Введение к работе
Актуальность темы. Оперативная интеллектуальная поддержка
управления технологическими процессами автоматизированного производства
находится в ряду факторов, способствующих повышению конкурентной
способности изготавливаемых объектов. Интегрирование в
автоматизированную систему управления технологическими процессами расчетных модулей автоматизированной системы научных исследований является одним из путей осуществления такой поддержки. Решающую роль в формировании требуемых рабочих свойств играют параметры активной зоны объекта, на значения которых в процессе изготовления заметно влияют фактические физические свойства материалов и параметры технологических процессов. Учет влияющих факторов позволяет повысить достоверность прогнозирования функциональных характеристик изготавливаемых объектов и оперативно использовать возможности АСУТП по соответствующей корректировке параметров технологических процессов. Задача носит комплексный характер, укрупненная блок-схема решения которой показана на рис.1. Исследования в работе подчинены автоматизации процессов параметрического синтеза и оценки функциональных характеристик изготавливаемых объектов на примере электрических машин. В этой области промышленности в последние годы конкурентная способность фирм на рынке (европейском, американском и др.) определяется способностью достоверно прогнозировать и оперативно формировать рабочие свойства изготавливаемых машин в соответствии с конкретным рыночным спросом. Поэтому поиск путей повышения эффективности и надежности как существующих, так и вновь создаваемых поколений электрических машин является актуальным и представляет собой сложную научно-техническую проблему, требующую комплексного рассмотрения целого ряда расчетно-теоретических, исследовательских, проектно-конструкторских и технологических задач, связанных параметрическим синтезом оптимальных характеристик объектов.
It BIIUCpLniblkl >UHMI 111*1 ТІЧІНЦК1ІШ1 |И**ЛЩІ+іІ*Ч
Кснісіру-ктіїнчіїїйіч, и
I p«fi»HMltt (HtlNhil
' і
Форчнри
иНП.Н4ПНЧіЛиЙ HtU/ILJlH
щ*іп»рн*ішр
-_ [
Г " I
Minv|Miitiu її іииі^фргірчкаїьі.
J&Mh.jpyMlt№U*Hte її ТІТИЛІЧИ
ГЬиКК fHtTHH4lKbltUX ріНКМнЬ
it режимі. Jim іш a
УнрОИЛКЧЬЦ
ИнШЦНЛыГИв
РлСЧе* і)гунКЦіМіияьтіьі^ ЧЦЧ||ГПІр**СТІ|№
^UpdHUnKHUXI ЪЧГННШЧ*
.t__.
і і I I
.J
CwTHTCTBIH,
унрииыишиш cm iulhm
П(КДЖЫй,Н1Ы
yiipJVtiHjmiK *HtM
Рис.1.Укрупненная блок - схема интегрированной АСУТП с управляющей
В основе параметрического синтеза и оценки функциональных характеристик электрических машин лежит математическое моделирование геометрических размеров активной зоны и электромагнитных процессов. Значительный вклад в эту область внесли работы профессоров Т. Г. Сорокера и его учеников по асинхронным электродвигателям, А.И. Бертинова и его учеников по специальным электрическим машинам, В.В. Домбровского, Г.М. Хуторецкого и их учеников по крупным электрическим машинам, В И. Загрядского, ТА. Сычевой, М.И. Фиготиной, ВА. Яковенко по взрывозащищенным асинхронным двигателям, Е.М. Лопухиной и Г.А Семенчукова по асинхронным микродвигателям, В.В. Хрущёва и Г.В.Тазова по информационным машинам, И.Н. Рабиновича, И.Г. Шубова,
Я.С. Турина по машинам постоянного тока, Дж.А. Авестисяна, С.Г. Артанова, Ф.К. Балашова, П.Г. Билинкиса, Н.В. Виноградова, А.П. Воскресенского, В.И. Геминтерна, О.Д. Гольдберга, Ф.А Горяинова, В.М. Зайчика, И.В. Иванова — Смоленского, Б.М. Кагана, И.П. Копылова, Т.О. Мамиконяна, Ю.В. Мордвинова, М.А Непомнящего, И.М. Постникова, П.С. Сергеева, А.П. Сивкова, Б.В.Сидельникова, В. С. Соколова, А.АТерзяна, Т.М. Тер-Микаэляна, В.Х. Хана, В. А. Якубзона, А.Э. Кравчика, В.М. Петрова, Р. Рихтера, В.П. Шуйского и других российских и зарубежных специалистов.
Однако известные методы математического моделирования электрических машин ориентированы на отдельные типы с присущими им геометрической конфигурацией, применяемыми материалами, технологией изготовления и уровнем проявления отдельных явлений в моделируемом режиме работы. С общих позиций имеют место специальные случаи, обусловленные ограничениями в смысле допущений, существенно сужающие области новых технических решений в конструкции, применении активных материалов и технологии изготовления. По мере выхода за пределы установленных ограничений растет различие между расчетом и опытом, что подтверждают стендовые испытания объектов. Снятие неоправданно устанавливаемых ограничений при одновременном уточнении математической модели является актуальной задачей, решаемой в данной работе. В диссертации представлен универсальный метод параметрического синтеза активной зоны электрических машин, в его основу положен принцип расчета, общий для всех типов электрических машин и не ограниченный физическими особенностями обособленных типов. Автоматизация исследовательских процедур обеспечена на основе современных компьютерных технологий. Разработаны алгоритмы для этих технологий, в основе которых результаты детальных исследований характеристик электрических машин, формируемых различными сочетаниями конструктивных компонентов.
