автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Методы пространственной компоновки на основе функциональных зависимостей эксплуатационных параметров

На правах рукописи

БОДРЫШЕВ Сергей Валерьевич

МЕТОДЫ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ КОМПОНОВКИ НА ОСНОВЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ЭКСПЛУТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ

Специальность 05.13.12 Системы автоматизации проектирования (отрасль - авиационная и ракетно-космическая техника)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 2006 г

Работа выполнена на кафедре «Инженерная графика» в Московском авиационном институте (Государственном техническом университете)

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

- кандидат технических наук, доцент Маркин Л.В.

- доктор технических наук, профессор Мельников В.М.,

- кандидат технических наук, доцент Коптева Л.Г.

Ведущая организация: - ОАО «Машиностроительное

конструкторское бюро "Искра" имени И.И. Картукова"

Зашита диссертации состоится 4_"_2006 года в_часов

на заседании диссертационного Совета Д. 212.125. 13 в Московском авиационном институте (Государственном техническом университете) по адресу: 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4, зал заседаний Ученого Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАИ.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре по адресу: 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4, МАИ, отдел Ученого секретаря.

Автореферат разослан "17й ноября 2006 к

Ученый секретарь . л _ ----

диссертационного совета г-----—гч ^.т.н. Маркин Л.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Современная техника, в силу своей сложности, наукоемкости и вы-сокотехнологичности требует частичного или полностью автоматизированного цикла проектирования. Автоматизация проектирования позволяет не только сократить сроки выполнения работ, но и учесть множество факторов, например при компоновке, которые сложно учитывать без применения компьютера и соответствующего программного обеспечения (ПО). Порой решающее значение в эффективности изделия определяет именно качественная компоновка, т.е. компоновка, учитывающая не только геометрические размеры объектов, но и их эксплутационно-тех-нологические параметры. Все это требует наличия соответствующего методического, алгоритмического и программного обеспечения. Из всего выше сказанного можно выделить ряд проблем, которые можно разделить на следующие группы:

Методические

• Отсутствие методик учитывающих в процессе компоновки эксплу-тационные и конструкгорско-технологические особенности моделируемых изделий;

• необходимость в создании интеллектуальных алгоритмов размещения, учитывающих вышеприведенные факторы, а также обобщающие опыт проектанта и использования методик и стандартов проектирования;

• непроработанность методов определения и назначения эксплута-ционных и технологических параметров компонуемых объектов.

Производственно -технологические

• Значительный процент устаревшего технологического оборудования на предприятиях России;

• отсутствие (или недостаточность) информационного обеспечения технологических процессов изготовления изделий.

Математические

• Непроработанность математического аппарата комплексного учета эксплугационных и технологических зависимостей моделируемых объектов;

• недостаточная проработанность алгоритмов размещения с учетом разброса параметров формы и расположения объектов компоновки;

Прикладные

• Отсутствие программного обеспечения (ПО) для автоматизированной реализации интеллектуального моделирования с учетом эксплугационных и технологических параметров компонуемых объектов;

• отсутствие статистических данных, содержащих наиболее типичные эксплуатационно-технологические зависимости моделируемых объектов.

В настоящее время исследования в данной области проводятся, но разработки имеют узко-профильные направления и полагать, что данные

наработки можно будет использовать вне их профильной направленности, по-видимому, нет.

Именно поэтому исследования, связанные с разработкой методических основ рационального моделирования, а также процесса оптимального назначения эксплуатационно -технологических параметров с последующим составлением базы знаний (БЗ), представляются весьма актуальными.

Этим определяется актуальность настоящего диссертационного исследования, т.к. оно посвящено разработке решений достаточно сложных задач рационального моделирования.

Цель работы состоит в разработке методов, их математического и программного обеспечения для автоматизированной компоновки, позволяющей учитывать не только геометрическую форму размещаемых объектов но и их эксплуатационно -технологические параметры.

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:

1. Разработка экспертных подходов, которые рационально использовать при формировании решений, а также методов обработки экспертной информации.

2. Разработка методов оценки состояния отдельных путей моделирования и потенциальных возможностей смоделированного изделия, формируемых на основе типовых решений.

3. Разработка математических моделей и методов, предназначенных для оптимизации процессов управления моделированием с учетом технологических факторов.

4. Разработка метода систематизации и проверки логико-геометрических решений моделирования на основе теории графов.

5. Разработка метода систематизации эксплутационных зависимостей моделируемых объектов при решении задач перекомпоновки.

Объектом исследования являются задачи размещения автоматизированного моделирования.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы рационального формирования зоны моделирования, построения рациональных процессов их (методов и алгоритмов) функционирования.

Методологическую основу работы составляют методы математического моделирования, теория графов, классические методы математического программирования, корреляционный анализ, факторный анализ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• предложены методы и алгоритмы, которые позволяют построить алгоритмы рационального (в пределе — оптимального) моделирования с учетом эксплуатационно-технологических зависимостей компонуемых объектов;

• предложена процедура формирования эксплуатационно-технологических параметров посредством аппарата эталонных таблиц;

• разработано методическое, алгоритмическое программное обеспе-

чение формирования пространственных компоновок с учетом эксплута-ционных параметров компонуемых объектов.

Практическая значимость работы состоит в том, что предложенные математические модели, методы и алгоритмы моделирования и оценки полученных результатов, на базе которых могут быть сформированы процедуры определения и выбора рациональных компоновочных решений с учетом технологических и эксплуатационных параметров компонуемых объектов, позволили диссертанту реализовать CAD- систему автоматизированной компоновки «Оптимизатор 1.03», которая является «инструментом» проектировщика-исследователя для формирования различных вариантов компоновочного решения.

Результаты работы могут быть использованы в НИИ и ОКБ авиационной промышленности и общего машиностроения при разработке систем автоматизированной компоновки, а также при подготовке специалистов в авиационных учебных заведениях.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Многофакторный подход в оценке возможностей моделирования с учетом не только геометрической формы компонуемого объекта, но и его эксплуатационно -технологических параметров.

2. Метод отбора подмножества критериев, обеспечивающих моделирование в соответствии с функцией цели.

3. Алгоритм многокритериального сопоставления различных вариантов компоновок с выбором наиболее удовлетворяющей требованиям функции цели.

4. Система оптимизационного подхода в выборе приоритетных эксплуатационно-технологических зависимостей в процессе моделирования.

5. Алгоритм оценки степени соответствия ранговой экспертной информации результата моделирования.

6. Алгоритм назначения эксплуатационно -технологических зависимостей посредством аппарата эталонных таблиц.

7. Алгоритм рациональной компоновки в пространстве моделируемых объектов с учетом эксплуатационно -технологических параметров.

Достоверность

Достоверность результатов обеспечивается тестированием программного комплекса при расчете реальных компоновок изделий. Среднее отклонение физических и математических моделей не превышает 7%.

Апробация работы

Основные результаты работы опубликованы в б научных статьях, они также неоднократно обсуждались на 5 международных симпозиумах, 3 научно-методических семинарах.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано б работ, в которых полно отражены теоретические и прикладные результаты проведенных

исследований. Две работы находятся в печати.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, содержащего 97 источников, 48 рисунков, 10 таблиц и приложения из 46 страниц. Всего 167 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дан анализ исследуемых вопросов, обоснована актуальность работы, определены ее цели и задачи, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе "Основные геометрические методы, применяемые при решении задач автоматизированной компоновки" рассматриваются основные методы и алгоритмы применяемые при решении задач автоматизированной компоновки, приведены основные параметризационные методы используемые для автоматизированного вычисления основных параметров геометрического объекта.

Современный этап развития науки и техники характеризуется концептуально новым подходом к проектированию изделий. Данные тенденции коснулись и CAD/CAM/CAE систем. В наше время уже считаются не мыслимыми более-менее серьезные проектировочные работы без применения ЭВМ, которая обеспечивает возможности по расчету и визуализации на экране проектных и компоновочных решений. Также ЭВМ является активным сборщиком и хранителем информации (при наличии соответствующего ПО).

Несмотря на бурное развитие возможностей CAD/CAM/CAE — систем, задача проектирования изделия любой сложности является задачей прежде всего геометрического моделирования. Основополагающие результаты в области геометрического моделирования (т.е. создания геометрических моделей объектов и процессов) содержаться в трудах профессоров И.И. Котова, Н.Н. Рыжова, В.А. Осипова, С.А. Фролова, В.И. Якунина, Г.С. Иванова и их учеников. Моделированию объектов в пространстве (компоновке) посвящены работы Ю.Г. Стояна, ВЛ. Рвачева, В.Н. Гав-рилова, JI.B. Маркина и др., а так же их учеников.

