автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Инвариантное моделирование и оптимизация рычажных механизмов машин легкой промышленности

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи ГУСАРОВ Александр Васильевич

ИНВАРИАНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТШИаЩй РЫЧАКШХ МЕХАНИЗМОВ 1ЛАШН ЛЕГКОЙ ПГОМШЗНКОСТИ

Специальность 05.02.13 - Машины и агрегаты легкой пвомшнленности

Автореферат1 диссертации на соискание ученой степени доктора технических каук

МОСКВА - 1392

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного

Знамени технологическом институте легкой промкгленности и

институте "Общая техника конструирования машин" Рейнско-Вест-

фальсхой высшей технической школы в г.Аахене ( j-stLtut jut MÎgemeLne Kortbt"iUKti.iinbtGc.h<KK des Mi^c.hi.ni.r'.auis dtc. Rhe'uùsch - Vastj^àMbche- Tec-hncbche Hoc.hschu£e t'uÙK'ft) .(y(T)

ОФЖЩШШ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук, профессор

АЛЕКСАЩРСВ Б.М.

доктор технических на у:-:, профессор РШВДЕВ A.C.

доктор технических наук, профессор ХАВКИЯ 3.L.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: НПО Легпрокмех. 'газация - Ши?

Защита состоится "21" ¿З^Г^р.1» в .1С' -с.

на заседании специализированного.Совета Д. 063.32.02 прл Московском ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте легкой промышленности по адресу: 113806,Ыосгха.ул.Ос/иенко.О.ч. С диссертацией можно ознакомиться в би&ыотеке института. Автореферат разослан ".13" СЕйГбир^ 1992 г. Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря специализированного Совета

Ученый секретарь специализированного

Совета канд.техн.наук,доцент --¿//ш ■ ГЯ3.1Н В.В.

АННОТАЦИЯ

Диссертация посвяцена решению проблемы создания обобщенных моделей рычажных механизмов оборудования для легкой промышленности я эффективных методов их оптимизации. В работе рассматривается методика моделирования процесса производства, сборки и функционирования этих механизмов. Представлены результаты внедрения теоретических и экспериментальных исследований в промышленность я учебный процесс.

Решение указанной научной проблемы имеет важное народнохозяйственное значение и ориентировано на использование в следующих направлениях:

- проектирование оборудования по производству кожи, меха, ПШ и Ж, одежды, обуви и кожгалантерея них изделий;

- прогнозирование развития техники для легкой промышленности

- изготовление машин и аппаратов для легкой промышленности;

- производство одежды, обуви и кожгалантерейных изделий;

- подготовка и переподготовка кадров для легкой промышленности. 1

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАШШ

Актуальность теш. Удовлетворение потребностей населения стропы в предметах массового спроса неразрывно связано с механк-з:иу:сй автоматизацией производственных процессов в легкой про-MwiciiiiocTH. функциональное назначение технологического оборудо-¡i!;i.:-i ;; сль,ч;:];:.;<;еск направление его развития привели к тому, что Слшадя члоть машин оччшади сод^жят рычажные»механизмы.

lie случайно многочисленные исследования в области кашиио-стрсения для легкой промышленности относятся к таким механизмам.

ногообразие, структура и сложность механизмов в первую очередь пределятся конкретным назначеньем оборудования и целим рядом собенностей технологических процессов легкой промышленности.

Эти обстоятельства привели к тому, что к настоящему времени оздан практически необозримый фонд узкоспециализированных мето-ов и объектяоориентированных моделей механизмов, машин и техна-огических процессов отрасли.

В последние годы продолжается интеграция науки и образования, эздаются и функционируют ассоциации, концерны, учебно-научно-эоизводственные комплексы. Вузы взаимодействуют с предприятиями I основе договоров о подготовке и переподготовке кадров и прошении совместных научных.исследований. Эксплуатируются, разращиваются и совершенствуются промышленные системы автоматизаро-¡яного проектирования, учебно-исследоваа ляьские САПР, автомати-рованные системы управления технологическими процессами, гибкие томатизировашше производства.

При такой ситуации возникли серьезные трудности в сфере огнозирования развития, проектирования, изготовления и экспхуа-ции отраслевого оборудования. \ Подготовка, и переподготовка к.чд-э также требует усвоения обучаемыми стремительно возрастающих ьемов информации.

В складывающихся обстоятельствах обьектноориентировзнные 1ели рычаяных механизмов и традиционные методы их оптимизации >сят существенный вклад в формирование этих трудностей.

Направление диссертационной работы утверздено Советом Мос-ского ордена Трудового Красного Знамени технологического ин-тута легкой- промышленности (МТШШа) в соответствии с задания:,ш образования СССР 1.2.55 и 3.1.43 .•¿„.¿вузовской научяо-техничес-програымы работ "Создание и развитие учебио-исследсЕатель-

склх САПР и их подсистем в лысших учебных заведениях", приказом Министерства оборонной промышленности СССР о разработке оборудования для легкой промышленности от 23.03.89 и других заданий промышленности по теме "Решение проблемных вопросов создания швейных машин и агрегатированиих рабочих мест для производства одежды и изделий из кожи", планами, совершенствовали! учебного процесса в вузах легкой промышленности.

Цель работы. Разработка теоретических основ инвариантного моделирования и. оптимизации рычали :£х механизмов машин легкой промышленности и практических методик их использования в различных сферах приложения:

прогнозирование развития техник« для легкой промышленности; проектирование оборудования по производству кожи, меха, ПШ и ИХ, обуви, одеады и кожгалантерейних изделий;

изготовление машин и аппаратов дня легкой промышленности; производство одежды и изделий из кожи;

подготовка и переподготовка кадров для легкой промышленности..

Для достижения поставленной цели решались следупцие задачи:

- системный анализ технологических процессов я оборудования легкой промышленности;

- анализ объектноориентированных и инвариантных методов моделирования и оптимизации технических систем легкой промышленности;

- разработка методологии создания единых моделей разнород-них технологических процессов и оборудования; их компонентов,

| ;п*.!-шс1. на систематику фу.ьических, химических и биологических

оа;

- осьедшишип ] л анообразних с/.с;л ричажнцх механизмов, кино-¡штичсских цепей; структур и геометрии поперечных \>1чениЙ виеиь-

>, их контуров; рабочих чертежей; о&цих видов машин и т.п. в [иные модели;

- создание предпосылок для формирования обойденных структур |ределешюго целевого назначения (отдельных машин к автоматов; шструхтивно-унифицированных рядов машин; поточных линий по про-(водству одежда и изделий из кош», кожевенных, обувных или шзей-сс машин; наборов технологического оборудования для предприятий ггкой промышленности; производственных программ заводов, кондер-)В, фирм, специализирующихся на проектировании и изготовлении оо'о-гдования для соответствующих отраслей промышленности; "УИ САПР ву-зв легкой промышленности; аудио-визуальных пособий для изучения зответствущих дисциплин по специальностям вузов легкой промыш-знности и т.д.);

- разработка концепции получения характеристик рычажных меха-13мов на основе метода бинарных деревьев логических возможностей;

- создание методики внчи^чения характеристик, опирающейся на точно-модулышй принцип построения списковых структур объектов эделировалия и лозволяхщей "просматривать" все возможные сборки, зключая "отрицательные", "мнимые" и "комплексные проекты";

- разработка методики моделирования механизмов Ш и более вы-эких классов путем получения характеристик в "неявной" форме с эследупцим преобразованием их к "явному" виду;

- создание методики прогнозирования крайних положений рнчаж-к механизмов;

- представление требуемых законов движения исполнительных яструментоз машин легкой промышленности в виде единых моделей;

- разработка метода мимикрии для формирования целевых функ-

ай:

- создание эвристического метода оптимизации рычахяых уси-

лителсй мощности для структурного и метрического синтеза объектов проектирования;

- разработка интегрального алгоритма для поиска оптимальных параметров■рычажных механизмов машин легкой промышленности с помощью псевдобиологических методов, в основу которых положены упрощенные процессы (генная и хромосомная мутации, рекомбинация, селекция и изоляция) синтетической теории эволюции;

- метрологический анализ типовых деталей рычажных механизмов швейных машин в производственных условиях посредством современных автоматизированных измерительных комплексов;

- создание концепции моделирования процесса производства, сборки и функционирования рычажных механизмов; .

