Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Решение проблемы повышения качества машины при одновременном сокращении сроков разработки и освоения новой техники тесно связано с применением эффективных методов расчета, ориентированных на использование ЭВМ. Проектирование машин, на стадии которого закладываются показатели качества, превращается во все более сложный и трудоемкий процесс, и неэффективные технические решения приводят к тому, что затраты на эксплуатацию превышают в несколько раз затраты на изготовление машины. Во многом это объясняется отсутствием контроля за формированием оптимальных показателей в сферах изготовления и эксплуатации. Особое место занимает эта проблема в автомобилестроении. Опыт проектирования автомобилей свидетельствует о том, что показатели металлоемкости, топливной экономичности, плавности хода, тягово-сксростные,тормозные свойства и надежности не могут быть вычислены расчетным путем с достаточной для принятия оптимального решения точностью, если их определять по обычным формулам современной теории движения колесных машин. Ошибки в показателях тягово-скоростных свойств и топливной экономичности достигают 16...20%. а в показателях вибрации - 40...60% и более. Все это сопровождается не только потерями энергии в ходовой части и трансмиссии, которые составляют при движении по неровностям дороги 40...50% мощности, но и снижением эффективности использования транспортных средств, их надежности и повышением трудоемкости проведения текущего ремонта.
Все эти свойства могут быть улучшены на стадии принятия оптимальных решений,что объясняется отсутствием научных основ разработки теории оптимизации, которая позволяет осуществить строгий технологический подход к проектированию, изготовлению и использованию автомобиля в сфере эксплуатации.
Отсюда вытекает актуальность поставленной проблемы разработки и развития теории оптимизации, как опорного звена проектирования, создающего предпосылки для повышения технологического уровня и качества выпускаемой продукции.
В работе поставлена задача - решение научной проблемы разработки основ теории параметрической оптимизации, направленной на совершенствование конструкции автомобиля с использованием средств вычислительной техники. Исследования выполнены в соответствии с координационными планами
- 4 -комплексной научно-технической программы САПР Минвуза РСФСР на 198 год (шфр 2.3.37) и инновационной Межвузовской программой "Надеж ность конструкции" НИИ ПНМС при СамГТУ (шифр 13/32-ИН) от 1992 г.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ заключается в разработке теоретических осно параметрической оптимизации автомобиля, обеспечивающих увеличени скорости сходимости функционалов по иерархическим уровням при про ектировании. повышение производительности и безопасности движения снижение народно-хозяйственных затрат, создание благоприятных уел вий для работы водителя и перевозки грузов при эксплуатации.
ДЛЯ ДОСТИЖеНИЯ поставленной ЦЄЛИ НеобХОДИМО реШИТЬ Следующие За
дачи:
- исследование оснозных факторов, влияющих на качество и конкурентоспособность автомобилей, снижение затрат и повышение эффект; транспортных средств в сфере эксплуатации;
-обоснование критерия оптимальности технико-эксплуатационных свойств автомобиля на'верхнем иерархическом уровне, частных критериеї оптимальности параметров агрегатов и деталей на последующих уровнях;
-разработка математической модели среды параметрической оптимизации, поиск эффективного метода повышения скорости сходимости функционала, методологическая основа динамической компоновки автомобиля;
-обоснование оптимальных основных технико-эксплуатационных свойсте автомобиля, параметров агрегатов, узлов и деталей на стадии проектирования;
-исследование возможности снижения металлоемкости отдельных элементов конструкции автомобиля вариационно-разностным методом (методом конечных элементов);
-разработка средств измерения технико-эксплуатационных показателей автомобиля (величины затраченной энергии двигателя, расхода топлива выполненной транспортной работы и оптимальных режимов движения); -исследование возможности совершенствования серийного автомобиля УАЗ-3303, а также прогнозирования эффективности внедрения результатов оптимизации в производстве.