Как известно, информационная составляющая в процессе разработки и эксплуатации наукоемких изделий изначально существенна, и далее ее роль будет непрерывно возрастать. Сейчас уже никто не отрицает необходимость работ по формализации и автоматизации отдельных этапов, процедур и процесса разработки в целом. Споры идут только о методах автоматизации и роли в автоматизированном процессе специалистов.

Действительно, так или иначе, происходит переход на новые технологии в рамках концепции КИП (CIP — Computer integrated Manufacturing) — компьютеризированного интегрированного проектирования и произ-

водства. Для этот уже сейчас могут быть использованы существующие технологии и компьютерные системы, позволяющие автоматизировать определенные этапы проектирования и компоновки изделий. Среди них CALS — технология (CALS — Computer Acquisition and LifeCicte Support — компьютерная поддержка создания логистических систем), стандарты и средства STEP — технологии (STEP - Standart for Exchange of Product Data — международный стандарт ISO-10303), системные среды {Framework) для автоматизированного построения моделирующих систем и САПР, (CAD/CAM/CAE) - системы.

В нашей стране из уже применяемых CAD/CAM/CAE — систем, например, в авиадвигатедестроении можно указать следующие: Unigraphics {General Electrics, Pratté. Whitney), CADDS S (RolIs&Royce). В России в моторных ОКБ и на серийных заводах (АОА «Авиа-двигатель», г. Пермь; АО « Рыбинские моторы» ; АО «Люлька - Сатурн* ; УМПО, г. Уфа и др.) преобладает использование пакета EDS Unigraphis (UG). В ОАО «Завод имени В.Я. Климова» (Санкт-Петербург) применяется Euclid 3 и PRELUDE. Практически на всех предприятиях моделирование сборки узлов ведется в CAD/CAM/CAE — системах, а далее модели передаются в технологические подразделения.

Вследствие этого проведем диагностику основных методов применяемых при решении задач практической компоновки. Условно существующие методы параметризации можно разбить на три следующие группы: программные, имитационные и вычислительные.

Программная параметризация

Заключается в написании специальной программы на одном из языков программирования под конкретный типовой объект (например, на языке AutoLISP для системы AutoCAD). В этом случае дальнейшая корректировка модели объекта, вызванная необходимостью изменения его структуры или схемы простановки размерных связей, требует внесения соответствующих изменений в ранее написанную программу (рис. I)

Иммитаиионная параметризация

Заключается в том, что в графической системе запоминается та последовательность, в которой пользователь строит объект. Затем эта последовательность может быть многократно воспроизведена с новыми значениями размерных параметров. Однако в принципе остаются те же проблемы которые имеют место при программной параметризации. Суть их состоит в том, что после построения объекта пользователю нежелательно изменять схему простановки размеров на объекте, а также выполнять любые его структурные модификации. Если же в этом все-таки возникает необходимость, то последовательность построения модели объекта должна быть отредактирована, а в ряде случаев приходится перестраивать объект заново.

Рмцслт&1рная параметризации

Основанная на вычислительных методах, - наиболее гибкая и допускает в любой момент произвольную корректировку структуры объекта и схемы простановки размеров. При этом последовательность построения объекта по заданным размерным связям и геометрическим отношениям каждый раз вычисляется автоматически.

Для плоских геометрических объектов решение задачи параметризации продвинуто достаточно далеко. В настоящее время в таких системах геометрического моделирования, как отечественная разработка Т-FLEX и Компас, западные системы PRO/Engineer, Solid Works и др., обладающих наиболее развитыми средствами параметризации, реализованы вычислительные методы. В этих системах можно создавать произвольные эскизы, проставлять на них необходимые размеры (не обязательно все) и получать правильную модель, соответствующую проставленным размерам. После этого данный эскиз может быть произвольно отредактирован как путем изменения значений его размеров, так и корректировкой структуры этого объекта или схемы простановки на нем размеров.

Важной особенностью методов параметризации, реализованных в ряде систем, является возможность работы с не полностью определенными эскизами. Однако это не относится к трехмерным объектам (деталям конструкций). В принципе для них реализованы только имитационные метаны параметризации, соответствующие повторению цепочки последовательных построений с новыми значениями размерных параметров. Например, в системе SolidWorks используются вычислительленные методы параметризации при создании эскизов и имитационные методы параметризации при моделировании объекта в целом.

Сущность метода вычислительной параметризации представим следующим примером: представим трехступенчатый вал, 3D-модель которого

была получена в системе ЗоНеШЬгйз (рис. 2).

Вначале была построена средняя ступень вала, затем левая и} наконец, правая ступень, В процессе построений задавались три длины этих ступеней: 10 мм для правой ступени, 20 мм — для средней и 30 мм — для левой. Система $о!ШЦЬгкз позволяет очень просто изменять значения заданных размеров и получать новые ЗО-модели вала. При этом параметризация ЗЕ>-модели в ЗоНсШЬгкз происходит в той же последовательности с использованием хранящейся в компьютере истории ее построения: вначале всегда будет строиться средняя ступень вала с новым или тем же зна-

Рис. 2. Параметризация ЗО-модели объекта

Теперь представим себе, что проектировщик «видит» этот объект иначе: он считает управляющими габаритный размер вала, а также длины его левой и правой ступеней. Габаритный размер можно, конечно, нанести на модель объекта, но он уже будет считаться справочным размером.

Для того чтобы сделать габаритный размер управляющим, в данном случае необходимо перестроить модель объекта и получить его новую модель, в которой этот размер будет присутствовать в явном виде. Сказанное здесь касается не только системы Solid Works. Она была взята в качестве примера. Это же относится и ко всем другим известным нам развитым системам геометрического моделирования. Поэтому для упрощения работы с ЗБ-моделями объектов в целях их корректировки в современных системах геометрического моделирования существуют различные способы.

Все это говорит о том, что для параметризации 2D- и 3D-моделей объектов в настоящее время используются совершенно разные методы.

Метоп параметризации, реализованный в Solid Wbrte, удобен, коша построения выполняются проектировщиком пошагово в интерактивном режиме и число элементов эскиза относительно невелико (не более десятков элементов).

С практической точки зрения важно знать, в какой степени реализованные в системе методы параметризации отвечают на два главных вопроса:

• какой метод параметризации заложен в системе (программный, имитационный или вычислительный);

* допускается ли параметризация не полностью определенных объектов.

Проведенный анализ показал, что наиболее предпочтительной для

создания интеллектуальных алгоритмов компоновки являются методы вычислительной параметризации, позволяющие также учитывать эксплуатационно-функциональные параметры компонуемых объектов.

Во второй главе предложен метод формализации эксплутационных, технологических и точностных факторов в геометрических моделях компоновки. Предлагамая модель конструкторско-компоновочной системы

N Бм&ф пи*тур»»го сянт« ■, СвдКГОМЯ* отклпвцнЯ ^

ч <тдо1}?*ог4> аитп ятимюп /

ч структурного «*гг« Пц*ит]иц1тт>1 |нит у

ч Е4м&ор ПДОпурИеге (щт Р>{|*9Г01«(ЧитТИМЛ внайо А

Ч Выбор ««рукО'рного ет»я », Одно >*»иви тыл { 1

| Структурный сннт Модель (тополоим)

Рис. 3. Принцип взаимной вложенности принимаемых проектных решений

отличается от традиционных методов проектировки выделенной логической последовательностью (взаимной вложенность) принимаемых проектных решений. При этом сформирован универсальный алгоритм СППР (система поддержки принятия решений при выборе структурных признаков) и универсальная структура используемых для этого баз информации БД (в том числе экспертно задаваемые «экстремальные точки», эксплуатационные диапазоны, параметры распределения вероятности выигрыша для альтернатив при разных частных критериях надсистем, используемые для определения коэффициентов уверенности и ранжирования альтернатив) рис. 3.

¿1-х— ршмер)

Рис. 4. Общая взаимосвязь между технических характеристик объекта и его размером

Важнейшим аспектом компоновки равно как и сборки изделия является учет точностных факторов. В представляемой модели алгоритма компоновки данная задача решается следующим образом. На рис. 4 показана общая взаимосвязь между величинами технических характеристик (ТХ) объекта и его размером. Видно, что удовлетворительное значение ТХ определяется размером объекта от ¿ти до Ьтах (размах от Ъпт до 1мах определяется вариацией эксплутационных факторов). Проектирование сложного объекта характеризуется не только "постоянными" геометрическими размерами Ьу>, каждого элемента но и точностью их оценки Д1ж, АЬу>, Д£з) (рис. 5).

