на рис. 1.

Рис. 1. Основные типы конструкционного исполнения гидравлической станции Fig. 1. Main design types of a hydraulic station

3Белов В.В., Воробьёв Е.М., Шаталов В.Е. Теория графов: учеб. пособие. М.: Высш. шк., 1976. 392 с. / Belov V.V., Vorobiev E.M., Shatalov V.E. The theory of graphs: Learning aids. M.: Vysshaya Shkola Publ., 1976. 392 p.

00 M

го m

о

Гидра влнческая стаЕшия f Hydraulic station

ТЗ

=1

<

ho о

ho о

"D 7J О О m

m g

z

О

со

о —h

от

<

l\J о

l\J о

СО СО

00

Приводящий двигатель / Drive engine

Эл сзсгродпнгатсль 1 (: Ic-ctric motor

Пнермоавигатель !

Pncjmornginc

Тип насоса/ Pump type

Ç>

Бензодвигатель/ Petrolcngme

Шестеренный У Gear-type

Пластинчаты!! / Lamellar

Поршневой f Piston

Распределители / Distributors

О-Ручное управление ! Manual control

Элелггромагн нтное управление /

Electromagnetic

control

Пневматическое

управление/ Pneumatic control

Гидравлическое управление/

Hydraulic control

Тип кл апана / Valve type

Контроль давления f Pressure monitoring

Монтажные плиты / Mounting plates

О

(^-Предохранительный } Safety

Редукцкон ei ы й / Reducing

Последовательности / Sequence

Реле давления / Pressure relay

Контроль расхода/ Flow control

Обратный I Return

Дроссель / Throttle

Гндрозамок/ Hydraulic prop

ДУ6 G« клапана ! Г)I.Jfl without vatvç

ДУЮ без клапана/ DU 10 without valve

Гндроэ ккумуляторH/ Hydroa« umulaturs

o-

ДУб с клапаном / PU6 willi ihe valv^fL,

7p

ДУЮ с клапаном DU 10 wiih ihc valve

ДУ16-^2 6оилинаУ DUIW2 witbut^älte

J1V ! 6-Î2 с иапэтш 1 DU 16-31 with btvilvt

КамсрмцП/ Chamber

Membrane

Поршневой I Piston

Демп^пулкацийУ fcmjwdfpvlMtiiirs

ftил фильтрации ' ТуреоГа fikiation

Нсасывающне I Suction

Трубного монтажа/ Pipe inflation

Флм целого контакта / Flange installation

Напорные / Ргеиигг head

i>

Трубного монтажа / Pipe installation

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Фланцевого монтажа / Flange installation

Клртриджкого мотпажа i Cartridge Instnllatk^n

Сливные/ Drain

Çh

Трублого монтажа / Pipe inslal talion

Фланцевого монтажа / Flange installation

Kapipiuwraio маитзач I Cartridge inflal'aliHi

Аксессуары / Accessories

Колокола/ Bell jars

Муфты / Couplings

Баки / Tanks

Стальные / S tee Ii

Алюминиевые/ Aluminum

Пластмассовые / Plastic

Нержавеющие/ Соггозюп-ргоо f

Манометры / Manometers

ô-

Мановакууметры 1 Vacuum pressure

Манометр фреона / Fieon manometer '

Микроманометры / Micromsnomelers

Уровнемеры / Levelga^es

Зал h вн ej с горловины / Jellied mouths

Теллоо&менннкн t Heat exchangers

Воздушны II/ Air

Водяеюй / Water

W Ol M О

Рис. 2. И/ИЛИ-дерево конструктивных элементов гидравлической станции Fig. 2. AND/OR-tree of hydraulic station structural elements

Анализ вариантов компоновки основных элементов гидростанции и характеристик условий их эксплуатации позволил выделить 2 группы элементов:

1. Элементы, конструкция и состав которых зависят от требований ТЗ на проектирование и технологических возможностей производства.

2. Элементы, исполнение которых зависит от условий эксплуатации (параметров окружающей среды, режима работы).

Для обеспечения процедуры выбора оптимальной конструкции гидравлической станции, основываясь на ее структуре (рис. 2), определим множество элементов, допустимых для компоновки станции:

• приводящий двигатель;

• тип насоса;

• распределители;

• тип клапана;

• монтажные плиты;

• гидроаккумуляторы;

• вид фильтрации;

• аксессуары.

