Введение к работе
доктор технических наук, профессор Симонова Л.А.
Актуальность темы.
Ведущими двигателестроительными компаниями ведется интенсивная исследовательская и опытно-конструкторская работа по повышению надежности и долговечности двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а в частности, дизелей.
Исследования и испытания дизелей служат одним из главных средств проверки качества изготовления деталей и сборочных единиц, узлов и двигателя в целом, правильности его монтажа, соответствия основных характеристик дизеля требованиям технической документации.
Виды испытаний дизелей регламентируются ГОСТами и международными стандартами ISO, которые устанавливают порядок приемки и требования к техническому уровню двигателей. После приемки и постановки дизелей на производство совершенствование их конструкций и технико-экономических показателей не прекращается.
В настоящее время испытания дизелей представляют собой сложный и трудоемкий технологический процесс, мало отличающийся от экспериментального исследования. Поэтому создаются автоматизированные системы испытаний (АСИ) двигателей.
Современные требования к постоянному повышению технического уровня выпускаемых дизелей приводят к тому, что доля затрат на проведение испытаний при создании новых образцов двигателей все более возрастает. Особенно большими эти затраты становятся при несоответствии уровней автоматизации производства и научно-исследовательских работ. В связи с этим автоматизация технологических процессов испытаний является одной из основных задач повышения технологического уровня производства и качества выпускаемых дизелей.
Благодаря работам Адгамова Р.И., Дмитриева С.В., Заляева И.А., Кожевникова Ю.В., Красных В.Л.., Хайруллина А.Х., Румянцева В.В. и др. в области автоматизированных систем испытаний заложен фундамент для проектирования подобных систем в двигателестроении.
Актуальность темы обусловлена необходимостью автоматизации функции управления дизелями в процессе стендовых испытаний – массовой технологической операции машиностроительных предприятий на этапе выпуска изделия в эксплуатацию.
Объект исследования. В качестве объекта исследования диссертации выбрана автоматизированная система испытаний дизелей.
Предмет исследования. Предметом исследования является алгоритм управления дизелем, основанный на применении нечеткой нейронной сети, в составе АСИ.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности АСИ дизелей по времени настройки стенда на новый тип двигателя и точности получаемого управляющего воздействия путем разработки методов оперативной настройки на основе нечеткой нейронной сети.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие научные задачи:
-
Разработка структуры нейро-нечеткой системы для получения базы знаний АСИ дизелей при проведении испытаний.
-
Разработка методики формирования топологии нечеткой нейронной сети АСИ на основе заданных входных параметров режима испытаний дизеля.
-
Разработка методики и алгоритма формирования структуры базы знаний АСИ дизелей в виде нечетких правил управления двигателем.
-
Разработка методики и алгоритма обучения спроектированной нечеткой нейронной сети АСИ дизелей.
-
Разработка алгоритмов и на их основе программного комплекса, реализующего методики управления дизелем в процессе его испытаний.
Положения, выносимые на защиту и обладающие научной новизной:
-
Модель управления дизелем, отличающаяся представлением модели двигателя на основе нечеткой нейронной сети и обеспечивающая автоматическое получение базы знаний АСИ в виде нечетких правил.
-
Методика технологического процесса испытаний дизелей, отличающаяся заданием программы испытаний в виде топологии нечеткой нейронной сети и обеспечивающая расчет управляющего воздействия на дизель по заданным входным параметрам режима испытаний.
-
Модель базы знаний АСИ дизелей, отличающаяся матричным представлением базы знаний нечетких правил для управления двигателем и обеспечивающая расчет управляющего воздействия на двигатель по нечеткой нейросетевой модели.
-
Алгоритмы управления дизелем при испытаниях, отличающиеся применением нечеткой нейросетевой модели управления дизелем и модели базы знаний, реализованные в виде программы для ЭВМ (Свидетельство государственной регистрации №2011614373 от 03.06.2011).
Практическая полезность работы:
-
Уменьшение времени настройки стендов на заданный режим испытаний на основе подготовки управляющих воздействий для рейки топливного насоса высокого давления (ТНВД), используемых при получении необходимых выходных параметров дизелей.
-
Повышение точности управления процессом испытаний за счет использования решений, полученных в результате применения нечеткой нейросетевой модели для перемещения рейки ТНВД, описывающих состояние дизеля в любой момент времени.
-
Повышение производительности труда технологов-испытателей при проведении испытаний дизелей.
-
Экономия топлива при испытании дизелей в результате повышения качества испытания за счет выработки более точного управляющего воздействия.
-
Разработан программный комплекс «Автоматизированная информационная система «Испытания дизельных двигателей внутреннего сгорания на основе нечеткой нейронной сети»», реализующий методики формирования структуры нечеткой нейронной сети и получения базы знаний АСИ дизелей.
Методы исследований. При нахождении управляющих воздействий по входным параметрам использовались: нечеткая логика, нечеткий вывод на основе алгоритма Сугено, теория искусственных нейронных сетей, градиентные методы оптимизации для обучения нечетких нейронных сетей.
Реализация результатов. Осуществлено внедрение результатов работы на Завод двигателей ОАО «КАМАЗ». Основные положения диссертации используются в учебном процессе в ФГБОУ ВПО «Камская государственная инженерно-экономическая академия». Разработанный программный комплекс «Автоматизированная информационная система «Испытания дизельных двигателей внутреннего сгорания на основе нечеткой нейронной сети»» был зарегистрирован в ФГУ ФИПС Роспатента и получено свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2011614373 от 03.06.2011.
Апробация работы. Основные положения и результаты, полученные в работе, опубликованы в 15 печатных работах, доложены и обсуждены на заседаниях кафедры АиИТ и ПИУ (ИНЭКА) в 2008-11 гг., а также международных и межрегиональных научных и научно-практических конференциях: «Камские чтения» (Набережные Челны, 2009 г.); «Камские чтения» (Набережные Челны, 2010 г.); «Научные исследования и их практическое применение» (Одесса, Украина, 2010 г.); «Computer Systems Aided Science, Industry and Transport», Transcomp – XIV International Conference (Zakopane, Poland, 2010), «Современное состояние естественных и технических наук» (Москва, 2010).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 работ, в том числе 1 монография, 4 статьи в рецензируемых центральных журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем диссертации: диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы, включающего 109 наименований, 7-и приложений, содержащих результаты испытаний дизелей. Работа изложена на 123 страницах машинописного текста, в том числе приложений на 11 страницах, содержит 34 рисунка и 7 таблиц.
Похожие диссертации на Автоматизация технологического процесса испытаний дизелей на базе нечеткого нейросетевого метода
