автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Разработка топологического метода моделирования и оптимизации параметров виброзаглаживающих систем

Введение.

Глава 1 Основные требования к конструктивным параметрам машины

1.1. Характеристика процесса изготовления бетонных конструкций заглаживающей машины.

1.2. Конструктивные особенности заглаживающей машины.

1.3. Обоснование создания универсальной модели заглаживающей машины.

1.4. Выводы

Глава 2 Разработка математической модели технологического процесса работы виброзаглаживающих машин

2.1. Анализ методов описывающих технические характеристики заглаживающей машины./.

2.2. Обоснование математической модели динамического процесса заглаживающей машины.

2.3. Принцип построения топологической модели технологического процесса.

2.4. Описание способа матричного решения уравнения.

2.5.Выводы

Глава 3 Разработка методики исследования характеристик виброзаглаживающей машины.

3.1. Вывод уравнений процесса функционирования заглаживающей машины (Н*Хвх = 0).

3.2. Оптимизация характеристик машины симплекс - методом.

3.3. Оптимизация модели по двум критериям.

3.4. Выводы.

Глава 4. Разработка подсистемы (проектирования) класса виброзаглаживающих машин.

4.1. Основные этапы проектирования виброзаглаживающих машин.

4.2. Разработка состава информационного обеспечения подсистемы.

4.3. Рекомендации по внедрению и эксплуатации подсистемы проектирования виброзаглаживающих машин.

4.4 Выводы.

С темпами строительства прямо связаны интенсификация всей экономики, повышение эффективности производства, ускорение научно-технического прогресса. Однако эта отрасль долгие годы являлась слабым звеном народного хозяйства, особенно в области технологии производства сборного железобетона. Такое состояние в значительной мере определяется тем, что комплекс научных подходов к одному из основных средств производства в ней, каковым являются машины (вибрационные и безвибрационные) для обработки незатвердевших (процесс «заглаживание») и затвердевших (процесс «затирка») бетонных поверхностей железобетонных изделий, представляет собой набор полу эмпирических построений, позволявших, впрочем, до настоящего времени более или менее успешно решать технологические задачи за счёт экстенсивного совершенствования конструктивных схем. Сейчас этого явно недостаточно.

В узкоэмпирическом исследовании, познавая отдельные свойства или конструктивные особенности изучаемых заглаживающих машин, можно получить лишь несистематизированное, разрозненное, следовательно, электическое их восприятие. Исследования в этих случаях осуществляются наугад, в лучшем случае методом проб и ошибок.

Многообразие теоретических подходов к данному вопросу указывает, с одной стороны, на общность процессов, с другой в значительной мере затемняет его существо.

Многолетний опыт эксплуатации разного рода обрабатывающих строительные материалы машин, устройств и приспособлений свидетельствует о довольно ярко выраженной связи между характером воздействия на преобразуемые объекты и получаемым результатом. К настоящему времени по всем существующим способам воздействия на обрабатываемые поверхности строительных материалов накоплен огромный экспериментальный материал, с разных сторон обследованы конструктивные решения, реализующие эти способы. Однако общими руководящими принципами, своего рода алгоритмом, позволяющим вести целенаправленный поиск наиболее эффективных решений заглаживания бетонных поверхностей, исследователи пока не обладают.

Развитие представлений о механизмах преобразований связных дисперсных материалов, к которым относятся обрабатываемые смеси, шло в основном по двум направлениям: корпускулярному и феноменологическому [17, 28]. Каждое из этих направлений имеет определенные преимущества и недостатки, однако по обоим из них получены весьма ограниченные результаты, не позволяющие сформировать достаточно полного и адекватного реальным процессам описания их трансформаций. К сожалению, оба развиваемых направления в настоящее время не позволяют теоретически ответить на вопросы , связанные с выбором рациональных режимов колебаний рабочих органов заглаживающих машин [40, с.1 Кроме этого, несмотря на большое количество полученных опытных данных, ещё нет твердо установившегося взгляда на характер процессов, происходящих при формировании поверхностного слоя обрабатываемой смеси. Использование для построения теории заглаживания какой-либо одной расчетной модели процесса обработки и получение однозначных зависимостей для их описания такого формирования невозможны [36, с.20,29]. Также невозможно установить однозначной зависимости между показателями эффективности заглаживания уплотнения смеси и параметрами передаваемого на нее силового воздействия, рабочего органа. В процессе заглаживания бетонная смесь непрерывно изменяется, что практически исключает возможность построения строгой теории заглаживания и вызывает необходимость в установлении некоторого интегрального критерия заглаживаемости бетонных поверхностей, на использовании которого могла бы базироваться соответствующая приближенная теория [32,с.64].

