Введение к работе
Актуальность проблемы. Современные масштабы разработок, производст-іш и применения улекгромсчііпи'їсекпх ус і poiici и и систем различного ііпіііа-чения при одновременном возрастании требований к их функциональным и технико-экономическим показателям обуславливают необходимость совершенствования методов и средств проектирования. В настоящее время широкое практическое применение нашли разнообразные средства автоматизации разработок, объединяемые в составе систем автоматизации проектирования (САПР).
Проблемы принятия проектных решений занимают центральное место в разработках повой техники, а качество принимаемых решений в значительной мере зависит от точности и достоверности применяемых математических моделей. По мере совершенствования методов и средств проектирования все более высокие требования предъявляются и к модельным представлениям проектируемых объектов. При этом важнейшим шагом в повышении адекватности моделей является переход к применению вероятностных математических моделей, позволяющих в процессе разработки учитывать совокупность случайных технологических и эксплуатационных факторов.
Значительный вклад в становление и развитие методов и средств вероятностного моделирования внесли отечественные ученые-электромеханики И. П. Копылов, Е. М. Лопухина, С. И. Маслов, О. П. Муравлев, И. Н. Орлов, Э. К. Стрельбицкий, Г. В. Тазов, В. В. Хрущев и многие другие. В их работах были сформированы теоретические основы создания и практического применения вероятностных моделей в решении задач анализа рабочих показателей электромеханических преобразователей различных типов и назначений.
Существенно в меньшей степени проработаны в электромеханике вопросы обеспечения качества принимаемых проектных решений с учетом вероятностной природы формирования внутренних параметров проектируемых объектов и внешних эксплуатационных воздействий. Этим проблемам посвящено существенно меньшее число работ, в основном ориентированных на применение линеаризованных математических моделей электромеханических преобразователей. В опубликованных работах практически не нашли адекватного отражения проблемы организации совместного функционирования вероятностных моделей электромеханического преобразования энергии и моделей конструкции в процессах принятия проектных решений. Кроме того, необоснованным представляется раздельное решение задач параметрической оптимизации и определения допусков на параметры, характерное для большинства известных публикаций по данным проблемам.
Таким образом развитие вероятностных подходов к принятию проектных решений остается актуальным и служит важным резервом совершенствования методов и средств проектирования электромеханических объектов.
Целью работы является создание совокупности алгоритмов вероятностного анализа и синтеза параметров электромеханических устройств и систем как стохастических объектов при одновременном рассмотрении функциональных моделей и модемом конструкций компоненти электромеханических СІІСІСМ (ЭМС) и реализация этих алгоритмов в виде совокупности средств прикладного программною обеспечения САПР.
Достижение поставленной цели предполагает конкретизацию и решение следующих основных задач, среди которых:
исследование чувствительности компонентой электромеханических систем к возможным изменениям значений их параметров;
определение состава и способов формирования комплексных вероятностных моделей электромеханических объектов, включающих в свои состав модели для определения функциональных показателей и модели конструкций;
формирование совокупности алгоритмов вероятностного и имитационного моделирования с учетом технологических и эксплуатационных факторов;
разработка алгоритма синтеза параметров с учетом вероятностной природы формирования их конкретных значений;
практическая реализация системы разработанных алгоритмов в форме компонента прикладного программного обеспечения САПР;
применение разработанных программ для решения задач исследования и обеспечения качества проектируемых объектов.
Методы исследования. Мри решении задач вероятностного анализа применялись алгоритмы минимума-максимума, квадратичного суммирования частичных отклонений рабочих показателей, статистических испытаний. Синтез параметров производился на основе модифицированного алгоритма последовательных уступок с определением области допустимых изменений параметров. Для перестроения математических моделей исследуемых объектов использовались методы планирования вычислительных экспериментов. Разработка компонентов прикладного программного обеспечения проводилась с применением методов объектно-ориентированного программирования и соответствующих инструментальных программных средств.
Научная новизна работы заключается в следующем:
показана принципиальная несводимость проблем вероятностного и имитационного моделирования электромеханических объектов к классу задач линейной теории точности;
предложен и впервые реализован с учетом особенностей математического описания электромеханических объектов алгоритм поиска эффективных проектных решений при рассмотрении параметров как случайных величин;
разработана процедура коррекции положения изображающей точки в пространстве параметров оптимизации при определении области их допустимых изменений, что обеспечивает совместное решение задач параметрического синтеза и определения допусков на параметры;
применена вероятностная оценка принимаемых проектных решений, позволяющая расширить область допустимых изменений параметров проектируемых объектов при заданном уровне их качественных показателей;
Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработанные алгоритмы вероятностного моделирования и синтеза параметров электромеханических устройств и систем как стохастических объектов реализованы на ЭВМ в виде универсальной системы прикладных программ, снабженной средствами, необходимыми для задания математических моделей исследуемых объектов или включения моделей как внешних программ, для применения совокупности алгоритмов вероятностного моделирования, а также для долговременного запоминания и наглядного представления полученных результатов. Применение разработанных программных средств позволяет принимать обоснованные проектные решения с учетом совокупности случайных технологических и эксплуатационных факторов и проводить поиск эффективных путей управления качеством продукции уже на ранних этапах проектирования.
Диссертационная работа является частью комплекса научно-исследовательских работ, проводимых кафедрой «Электротехнические комплексы автономных объектов» и направленных на развитие методов и средств автоматизации проектирования и исследования электромеханических систем различного назначения. Результаты работы нашли применение при создании автоматизированного комплекса, предназначенного для исследования электромеханических систем в режиме многопользовательского удаленного доступа, при разработке компонента САПР CADdy. предназначенного для расчетов размерных цепей конструкций, а также при создании программного обеспечения лабораторного практикума по учебной дисциплине «Компьютерное моделирование электромеханических систем».
Апробация работы. Результаты, полученные при выполнении диссертации, докладывались и получили одобрение научной общественности при проведении научно-практического семинара «Вентильные электромеханические системы. Рынок. Паука. Производство» (Москва, сентябрь 1996 г.), научно-технической конференции студентов и аспирантов (Москва, февраль 1997 г.), научно-технической конференции «Электротехнические комплексы автономных объектов» (Москва, октябрь 1997 г.), на заседании кафедры «Электротехнические комплексы автономных объектов». Результаты работы были отмечены первой премией в конкурсе МЭИ па лучшую разработку новых информационных технологий для учебного процесса за 1996 г., а также благодарностями Оргкомитетов Международных выставок «Современная учебная техника» HDUCOM-97 (Санкт-Петербург, ноябрь 1997 г.) и "Образоваиие'98" (Москва, май 1998).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в пяти печатных грудах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 89 наименований, трех приложений и
содержит 136 страниц основного текста, 43 таблицы и 51 рисунок на 28 страницах.