Проектирование гидравлических станций должно производиться с учетом их эксплуатационных свойств. Эксплуатационные свойства определяются в зависимости от коэффициентов использования номинального давления, номинального расхода, продолжительности работы под максимальной нагрузкой и числом включений в час.

На основании анализа основных элементов гидравлической станции предлагается синтез конструкции гидростанции свести к выбору наиболее предпочтительных элементов каждого из этих узлов.

Каждому элементу принципиальной схемы соответствует один или несколько конструктивных элементов, хранящихся в базе знаний в форме параметризованных фрагментов. Окончательно одно из решений выбирается на основании соответствия варианта конструкции тому или иному критерию. Полученные в результате выбора допустимых альтернатив компоновки узлов гидростанции в своей совокупности формируют конструктивную схему объекта.

При проектировании обычно отсутствует возможность выбора оптимальной конструкции устройства, если основываться лишь на техническом задании. Поэтому процесс разработки носит итеративный характер. Обычно конструктор определяет, к какому классу устройств будет принадлежать проектируемое устройство, а затем пытается сузить этот класс, попробовать несколько решений и выбрать оптимальное [5].

Создаваемое морфологическое множество рассматриваемых технических объектов должно включать в себя все структурные решения и конструктивные исполнения гидравлических станций. Такое множество должно быть полностью или частично упорядоченным.

Разработаем формальную модель И/ИЛИ-дерева по следующему алгоритму:

1. Выделим основные элементы конструкции гидростанции.

2. Определим типы этих элементов конструкции.

3. Составим систему этих типов элементов.

Обозначим исходное И/ИЛИ-дерево структуры гидравлической станции как Т, а через М - модель узла этого дерева. И/ИЛИ-дерево содержит узлы 3-х типов: И, ИЛИ и терминальный. Терминальный узел в таком случае будет являться альтернативным вариантом элемента гидравлической станции. Тогда

М = (/м,Ум,Д,ЗД, (1)

где 1М - имя вершины; ум - тип узла (И, ИЛИ, терминальный); И - родительский узел; 5М - множество подчиненных узлов.

Information Science, Computer Engineering and Management

Для терминальных узлов 5 = 0. Для корня Я - не определено.

Для всех существующих вариантов альтернатива X представляет собой решающее поддерево исходного дерева Т и определяется рекурсивно следующим образом:

м0 ex,

(2)

где М0 - корневая вершина дерева Т; если M e X и у = И, то

если M e X и у = ИЛИ, то

vyesM ,

ly e sM,

(3)

(4)

где у Е X.

С точки зрения структуры, недопустимых альтернатив нет.

Необходимо определить количество альтернатив исходного И/ИЛИ-дерева. Пусть К - подмножество узлов, непосредственно детализируемых термальными узлами.

К = ^^ ■■■,Kp},

(5)

где р - число таких узлов.

В соответствии со структурой гидравлической станции (рис. 2) р = 18. Опишем подмножество термальных узлов 5Ь, детализирующих узел Кь:

= ■■■,SnL},

(6)

где пь - количество всех элементов множества .

Сопоставим название элементов гидравлической станции с введенными обозначениями. В результате получаем:

K = {тип приводящего двигателя, вид насоса, гидрораспределители, контроль давления, контроль расхода, монтажные плиты, гидроаккумуляторы, всасывающие фильтры, напорные фильтры, сливные фильтры, баки, манометры, теплообменники, заливные горловины, уровнемеры, колокола, муфты}.

51 = {электродвигатель, бензодвигатель, пневмодвигатель}.

52 = {шестеренный, пластинчатый, поршневой}.

53 = {ручное управление, электромагнитное управление, гидравлическое управление, пневматическое управление}.

54 = {предохранительный клапан, редукционный клапан, клапан последовательности, реле давления}.

55 = {обратный клапан, дроссель, гидрозамок, регулятор расхода}.

56 = {ДУ6 без клапана, ДУ10 без клапана, ДУ6 с клапаном, ДУ10 с клапаном, ДУ16-32 без клапана, ДУ16-32 с клапаном}.

57 = {камерный гидроаккумулятор, поршневой гидроаккумулятор, мембранный гидроаккумулятор, демпфер пульсаций}.