Ьх+ДЬх,

Рис. 5. Точность оценки геометрических параметров объекта

Пусть имеем пример последовательной сборки ги элементов (/ =1, л). Б этом случае каждый элемент характеризует его средним значением 1х( и разбросом АЬх,. Величена Ьх, определяется суммарной погрешностью различных эксплутационных и конструкторских факторов (рис.6).

ДЬх, ДЬх, ДЬх , ДЬх

I А Я-1 л

Рис. 6. Суммарная погрешность различных эксплутационных и конструкторских факторов

Габаритный размер этого последовательного соединения Ьс^ получается сложением средних значений размеров элементов ^¡Ьх^ и характеризуется суммарными разбросом АЬх^. Так как Ьл (/ =1, п) безусловно коррелируют между собой, Ых^ нельзя определить простым суммированием

На практике на стадии эскизного проектирования упрощаем определение АЬХдц, Считаем значение Д^х^ равным 1/3 или 2/3 сигмовой границы (доверительная вероятность соответствует 36,6% и 68,3 % в случае некоррелированности между объектами - наихудший вариант расчета). В этом случае имеем:

ДЬх^= 1/3 ¿ДЬс,

06 1-1 '

Тогда суммарный размер сложного объекта описывается формулой:

Ьх^ ¿ЬхД 1/3 ¿ДЬх,

В случае наличия свободных промежутков между компонентами объекта вдоль оси х, задаваемых ТЗ, формула для Ьх^ имеет вид:

Ьсо(1= ¿Ц, ±1/3 ¿ДЬс,+¿1лр^1/3 ¿ДЬпр^

где Ьпрх,—размер промежутка между х; и »+; объекта, ДЬпр^ — допустимый

разброс параметров Ьпр^ (/ = 1,..., и).

Как говорилось в начале представленной работы, компоновка и принятие компоновочных решений осуществляется посредством учета практических эксплутационных и табличных критериев рациональности компоновки. Описание данных коэффициентов и систематизированных таблиц представлено ниже рис 7, таблица I.

ШЖЕШНММННШНВИННПЖВНННМНМНШШ

fSST" Г*"? Г®*** П5* Г"

|S£il fita I pltM f"

fa™

'41 П 9w

"I-г

US [■——

ЬСша НА

Г~Г"

í

г

•|-г

"J-Г™"

™ Г"-г

; г

Чнм f

г~г*~г

ч

■1-г

I-j-г

чтшт

r^-ÍSÜE

Рис. 7. Интерфейс экрана для задания количества моделируемых объектов и их геометрических параметров

Расчетное значение комплексного показателя в компоновке определяется по формуле:

где Кмр — частный показатель технологичности, учитывающий влияние массы и габаритных размеров составных частей изделия; 1Сд— комплексный показатель технологичности конструкции собираемых модулей, входящих в изделие; К* — комплексный показатель технологичности, учитывающий конструктивные особенности изделия; аа — обобщенный коэффициент весомости комплексного показателя технологичности К^.

о '

а" — обобщенный коэффициент весомости комплексного показателя

технологичности К*;

к

Комплексный показатель технологичности рассчитывается по формуле:

* к ¡-I 10

ft

ж

\с

где ш — комплексный показатель технологичности конструкции i-oro

компонуемого объекта; п — число объектов, входящих в изделие. Комплексный показатель технологичности рассчитывается по формуле:

т

* ,?,КДУвД/ Т/> —у !_

Дг т •

где Кд, — значение у-го частного показателя технологичности конструкции компонуемого объекта; — коэффициент весомости у-го частного показателя технологичности Кл; т - число частных показателей технологичности конструкции компонуемого объекта. Общая логическая схема принятия решения представлена на рис. 8. Таблица 1.

Размеры К» Размеры к»

Модулей Наимвнои-нодулей Ум» Модулей Неимецоеа-нив модулей Ума*

2-» 2-4 1 К™' 17-32 33-56 11-12 1М» 3-4 X™'

5-8 1 к«' .. I........ .....1 к«*

к»*

9-16 2-6 2

I 7-16 1 г К»' 2-4 ■V

2 X«"

1 1 х»"

1М0 5-*

5-10 1-4

3-4 V

2 к»' 2 к«"

1 «и/ 1 V

Таблица выбора частного показателя технологичности Киз в зависимости от числа модулей и узлов, входящих в изделие

Следующим логическим шагом представляемого метода является построение математической модели компонуемой системы и вычисление рациональных значений параметров. Математическая модель выражается зависимостью между параметрами. Она может быть установлена на основе физического моделирования, или, если моделирование не проводилось теоретически.

Для построения математической модели компонуемый объект представляют в виде системы, на входе которой элементы характеризуют условия эксплуатации, а на выходе геометрическое решение. Входные и выходные параметры системы представляется в виде множеств:

(Р(гр)1»Р(гр)5' —>Р(ф>™>

где р(1Эл — параметры условий эксплуатации; (— время; р(фУ — параметры характеризующие геометрию.

Изделие, как система, описывается виде функции эффективности: Р = ^ 0\» Р<гр,>-

Рис. 8. Схема последовательности определения расчетного значения комплексного показателя технологичности Кир компоновки изделия в автоматизированной компоновке

Под эффективностью понимается показатель, дающий возможность сравнить систему с нормативными показателями. Показатели эффективности могут быть единичными и комплексными. Единичные показатели: производительность, энергоемкость, ремонтопригодность и т.д. Комплексные показатели объединяют несколько единичных.

При компоновке нового изделия стремятся к повышению его эффективности по сравнению с аналогами. Выбор параметров должен обеспечить оптимальное значение функции эффективности.

В данной главе показан метод формализации эксплутационных, технологических и точностных факторов в геометрических моделях компоновки, представлен механизм точности совмещения сопрягаемых поверхностей деталей характеризующейся погрешностями относительного расположения сопрягаемых поверхностей, которые могут быть рассчитаны на основе определения положения точек сопрягаемых поверхностей

присоединяемой детали в системе координат базового объекта.

Показан разработанный алгоритм нахождения эксплугационных и функциональных зависимостей посредством эталонных таблиц.

В этой же главе рассмотрена математическая модель компонуемой системы и вычисление рациноальных значений параметров критериев.

Предложены методы использования эталонных таблиц для оценки и назначения эксплугационных и функциональных критериев. Представлен математический алгоритм учета и систематизации данных критериев.

В третьей главе предложен метод решения задачи компоновки с учетом задающих критериев, а также его программная и аппаратная реализация. После назначения основных корреляционных зависимостей, система нуждается в определении маршрута компоновки, отсеивании равновероятностных путей реализации поставленной задачи. Для этого необходимо построение системы графов описаных ниже.

Исходным для предлагаемой общей модели является основанное на структурно-алгоритмическом подходе представление любой компоновочной деятельности в виде системы взаимосвязанных элементов, предназначенной для достижения совокупности целей, обладающей определенными статическими и динамическими свойствами и характеристиками. Если рассматривать элементы деятельности как вершины некоторого графа, а связи между элементами как дуги, соединяющие вершины, то можно прийти к понятию абстрактного графа деятельности.

Под абстрактным графом деятельности (АГД) будем понимать некоторую конечную совокупность вершин, изображающих элементы, и сопоставленную этим вершинам совокупность дуг, некоторым образом характеризующих корреляционные связи между элементами деятельности (материальные, информационные, энергетические). Следовательно, вершинам и дугам АГД могут быть приписаны в принципе любые качественные, эксплутационные и т.д. характеристики, благодаря чему АГД и может рассматриваться как наиболее общая модель деятельности.

Нетрудно показать, что путем различной содержательной интерпретации АГД могут быть получены рассмотренные математические модели деятельности и предложены новые (выбор наиболее оптимального решения).

То есть появляется возможность структурно-алгоритмического моделирования рис. 9. Процедура структурно-алгоритмического моделирования условно может бьггь расчленена на три этапа, основная направленность которых: структурный анализ, алгоритмизация и структурно-ал го-ритмический синтез. Дадим сначала общее описание этих этапов и составляющих их операций, а затем рассмотрим их подробней.

1. этап. Структурный анализ. Основная цель этого этапа состоит в вычленении, по возможности, непротиворечивым и удобным образом, структурных уровней многонаправленной н однонаправленной компоновки, режимов работы и задач, решаемых системой. Соответственно

Рис. 9. Порядок операций структурно-алгоритмического моделирования

предлагаются операции: 1) выявление круга функций каждого направления; 2) выделение режимов компоновки; 3) выделение подмножеств задач для каждого режима и каждого направления.