- разработка методики для теоретического и практического определения кинематических, силовых,- энергетических и других функций партий механизмов машин легкой промышленности;

- моделирование и оптимизация рычажных механизмов швейных и обувных машн по заданию промышленности;

- создание технологии автоматизированного проектирования машин легкой промышленности в условиях учебно-исследовательской САПР;

- получение ряда новых технических решений (на уровне изобретений) и внедрение их в промышленность (следящие системы, специализированная экспериментальная аппаратура, системы с разгруженными программоносителями, системы путевого управления и другие системы для легкой промышленности);

- разработка и внедрение новых методов и средств обучения.

Методология и методы исследования« В диссертации кспользова-

ш;: систоми.:« подход, .позволяющий рассматривать предметы и явле-)!/.н г, их взаимосвязи; элементы концептуальной алгебры и теории

графов; метода исследования операций и синтетическая теория эволюции.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- выполнено теоретическое и практическое исследование научной проблемы по разработке методологии инвариантного моделирования и оптимизации,рычажных механизмов машин легкой промышленности, име-пцей важное народно-хозяйственное значение;

- впервые осуществлен структурный анализ технологических процессов и оборудования легкой промышленности на базе основных положений концептуальной алгебры, предложена методика формирования единых моделей технических систем отрасли и их компонентов;

- созданы типовые инвариантные модели рычажных механизмов и разработан способ их декомпозиции на составляющие, отвечающий требованиям блочно-модульного построения объектов проектирования;

- разработаны приемы моделирования механизмов Ш и более высоких классов, опирающиеся на методы получения "неявных" функций в табулированной форме, преобразования их к "явному" виду и прогнозирования крайних положений ббьектов исследования и оптимизации;

- создана обобщенная модель требуемых законов движения исполнительных инструментов машин легкой промышленности и сформулированы рекомендации пользователю по блочно-модульному построению функций приближения;

- впервые разработан метод мимикрии для формирования критериальных функций;

- впервые осуществлен структурный и метрический синтез рычажных усилителей мощности;

- разработан и использован при решении практических задач эффективный и универсальный алгоритм определения оптимальных

параметров рычажных механизмов машин легкой промышленности с . привлечением псевдобиологических мет'дов;

выдвинута и реализована концепция иоделкроваяия процесса производства сборки и функционирования рычахных механизмов;

- выявлены детерминированные и стохастические характеристики типовых объектов моделирования швейных и обувных машин.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, представленных в диссертации, подтверждается теоретическими и экспериментальными исследованиями, выполненными под руководством и при активном участии азтора в ходе их реализации в промышленности и учебном процессе ВУЗов и техникумов; црьменением современных методов и средств ведения исследований. .

Практическая ценность и •реализация работы. Каучно-практичес-кае разработки, представленные з диссертащш позволяй? решать комплексно конкретные задачи моделирования и оптимизации рычажных механизмов машин легкой промышленности, исходя из необходимости интеграции науки, производства п образования. йти разработки могут быть использованы при:

- разработке новой и совершенствовании существующей техники для легкой промышленности;

- создашь и. модернизации методического, muíе.матическогс,про-гп'ташого и Кй$ор.,5ещолного обеспечения САПР, Л1 CAJ1P, ЛСУ ТИ, l'An, VUIK;

- создагш и тдксклудеяцшг уче&чо-шуч!1'>:.иш;шачсадз}»иых

i-.!-..

- ;vb;v\úOXKÓ ;/4e6no-i.Uvría¡r¡SCáU):.': ДОЛу;.К;1/Г!Д'.М ,<>i>> WÜOB íi •

- иодгссозка я «срейоди-отоь;« куц''« .'¡•'.v::o:5 пдашсв-

нсхтл,

Практическая значимость работы подтверждается эффективностью

!

внедрения ее результатов: |

- концерном "Подольск";

- производственным объединением "Промтвеймаш";

- центральным конструкторским и исследовательским бюро спортивно-охотничьего оружия;

- Солнечногорским механическим заводом;

- заводом резиновых изделий "Инкарас";

- научно-исследовательским институтом резиновых и латексных изделий;

- центральным научно-исследовательским институтом швейной промышленности.

Экономическая эффективность от внедрения разработок в промышленность составляет около миллиона рублей.

Результаты научных исследований используются вузами легкой промышленности. Они нашли применение .в лекциях, на лабораторных и практических занятиях, курсовом и дипломном проектирован;' I, включены в типовые программы "Машины и аппараты обувного производства? для специальностей 1108, 1113 "Технология легкой промышленности" для специальности 0569 ц учебник "Расчет и конст-

I ;

руирование механизмов машин обуйных и швейных производств".

Идеология инвариантного моделирования и оптимизации рычажных механизмов оборудования для'легкой промышленности исполъзо-

| и

валась в. процессе выполнения заданий Тособразования СССР 1.2.55

а

(машиностроительный раздел) и'З

скнх САПР и их подсистем в вцсш малась во внимание при заключен! и МТИЛПом и концерном "Подольск;" ' О

1.43 Межвузовской научно-практи-

ческой программы работ "Созданиг и развитие учебно-исследователь-

, I

х ■учебных заведениях". Она прини-договора на 1988-1993 гг. между

подготовке и переподготовке

кадров и проведении совместных научных исследований".

Апробация 5оты проводилась в СССР и за рубежом. Основные результаты работы докладывались и получили положительную оценку на конференциях, симпозиумах, семинарах в:

- Московском технологическом институте легкой промышленности;

- Московском текстильном институте;

- Московском инженерно-физическом институте;

- Московском авиационной институте;

- Московском станкоияструментальном институте;

- Московском зао.чном машиностроительном институте;

- Московском доме научно-технической пропаганды;

- Московском обществе приборостроительной промышленности; -

- Киевском технологическом институте легкой промышленности;

- Воронежском Государственном Университете;

- Дмитровоградском филиале Ульяновского политехнического института; '

- институте общей техники конструирования Рейнско-Вестфальской высшей технической школы в г.Аахене (ЗпьисиЛ ^Ux AUgamtU«. KoasttaKtloastücWcK скь MaschUenlan«* 4« ' Rtei.ni.wcK - We&tfotlwcKe TetWftUche. HocKbthUl«. flache.к) (ФРГ);

- Мюнхенском техническом Университете (Technische. Uni.v«.&i.tat

München) (ФРГ);

- институте "Механизмы и динамита машин" Рейнско-Вестфальской высшей технической школы в г.Аахене (Unattfut für teclmlt-K and Mü.schi.n*atiyhcimLk ctai RWIH flachen) (ФРГ);

- институте "Конструирование деталей машин и точных приборов" ¿•¡••ауаявейгского технического университете (instltut füi Kstistiükttobs Ü-h.'i M .'.«-hlnta und Fei-nu-iitK«.temüakfe TicKnL-jcht Uiu-ve-tsi-tat

fuuuft">cWei.<j) (ФРГ);

~ iliij-^o JUopKonn Crn 6И) . (ФРГ);.

- техническом университете г.Карл-Маркс-штадт ( Tec/ir»iScAe ¡veisifcat Kot? - Mow - Stadt ) (ГДР).

Конструкторские разработки защищены девятью авторскими сви-тельствами СССР. По результатам их внедрения в народное хозяй-во автор диссертации отмечен знаком "Изобретатель СССР".

Документы, подтверждающие апробацию работы; эффективность ее едрения в промышленности и учебных процесс; результаты модели-вания процесса производства, сборки и функционирования механиз-в подачи нитки с вращательными низшими кинематическими парами введены в приложении. '

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 473 страни-х. Она содержит 239 страниц машинописного текста, 54 рисунка, таблицы и состоит из введения, 5 глав с выводами, заключения, иска литература (215 наименований), приложения на 146 страницах.