58 = {трубного монтажа, фланцевого монтажа}.

59 = {трубного монтажа, фланцевого монтажа, картриджного монтажа}.

S10 = {трубного монтажа, фланцевого монтажа, картриджного монтажа}.

511 = {стальные, алюминиевые, пластмассовые, нержавеющие}.

512 = {мановаккуумеры, манометр фреона, микроманометр}.

513 = {водяной теплообменник, воздушный теплообменник}.

В рамках данной работы типы узлов Э14, Э15, Э16, Э17, Э18 будут иметь только один вид конструкции.

С учетом введенных обозначений и представлением объекта в виде И/ИЛИ-дерева конструкция гидравлической станции после преобразований будет выглядеть следующим образом (рис. 3):

Рис. 3. Формальное описание конструкции гидравлической станции в виде И/ИЛИ-дерева Fig. 3. Formal description of a hydraulic station structure in the form of AND/OR- tree

Пример решенного И-дерева представлен на рис. 4.

Рис. 4. Пример выбранных альтернатив Fig. 4. Example of chosen alternatives

Для генерации множества альтернатив необходимо обеспечить минимальное количество термальных узлов дерева. Представленное на рис. 3 И/ИЛИ-дерево состоит из двух типов терминальных узлов:

• конструкции и варианты компоновки задаются проектировщиком;

• варианты, которые оцениваются в зависимости от критериев оптимизации.

На этапе ввода исходных данных необходимо указать узлы, конструкция которых зависит от технического задания. К таким узлам относятся: двигатели, распределители, насосы, колокола, баки, заливные горловины, уровнемеры.

Information Science, Computer Engineering and Management

Оцениваемые узлы можно разделить на 2 группы:

- конструкция определена однозначно;

- конструкция зависит от нескольких параметров: (номинального давления, расхода и температуры).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

В соответствии с этим делением для оценки каждого типа вершин И/ИЛИ-дерева применяется свой набор критериев.

Исходный набор конструкций исполнения узлов для рассмотрения можно представить в виде множества

1о={1;1} = 1.....и (7)

где /о - число рассматриваемых конструкций исполнения узла гидравлической станции.

Для каждого узла, конструкция которого зависит от параметров, существует свой диапазон значений давления:

Ртт < V] < Ртах. (8)

Рекомендуемый диапазон номинального расхода:

Ятт < Qj < Ятах. (9)

Рекомендуемый набор рабочих температур:

Ттт < 1тах. (10)

Применение метода парных сравнений. Для критериев, которые на стадии проектирования выражаются неизмеримыми понятиями, таких как технологичность, энергоемкость и др., оценка будет осуществляться методом парных сравнений.

На предпочтительность того или иного узла гидравлической станции, помимо номинального давления, расхода и температуры, влияет целый ряд дополнительных критериев, к которым обычно относятся: технологичность конструкции, предпочтительность по энергозатратам при производстве, режимы работы. При этом различные альтернативы удовлетворяют каждому из этих условий в разной степени. Кроме того, степень предпочтительности по разным критериям может по-разному влиять на общую предпочтительность. Далеко не всегда оценка предпочтительности по тому или иному критерию может быть изначально выражена в числовом виде, чаще всего эти оценки выражаются экспертами в словесной форме, а в некоторых случаях имеется информация лишь об относительном уровне предпочтительности одной альтернативы над другой.

Для оценки предпочтительности множества X допустимых альтернатив строится иерархия, структура которой представлена на рис. 5.

Главная цель - это выбор оптимальной конструкции узла гидравлической станции, которая детализируется несколькими критериями, характеризующими необходимые условия, влияющие на результаты выбора. Параметры А характеризуют степени относительной важности критериев, и для оценки их значений существуют специализированные методы, среди которых основным является метод парных сравнений [6].

Классический вариант МАИ предполагает, что информация об оценках альтернатив по каждому критерию представляется в форме экспертных суждений об относительном уровне предпочтительности одной альтернативы над другой.