Ощущаемые лишь интуитивно сходство различных материалов позволило довольно успешно применять для исследовательских целей метод физического моделирования. Он заключается в использовании так называемых эквивалентных материалов.

Ни один рабочий процесс не может обходиться без тщательного контроля - измерения различных параметров. Без этого недопустима не только автоматизация, но запрещено даже просто управление процессом. Однако сейчас огромные массивы частичных показателей процессов обработки бетонных смесей настолько усложняют существо вопроса, что неизвестно, что нужно измерять в том или ином процессе. Между тем необходим стабильный поток количественных оценок и данных о материалах, трансформируемых в рабочем процессе. Причем важны не столько показатели сами по себе, сколько их место в общей картине среди других показателей.

Сейчас известно, что теоретические разработки, связанные с совершенствованием техники для выполнения технологических операций заглаживания, не имеют и никогда не имели единой методологической основы, так как отправной точкой существующих концепций является элементарный акт или процесс. Достигнута такая стадия развития изучения указанных процессов, когда дальнейшее совершенствование знаний о частях целого сдерживается отсутствием знания целого.

При отсутствии единой методологической основы невозможно раскрытие сущности и механизма явлений, связанных с трансформацией преобразуемых объектов, а также методов сознательного управления ими, что является одной из самых важных проблем теоретического и практического характера. Без единой методологической концепции практическая деятельность обречена на слепой поиск и случайные удачи, так как без понимания сущности процесса и изучения его закономерностей невозможно не только управлять им, но даже иногда представить себе его протекание.

Эти условия применительно к производству сборного железобетона заключаются в совершенствовании механического оборудования в целом, в его автоматизации, комплексной механизации, роботизации и обосновании прогрессивных технологических и конструктивных концепций, то есть в развитии нового содержания в недрах старой формы. Поэтому и пути совершенствования заглаживающей техники не могут быть основаны на одной разновидности информации, получаемой исследователями, - эмпирической, при которой сначала выявляются частности, затем они сравниваются между собой и уже затем в результате исследователь должен увидеть явление в его целостности. Необходимо действовать противоположным образом: прежде всего выявлять общие принципы, а уже затем это общее знание конкретизировать в отдельных частных задачах.

Преобразования в нашей экономике, связанные с ее перестройкой, предопределяют необходимость качественного скачка в развитии средств производства на предприятиях стройиндустрии, одним из основных элементов которых является машинный парк для обработки бетонных поверхностей ЖБИ.

Такой скачок может быть совершен лишь на основе комплекса взглядов, понятий, идей, дающих целостное представление о закономерностях функционирования заглаживающих машин и обрабатываемых ими сред и о существенных связях между ними, то есть на новой теоретической основе.

Однако к настоящему времени такая основа представлена лишь «рассыпным набором» полуэмперических построений, описывающих работу тех или иных конкретных конструктивных схем с теми или иными конкретными средами, что ведет к распылению средств и своеобразной инфляции получаемой информации, дублируемой в десятках мест и зачастую затемняющей существо вопроса.

Обилие эмпирического материала, его неупорядоченность и сложность истолкования вплотную подвели исследователей к осознанию невозможности осуществления технологического рывка на существующей теоретической основе.

Поэтому выполнение задач, стоящих перед строительным сектором экономики, требует разработки новой теоретической основы исследования заглаживающей машины с единых системных позиций на основе топологического метода моделирования многосвязных технологических процессов.

Таким образом, в диссертационной работе ставятся следующие цели:

- Разработка и обоснование системного подхода к моделированию виброзаглаживающих машин, основу которого составляет единый методологический подход — представление модели технологического процесса в виде топологической структурно - функциональной модели сложного многосвязного объекта. Предлагаемая методика ориентированна на машинную реализацию системного моделирования технологического процесса заглаживания незатвердевших бетонных поверхностей на всем этапе построения и исследования модели.

- Разработка алгоритма исследования с целью оптимизации характеристик виброзаглаживающей машины для обработки свежеотформованных бетонных поверхностей.

- Разработка подсистемы проектирования виброзаглаживающих машин.

Результаты работы послужат теоретической основой при создании машин по заглаживанию бетонных поверхностей на промышленных заводах сборного железобетона.