Первая глава' посвящена единым моделям технических систем гкой промышленности. Технологические процессы к оборудование гкой промышленности рассматриваются с позиций систематики. Отчается, что при всем многообразии объектов исследования и оп-мизации каждый из них обычно описывается как черный, белый или рый ящик. Принято считать, что у абстрактной технической систе-на вход подается энергия Ei« , вещество W$t и сигнал нформация) Sи , Система обеспечивает их преобразование в ходные- параметры , V^Skn > $1ы* . Со стороны окру-

щей среды на систему оказывается.воздействие, имевшее составите Е„ , W„ , 5П • "Давление" системы на окружавдую еду оценивается параметрами t з , Wj , .

Произвольные компоненты технологических процессов и оборудо-ния отрасли можно рассматривать в виде абстрактной модели, ма-иатическое. описание которой имеет вид

X = Ф„Аи.Ь.С), (I).

где: Х1(Х1 ,ХЬ). .,ХЛ) - реакция элемента системы на

внешние воздействия; мА- оператор математической модели, устанавливающий соответствие меаду множествами X , .А , Ь , С ; А = (а, ,а4|...,о-т) ■. - связи, описываемые в детерминированной форме; а в = (Ь, ,6ц ... - множество стохастических и вероятно-

стно-неопределенных связей; С = (С1, сг. • - • ,су) -константы. Если рассматривается модель белого ящика, имеющего внутренние связд ИЧ^м^ч..—Ас) , то "

X'-- ФМЛ(Л,Ь СД). (2)

Многие компоненты технических систем отрасли изменяются во времени ^ . Для такого случая имеем модель элемента динамической системы

о) •

Несмотря на кажущуюся простоту традиционного подхода к решению зг-ач моделирования технических систем легкой промышленности, практическое применение его сопряжено с существенными трудностями. Представляется целесообразным развить этот подход, опираясь на основные положения теории концептуального проектирования.

Подавляющее большинство тех»ических систем функционируют на основе физических, химических или биологических эффектов. Последах« мс..аю интерпретировать как конструктивные примитивы или ио-,р /л:-! самого низкого уровня. Наборы соответствующих эффектов обра-■>ууу: операторы. Структура произвольной технической системы или ■;ло],;х.'.! ос функционирования описывается последовательностью вы-1К'Л:снл>1 (¿•паических, химических, биологических, арифметических и

югнческих операторов.

Следовательно, разнородные технические системы легкой про-шшленности можно представлять в виде инвариантных моделей типа

- зг^ДК, ««)• •

4№аКХЛ^гЛЛ,!..К,..г «> ЧК* ("СЛ.п^Л}.

десь:Ф0 - символ обобщенной модели; Г - признак наличия модуля;

Фц« - математическое или иное описание общей части модели; М - индекс связи модуля с другими компонентами модели; ^ - математическое или иное описание неделимой часта, модели - элементарного модуля. В зависимости от области применения могут создазаться как втономные обобщенные модели рычажных механизмов, так и едите эдели технологических процессов и оборудования для легкой иро-лиленности. ! I

На качество выполнения рабочих процессов многих технологичес-

IX машин существенное влияние оказывает структура рычалених меха-[змов. Она является одним из значимых факторов, которые опреде-□от точность и надежность функционирования исполнительных меха-:змов; габариты; металло- I? энергоемкость} статические; данами-ские, эргономические, монтажные,, эксплуатационные характеристи-машин.

'|<турнрго синтеза оформляются в

щ, с^ем, объемных приложений к 1 ;

ссертациям. Наиболее полные:оппсЬния цепей и механизмов занимают сколько сот или тысяч страниц.

Традиционно результаты стру де многочисленных таблиц, мэтр

С развитием компьютерной технологии конструирования машин все большую остроту приобретает компактное представление цепей и механизмов. Иными словами, речь идет об "упаковке" моделей объектов исследования и проектирования в единое целое.

В работе предложен метод "Кентавра", с помощью которого созданы меню механизмов с двумя степенями свободы и кинематических цепей с четырьмя степенями изменяемости.

Свыше 300 четырех-,шести- и восьмизвенных регулируемых кинематических цепей с низшими парами "упакованы" в единую обобщенную схему. Только 26 цепей требуют усложнения текущей обобщенной схемы. Затем происходит насыщение инвариантной модели.

Синтезирована обобщенная структура типовых исполнительных механизмов швейных машин.

Предложенный метод позволяет компактно "упаковывать" структуры звеньев рычажных механизмов, описания геометрии поперечных сечений звеньев и их контуров, рабочие чертежи и т.п.

Метод дает возможность создавать обобщенные структуры определенного целевого назначения:

- отдельных машин и автоматов; ,

- конструктивно-унифицированных рядов машин;

- поточных линий по производству одевды; обуви и кожгалантерейных изделий; ;

- наборов технологического оборудования для предприятий легкой промышленности;

- кожезенных, обувных или швейных машин;

■ - производственных программ машиностроительных заводов, концернов > фирл;

- УИ СЛ11Г вузов;

- яудио-лиауалыых пособ»..» и т.п. -

Во второй главе развивается концепция инвариантного моделирования рычажных механизмов па основе метода деревьев логических возможностей.

Большая часть стержневых систем обувных, швейных,кожевенных . и других машин легкой промышленности относится к механизмам П и Ш класса. Основу автоматизированного анализа и синтеза таких механизмов составляют модели, позволяющие решать задачи о положениях. Решение такого рода задач сопряжено с необходимостью составления уравнений связи , представляющих собой функции параметров кинематической схемы механизма и обобщенных координат.

При применении явных уравнений связи пользователя постоянно "сопровождают" решения, лежащие за пределами его интересов. В частности, математическая модель трехловодковой группы имеет вид:

Л/ +Вх* + Вх4 - уу * «Гх - 0. (5)

Описания коэффициентов Л -К занимают несколько страниц, а решение уравнения в радикалах сопряжено с существенными трудностями. Зачастую желаемый результат не может быть получен за обозримое время даже при наличии самых современных ЭВМ.

Задача существенно упростится, если из общей совокупности возможных решений выделить только приемлемые. Процесс определения кинематических, силовых, точностных и других характеристик объекта исследования представляется в виде бора (рис.1). Он содержит ГМ бинарных деревьев логических возможностей. Все деревья имеют общий корень - 0 . Все узлы безконтурных графов имеют идентификаторы типа Й , В , Здесь: Д -

ранг ветви (уровень кинематической пары); В» - номер положения механизма; С - порядковый номер элементарной функции (расчетного примитива); с1 , е , , »• - бинарные признаки ветвлений.

3е— кинемати,Еслой

у РОВ ЕН'ь"2^-т

' »« « «к „

I. Бинарные деревья '

определения характеристик шарнирно-рьчалпих скотом. .

I

Расчетные примитивы предназначены для однозначного определения

| . (Л

положений кинематических пар - у^ ь ; аналогов скоростей, ускорений, рывков; реакций в кинематических парах; вектор-моментов и других статических, динамических и точностных характеристик

г Ы) I

- ь .В обозначениях; примитивов первого ранга бинарные

признаки опускаются. Примитивы являются компонентами ветвей деревьев. Зашрихованные узлы соответствуют положениям шарниров объектов исследования. Реаклизация, т.е. путь от корня к листья;.! дерева дает конкретную сборку системы. Число возможных сборок определяет структуру дерева и общее количество реализаций для бора Ц.р'ШО^с; • Обычно пользователя интересуют только определенные сборки. Чаще всего ему желательно обеспечить условие Ц.р-т . Иными словами,требуется понизить ранг дерева до I. Для этой цели необходимо иметь такой моделирующий алгоритм, который г средством технических средств САПР отсекает лишние ветвк дерева, ис-

I

ходя из накладываемых конструктЬром ограничений.

Если исходные уравнения связи для определения характеристик

систем имеют степень выше первой, то их декомпозиция на расчетные

¿Ы) !