Рациональный вариант конструкции С / Rational option of a design С

Я

Технологичность С, / Technological effectiveness С, Рабочее давление C2 / Working pressure C2 Рабочий расход C3 / Working expense C3 Температура C4 / Temperature C4 Габариты / Dimensions C5

Множество допустимых альтернатив X / Set of admissible alternatives X

Рис. 5. Структура иерархии критериев оценки альтернатив Fig. 5. Hierarchical structure of alternative évaluation criteria

Простое ранжирование предполагает расположение факторов в последовательности, соответствующей значимости групп и факторов внутри групп.

Методы ранжирования по сумме оценок при приведении шкал позволяют скорректировать оценки факторов. Корректировочный коэффициент получается делением оценки группы на сумму оценок факторов внутри группы. Недостатком этого метода является значительное влияние числа факторов в группе. Для его устранения был использован комбинированный способ ранжирования - оценка фактора определялась суммой оценки группы и приведенной оценки фактора внутри группы:

Vi

vij = vj^jrrLr:Vij, (11)

ь1=1V4

где Vij - оценка /-го фактора j-й группы; n - число факторов в группе; Vj - оценка группы.

При большом числе объектов и критериев данный способ оценки достаточно трудоемкий. Поэтому для оценки вариантов узлов гидравлической станции было предложено использовать метод парных сравнений. Основная идея метода заключается в формировании матрицы парных сравнений, в которой число строк и столбцов равно числу сравниваемых факторов, а их пересечение является оценкой сравниваемых факторов.

Оценка альтернативы по критерию С определяется свойствами конструкции узла изделия, которые обеспечивают его ремонт, изготовление и техническое обслуживание по наиболее эффективной технологии, рабочие свойства, габаритные размеры, допустимые пределы давления, расхода и температуры. Информация обычно выражается экспертами в виде суждения об относительном превосходстве различных вариантов исполнения узлов по конкретному критерию.

Рассмотрим /-й узел гидравлической станции. Пусть Ci(Aix) - оценка конструктивного варианта этого узла по критерию Cj, полученная методом парных сравнений. Для узла существуют следующие варианты конструкции:

Ai = [Ацд1Я=1.....П)}, (12)

где i - номер узла; ni - количество вариантов конструкций узла.

На первом этапе проводится парное сравнение относительных весов критериев исходя из основной задачи. При этом число критериев определяется экспертами в интервале от

Information Science, Computer Engineering and Management

5 до 15. Для каждого критерия определяются относительные веса парного сравнения оцениваемых вариантов. Результаты парных сравнений представляются в виде матрицы:

Ai Ai A¡ An

Ai an a12 an a1n

a2 a21 a22 a2¡ a2n

Ai ai1 an a¡¡ ain

An an1 an2 anj ann

где а£;- - весовое отношение /-го фактора ку-му.

В данной матрице представляются результаты парного сравнений вариантов для каждого критерия. Решение сводится к нахождению собственных весов критериев, которые будут определяться собственным вектором матрицы.

На следующем этапе необходимо провести парное сравнение относительных весов критериев исходя из основной задачи. Для каждого критерия также определяются относительные веса парного сравнения оцениваемых вариантов. Соответственно представляются и результаты парного сравнения вариантов для каждого критерия. При этом решение сводится к нахождению собственных весов критериев вариантов, которые будут определяться собственном вектором матрицы:

Ах = Хх,(а -ХЕ)х = 0, (13)

где х - собственный вектор матрицы; Е - единичная матрица; X - собственное число матрицы.

Для того чтобы система имела не нулевое решение, необходимо и достаточно, чтобы определитель системы был равен нулю:

вц-А Э21

в]1

вП1

Для определения собственного вектора матрицы был использован метод итерационных исчислений, а определитель матрицы находился методом Гаусса.

На следующем этапе осуществляется упорядочивание и ранжирование весов критериев и вариантов компоновки для каждого критерия, полученных в результате определения собственных векторов матриц парного сравнения.

Ci C1 C2 . ■ Cn

Wi W1 w2 . ■ Wn

a12 a22-A

aj2

an2

a1i a2i

aji-A

a1n

a2n

ann-A

= 0

(14)

a

jn

a

nj

С C1 C2 .. ■ Cn

A1 V11 V12 . ■ V1n

Aj Vj1 Vj2 . Vjn

Ak Vk1 Vk2 . Vkn

(16)

где С1 ... Сп - критерии; т - вес критериев; у'¡I- вес вариантов конструкции узлов.