Теоретические исследования и практические результаты, полученные при разработке подсистемы виброзаглаживающих машин, а так же найденные векторы оптимальных параметров экспериментальной модели виброзаглаживающей машины, могут быть использованы при конструировании нового подвида виброзаглаживающих машин на заводе сборного железобетона КБЖБ г. Братска.

1. Основные требования к конструктивным параметрам машины

4.4 Выводы

1. Проведенная в работе идентификация многосвязного объекта на примере виброзаглаживающей машины позволила обобщить и проанализировать основные факторы функционирования объекта. Прикладной результат решения поставленной задачи имеет важное значение в производстве на линиях сборного железобетона, позволяющий снизить затраты на конструирование и модернизацию заглаживающих машин и позволяющий контролировать производство бетонных поверхностей требуемого качества.

2. Разработка подсистемы проектирования виброзаглаживающих машин в данной главе, строится на системном подходе к решению проблемы заглаживания незатвердевших бетонных поверхностей. Решение любой задачи по конструированию машин для заглаживания бетонных поверхностей должны основываться на перспективных средствах и методах сбора, анализа и обработки информации.

3. Разработка состава информационного обеспечения позволила значительно снизить трудозатраты на проводимые исследования системного анализа и разработку топологической модели виброзаглаживающих систем.

4. Рекомендована к внедрению для заглаживания свежеотформованных незатвердевших поверхностей экспериментальная модель заглаживающей машины с предложенными техническими характеристиками.

Заключение

Производство железобетонных изделий на предприятиях сборного железобетона изучается в целях усовершенствования технологических линий в направлении их оснащения оборудованием для отделки поверхностей, особенно для обработки жёстких бетонных смесей, с необоснованными параметрами рабочего процесса. Поэтому на данном этапе развития рассматриваемой техники создана математическая модель процесса заглаживания, выявлены закономерности и численные значения критериев, характеризующие этот процесс.

Анализ исследовательских работ в области заглаживания, проведённый в широких масштабах, показал необходимость определения оптимальных кинематических и геометрических параметров рабочих органов и заглаживающей машины в целом, предназначенных для этих смесей, и требований к качеству поверхности.

В результате работы проведена оптимизация геометрических и кинематических параметров механизмов привода рабочего органа и машины на основании их функциональной связи с параметрами, с целью получения требуемого качества отделки бетонных поверхностей в зависимости от реологических её свойств.

К новым полученным результатам относятся следующие положения:

1. Сформулирована постановка задачи анализа технологических параметров функционирования многосвязного объекта представленного в виде виброзаглаживающей машины, отличающихся от известных постановок возможностью определения и выделения неизвестных компонент по выбранным критериям.

2. Разработан метод структурно - параметрического анализа основных технологических параметров виброзаглаживающих машин, формализующих, в отличие от известных методов, процедуру синтеза на основе разработанной топологической модели структурно-функционального представления системы.

Метод включает

- способ представления модели системы с помощью структурного графа (С-графа);

- метод записи уравнения системы в матричной форме в виде уравнения компонент системы [В], уравнения структуры [А] и общего уравнения системы [А*В*Хвх ] = 0;

- способ понижения порядка матричного уравнения с использованием блочных матриц, позволяющий исследовать объект, обеспечить обоснованный выбор конструктивных технологических параметров и критериев оценки системы, что сокращает пространство и объем вычислений и размерность исследования системы.

3 Для объекта со множеством взаимосвязных параметров найдены оптимальные значения технологических параметров и разработан метод, позволяющий определять точность модели, т.е. соответствие технологическому процессу.

4.Разработана подсистема проектирования класса виброзаглаживающих машин.

5.Проведенная в работе идентификация многосвязного объекта на примере виброзаглаживающей машины позволила обобщить и проанализировать основные факторы функционирования объекта. Прикладной результат решения поставленной задачи имеет важное значение в производстве на линиях сборного железобетона, позволяет снизить затраты на конструирование и модернизацию заглаживающих машин и позволяющий контролировать производство бетонных поверхностей требуемого качества.

Таким образом, выбранный подход к решению задачи заглаживания свежеотформованных бетонных поверхностей виброзаглаживающими машинами, а также оптимизация технических характеристик машин позволили реализовать систему проектирования класса виброзаглаживающих машин и систематизировать проектирование всех видов машин для обработки бетонных поверхностей.

1. A.c. 358175 СССР. МКИ3 В 28 В 11/00. Заглаживающая машина/М.Н.Лебедев, А.В.Болотный, Г.К.Ярошинский, А.П.Аполлонский, В.П.Птичников. Опубл. 03.11.72. Бюл. № 34.