Общим в задачах исследований явилось оформление результатов в виде пакета прикладных программ, использование которых обеспечивает повышение качества и конкурентоспособности автомобиля.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА представлена в итерационно-иерархическом подходе к параметрической оптитмизацш. который включает: -новый принцип решения оптимизационной задачи по трем иерархичес-
ким уровням сложности с переходом из одного уровня в другой и последующим возвратом в исходное положение; итерационное решение задачи до заданной степени точности с обеспечением высокой скорости сходимости и устойчивости значений функционалов на всех уровнях;
-математическую модель среды оптимизации, состоящую из критериев оптимальности, условий и системы ограничений, включающих экономические и эксплуатационные свойства, а такие конструктивные параметры и прочностные характеристики несущих систем и деталей автомобиля; осуществление решения задачи оптимизации поэтапной релаксацией ограничений, связанных между собой реакциями, связями и внешними возмущениями;
-математическую постановку динамической задачи, связанную с колебаниями автомобиля при движении по неровностям дороги, и решение динамической компоновки автомобиля на стадии проектирования;
-формулировку функциональной связи энергетического показателя о показателями оценки эффективности использования и надежности, трудоемкости текущего ремонта и обслуживания, параметрами трансмиссии и тормозной системы,, подвески и качества материала при проектировании;
-гибкий алгоритм многоуровневой связи и формирование оптимизационной среды с использованием разработанного пакета прикладных программ, обладающего свойством "самообучения" и состоящего из основного (управляющего) и вспомогательного комплекса;
-информационно-вычислительные устройства для регистрации ресурса, расхода топлива, транспортной работы и использования для бортовой диагностики, автоматизированного управления режимами работы двигателя и модульного силового агрегата транспортных средств.
На защиту выносятся следующие положения, объединяемые общей идеей совершенствования параметров автомобиля на основе оптимизации динамических процессов в их подсистемах:
новый принцип решения проблемы разработки основ теории параметрической оптимизации с итерационно- иерархическим подходом;
математическая постановка и решение задачи колебательных процессов конструкции автомобиля и его динамическая компоновка на стадии проектирования;
комплекс информационно связанных обобщенных моделей динамического расчета несущих систем и деталей автомобиля;
гибкий алгоритм многоуровневой связи и формирование решения оптимизационной задачи с использованием разработанного пакета прикладных программ, обладающего свойством "самообучения" и состоящего из основного (управляющего) и вспомогательного комплекса;
- информационно-измерительные устройства для регистрации ресурса, расхода топлива, транспортной работы и использования бортовой диагностики, автоматизированного управления режимами работы двигателя і модульного силового агрегата транспортных средств. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы определяется тем, что результаты исследований послужили основой для разработки и эффективного внедрен] результатов, обеспечивающих снижение массы автомобильной конструї ции,которые характеризуются для автомобиля УАЗ-3303 следующими данными: масса коробки передач на 11,7 %, рамы - 19 %, тормозной систі мы -11 %. в целом для автомобиля металлоемкость снижена на 2,03 %. Обеспечено снижение эксплуатационных расходов на текущий ремон: автомобилей на 5,1 % и расхода топлива на 12,2 % - путем оптимальні го выбора периодичности обслуживания, режимов движения и контроля технического состояния автомобиля.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ осуществлялась систематическим представлением es результатов технической общественности в докладах, на научно-технических совещаниях, . конференциях, семинарах: на конференции молоды; ученых Волго-Вятского региона в Саранском госуниверситете в 1972 г. на конференции по САПР в Ростовском госуниверситете в 1975 г., на семинаре кафедры "Автомобили" Московской государственной академии автомобильного и тракторного машиностроении в 1982,1991 гг., ш семинаре кафедры "Колесных машин" МГВТУ им.Н.Э. Баумана в 1983 г., на региональной конференции в Нижегородском государственном техническом университете в 1986 и 1994 гг., на всех конференциях по динамике и прочности машин в Ульяновском государственном техническоь университете с 1973 г. по 1996 г. и на отраслевом семинаре "Вопрось электронизации автомобилей" в НПО Автозлектрошка в 1990- 1993 гг., на кафедре "Автомобили" Московского государственного автодорожногс института {технического университета) - 1992 г.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ выражается в разработке и внедрении автором і под его руководством совместно с коллективом сотрудников Поволжского филиала НШАТ двух руководящих технических документов по использованию и обслуживанию автомобилей, во внедрении двух аттестованнь изобретений в АО "УАЗ", а также в передаче комплекса программ пс оптимизацию и расчету автомобилей УАЗ в УГК САПР.
ПУБЛИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ диссертации представлена в 36 научных статьях периодических изданий и научно-технических сборниках, в монографии, а также в 20-и авторских свидетельствах на изобретения.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ.Общий объем составляет 494 стр.,иг которых на 280 стр. изложен текст, на 87 страницах-99 рисунков, на
страницах - 12 табл., на 19 страницах - список литературы, состоящей из 226 источников, в том числе 18 на иностранных языках и на 93 стр. приложения.Состоит из введения и шести глав, общих выводов, списка литерптуры и приложения.