Все альтернативы х е X по /-му критерию будут иметь оценку:

где С1(А1Д) - оценки вариантов множества А^ по критерию С^, полученные методом парных сравнений; МХ(А1>Х) - число альтернатив в множестве А[х.

При этом введенные критерии можно рассматривать как функции цели. Выбор варианта конструкции узла представляет собой выбор альтернатив с учетом функций цели. Для этого определяется взвешенная сумма заданных критериев и выбирается вариант, имеющий максимальное значение полученной суммы. Для определения весов вариантов матрица относительных весов (16) умножается на матрицу-столбец весов критериев (15). Предпочтительным является вариант, обладающий наибольшим весом.

Заключение

В результате исследования выявлены критерии выбора вариантов конструкции основных компонентов гидравлической станции, необходимые для разработки математической модели выбора.

Разработана математическая модель выбора конструкции гидравлической станции на основании оценки применимости основных конструктивных элементов, базирующаяся на элементах методов поискового конструирования и анализа иерархий, позволяющая создать алгоритмы этапов автоматизированного проектирования гидравлической станции.

Предложенные методики планируется представить в виде программного продукта, который позволит существенно сократить время на подготовку технической документации для проектирования гидравлической станции.

Библиографический список

1. Андрейчиков А.В., Андрейчикова О.Н. Компьютерная поддержка изобретательства (методы, системы, примеры применения). М.: Машиностроение, 1998. 476 с.

2. Березина Л.Ю. Графы и их применение. М.: Просвещение, 1979. 143 с.

3. Рыбаков А.В. Особенности выбора графической среды для промышленного проектирования объектов машиностроения // Информационные технологии. 2002. № 5. С. 13-20.

4. Смирнов О.Л., Падалко С.Н., Пиявский С.А. САПР: формирование и функционирование проектных модулей: монография. М.: Машиностроение, 1987. 287 с.

5. Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин. М.: Машиностроение, 1983. 301 с.

6. Репин В.В., Елиферов В.Г. Процессный подход к управлению. Моделирование бизнес-процессов. М.: Стандарты и качество, 2004. 408 с.

References

1. Andreichikov A.V., Andreichikova O.N. Komp'yuternaya podderzhka izobretatel'stva (metody, sistemy, primery prime-neniya) [Computer Support of invention (methods, systems, application examples)]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1998, 476 p. (In Russian)

2. Berezina L.Yu. Grafy i ikh primenenie [Graphs and their application]. Moscow, Prosveshchenie Publ., 1979, 143 p. (In

Information Science, Computer Engineering and Management

Russian)

3. Rybakov A.V. Osobennosti vybora graficheskoi sredy dlya promyshlennogo proektirovaniya ob"ektov mashinostroeni-ya [Selection patterns of graphical environment for industrial design of engineering objects]. Informatsionnye tekhnologii [Information technologies]. 2002, no. 5, pp. 13-20. (In Russian)

4. Smirnov O.L., Padalko S.N., Piyavskii S.A. SAPR: formirovanie i funktsionirovanie proektnykh module [CAD: design module formation and operation]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1987, 287 p. (In Russian)

5. Vasil'chenko V.A. Gidravlicheskoe oborudovanie mobil'nykh mashin [Hydraulic equipment of mobile machinery]. Moscow, Mashinostroenie Publ.,1983, 301 p. (In Russian)

6. Repin V.V., Eliferov V.G. Protsessnyi podkhod k upravleniyu. Modelirovanie biznes-protsessov [Process approach to management. Business process modeling]. Moscow, Standarty i kachestvo Publ., 2004, 408 p. (In Russian)

Критерии авторства

Аверченков А.В., Орехов Д.В. рассмотрели процесс выбора оптимальной конструкции насосной гидравлической станции с помощью морфологических методов, провели обобщение и написали рукопись. Аверченков А.В., Орехов Д.В. имеют равные авторские права и несут одинаковую ответственность за плагиат.

Authorship criteria

Averchenkov A.V., Orekhov D.V. considered the selection process of the optimal design of a hydraulic pumping station by means of morphological methods, summarized the material and wrote the manuscript. Averchenkov A.V., Orekhov D.V. have equal author's rights and share the responsibility for plagiarism.

Конфликт интересов

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Conflict of interests

The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.

Статья поступила 5.10.2016 г. The article was received 5 October 2016

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.