2. эщар. Алгоритмизация. Основная цель этапа — получить в матричной и графической форме вероятностные алгоритмы для множества задач, предписываемых направлениям компоновки.

Перечисление реализаций алгоритма: а) выделение элементарных направлений; 6) выделение сложных направлений с контурами; в) ограничение числа сложных направлений (за счет введения конечной степени цикла).

3. этап. Структурно-алгоритмический синтез. Основная цель этапа — синтез алгоритмических структур, образованных совокупностью последовательно выполняемых алгоритмов задачи. Здесь, как указывалось, осуществляется соединение структур нижележащих уровней в метаструк-туры вышележащих уровней.

В результате данных действий получается пакет компоновочных решений при генерации которых учитывались эксплутационные, геометрические и тому подобные критерии, логическая модель данных перебора компонуемых объектов представлена на рис. 10, снимок интерфеса автоматизированного представления рекомендуемых объектов рис. 11, блок схема программы рис.12.

Для выбора наиболее рационального решения, то есть максимально отвечающее требованию функции цели, применяется алгоритм нахождения оценочных коэффициентов д ля определения оптимизационной задачи компоновки.

Оценка компоновки конструкции изделия может быть качественной и количественной. Качественная оценка вариантов компоновки конструкции иаделия основывается на опыте конструктора. Такая оценка допустима на всех стадиях проектирования, когда осуществляется выбор лучшей конструкции без определения степени различия «технологичности» сравниваемых вариантов компоновки изделия. Качественной оценке обычно предшествуют количественная оценка.

В зависимости от характеризуемых свойств всего многообразия показателей, используемых для количественной оценки компоновки конструкции, можно разбить на следующие группы показателей технологичности конструкции:

• «Технологической» рациональности компоновки конструкции изделия (характеризуется коэффициентами сложности конструкции, сбор-кости, легкозаменности запчастей)

• Преемственности компоновки вариантов конструкции изделия (характеризуемые коэффициентами новизны, применяемости унифицированных и стандартных составных частей изделия, повторяемости составных частей изделия, типизации конструктивного исполнения);

• Ресурсоемкое™ скомпоновоного изделия (характеризуется показателями энергоемкости и тд.)

• Эксплутацнонной технологичности (характеризуется показателями сложности эксплуатации, технического обслуживания, технологической себестоимости эксплуатации)

• Ремонтной технологичности (характеризуется показателями изделия в ремонте, технологической себестоимости изделия в ремонте и т.д.)

Свойства технологичности компоновки изделия могут характеризоваться частными и комплексными показателями. Частный показатель технологичности компоновки изделия характеризует одно из свойств

Замт* АН ядвчин* шн

Рис. 10. Интерфейс системы автоматизирован кого представления рекомендуемых объектов

ЗАКАЗЧИК ТВДЯИЯНИ" координаты

НМЛ

приоритет

.заказы

п кодхлиета до длине кесоса иэлоирма ваохэ мзк вдехня наака иошнюыасоса - статус^

КРЫШКИ _

ЮЛ фышкн НаШНИекрЫШТИ

высота крыш» количества отверстий файл

содус (уюти/ие пилен)

ОБОЙМУ _ кодобойыы нг&ыиъ обоймы дометр внешний даеиетр внугреншй

ВЫСОТО обоими взличсгеоободав диаметр обеда высота обода <М>

статус цпалец)

Гподшгтм

¡название ладшлмка

(файл

ГКОМСТРЙООРЫ Зкдтвгорм

СТАТУС

код статуса

ШЮОСЫ

кодкорлуса

КОДфыиКИ

кацдо- км. ведомого од зуб- как кщуидео ни обоймы (дл» веди.) код обоймы вдом.) под »тужи (дгятев(1ц.) ■ар пул« (для еедоч.) одпоптил. (дпч ведущ.) ■ад подшит. (для еда«.) тцкимсттиора

файл статус

КОИТУСА_

название одоса ферма корпуса длина гаргг^а 1№ртна корпугз высота «орпуоа

КОИНЧОСТЗО ОТКОСЛХЙ

фат

ЗУБЧАТЫЕ КОЛЕСА ВЩОН. код зуСГШОедомого название зуб. кол. ведомого диаметр вала длжа нижнего еапа

диаметр га леса внеичий днаиетрлолеса «утренний внося» колеса нюнчесгео зубное файл

статус (удалец/не у.У'*':'!

■ ЗУБЧАТЫЕ КОЛЕСА БЕДУЩ.

название эгуФ. код. ведущего диаметр «ала

длина едаоего вала

диаметр колеса внутренний высота колеса гаиийспв гувигм файл

статус (удапауна удален)

ВТУЛКИ

диаметр внешний диаметр »утренний вшготаотулкм диаметр обода высота сейма файл

статус (удалауна уда»ен|

Рис.11. Логическая модель данных перебора технологических характеристик компонуемых объектов

технологичности компоновки изделия, комплексный показатель технологичности характеризует несколько частных и комплексных свойств компонуемого изделия.

В дальнейшем каждому показателю технологичности компоновки присваивается оригинальное обозначение, например Кл К^.., и производиться расчет. Оценка компоновки может производиться на основе сравнения расчетного показателя с нормативным. При этом максимальное значение расчетного показателя равно 1, а минимальное равно0(0<К„<1).

Если расчетное значение К„ соответствует нормативному значению Кя>0.85, то можно считать, что компоновка может быть осуществима в основном без изменения. При расчетном значении К находящемся в пределе 0.5<КЛ<0.85 требуется произвести соответствующие изменения конструкции изделия или использовать другой алгоритм компоновки. Если расчет-

Рис.12. Структурная схема взаимодействия модулей программы "Оптимизатор 1.03."

ное значение К соответствует нормативному значению К„<0.5, то в этом случае компоновочное решение является практически нецелесообразным.

По каждой группе показателей составляется таблица (таблица служит информационной составляющей процесса оценки, и предназначена для наглядного показа конструктору процедуры автоматического сравнения системой представленных показателей).

Таким образом задача конструктора сводится к анализу различных вариантов и выбору оптимального варианта для конкретных условий, определяемых техническим заданием. Однако на базе выбранной принципиальной компоновки возможны дополнительные варианты, определенные самим компоновщиком на основании баланса представленных критериев или по каким либо другим соображениям.

Заключительный этап представляемой работы - визуализация готовых решений компоновки, который базируется на методе с применением теории графов. При использовании вычислительных методов параметризации между структурными элементами объекта (отрезками, окружностями и т.д.) в произвольном порядке задаются размерные связи (линейные, угловые) и геометрические отношения (параллельность, перпендикулярность, касание, инцидентность, симметрия и т.д.) рис. 13.

Для сборок аналогично указываются размерные связи и геометрические отношения типа соосности, параллельности между гранями разных

компонентов сборки. Все эти отношения становятся частью модели и автоматически поддерживаются при любых ее модификациях. С математической точки зрения суть вычислительных методов параметризации моделей геометрических объектов состоит в автомагическом вычислении всех параметров геометрического объекта (координат концов отрезков и центров окружностей и т.д.) на основе предварительно заданных размерных связей и геометрических отношений между его структурными элементами.

Важнейшей особенностью систем, использующих методы параметризации, является структура внутренней модели объекта, предопределяющая основные возможности параметризации. Она представляет собой перечень структурных элементов и отношений между ними (реляционная модель). Реляционная модель объекта (детали, сборочной единицы) может содержать как отношение между элементами одной детали, так и отношения между деталями (включая эксплуатационные коэффициенты корреляции), входящими в одну сборочную единицу. Установленные в реляционной модели отношения становятся ее неотъемлемой частью и автоматически поддерживаются системой.

4 '^С-ч Бетерсй - \ 1<й

iiNf\

И тцггратя / f

¿TV /

\ \¿JKj/

\ -'Л Z д*Г/ !

^ р,

ЬА 4 * с* с it ^-v а* * и-

:oS. JL * . * ? д. ^

LOW«.

ts=

J. Ш 1 14

sT~

TSH:

t-

Рис. 13. Размерные связи в логическом графе и их визуализация

Программный комплекс тестировался при компоновке насосного агрегата топливно-раздаточной колонки TOKHEIM PREMIER на компьютере следующей модификации: Pentium Celeron 2,26 ГШ, 512 ОЗУ, 30 Гб жесткий диск, ОС Window 2000.