примитивы ух с ь приводит, к возникновению дополнительных

точек ветвления и повышению ранга деревьев. Однако, это не накла-

1 1 : •

давает никаких ограничений на сферу применения рассматриваемой методики решения задач анализа рычажных механизмов.

Появление ЭВМ с параллельно работающими процессорам позволяют "просматривать" все возможные сборки. Это особенно важно

II

при решении задач синтеза систе>ц большой размерности.

Как показывает, опыт, в п|>ог, торских организациях "прихиваютс

вания механизмов и машин, кстор! е свойствами. К последним, в первою

тленности и ироектно-конструк-я" только те концепции моделиро-

обладают вполне определенными очередь, относятся универсаль-

ность и возможность привлечения простых средств для решения сложных и громоздких задач.

Учитывая эти требования,в качестве расчетных примитивов использовались тривиальные зависимости. Каждый расчетный примитив оформляйся в виде подпрограммы общего вида. На базе инвариантных программных модулей разработано меню, вызываемое пользователем на экран дисплея. Из элементов меню формируется списковая структура шаркирн»-рычажной системы.

Если объект исследования относится к механизмам Ш или более высокого класса, то необходимы дополнительные средства и методы. Автором разработан метод получения "неявных" функций с последующим их преобразованием к "явному" виду. В общем случае неявно заданные табулированные функции составляются с привлечением методов Монте-Карло и замены ведущего звена.• ,

На практике количество "холостных" циклов вычислений можно существенно сократить. Для этого необходимо знать положение хотя бы одной точки базисного звена в процессе работы механизма. Такие точки имеются во многих механизмах машин легкой промышленности.

Здесь задача решается методом направленного поиска. Формируются "положительная" и "отрицательная" матрица. Они объединяются в одну. Упорядочение информации осуществляется путем обмена местами строк на основе методов сортировки и поиска. Преобразование "неявных" функций к "явному" виду проводится за три этапа. При этом самый "легкий" файл "всплывает" и разворачивается на 180°."Тяжелые файлы" выпадают в осадок.

Методика отыскания характеристик механизмов усилителей Ш и солее высоких классов позволяет существенно сркратить количество "холост;;*" циклов и донести его до двух.

Характеристики чаще всего представляет собой гладкие перио-дческие функции с "размытыми" экстремумами. Следовательно, нелъ-я оставить без внимания крайние положения объектов исследования .моделирования.

Традиционные приемы определения крайних положений позволяют олучагь уравнения оврагов и гребней. За счет введения дополнитель-ой системы координат и особой конфигурации базисного звена уда-тся значительно упростить коэффициенты уравнения по сравнению общей математической моделью механизма Ш класса.

Для решения поставленной задачи в общем виде предлагается оспользоваться методами прогнозирования крайних положений рычаж-ых механизмов. Такой прием оправдан, поскольку характеристики бъектов моделирования развиваются во времени.

Любому фиксированному положению входного или регулировочного вена ставится в соответствие линейный или параболический тренд, эторый обладает наибольшей скоростью роста. Уравнения оврагов и ребней отыскиваются в виде огибающих кривых. В рассматриваемом пучае предполагается, что все точки кривой тренда равноценны.

Со временем на объект могут оказывать- существенное влияние эзмущающие воздействия, например, износ в кинематических парах, такой ситуации целесообразно скорректировать уравнения тренда. злъеий вес присваивается последним членам динамического ряда.

Решение задач анализа и синтеза шарнирно-рычажных систем с ютом случайных составляющих требует методов стохастического югнозирования.

При выполнении диссертационной работы- в вычислительном центре ИЛПа па основе программы ТИЕМВ. осуществлялось прогнозирование ийних положений механических усилителей мощности, механизмов

швейных и обувных машин.

Третья глава посвящена оптимизации параметров рычажных механизмов. Создание совершенного технологического оборудования для легкой промышленности практически не возможно без оптимизации параметров исполнительных механизмов. Для оценки механизмов привлекаются разнообразные критерии качества. Но в первую очередь

конструктор должен обеспечить заданные законы перемещения испол-

д

нительных инструментов. Во многих машинах легкой промышленности эти инструменты непосредственно связаны с выходными звеньями рычажных механизмов. При такой ситуации возникают задачи метрического синтеза.

Специалисты в области синтеза механизмов описывают требуемые законы движения (Здесь ^ , Х^' - обобщенные

координаты механизма) посредством сравнительно громоздких многочленов.

Очевидно, пользователь САПР должен иметь меню требуемых законов движения и возможность их конструирования по блочно-модуль-ному принципу. Представляется целесообразным всю совокупность требуемых законов движения представить в виде единой модели - круговой граф-охемы обобщенного закона движения исполнительных инструментов в цикловых.механизмах. В качестве основных расчетных модулей служат простые функции интерполяции, сглаживания и аппроксимации из имеющегося математического обеспечения САПР.

Ьтот подход можно распространить только на часть проектно-кс-нструктарских задач. Многие отечественные предприятия и зарубежна фирмы выпускают технологическое оборудование для легкой ■"•м'лйнности одного функционального назначения. Однако, законы -.мп соотвотствупцих инструментов этих машин существенно от... -г..-,.".ч^. Ь однотипных машинах для реализации необходимых еаконов ].-»бочих инструментов привлекаются механизмы различной

г- 22-

I

структуры. г

Следовательно, 'во многих случаях мы должны рассматривать не Х:) , а некоторую область устойчивой реализации рабочего процесса машины. Область ограничена сверху функцией ' а снизу зависимостью .

Чаще всего, функция положения "^(Р^ (Здесь Р.^ - пара-

метры механизма) исполнительного инструмента механизма рассматривается как характеристика идеального механизма. В реальных условиях следует учитывать первичные ошибки в параметрах. Практически во всех машинах легкой промышленности имеются технологические и наладочные регулировки. Они обеспечивают воспроизведение семейства функций: ^фДЛ) ; — Таким образом и здесь вместо следует рассматривать область

Ум положений исполнительного' инструмента для партии механизмов, изготовленных по единому проекту. Область имеет ограничащие функ-

№ -рмЛМ.Л) к

„ I

В процессе синтеза механизмов конструктор стоит перед необходимостью обеспечения условия:. \*/исЦ1. Поставленную задачу предлагается решать методом мимикрии. Создается теоретическая, среда (I обитания некоторого "биологического |>бъекта" (например, рыбы)

(см.рис.2). Плоскость яврцется "дном водоема". Оно окрашено

■ ' ¡1

только в светлые или темныа тона. Конфигурация темной области соответствует . Рыба располагается в плоскости "биологического объекта". Здесь темная область Идентифицируется с \</н . Ограничивавшие функции изменяются в-диапазоне [4а "Биологический

¡ласть, ограниченную контуром про-)талойом", В природе биологические вида'среды обитания. Путем естест-

обхект" назовем "аналогом", а о-

екции рыбы на "дно водоема" - "

I

объекты приспосабливаются1 к усл< венного отбора и эволюции, "!Й;{ол<>™че0ких объектов" \*/м должна

г..*.:: к ость - с. 1 ¿кт£.

Ул . ¡м6 (Р>. (р)

"Эталон"

Рис. 2. Иллюстративная модель метода мимикрии.

трансформироваться в \*/д .

Описание "эталона" и "аналога" сводится к построению многопозиционных бинарных последовательностей & и • В процессе синтеза механизмов конструктор должен минимизировать меру близости "эталона" и "аналога"

В качестве мер близости можно использовать:

- коэффициент композиционного сходства;

- расстояние Хемминга;

- коэффициент генетического сходства по М«у ;

- другие критерии кластерного анализа.

Традиционные методы структурного и метрического синтеза

рычажных механизмов не всегда позволяют находить искомое решение оперативно и с минимальными затратами. Учитывая это обстоятельство, в работе предложен эвристический метод оптимизации рычажных механизмов мощности. На первой стадии проектирования усилителей выделяются базовые механизмы и кинематические цепи. Они служат исходным материалом для простейших рычажных механизмов мощности.