В работе рассматривается ряд других технических идей. Часть из них представляются очевидными и нуждались в детальной проработке
(аналитическом описании и способах учёта), они доведены до практической реализации. Другие идеи остаются на уровне гипотез. Однако, для изготавливаемых электрических машин, в том числе и на основе компьютерной реализации разработанного метода, получены достаточные для дальнейшей проработки признаки достоверности. Работы проводились в рамках государственных программ и координационных планов академии наук, по ведомственным тематическим заказам, по договорам с отечественными и зарубежными фирмами. Исследования подчинены решению ряда проблем параметрического синтеза и оценки функциональных характеристик по фактическим значениям параметров активной зоны машин безотносительно к их типу и конструктивным решениям. Автоматизация указанных процессов сформировалась как приоритетное направление в решении проблем проектирования и изготовления машин, конкурентно способных на мировом рынке.. Приоритет обусловлен высоким уровнем развития вычислительной техники и теории электромеханического преобразования энергии, большими возможностями современной технологии изготовления, что в совокупности создаёт основу для создания объектов с повышенными потребительскими свойствами на основе традиционных и новых конструктивных решений
Цель работы и задачи исследования. Основной целью
диссертационной работы является разработка в рамках единого системного
подхода научно-методологических основ автоматизированного синтеза
параметров активной зоны объектов (на примере электрических машин), обеспечивающего повышение достоверности априорной оценки рабочих свойств в процессе проектирования и активное управление технологическими процессами при изготовлении машин.
Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи: 1. Выполнить анализ основных положений электромеханической теории,
определяющих достоверность априорной оценки функциональных
характеристик электрических машин.
Сформировать принцип построения универсальной математической модели активной зоны электрических машин, обеспечивающий автоматизацию численных экспериментов и требуемый уровень достоверности априорной оценки их функциональных характеристик.
Определить способы формирования, уравнений электромагнитного состояния машин с обобщенным параметром нагрузки.
Разработать в рамках единого подхода математическую модель активной зоны электрических машин.
Разработать обобщенный метод поэтапного параметрического синтеза активной зоны по заданным функциональным характеристикам машин.
Создать алгоритмы, автоматизации процедур параметрического синтеза активной зоны и управления качеством продукции по фактическим параметрам активной зоны в процессе изготовления.
Разработать пакет программ, открытый для широкого ассортимента электротехнических материалов, конструкторских решений, технологических процессов изготовления.
Методы исследований. Теоретические положения и методы,
представленные в работе, получены на основе современной теории
электромеханического преобразования энергии, аналитических
преобразований, математического аппарата аппроксимаций, интерполяций, дифференциального и интегрального исчислений, методов решения экстремальных задач, численного моделирования, нелинейного и линейного программирования.
Аналитические исследования и численные решения' осуществлялись в соответствии с общепризнанными физическими теориями и законами. Правильность предложенных методов формирования обобщённых транспорантов рекурентных зависимостей проверялась, сравнением технических характеристик промышленных объектов с результатами их расчёта с помощью разработанного программного комплекса в режиме поверочных расчётов. Для подтверждения результатов расчета использовались результаты
стендовых испытаний объектов, спроектированных на базе предложенных методов.
Научная новизна полученных результатов состоит в системном аналитическом описании совокупности автоматизированных процедур параметрического синтеза и оценки функциональных характеристик вращающихся электрических машин. Наиболее существенные научные результаты, полученные автором, следующие:
Метод активного управления технологическим процессом изготовления электрических машин по фактическим значениям геометрических и физических параметров элементов активной зоны.
Развитие прикладных аспектов электромеханической теории, определяющих адекватность моделирования режимов работы объектов.
Обобщенная математическая модель и алгоритм расчета электромагнитных параметров активной зоны с линейной токовой нагрузкой - якоря в качестве независимой переменной.
4. Математическая модель и алгоритм синтеза оптимальных геометрических
параметров активной зоны объектов.
Способ экспресс-анализа влияния отклонений функционально значимых технологических и физических параметров.
Методика синтеза параметров активной зоны и - характеристик объектов, исключающая необходимость обработки зависимостей дискретного характера в процессе поиска.
Способ управления количеством и очередностью варьирования независимых переменных на стадии параметрического синтеза функциональных свойств объектов.
Практическая ценность. Практическую ценность представляют: 1. Разработанные научно-методологические основы автоматизации процессов параметрического синтеза и оценки функциональных характеристик электрических машин различного назначения, компьютерная, реализация которых позволяет эффективно и с наименьшими затратами времени оценивать
признаки конкурентной способности и активно управлять технологическими процессами с ориентацией на конечный результат.
Программный комплекс, решающий задачу автоматизации управления технологическими процессами в части корректировки функционально значимых параметров для обеспечения требуемых характеристик изготавливаемых объектов.
Использование программного комплекса в автономном режиме при промышленном и учебном проектировании.
Материалы диссертационной работы были использованы рядом научно-исследовательских, проектно-конструкторских и промышленных предприятий (ВНИИ Электромашиностроения, ВНИПТИЭМ (Владимир), «Электросила», ЛЭМЗ, ВНИИМЭМ, ЦНИИ им. Крылова, «Заря») при модернизации существующих и проектировании новых электрических машин различного назначения, а также учебными учреждениями в учебном процессе СЗТУ (С.-Петербург), ИЭИ (Иваново), КПИ (Самара), ВЗПИ (Москва) и др.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 16 конференциях, в том числе на 3 республиканских и на 2 международных семинарах.
Публикации.
Основное содержание диссертации отражено в 32 публикациях, включая две монографии, и в 18 отчётах о НИР.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения.