В заключении рассмотрены основные научные и прикладные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационных исследований, проанализированы результаты внедрений.

В приложении показана структурная схема и программный код дистрибутива созданного на основе методов и алгоритмов представленных в первой, второй, третьей главе.

Результаты внедрения изменений полученных посредством применения методов разработанных при выполнении диссертационной работы и программы «Оптимизатор 1.03» созданной на базе данных разработок. Все испытания проводились на испытательном стенде в 2005 году на основе топливно-раздаточной колонки TOKHEIM PREMIER 2003 года изготовления (рис. 14). Целью эксперимента было уменьшение масса-габаритных параметров изделия и повышение ресурсоемкости узлов и деталей топливно-раздаточной колонки.

Рис. 14. Топливораздаточный узел стендовой модели

В результате применения программы «Оптимизатор 1.03» были получены рекомендации по уменьшению передаточного отношения шкива электромотора и топливного насоса, что позволило уменьшить мощность двигателя, без потери степени разряжения в корпусе фильтра (0.5 атмосферы) при закачке ГСМ из подземных резервуаров. Уменьшены масса габаритные размеры испытуемого изделия на 22% за счет использования

сек

Рис. 15, График производительности двигателя с частотным преобразователем и без

П*р «онкольная компоновка

другой марки двигателя. Создана БЗ параметризированных объектов топли-воразлаточных узлов. Установлены частотные преобразователи с плавным повышением частоты до рабочей (50 герц) для асинхронных трехфазных двигателей топливных насосов, что позволило повысить ресурсоемкость изделия в целом и уменьшение частоты межсервисного обслуживания до двух раз в год рис. 15. Логическую цепочку принятия решений реализованную посредством программы «Оптимизатор 1.03* можно уввдеть на рис.16. График зависимости процента выполнения работы с использованием "Оптимизатора 1.03" и нет рис 17.

Машино-часы

Рис. 17. Г£гафик зависимости процента выполнения работы с использованием "Оптимизатора 1.03" и нет

Заключение

Проведенные исследования показали, что оптимизация пространственной компоновки с учетом функциональных зависимостей и эксплута-ционных параметров способно к повышению эффективности проектируемой техники на 20...25 %. Главным требование, предъявляемое к матема- * тическому и программному обеспечению для решения подобных задач, является параметризация компонуемых объектов исходя не только из их геометрической формы, но и с учетом эксплутационных и функциональных параметров, определяющих функционирование проектируемой техники. В дальнейшем все эти параметры заносятся в конструкторскую базу данных и учитываются в алгоритмах компоновки.

В диссертационной работе получены следующие теоретические и практические результаты:

1. Разработан аппарат эталонных таблиц, позволяющий при автоматизированной компоновке учитывать не только геометрическую форму компонуемых объектов, но и такие присущие им конструкторско-техно-логические факторы, как — точность, совместимость, тепловые выделения, вибрация, электрохимические взаимодействия и т.д.

2. Для назначения функциональных и эксплутационных зависимостей, присущих компонуемых объектам, разработан алгоритм параметризации объектов посредством эталонных таблиц.

3. Разработан алгоритм многокритериального сопоставления различных вариантов компоновок с выбором наиболее рационального для текущего шага автоматизации.

4. Разработан алгоритм оптимизационного подхода в выборе приоритетных эксплуатационно-технологических зависимостей в процессе моделирования.

5. Выявлено, что применение интеллектуального алгоритма компоновки, который учитывает функциональные и эксплутационные зависимости позволяет сократить на 20...25% время и количество ошибок за счет автоматизированного принятия решений исключающих ошибки, связанные с человеческим фактором.

6. Основные теоретические положения диссертационной работы реализованы в программном комплексе «Оптимизатор 1.03» который обеспечивает автоматизацию:

- подбора эксплутационных и функциональных зависимостей компонуемых объектов посредством применения эталонных таблиц;

- перебора различных вариантов компоновок с выбором наиболее удовлетворяющей требованиям функции цели;

- оценки степени соответствия ранговой экспертной информации (степень соответствия начальному требованию технического задания) результата моделирования

7. Программный комплекс «Оптимизатор 1.03»- реализован в ПЭВМ класса IBM PC в операционной системе Windows 2000 на языках Delphi, C/C++ и содержит порядка 1300 строк программного кода.

8. Разработанное программное обеспечение внедрено в производство в ЗАО «Магоу» и используется при проектировании топливно-раздаточ-ных колонок TOKHEIM PREMIER, что позволяет увеличить их эффективность на 7 %. Результаты диссертационного исследования также внедрены в программный модуль по подготовке и ведению оперативных номеров периодических изданий в Издательском доме «ИНФОРМИЗДАТ».

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Бодрышев, C.B. Учет эксплутационных и технологических факторов в геометрических моделях компоновки / C.B. Бодрышев // Первая научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов (исследования и перспективные разработки в авиационной промышленности) авторефераты докладов участников. - 2002 е С. 49-52.

2. Бодрышев, C.B. Алгоритм компоновочного решения с учетом эксплутационных и технологических факторов / C.B. Бодрышев // Материалы IX международного симпозиума "Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред".- 2003. С. 130-131.

3. Бодрышев, C.B. Абсолютная метка/C.B. Бодрышев// Информатизация и системы управления в промышленности. - 2005. - № 8. - С. 30-34.

4. Бодрышев, C.B. Проектирование системы поддержки автоматизированного производства независимых поставщиков оборудования ./C.B. Бодрышев, A.B. Бодрышев // Третья научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов "Исследования и перспективные разработки в авиационной промышленности". - 2005 г. - С. 412-416.

5. Бодрышев, C.B. Метод назначения функциональных и эксплуатационных зависимостей компонуемых объектов / C.B. Бодрышев // Вопросы оборонной техники. - N° 1 (326). - С. 43-47,

6. Бодрышев, Методы назначения коэффициентов функциональных и эксплутационных зависимостей в процессе компоновки приборных отсеков летательных аппаратов / C.B. Бодрышев, М.Ю. Куприков, A.A. Бу-ряков И "Полет". - 2006. - № 10. - С. 35-39.

Подписано в печать 17.11.2006 Усл. печ. листов 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 5431.

Огпечатанно в типографии ООО «Издательский дом «ИНФОРМИЗДАТ» 115470, г. Москва ул. Судостроительная, вл. ЗА Тел.: (495) 542-03-68

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Основные геометрические методы, применяемые при решении задач автоматизированной компоновки.¡

1.1. Обзор основных геометрических методов автоматизированной

КОМПОНОВКИ.

1.2. Анализ методов и подходов к проблеме принятия решений.

1.3. Анализ основных методов применяемых при решении задач практической компоновки

1.4. Методы параметризации моделей геометрических объектов.

1.4.1. Программная параметризация.

1.4.2. Имитационная параметризация.

1.4.3. Вычислительная параметризация.

1.4.4. Вычислительные методы параметризации.

1.4.5. Линейные методы.

1.4.6. Алгебраические методы.

1.4.7. Реляционная модель объекта.

Актуальность работы

Современная техника, в силу своей сложности, наукоемкости и высокотехнологичное™ требует частичного или полностью автоматизированного цикла проектирования. Автоматизация проектирования позволяет не только сократить сроки выполнения работ, но и учесть множество факторов, например при компоновке, которые сложно учитывать без применения компьютера и соответствующего программного обеспечения (ПО). Порой решающее значение в эффективности изделия определяет именно качественная компоновка, т.е. компоновка, учитывающая не только геометрические размеры объектов, но и их эксплутационно-технологические параметры. Все это требует наличия соответствующего методического, алгоритмического и программного обеспечения. Из всего выше сказанного можно выделить ряд проблем, которые можно разделить на следующие группы:

Методические

• Отсутствие методик учитывающих в процессе компоновки эксплутаци-онные и конструкторско-технологические особенности моделируемых изделий;

• необходимость в создании интеллектуальных алгоритмов размещения, учитывающих вышеприведенные факторы, а также обобщающие опыт проектанта и использования методик и стандартов проектирования;

• непроработанность методов определения и назначения эксплутационных и технологических параметров компонуемых объектов.

Производственно-технологические

• Значительный процент устаревшего технологического оборудования на предприятиях России;

• отсутствие (или недостаточность) информационного обеспечения технологических процессов изготовления изделий.