В настоящее время для решения проектно-конструкгорских задач пользователь располагает возможностью использовать детерминированные, стохастические и комбинированные методы оптимального проектирования.

Известно, что на протяжении нескольких миллиардов лет существования жизни на земле природа создала совершеннейшие биологические системы. Бвдвинуга гипотеза, что в процессе биологической эволюции осуществляется не только естественный отбор живых

существ с заданными свойствами, но природа "позаботилась" о том, чтобы для этих целей был использован эффективный оптимизационный ■ алгоритм. Сделана попытка представить псевдобиологические методы оптимизации параметров рычажных механизмов в виде интегрального алгоритма.

Основу этих методов составляют упрощенные процессы синтетической теории эволюции': генная и хромосомная мутации, рекомбинация, селекция и изоляция.

На первом этапе работы алгоритма реализуется двучленный му-тационно-селекционный процесс и формируется исходная матрица оптимизируемых параметров в популяции механизмов. Генетический материал генерируется датчиком псевдослучайных чисел. Выбор пары механизмов осуществляется.случайным образом. После рекомбинации производится масштабирование асимптотически нормальных случайных величин и генерация новых параметров механизмов. Проводится сборка, "оживление" механизма, вычисление критерия качества объекта проектирования. Самый худший экземпляр "умирает", т.е. отвергается, а лучший экземпляр пополняет популяции.механизмов и образуется новая матрица оптимизируемых параметров.

Двучленный мутационно-селекциояный процесс предполагает генерацию новых механизмов путем формирования параметров ^н* 1 ' , используя координаты Р]л =

, П, к . . 11 V. ^ . . о ^ текущей точки мутации и слу-

чаШшо приращения параметров " Ч ,1 * V-,! '...;^ ^ Таким

образом __'

Р^Р;,*^. (7)

Селе кцла механизмов осуществляется исходя из соотношений

Здесь: - знак "лучше", —1 - знак "хуже".

Плотность вероятности; р(у) для случайного вектора V , имевдего Гауссово распределение определяется по формуле:

•Чя*5'*). ™

В процессе эволюция механизмов для точек с координатами Р- А Р. ь ... имеет место монотонно ограниченная сверху последовательность

Если в некоторой точке Р2 простразства переменных критериальная функция имеет глобальный оптимум

) I / то для любых__

Р^ ^ Раз справедливо соотношение Следовательно при ^ «» критерий качества

В а -мерном пространстве ввделим область 0. включающую в себя точки Р: для которых можно записать соотношение

Вероятность "рождения" механизма с более высоким критерием

качества

РОУ* (в)

ШГПМНЛ*.

При практическом осуществлении псевдобиологической оптимизации процесс эволюции механизмов может "застревать" в отдельных районах пространства переменных. Это потребует значительных затрат машинного времени. >

Теоретическим путем определены Необходимый Ut/UR>3(3e-[0,l] и достаточный критерии конвергенции мутационно-

селекционного процесса. Здесь: U^ - область, ограниченная внешней сферой радиуса R ; "Ut - область успешных мутаций механизмов; ; 1 - радиус сфер!, ограничивающей область TJ«. . Величина коэффициента задается пользователем исходя из того, чтобы в критической точке P^t Д * Pt $ Л оптимизационный процесс сходился с вероятностью F( P' t)> 3 .

При оптимизации параметров механизмов необходимо стремиться к уменьшению количества К проб или шагов. Вне зависимости от вида критериальной функции ее можно аппроксимировать поверхностями правильных геометрических тел с любой для практических целей точностью. Опыт аппроксимации сложных поверхностей в технике показывает, что душ описания критериальных функций (особенно в районах локальных экстремумов) целесообразно использовать сферические поверхности. Предполагается, что целевая функция монотонно возрастает от периферии к центру гипер-шара и имеет вид

.....Pj-f(Jli). . <13)

Мгновенным значением критерия конвергенции можно считать разность Ь .где и координаты точек

мутации -й; £ и ( . Тогда показатель развития мутационно-

селекционного процесса

L-i с J-1

• RPi- ej* ё/^МР,....^.

г t l

При fl6 E., i и n. i

(15)

В четвертой главе рассматривается проблема моделирования процесса производства, сборки и функционирования рычажных механизмов, а также проблема оптимизации механизмов с учетом микро-и макропараметров. При решении этих проблем выполнялся метрологический анализ типовых деталей шарнирно-рычажных механизмов швейных машин на'Оршанском ПО "Промшвеймаш", концерне "Подольск", в Брауншвейгском техническом университете (ФРГ) с помощью автоматизированных измерительных комплексов Gotdiment Hate.

P^oceV-ng Suvfcemb (Mod«? Ь) и Opton . Результатом работы комплексов являются протоколы измерений и игруппирован-

1 ■ I

на я исходная информация для моделирования сборки и функционирования рычажных механизмов.

i

При фиксированном положении входных и регулировочных звеньев объектов исследования методы инвариантного моделирования для любой L -ой точки произвольного звена дают возможность в шалить N (Н - объем'¡партии объектов исследования) выходных

, ■ j I

характеристик (положения; аналоги скоростей, ускорений и т.п.). Если М* , то последние предстазлягат собой двух- или трехмерные непрерывные! случайные величины. Тогда у плоских мехаииз-

S

мов можно говорить о функциях распределения типа

Мл,»)« РНЛ<А, ь<*} , (16)

где: - прямоугольные или полярные координаты случайных

величин;

Я,Ь - координаты некоторой точки в плоскости «С0£ . ' В частности, положение любой точки партии механизмов описывается поверхностью распределения ^(х.у) , которая совмесино с координатной плоскостью ( У.У ) ограничивает объем

V«; « [ Г(Х.и)«1х ¿3-1. (17)

Ь .04 «в*

Поскольку, мы имеем дело с конечным количеством механизмов, то поверхность распределения может быть представлена в виде призмо-граммы. Посредством технических средств САПР она изображается как двумерная матрица, элементами ¡¡оторсЕ является частоты или поверхности (см.рис.3). Пользователь имеет воз-

можность определять числовые и моментные характеристики для произвольной точки механизма.

В предыдущей главе рассматривались особенности оптимизации механизмов с параметрами одного порядка, В реальных условиях необходимо учитывать как макро-, так и микропараметры. Учитывая дан-, ное обстоятельство, здесь приняты следующая модель пространства 0. переменных. В области 0-м недопустимых значений параметров целевая функция

Ф(р4А.....(18)

а в области СЦ допустимых значений функция качества

Ф(Р.Л.....РпМ(Рп) Ь)

монотонно возрастает вдоль оси Рл . Пределы варьирования параметров

ПеГ-Р , р ] (|р , | = р ' )

Р16" (гЯп'.п.г., 1О Ргак«. г.1 с Рт»«.г)

вид сзлда

4,80 И£= 0,96

Рис, 3, Ксшьвперкое изображение поверхности Q(x,y) распределения двухмерной случайной зеличшш (вероятностная характеристика положения точки 34 партии механизмов для перемещения материала машины типа 1022 класса)

р

С20)

При фиксированном значении Рп *

Ф^.Л^.Л)-^5* (21)

Е заданных условиях

...

•х 05 Т (Р*""* ~ Р^*' "-' ] + т 4 '11 / Ц б"\/а ) •

(22)

Если под интегральным критерием конвергенции.мутационно-селекци-онного процесса понимать 5 ЬКП ( 5 - длина пройден-

ного пути, Кп - необходимое количество проб мутации), то

V-

ё

•Ш

г\аё

Здесь: ¿«аР*«.!.» ...»гр»«..,,.,.

Средняя верояч ость "рождения" конкурентоспособных механизмов

«о.

Одна из основных задач пользователя - назначение оптимального среднего квадратического отклонения . Для модели гипер-

шара

• *« ^ с*-® ,

' (26) В ходе оптимизации механизмов со случайными макро- и микропара-

I

метрами следует иметь в виду, что

(27)

В работе определены оптимальные значения критериев конвергенции.

1 1

Автором сделана попытка сопоставить качество работы различ-

<

ных оптимизационных алгоритмов.