Математические

• Непроработанность математического аппарата комплексного учета экс-плутационных и технологических зависимостей моделируемых объектов;

• недостаточная проработанность алгоритмов размещения с учетом разброса параметров формы и расположения объектов компоновки;

Прикладные

• Отсутствие программного обеспечения (ПО) для автоматизированной реализации интеллектуального моделирования с учетом эксплутационных и технологических параметров компонуемых объектов;

• отсутствие статистических данных, содержащих наиболее типичные эксплуатационно-технологические зависимости моделируемых объектов.

В настоящее время исследования в данной области проводятся, но разработки имеют узко-профильные направления и полагать, что данные наработки можно будет использовать вне их профильной направленности, по-видимому, нет.

Именно поэтому исследования, связанные с разработкой методических основ рационального моделирования, а также процесса оптимального назначения эксплуатационно -технологических параметров с последующим составлением базы знаний (БЗ), представляются весьма актуальными.

Этим определяется актуальность настоящего диссертационного исследования, т.к. оно посвящено разработке решений достаточно сложных задач рационального моделирования.

Цель работы состоит в разработке методологии автоматизированной компоновки, позволяющей учитывать не только геометрическую форму размещаемых объектов но и их эксплуатационно -технологические параметры.

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:

1. Разработка экспертных подходов, которые рационально использовать при формировании решений, а также методов обработки экспертной информации.

2. Разработка методов оценки состояния отдельных путей моделирования и потенциальных возможностей смоделированного изделия, формируемых на основе типовых решений.

3. Разработка математических моделей и методов, предназначенных для оптимизации процессов управления моделированием с учетом технологических факторов.

4. Разработка метода систематизации и проверки логико-геометрических решений моделирования на основе теории графов.

5. Разработка метода систематизации эксплутационных зависимостей моделируемых объектов при решении задач перекомпоновки.

Объектом исследования являются задачи размещения автоматизированного моделирования.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы рационального формирования зоны моделирования, построения рациональных процессов их (методов и алгоритмов) функционирования.

Методологическую основу работы составляют методы математического моделирования, теория графов, классические методы математического программирования, корреляционный анализ, факторный анализ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• предложены методы и алгоритмы, которые позволяют построить алгоритмы рационального (в пределе - оптимального) моделирования с учетом эксплуатационно-технологических зависимостей компонуемых объектов;

• предложена процедура формирования эксплуатационно-технологических параметров посредством аппарата эталонных таблиц;

• разработано методическое, алгоритмическое программное обеспечение формирования пространственных компоновок с учетом эксплутационных параметров компонуемых объектов.

Практическая значимость работы состоит в том, что предложенные математические модели, методы и алгоритмы моделирования и оценки полученных результатов, на базе которых могут быть сформированы процедуры определения и выбора рациональных компоновочных решений с учетом технологических и эксплуатационных параметров компонуемых объектов, позволили диссертанту реализовать CAD- систему автоматизированной компоновки «Оптимизатор 1.03», которая является «инструментом» проектировщика-исследователя для формирования различных вариантов компоновочного решения.

Результаты работы могут быть использованы в НИИ и ОКБ авиационной промышленности и общего машиностроения при разработке систем автоматизированной компоновки, а также при подготовке специалистов в авиационных учебных заведениях.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Многофакторный подход в оценке возможностей моделирования с учетом не только геометрической формы компонуемого объекта, но и его эксплуатационно -технологических параметров.

2. Метод отбора подмножества критериев, обеспечивающих моделирование в соответствии с функцией цели.

3. Алгоритм многокритериального сопоставления различных вариантов компоновок с выбором наиболее удовлетворяющей требованиям функции цели.

4. Система оптимизационного подхода в выборе приоритетных эксплуатационно-технологических зависимостей в процессе моделирования.

5. Алгоритм оценки степени соответствия ранговой экспертной информации результата моделирования.

6. Алгоритм назначения эксплуатационно -технологических зависимостей посредством аппарата эталонных таблиц.

7. Алгоритм рациональной компоновки в пространстве моделируемых объектов с учетом эксплуатационно -технологических параметров.

Достоверность

Достоверность результатов обеспечивается тестированием программного комплекса при расчете реальных компоновок изделий. Среднее отклонение физических и математических моделей не превышает 7%.

Апробация работы

Основные результаты работы опубликованы в 7 научных статьях, они также неоднократно обсуждались на 5 международных симпозиумах, 3 научно-методических семинарах.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 6 работ, в которых полно отражены теоретические и прикладные результаты проведенных исследований. Две работы находятся в печати.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, содержащего 97 источников, 48 рисунков, 10 таблиц и приложения из 46 страниц. Всего 167 страниц.

В первой главе "Основные геометрические методы, применяемые при решении задач автоматизированной компоновки" рассматриваются основные методы и алгоритмы применяемые при решении задач автоматизированной компоновки, приведены основные параметризационные методы используемые для автоматизированного вычисления основных параметров геометрического объекта.

Во второй главе "Формализация геометрически-эксплутационных алгоритмов компоновки" показан метод формализации эксплутационных, технологических и точностных факторов в геометрических моделях компоновки, представлен механизм точности совмещения сопрягаемых поверхностей деталей характеризующейся погрешностями относительного расположения сопрягаемых поверхностей, которые могут быть рассчитаны на основе определения положения точек сопрягаемых поверхностей присоединяемой детали в системе координат базового объекта.

Показан разработанный алгоритм нахождения эксплутационных и функциональных зависимостей посредством эталонных таблиц.

В этой же главе рассмотрена математическая модель компонуемой системы и вычисление оптимальных значений параметров критериев.

В третьей главе "Алгоритм решения задач компоновки с учетом задающих критериев" рассмотрен абстрактный граф синтеза принятия решений, его свойства и реализации, методики структурно-алгоритмического моделирования, рассмотрен механизм синтеза однонаправленных и много направленных компоновок. Также рассмотрен алгоритм симметризации и ранжирования матриц, описывающих компоновки.

В этой же главе представлены алгоритмы нахождения оценочных коэффициентов для определения оптимизационной задачи компоновки и граф для параметризаций моделей объектов.

В заключении рассмотрены основные научные и прикладные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационных исследований.

В приложении показана структурная схема и программный код дистрибутива созданного на основе методов и алгоритмов представленных в первой, второй, третьей главе.

1. Основные геометрические методы, применяемые при решении задач автоматизированной компоновки

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

1. В качестве первого шага на пути рационального формирования компоновочных решений следует проводить детальный технический анализ моделируемых объектов. В процессе этого анализа следует оценить не только геометрические параметры моделируемых объектов, но и их функциональные и эксплутационные зависимости.

В связи с тем, что факторы, влияющие на конечное компоновочное решение, имеют, как правило, качественный характер, а количественные факторы могут быть представлены в виде набора интервалов, каждый из которых характеризуется одним (качественным, дискретным) значением соответствующего фактора, то для проведения названных анализов целесообразно использовать логические методы распознавания.

2. В качестве параметров, используемых в процессе этого анализа, следует рассматривать как геометрические характеристики агрегатов, так и эксплутационные показатели, их технологические возможности и т.п. При этом следует рассматривать объекты моделирования не только с точки зрения достигнутых результатов, но и с точки зрения их потенциальных возможностей.

Эффективными методами осуществления процесса рационального моделирования, которые также целесообразно использовать в названном процессе, являются методы, один из которых обеспечивает определение из заданного множества задающих критериев их некоторого подмножества, которое, с одной стороны, «покрывает» заданные требования по значениям технологических параметров моделируемых образцов и на котором, с другой стороны, достигается минимум затрат ресурсов.

Второй метод основан на решении так называемой «задачи о назначениях». Решение этой задачи обеспечивает возможность установить в многомерном пространстве шкалированных критериев, имеющих качественный характер, какие показатели и в какой мере «устраивают» или «не устраивают» компоновочные решения. При этом в качестве такой меры следует рассматривать количество критериев, по которым каждое данное решение «устраивает» конкретную функцию цели.

6. Процесс интеллектуального моделирования будет продуктивен только в случае получения синергетического эффекта. При этом решение компоновки не должно противоречить эксплутационным характеристикам отдельных модулей. Это обуславливает необходимость в процессе моделирования решать ряд задач, связанных с согласованием задающих критериев. Решение этих задач требует применение соответствующих алгоритмов основанных на теории графов.

Проведенные исследования показали, что оптимизация пространственной компоновки с учетом функциональных зависимостей и эксплутацион-ных параметров способно к повышению эффективности проектируемой техники на 20.25 %. Главным требование, предъявляемое к математическому и программному обеспечению для решения подобных задач, является параметризация компонуемых объектов исходя не только из их геометрической формы, но и с учетом эксплутационных и функциональных параметров, определяющих функционирование проектируемой техники. В дальнейшем все эти параметры заносятся в конструкторскую базу данных и учитываются в алгоритмах компоновки.

В диссертационной работе получены следующие теоретические и практические результаты:

1. Разработан аппарат эталонных таблиц, позволяющий при автоматизированной компоновке учитывать не только геометрическую форму компонуемых объектов, но и такие присущие им конструкторско-технологичес-кие факторы, как - точность, совместимость, тепловые выделения, вибрация, электрохимические взаимодействия и т.д.

2. Для назначения функциональных и эксплутационных зависимостей, присущих компонуемых объектам, разработан алгоритм параметризации объектов посредством эталонных таблиц.

3. Разработан алгоритм многокритериального сопоставления различных вариантов компоновок с выбором наиболее рационального для текущего шага автоматизации.

4. Разработан алгоритм оптимизационного подхода в выборе приоритетных эксплуатационно-технологических зависимостей в процессе моделирования.

5. Выявлено, что применение интеллектуального алгоритма компоновки, который учитывает функциональные и эксплутационные зависимости позволяет сократить на 20.25% время и количество ошибок за счет автоматизированного принятия решений исключающих ошибки, связанные с человеческим фактором.

6. Основные теоретические положения диссертационной работы реализованы в программном комплексе «Оптимизатор 1.03» который обеспечивает автоматизацию:

- подбора эксплутационных и функциональных зависимостей компонуемых объектов посредством применения эталонных таблиц;

- перебора различных вариантов компоновок с выбором наиболее удовлетворяющей требованиям функции цели;

- оценки степени соответствия ранговой экспертной информации (степень соответствия начальному требованию технического задания) результата моделирования

7. Программный комплекс «Оптимизатор 1.03» реализован в ПЭВМ класса IBM PC в операционной системе Windows 2000 на языках Delphi, С/ С++ и содержит порядка 1300 строк программного кода.

8. Разработанное программное обеспечение внедрено в производство в ЗАО «Магоу» и используется при проектировании топливно-раздаточных колонок TOKHEIM PREMIER, что позволяет увеличить их эффективность на 7 %. Результаты диссертационного исследования также внедрены в программный модуль по подготовке и ведению оперативных номеров периодических изданий в Издательском доме «ИНФОРМИЗДАТ».

1. Антонов А. П., Аидречиков A.B. Язык описания цифровых устройств AlteraHDL. Практический курс. — М.: «РадиоСофт», 2001.

2. Бодрышев C.B. Метод назначения функциональных и эксплуатационных зависимостей компонуемых объектов. 1(326)/2005. // Сборник «Вопросы оборонной техники», стр. 43-47.

3. Бодрышев C.B., Абсолютная метка. // Журнал «Информатизация и системы управления в промышленности» 8/2005. ИД «ИНФОРМИЗДАТ» ст. 30-34.

4. Бодрышев C.B., Алгоритм компоновочного решения с учетом эксплутационных и технологических факторов. // Материалы IX международного симпозиума «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» 2003. ст. 130-131.

5. Бодрышев В.В., Маркин JI.B, О заполнении замкнутого контура прямоугольниками // В сб. "Математическое обеспечение рационального раскроя в системах автоматизированного проектирования". Тезисы докл. Всес. конф. -Уфа, 1987, с. 18-19.

6. И. Вермишев Ю.Х. Основы автоматизации проектирования. М.: Радио и связь, 1988.

7. Верхотуров М.А. Нерегулярная укладка геометрических объектов на базе дискретного представления информации в автоматизированных системах управления. Автореф. дисс. канд. техн. наук.-Уфа, 1992.

8. Вешников Б.В., Градецкий В.Г., Ермолаев A.M. и др. Планированиетраекторий для управления промышленным роботом всоставе роботизированного лазерного технологического комплекса. М.: Ин-т проблем механики АН СССР, Препринт № 379, 1989.

9. Высоцкий А.Н. Геометрическое моделирование структуры чувственного пространства человека // Прикладная геометрия и инженерная графика.-1994, вып. 57, с. 77-80.

10. Вязгин В.А., Федоров В.В., Сукур Л.Я., Борисов А.Н. Математические мтеоды автоматизированного проектирования. -М.: высшая школа, 1989.

11. Гаврилов В.Н. Реализация проектных требований в задаче оптимальной компоновки приборного отсека // Автоматизация проектирования авиационных конструкций. Куйбышев, 1979, с. 95-99.

12. Гаврилов В.Н. О выборе алгоритма определения пересечения в задаче оптимального размещения геометрических объектов // Исследование операций и аналитическое проектирование в технике, 1978, вып. 1, с. 54-58.

13. Гаврилов В.Н. Применение вероятностных геометрических оценок компоновок в автоматизации проектирования летательного аппарата // Вопросы проектирования летательных аппаратов. Казань, 1979, с. 22-25.

14. Гаврилов В.Н. Применение принципа оптимальности Беллмана в задачах размещения геометрических объектов // Машинное проектирование, увязка и воспроизведение сложных деталей в авиастроении. Иркутск, 1976, с. 33-36.

15. Гаврилов В.Н. Автоматизированная компоновка приборных отсеков летательных аппаратов.-М. Машиностроение, 1988.

16. Гаврилов В.Н., Вахрушев А.Н. Разработка базы данных для задач компонования летательных аппаратов // В сб. тезисов докл. III Всес. конф. "Автоматизация поискового конструиро-вания и подготовка инженерныхкадров", Иваново, 1983, с. 189-190.

17. Герасимов Б.М. и др. Человеко-машинные системы принятия решений с элементами искусственного интеллекта. -Киев: Наук, думка, 1993.

18. Н.Н.Голованов. Геометрическое моделирование.—М.: Физматлит, 2002

19. Гилл Ф., Мюррей У. Численные методы условной оптимизации: Пер. с англ. М.: Мир, 1977.

20. Гил ой В. Интерактивная машинная графика. Пер. с англ. -М.: Мир, 1981.

21. Гиль Н.И., Ещенко В.Г. Способ построения годографа вектор функции плотного размещения для одного класса геометрических объектов. Харьков: Ин-т пробл. машиностроения АН УССР. Препринт-63, 1977.

22. Гиль Н.И., Ещенко В.Г., Комяк В.М. Построение с помощью ЭВМ рациональных планов раскроя материалов фигурными заготовками //В сб. "Использование методов оптимизации в текущем планировании и оперативном управлении". -М.: ВНИИСИ, 1981, с. 227-231.

23. Гиль Н.И., Комяк В.М. Построение границы области объединения (разности) двух произвольных многоугольных областей. Харьков: Ин-т пробл. машиностроения. Препринт № 93, 1978.

24. Горелик А.Г. Пакет программ машинной графики для ЕС ЭВМ.-М.: Машиностроение, 1986.

25. Горелик А.Г. Автоматизация инженерно-графических работ с помощью ЭВМ. Минск, Вышэйш. школа, 1980.

26. Горелик А.Г. Методы геометрического моделирования при автоматизированном проектировании объектов сложной структуры. Автореф. дис. . докт. техн. наук. -Минск: 1983.

27. Герасимов Б.М. и др. Человеко-машинные системы принятия решений с элементами искусственного интеллекта. -Киев: Наук, думка, 1993.

28. Ганынин Г.С., Синицин Ю.А., Вычисление наибольшего значения функции // Журнал вычислит. Мат. и мат. физики, 1976, т. 16. № 1, с. 30-39.

29. Давыдов Ю.В., Злыгарев В.А. Геометрия крыла: Методы и алгоритмы проектирования несущих поверхностей. М.: Машиностроение, 1987.

30. Евтушенко Ю.Г. Численный метод поиска глобального экстремума функций (перебор на неравномерной сетке) //Журнал вычислит. Матем. И мат. физики, 1971, т. 11, №6, с. 1390-1404.

31. Евтушенко Ю.Г. Методы поиска глобального экстремума. Исследование операций. М.: ВЦ АН СССР, 1974, вып. 4.

32. Иванов В.А., Ильницкий Л.Я., Фузик М.И. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств в гражданской авиации. Киев: Знание, 1979.

33. Иванов В.А., Новоселов В.В., Некрасов Ю.И., Шаходанов Ю.И. Математическое моделирование и технологическое обеспечение точности при изготовлении и ремонте изделий нефтегазового производства: Учебное пособие.- Тюмень: ТюмГНГУ, 2002.-182 с.

34. Иванов Г.С. Конструирование технических поверхностей. -М.: Машиностроение, 1987.