Теоретическое сопоставление псевдобиологических и градиентных методов показывает следующее:

1. Предпочтение следует отдавать градиентным методам, если число оптимизируемых параметров П не превышает трех.

2. При П = 3 они имеют равные возможности.

3. Если П. > 3 существенное преимущество получают псевдобио-логическиэ методы.

На практике конструктор не всегда может предсказать характер целевых функций. В процессе синтеза механизма отклонения иглы машины 1126 класса сопоставлялся метод Монте-Карло и простой псевдобиологический метод. 'Преимущество последнего весьма значительно. В пятой главе рассматриваются прикладные задачи моделитюва-

I .

яия и оптимизации рычажных механизмов легкой промышленности. Здесь приводятся результаты стохастического моделирования объект ов ис-

охаср

, I

следования. 1 !

Установлено» чаще (¡всего в промежуточных положениях механиз-

! -I

мов машин отпасли имеет, место дифференциальный задон распределе-

I,

к

ния характеристик | 1 I :

Здесь: ,и,1Г - параметры закона распределения Гаусса;

р^^Д Ь} - коэффициент корреляции между величинами ■ йиЬ .

Практически предельная область рассеивания на плоскости ограничивается эллипсом

и - и-)' и ~и)(»- и) _ 1 (й- и)* {2Э)

О-а ё* <Ч>

Ориентация осей эллипсов рассеивания может быть любой в интервале [О^Л . Нельзя,однако, утверждать, что в этих положениях мы всегда встречаемся с законом распределения Гаусса. Во многих случаях поверхность распределения имеет сложную конфигурацию. В крайних положениях наблюдается тенденция к формированию двух областей рассеивания (см.например, рис.4).

В общем случае следует говорить о случайных процессах. Отдельные характеристики (траектории движения рабочих точек транспортирующих реек, годографы давлений в кинематических парах и т.п.) можно описать зависимостями типа

сю

43 2 1

№ 8 я 3 2 1 1 2 2 1

3 3 6 6 4 3 1 1 3 5 1

10 8 9 И 13 5 6 2 2 19 40 9 1

>- 6 8 15 15 13 24 11 10 4 20 Т-» ' СО 78 6 < »

4 5 15 19 37 41 22 19 14' 14 128 240 96 3 ■;

1 . 11' -11 Г 18 26 25 22 22 10 5 106 408 356 50 3 ! 1 1

2 11 6 16 16 19 8 8 2 51 371 823 352 16\

1 5 7 10 8 4 3 2 15 192 669 765 126

1 г 2 1 2 2 2 63 505 991 353 12

26 232 657 357. 32

■ 8 1 4 54 250 232 47

а 11 62 82 23

г 2 13 14 6

>- 2 .

86,3 * X ПАХ - 36,76

4. Копия коипютерного изображения призиограюш распределения положения глазка ните-притягивателя (точка 6) при И -0,9.

Здесь: - функция. характеризующая мгновенное рассеивание

. 1 следуемого параметра; Л} - случайная величина I -ой точки механизма; Д^ - амплитуда гармоник; :

- мгновенное значение стационарной случайной функции , ^ - обобщенная координата; 5 - номер гармоники. По-видимому, такой результат представляет в большей степени теоретический интерес.

Если для всего спектра изменения обобщении*, координат реализовать алгоритм моделирования процесса производства, сборки и функционирования объекта исследования, то любую характеристику рычажного механизма можно получить с вомощ^о технических средств САПР в виде призмограммы распределения (см..например рис.5). '

В главе описывается опыт оптимизации механизма с двумя ведущими звеньями дл. отклонения иглы в швейной машине. При проектировании механизма исследовалось качество работы различных методов псевдобиологической оптимизации. Сходимость каждого из них оценивается характеристикой, представляющей собой монотонно убывающую функцию. Во всех случаях комплексный лсевдобиологический метод имеет лучиую сходимость.

Основные сложения инвариантного моделирования и оптимизации рычажных механизмов нашли отражение в технологии автоматизированного проектирования машин легкой промышленности, которая положена в основу рабочих и технических проектов, выполненных по заданиям Гособразования СССР 1.2.55 и 3.1.43 в рамках Межвузовской научно-технической программы "Создание и развитие учебно-исследовательских САПР и их подсистем в ВУЗах".

т 1 X МАХ = 45,13 -ч

| см со 00 СП СП о- гЧ

4-г 1 <а со ю гн см Ч1 «3 о» »4 о со «-1 о »-4

ч «-( «М со «н "Ч* ♦н Ю со со »-1

< см

1 -

ОД *-« о «-<

О) СО СП со со со ю Т-1 СП ю см см

со и о »н см см ю со о ■4« а 8 а см «-1 со СО

и со СО !£> Т-» г-» 1-1 Й 8 •ч" см г* СО о со т-1

см СО СО СО «-( а а СО см 100 ю «-»

ТГ ч > см см о 00 ст >> см ю

тН 111 см СП !>

Ю г* со «н «-( г4 ■ч" со •Ч" см со и ■г. 3 X

СМ ; см см

см «ч

»-1

УЙШ = I -9,74 УШ - 58,63 '

Рис.5. Результаты ноделировбния процесса производства, сборки и функционирования партии, шарнирно-рычаяных макашгзнов по: дачи ниток функция полоаения глазка нитепритягивателя при шаге ОЕШ -'0,1рад)

Последний раздел диссертации посвящен особенностям проектирования машин легкой промышленности с механическими усилителями мощности и другими, рычажными механизмами. Рассматриваются системы путевого управления, следящие системы, системы с разгруженными программоносителями.

Теоретические и практические разработки положены в основу новых технических решений, защищенных девятью авторскими свидетельствами СССР.

ОСНОЕШЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ШВ0Д1

В диссертации решена научная проблема инвариантного моделирования и оптимизации рычажных механизмов машин легкой промышленности. Решение данной проблемы имеет важное народнохозяйственное значение, поскольку обширный спектр существующих объект-ноориентированных^моделей механизмов и традиционных методов их оптимизации является серьезным сдерживающим фактором при внед- . рении современных информационных технологий в областях:

прогнозирование развития техники для легкой промышленности; проектирование оборудования по производству кожи, меха, ПШ и ПК, одежды, обуви и кожгалантерейных изделий;

изготовление ыашк и аппаратов для легкой промышленности; производство одежды, обуви и кожгалантерейных изделий; подготовка и переподготовка кадров дчя легкой промышленности.

Объекты моделирования и оптимизации описываются -как компоненты единых моделей технических систем отрасли. Инвариантные модели разнородных технологических процессов и оборудования; их компоненты создаются, исследуются и оптимизируются, опираясь на современные разработки в области концептуального проектирования и систематику физических, химических и биологических эффектов.

В процессе работы над диссертацией получены следующие езультаты и выводы:

1. Установлено, что в условиях интеграции производства, зуки и образования практически необозримый фонд узкоспециали-арованных моделей технических систем легкой промышленности и зтодов их оптимизации накладывает существенное ограничение на ктивное распространение в отрасли промышленных и учебно-иссле-эвательских систем автоматизированного проектирования, автома-язированных систем управления технологическими процессами,гиб-и автоматизированных производств, экспертных систем и т;п.

2. Для устранения этих ограничений разработана методика эрмирования обобщенных структур отрасти (метод "Кентавра"), эзволящая создавать как автономные интегрированные модели ры-шшх механизмов,' так и единые модели технологических процессов оборудования для легкой промышленности. Выявлено, что при ком-шовке обобщенных! структур сравнительно быстро наступает яасы-зние текущей инвариантной модели.

3. "Упакованы" в единую схему свыше 300 четырех-,шести-, зсьмизвенных регулируемых кинематических цепей с низшими пара-I. |.

4. Синтезирована обобщенная структурная схема Чиповых ис-шштельных механизмов промышленных швейных машин.

5. Показано, что наряду с универсальными структурами можно, задавать обобщенные описания определенного целевого назначения:

- структур звеньев механизмов, описаний геометрии их по-;речных сечений и контуров;

- отдельных машин и автоматов;

- рабочих чертежей, общих видов машин и- т.п.;

- зэ -

- конструктивно-унифицированных рядов машин;

- лоточных .тттний по производству од езды, обуви и кожга-. лантерейных изделий;

- кожевенных, обувных или швейных машин; <

- наборов технологического оборудования для предприятий легкой промышленности;

- производственных програш заводов, концернов, фи^ы. спе-циадизирупцихся на проектировании и изготовлении оборудования для соответствующих отраслей легкой промышленности;

- УИ САПР вузов легкой промышленности;

- интегрированных производственных комплексов;

- Бкспертяых систем; .

- учебно-методических комплексов;

- аудио-визуальных пособий для изучения соответствующих дисциплин по специальностям вузов легкой промышленности и т.п.

6. Доказана приемлемость метода деревьев логических возможностей для деко"позидая обобщенных структур рычажных механизмов и отдельных объектов исследования на элементарные составляющие. Компонентами ветвей служат расчетные примитивы, предназначенные для однозначного вычисления положений характерных точек и звеньев; аналогов скоростей, ускорений, рывков; реакций в кинематических парах; вектор-моментов и других статических, динамических и точност IX характеристик. Методика моделирования позволяет ввделить только приемлемые решения, т. е. посредством технических средств САПР отсечь лишние ветви деревьев и понизить ранг кажг- . дого из них до I. Она опирается на блочно-модульный принцип построения списковых структур объектов моделирования и позволяет "просматривать" все возможные сборки, лежащие в сфере интересов

пользователя.

7. Предложена новая концепция моделирования рычажных механизмов Ш и более высоких классов. Здесь получают табулирование заданные "неявные? характеристики объектов исследования. Преобразование "неявных" функций к "явному" виду производится за три этапа адаптированными методами сортировки и поиска. Создана методика определения локальных, экстремумов на базе стратегии прогнозирования крайних положений рычажных механизмов и итерационных алгоритмов.

8. Обращено внимание на то, что при проектировании к совершенствовании машин легкой промышленности приоритетными являются задачи метрического синтеза, направленные на обеспечение требуемых законов движения исполнительных инструментов. Для формирования целевых функций пользователи предлагается меню требуемых законов движения и .возможность их конструирования по блочно-модуль-ному принципу. Вся совокупность законов движения представляется

в виде единой модели (круговой граф-схемы). Основ, зли модулями

служат простые функции ¡интерполяции, сглаживания или алпроксима-

!

ции из имеющегося матев&тического обеспечения САПР. .

I

9. Доказано, что функциональное назначение мн гих машин легкой промышленности требует учитывать не заданные законы движения исполнительных инструментов, а области устойчивой реализаг«и рабочих процессов V» . Положения характерных точек рабочих ин-

• I ,1 :

струнентов в машине такке1 целесообразно описывать областью V* .

Для. обеспечения условия'^ разработан метод мимикрии. Здесь формирование целейой функции производится с привлечением

I . ; .

различных мер близоЬтя:; коэффициента композиционного сходства, расстояния Хемминга, ВоШ?а1и!б(т генетического сходства по , других критериев, кластерного' анализа.

- 41 -

10. Создан эвристический метод оптимизации рычажных усилителей мощности, который дает возможность эффективно проводить как структурный, так и метрический синтез.

11. Выдвинута гипотеза, что в процессе биологической эволюции производится не только селекция живых существ с лучшими свойствами, но и осуществляется отбор оптимизационных алгоритмов, которые по многим характеристикам превосходят созданные человеком. Учитывая это обстоятельство, поиск оптимальных параметров рычажных механизмов машин легкой промышленности предлагается осуществлять с помощью псевдобиологических методов, сущность которых составляют упрощенные процессы (генная, хромосомная мутации, рекомбинация, селекция и изоляция) синтетической теории эволюции.

Для реализации методов разработан интегральный моделирующий алгоритм. Созданы теоретические предпосылки псевдобиологических методов оптимизации механизмов.

12. Впервые с^омощью автоматизированных измерительных комплексов CozcUment Coto. Rxocesing Su.st«m& - Mod«£ С (Швеция)

и Dpton (ФЕТ) выполнен комплексный метрологический анализ типовых деталей рычажных механизмов швейных машин на Оршанском ПО "Промшвеймаш", концерне "Подольск", TU Bt.au.n&cWeLa.

13. Разработана концепция моделирования процесса производства сборки и функционирования рычажных механизмов. Она реализована при исследовании усилителей мощности и типовых рычажных механизмов швейных и обувных машин по заказу , отраслевых машиностроительных предприятий и конструкторских бюро.

Установлено - чаще всего закон нормального распределения для характерных точек.на плоскости и в пространстве при фиксированных положениях входных звеньев встречается в промежуточных положениях механизмов. Ориентация осей эллипсов рассеивания может быть любой.

- 42 -

14. Доказано, что отдельные характеристики (траектории движения характерных точек транспортирующих реек, годографы давлений в кинематических парах и т.п.) можно рассматривать как случайные процессы, описываемые с помощью тригонометрических родов Эйлерэ-Фурье.

15. Для решения практических задач разработана методика автоматизированного получения произвольных характеристик рычажных механизмов в виде призмограмм или поверхностей распределения. Выявлено, что многие допуски на параметры машин легкой проммк леьности необоснованно завышены, а отдельные из них могут быть расширены более чем в 10 раз.

16. Обоснована эффективность поиска рациональных микро- и макропараметров с привлечением псевдсбиологических методов оптимизации рычажных механизмов.

Г7. На основе теоретических я экспериментальных исследований разработана технология автоматизированного проектирования лития легкой нрсташлесности з условиях учебно-исследовательской (УЯ) САГЬ.'. О'.рд каг-та отражение в технических и рабочих проектах, выпалпеиннл го япдлинл Гособразования СССР 1.2.55 и 3.1.43. Проекты зэдип.' .и! и «wjtccimx 'Машиностроение", "Лс-гкая и пищевая проммглекиосп." кгордшшциснного Согзта по проблеме САПР Гособ-разоыанкя СС1.'? ¡V .'.-олбря 1987 года в Московском авиационном иш'тигуче. "••ч.к.-чо.'ая пвтомдтизированиэго проектирования машин легкой ¡¡iv\:ü'"j\:<;; <.ста и 1087-1988 гг. демонстрировалась яа внетав-г.о р:.бот i-ihi; "достла-зиля в сознания я прстводс^ве учеб-

ной ícx.wi::;", Uv. >;>y*j проводило ¿сосоюзное споц1:а;дзипуБЛнноо

,■ 'пг.: сер'', ilo одлгче Оргкомитета пвхчшка "Раз' P'.:¡Ó0V1.4 ' liJÍ-íU.:.- . ! t :l,;Vi) V «юсда.ТР.теЯ И О-ЛУ 'ИССЯ р ЧЛСЛР зке-лмн;'.:;,, -г.«':-''.••.••••¡о игшгыидпх солремсчному урс.е!» к :. ;дич.чм

- 43 - •

перспективного развитая технических средств обучения.

18. Выполнен комплекс исследований в райках работ по конверсии (см.приказ Министерства оборонной промышленности СССР о разработке оборудования для легкой промышленности от 28.03.89) l реализации других заданий промышленности по направлению "Решение проблемных вопросов создания швейных машин и агрегатирован-ных рабочих мест для производства одежды и изделий из кожи".

При этом получена серия новых технических решений. Девять из них защищены авторскими свидетельствами СССР.

Экономический эффект от внедрения разработок, выполненных при активном участии автора составляет около миллиона рублей. По результатам внедрения изобретений в народное хозяйство автору диссертации присвоено звание "Изобретатель СССР".

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУ ЩИЕ РАБОТЫ \

1. Гусаров A.B. Разработка конструкции, и исследование механизма-усилителя Ш кчасса. Тезисы Московской городской научно-техкн-чзской конференции. М.: МТИ, 1969.