35. Кербер Л.П. Компоновка оборудования на самолетах. -М.: Машиностроение, 1976.

36. Котов И.И. Начертательная геометрия. М.: Высшая школа, 1970.

37. Котов И.И. Прикладная геометрия и автоматическое воспроизведение поверхностей // В кн. "Кибернетика графики и прикладная геометрия по-верхностей".-М.: МАИ, 1971, вып. № 231, с. 3-5.

38. Корн Г.В. Применение рецепторных моделей при компоновке изделий авиационной техники // В сб. "Интегриро-ванные системы автоматизированного проектирования" Тезисы докл. Всес. научн.-техн. конф. М., 1989, с. 155-157.

39. И.Я. Ландау, Е.П. Герасименко, В.И. Кот, В.М. Сомкин. Автоматизация проектирования печатных блоков с модулями произвольной формы М.:1. Машиностроение, 1979

40. Лебедева Т.Т., Сергиенко И.В., Солтан В.П., Тетерин Г.П. К вопросу об условиях совпадения локального и глобального экстремумов в задачахдискретной оптимизации // Кибернетика, 1984, № 5, с. 58-65.

41. Левин В.И., Перельройзен Е.З. Логические методы определения взаиморасположения плоских и пространственных геометрических фигур в задачах автоматизации проектирования и контроля в машиностроении. Минск: ИТК АН БССР, вып. № 3, 1981.

42. Левин Г.М., Танаев B.C. Декомпозиционные методы оптимизации проектных решений. Минск: Наука и техника, 1974.

43. Мальчевский В.В. Автоматизация процесса компоновки самолета / Моск. Авиац. Ин-т. М., 1987, 52 с.

44. Маркин Л.В. Задачи формирования подсистемы компоновки САПР летательных аппаратов // В сб. "Прикладная геометрия и инженерная графика в теории и практике авиационного автоматизированного проектирования". -Киев: КИИГА, 1984, с. 6-9.

45. Маркин Л.В. Об описании лекальных кривых нормальными уравнениями // В сб.тезисов докладов Всес. конф. "Современные вопросы механики и технологи машиностроения", Часть II, М., 1986, с. 68-69.

46. Маркин Л.В. Геометрические модели компонуемых объектов в системе автоматизированного проектирования воздушных судов // В сб. "Геометрические модели в авиационном проектировании". -Киев: КИИГА, 1987, с. 12-17.

47. Маркин Л.В. Геометрические модели учета эргономи-ческих факторов // В сб. тезисов докл. Всес. конф. "Современные проблемы физики и ее приложений", М., 1990, с. 103.

48. Новоселов В.В., Иванов В.А., Некрасов Ю.И., Смирнов A.B. Автомо-тизация проектирования ремонтных и механосборочных цехов и заводов нефтегазового производства: Учебное пособие,- Тюмень: ТюмГНГУ, 2002.-140 с.

49. Осипов В.А. Машинные методы проектирования непрерывно-каркасных поверхностей. -М.: Машиностроение, 1979.

50. Осипов В.А. Теоретические основы формирования системы машинной геометрии и графики: Учебн. пособ. М.: МАИ, 1983.

51. Павлов A.B. Путилов Г. П., Кечиев Л.Н., Тумковский С.Р. Составление текстовых материалов для формирования HTML-документов. / Московский государственный институт электроники и математики. М.: МГИЭМ, 2000 г.

52. Путятин Е.П., Аверин С.И. Обработка изображений в робототехнике. М: Машиностроение, 1990. 320 с.

53. Попов В.Л. Стоян Ю.Г., Гиль Н.И. Некоторые операции Миньковско-го и годограф вектор-функции плотного размещения. Харьков: Ин-т пробл. Машиностроения АН УССР, Препринт-66, 1977.

54. Рвачев В.Л. Геометрические приложения алгебры логики. -Киев: Нау-кова думка, 1967.

55. Рвачев В.Л. Теория R-функций и некоторые ее приложения. -Киев: Наукова думка, 1982.

56. Рвачев В.Л., Стоян Ю.Г. К вопросу об оптимальном раскрое материалов // Вопросы теоретической кибернетики. Киев: Наук. Думка, 1965, с. 189199.

57. Рвачев B.JL, Стоян Ю.Г. Алгоритм решения задачи оптимального раскроя с круговыми выкройками при наличии ограничений на расстояние между парами выкроек //Кибернетика, 1965, № 3, с. 77-83.

58. Рвачев B.JL, Стоян Ю.Г. К задаче об оптимальном размещении круговых выкроек // Кибернетика, 1965, № 4, с. 70-75.

59. Романовский И.В. Решение задачи гильотинного раскроя методом переработки списка состояний // Кибернетика, 1969, № 1, с. 102-104.

60. Рыжов H.H. О теории каркаса // В сб. "Труды УДН им. Лумумбы", № 1 (11), 1963, с. 9-19.

61. Расторгуев Г.В., Некрасов Ю.И., Кулаков П.В. Технологические процессы машиностроительного производства: Учебное пособие.- Тюмень: Тюм-ГНГУ, 2001.-312 с.

62. Стоян Ю.Г. Некоторые свойства специальных комбинаторных множеств. -Харьков: Ин-т пробл. машиностроения АН УССР, Препринт-85, 1980.

63. Стоян Ю.Г Основная задача геометрического проектирования. -Харьков: Ин-т пробл. машиностроения АН УССР, Препринт-181, 1983.

64. Стоян Ю.Г, Гиль Н.И. Методы и алгоритмы размещения плоских геометрических объектов. -Киев: Наукова думка, 1976.

65. Стоян Ю.Г., Гиль Н.И., Опанасюк А.Б. Автоматизация проектирования схем раскроя листовых материалов на фигурные заготовки. -Харьков: Ин-т пробл. машиностроения. Препринт № 233, 1986.

66. Стоян Ю.Г., Кулиш E.H. О размещении оборудования летательных аппаратов. Киев: Ин-т кибернетики АН УССР, Препринт -77-78, 1977

67. Стоян Ю.Г., Кулиш E.H. Автоматизация проектирования компоновки оборудования летательных аппаратов. -М.: Машиностроение, 1984.

68. Томашевский В., Жданова Е. Имитационное моделирование в среде GPSS. — М.: Бестселлер, 2003.

69. Фельдман Л.П., Дедищев В.А. Математическое обеспечение САПР: моделирование вычислительных и управляющих систем. Учебное пособие. К. УМКВО, 2003.- 256с.

70. Щеверов Д.И. О методических основах автоматизации проектирования технических систем // Автоматизация проектиро-вания. М.: Машиностроение, 1986, с. 188-202.

71. Якунин В.И. Методологические вопросы геометрического проектирования и конструирования сложных поверхностей. М.: МАИ, 1990.

72. Якунин В.И. Анализ состояния и перспективы научных исследований в современной прикладной геометрии // Тезисы докладов VII -й всероссийской конференции по компьютерной геометрии и графике "Кограф-97". Нижний Новгород, 1997,-с.4-5.

73. Кипи Р. Л., Райфа X. Принятие решений при многих критериях: замещения и предпочтения. М.: Радио и связь, 1981.

74. Саати Т. Л. Принятие решений. Метод анализа иерархий. М.: Радио и связь, 1993.

75. Garantini I., Walsh T.R., Wu O.L. Viewing Transformations of Voxel-Based Objects via Linear Octrees. // IEEE Computer Graphics and Applications, 1986, № 10,p. 12-21.

76. Hansen P. Fn algorithm for shortest paths // Diskrete Appl/ Math. 1980. - N 2. - p. 151-153.

77. Hofri Micha. Two-dimensional packing: expected perfomance of simplelevel algorithms // Inform. And Contr., 1980, v. 45, N. 1, p. 1-17.

78. Howard R.L. Computer Graphics Vin Over Engineers "Aerospace America". Jan 1987,22 p.

79. Rushinek A. What Makes User Happy? // Communication of the ACM. 1986. Vol 29, N7, p. 594-598.

80. Samet H., Robert E., Webber E. Hierarhical Data Structures And Algorithms for Computer Graphics. // Computer Graphics and Applications, May 1988, p. 4868; July, p. 59-75.

81. Sweeney P.E., Ridenour E.L. Cutting and Packing Problems.

82. Van Deusen E., Carson G.S. Graphic Standards View For Acceptance To Meet Differing Goals // Computer Technology Review, Spring, 1985, pp. 119-125.

83. Vant-Hull Lorin L. Optimization of heliostat fields for solar tower systems / / Collog. Int. CNRS, 1980, No 306, p.319.