2. Гусаров A.B., Комиссаров А.И., Жуковский С.И. Устройство для' перемещения деталей в швейных полуавтоматах: A.c. 335312 СССР: Опубликовано 11.04.72, бюллетень J4 13.

3. Гусаров A.B., Комиссаров А.И. Устройство для дискретного перемещения «, рабатываемых деталей: A.c. 452639 СССР: Опубликовано 5.12.74, бюллетень й 45.

4. Гусаров A.B., Комиссаров А.И. Система управления швейным полуавтоматом для выполнения строчек по заданному контуру: A.c. 441370 СССР: Опубликовано 30.05.75, бюллетень Я 32.

5. Гусаров A.B., Комиссаров А.И., Якунин В.А. Устройство для перемещения деталей по'заданному контуру: A.c. 482521 СССР: Опубликовано 30.08.75, бюллетень № 38.

6. Гусаров A.B. .Комиссаров А.И. Анализ механизма Ш класса о одной поступательной парой. Научные труда МТИЛП. М. : МШП, 1974, Л 40. j

7. Гусаров A.B., Комиссаров А.И. Устройство для перемещения каретки вырубочнбго пресса: A.c. 436665 СССР: Опубликовано 30.12.74, бюллетень Я 27.

3. Гусаров A.B. к Uli. Устройство для перемещения деталей в швей-

i

ном полуавтомате:! A.c. 594226 СССР: Опубликовано 25.02.78, бюллетень й 7.

). Гусаров A.B. Контурно-микропозиционная система с разгруженными программоносителями./В сб.: Оборудование для легкой промышленности. М. : ЩШТЭИлегпром, 1974, вып.7.

0. Гусаров A.B. Механическая система управления с импульсным усилителем мощности. /В сб.: Оборудование для легкой промышленности. М. : ЩШТЭИлегпром, 1974, вып.8.

[. Гусаров A.B. Старт-стопная система на основе усилителя мощности с рациональной организацией сил сопротивления на управляющем звене./Q сб.!: Оборудование для легкой промышленности. М. : ЩШТЭИлегпром,{ 1974, вып.9. .

. Гусаров A.B. Следящая микрояозиционная система с механическим усилителем мощности. / Веб.: Оборудование для легкой

промышленности. М. :1 ЦНИИ' , Гусаров A.B. ,■ Комиссаров

'ЭИлегпром, 1974, вып. 10. А.И., Фомичев В.И.Основные направления в конструировании оборудования легкой лромшзленяоетл

i

на основе усилителей с кинематическими связями. М. : ЩШТЭИлегпром, 1976. ; Il ! . <

I i ; .

Гусаров ArB. и др. устройство для определения механического, состояния шве{1ных~м1шиш 436665 СССР. Опубликовало

30,09.70, бюллетень

ПУТ/,

15. Гусаров A.B. Методические указания по использованию системы обратной связи на лекции. М.: МТИЛП, 1979.

13. Гусаров A.B., Комиссаров А.И. Устройство для перемещения детали по заданному контуру на швейной машине: A.c. 7S6270 СССР: Опубликовано 15.01.81, бюллетень % 2.

17. Гусаров A.B., Крапивин Н.И., Еатасонова В.Т. Лекции сценари по теоретической механике с использованием обратной связи и учебного телевидения. /В сб.: Комплексное применение технических средств обучения. М. : Московское общество приборостроительной промышленности, 1981.

16. Гусаров A.B. Об одном методе решения конструкторских задач при автоматизированном проектировании технологического оборудования. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация технологических процессов легкой промышленности". Ы.: МТИЛП, 1982.

19. Гусаров A.B., Крапивин H.H., Катасонова В.Т. Методические основы применения аудиовизуальных средств в учебном процессе. /В сб.: Разработка дидактических и методических основ применения аудиовизуальных пособий. - Воронеж: ВТУД982.

20. Гусаров A.B. и др. Устройство для окантовывания тесьмой срезов деталей на швейной машине: A.c. 962356 СССР: Опубликовано 30.09..82, бюллетень Л36.

21. Гусаров A.B. Технические средств обучения в институте./В сб.У Методические рекомендации по применению ТОО в учебном процес сс. и.: 1ШШ, 1982.

22. Гусаров A.B. Анализ и синтез многозвенных механизмов с использованием К! L®.. М. : МТШШ, 1383.

23. Гусаров A.B., Кап-оозова В.Т., Крапивин Н.И. Разработка ста-

- 46 -

тической видеопрограммы для замкнутого вузовского телевидения. Тезисы Всесоюзной конференции. Научные основы разработки и внедрения TCO. М. : МИФИ, 1984. L Гусаров A.B. Контроль знаний студентов с помощью ЭВМ. Тезисы Всесоюзной научно-методической конференции "Пути повышения качества подготовки инженерных кадров для текстильной и легкой промышленности. М. : ШИ, 1984. i. Гусаров A.B.,' Комиссаров А.И. Формирование целевой функции синтеза механизма с двумя ведущими звеньями для отклонения иглы. Изв.вузов.Технология легкой промышленности. 1985,Н. >. Гусаров A.B., Комиссаров А.И. Программа дисциплины "Технология легкой промышленности" для высших учебных заведений по специальности Ö569 "Машины и аппараты легкой прилиплонности" М. : УМО Минвуза СССР, 1985.

Гусаров A.B., Лопухина И.В., Комиссаров А.И. Программа дисциплины "Машины и аппараты обувного производства" дал высших учебных заведений по специальностям 1108 "Технология изделий аз кожи" и III3. "Конструирование изделий из кожи". М.г ИЗО Минвуза СССР, 1985. I. Гусаров A.B., Лопухина И.В. Методические указания к лабораторным работам по курсу "Машины и аппараты обувного произ-

I

водства" для специальностей НОВ, III3. М. : МТИЛП, 1985. ». Гусаров A.B., Комиссаров А.И. Автоматизированное проектирование механизма для отклонения иглы машины типа 1026 класса. Изв.вузсв.ТехнОлогия легкой промышленности, 1985, №2.,

I. Гусаров A.B. Разработка "меню" для решения в диалоговом

и

режиме задач автоматизированного проектирования машин для

■> :

' легкой промшкенВЪЗгл./З сб. : Совсрзенствоэаниз техш;;:л и . технологии и улу<?ш|т1и качества изделлй легкой лршшвлнкно-

- 47 -. ста. М.: МТШШ, 1986.

31. Гусаров A.B., Катаеонова В.Т., Крапивин Н.И. Раздаточные материалы для графпроектов, особенности их разработки и применения. Тезисы докладов на Всесоюзном семинаре "Методически1 разработки и их применение в процессе обучения" М.: ВСНТО, 1986. ;

32. Гусаров A.B., Григорьев В.А., Комиссаров А.И. Агрегатирование машин для сборки заготовок верха полимерно-текстильной обуви. /В сб.: Трудосберегалцая технология и техническое перевооружение в легкой промышленности. Ы.: МДНТД, 1985.

33. Гусаров A.B. Формирование навыков автоматизированного проектирования машин при выполнении Л1РС./В сб.: Учебно-методические рекомендации'по использованию различных методов и средств обучения. М.: МТИШ, 1987.

34. Гусаров A.B., Симаков В.И., Кузьмин Д.J. Опыт разработки конструкторской документации с использованием технических средств САПР. Научные труды МТШШ. И.: ШИШ, 1986.

35. Гусаров A.B. Автоматизация проектирования оборудования для .гткой промышленности в условиях формализуемых и нефораали-

ограничений. Тезисы научно-практической конференции секц,^ "CAHF легкой и текстильной промышленности" Головного Совета LiTBysa ГСССР по проблеме САПР - Дмитровоград,1937.

Зч.. Гусаров A.B. Метода инженерного прогнозирования.. Ы.: ЬШШ,

37. Гусарс_> A.B. Опыт подготовки специалистов для машнострое-¡:ля легко!: промышленности в области САПР. Тезисы докладов научно-иетодической конференции "Проблемы интеграции образования и науки. М.: В1Б1ИТЭЫР и ЫОССТАНКИН, 1990.