2. A.c. 373374 СССР. МКИ3 Е 04 F 21/16. Заглаживающая машина для отделки поверхности строительных изделий / А.В.Болотный, М.Н.Лебедев. Опубл. 12.03.73. Бюл. № 14.

3. A.c. 1046098 СССР. МКИ3 В 28 В 11/00. Рабочий орган виброзаглаживающего устройства/ А.В.Болотный, В.П.Птичников, Е.Ф.Ушаков. Опубл. 07.10.83. Бюл. № 37.

4. A.c. 476996 СССР. МКИ3 В 28 В 11/00. Рабочий орган заглаживающей машины/А.В.Болотный. Опубл. 15.07.75. Бюл. № 26.

5. A.c. 1013290 СССР. МКИ3 В 28 В 11/00. Заглаживающая машина /A.B. Болотный, В.П.Птичников, Е.Ф.Ушаков. Опубл. 23.04.83. Бюл. № 15.

6. A.c. 1013291 СССР. МКИ3 В 28 В 11/00. Заглаживающая машина /A.B. Болотный, В.П.Птичников, Е.Ф.Ушаков. Опубл. 23.04.83. Бюл. № 15.

7. A.c. 445578. МКИ3 В 28 В 11/00. Заглаживающая машина /A.B. Болотный. Опубл. 05.10.74. Бюл. № 37.

8. A.c. 639715.МКИ3 В 28 В 11/00. Рабочий орган для заглаживания бетонных поверхностей./А.В. Болотный, В.П. Птичников. Опубл. 30.12.78.Бюл. №48.

9. A.c. 352989 СССР. МКИ3 Е 01 С 19/42.Дорожный финишер/ М.Н.Лебедев, А.В.Болотный. Опубл. 29.09.72. Бюл. № 19.

10. A.c. 436125 СССР. МКИ3 Е 01 В 19/42. Рабочий орган для заглаживания бетонных поверхностей/ М.Н.Лебедев, А.В.Болотный, В.П.Птичников, А.В.Павлова. Опубл. 15.07.74.Бюл. № 26.

11. A.c. 1021624 СССР. МКИ3 В 28 В 11/00.Устройство для заглаживания бетонных поверхностей / А.В.Болотный, В.П.Птичников, Ю.Г.Сакович. Опубл. 07.06.83. Бюл. №21.

12. A.c. 906705 СССР. МКИ3 В 28 В 11/00. Установка для отделки бетонных поверхностей /A.B.Болотный, В.П.Птичников. Опубл. 23.02.82. Бюл. № 7.

13. A.c. 1186493 СССР. МКИ3 В 28 В 11/00. Рабочий орган для заглаживания бетонных поверхностей/ А.В.Болотный, В.П.Птичников, Е.Ф.Ушаков. Опубл. 23.10.85. Бюл. №39.

14. Мамаев J1.A. Обработка бетонных поверхностей с вибрациями.

15. Труды Братского государственного индустриального института. Материалы XX научно-технической конференции. В 2 т. Братск: БрИИ, 1999. - Т.2. -210с.

16. Мамаев JI.A., Бороздин О.П., Кононов A.A. Метод Фурье при исследовании динамики колебательных процессов в гидравлических виброэлементах (статья). Математика в вузе: Тезисы международной научно-методической конференции. СПбГУПС. СПб., 1999. - 189с.

17. Алпатов Ю.Н. Синтез систем управления методом структурных графов. -Иркутск, 1988- 184 с.

18. Аветисян Д.А. и др. Системы автоматизированного проектирования: Типовые элементы, методы и процессы,- М. : Изд-во стандартов, 1985. 180 с.

19. Айвазян С.А. и др. Прикладная статистика: Основы моделирования и первичная обработка данных. Справочное издание . М . : Ф . и С . , 1983. - 471 с.

20. Долголаптев В.Г. Работа в Excel на примерах .Москва, 1995.-283 с.

21. Нагорный Л.Я. Моделирование электронных цепей на ЦВМ . Киев: . Техника, . 1974. -360 с.21 .Прикладная статистика: Классификация и снижение размерности / Под. ред . С.А. Айвазяна . М. : Ф. и С. , 1989. - 607 с.

22. Вавилов A.A., Имаев Д.Х. Машинные методы расчета систем управления.-Л.:ЛГУ,1981.-114с.

23. Воронов A.A. Основы теории автоматического управления.Особые линейные и нелинейные системы. 2-е изд., перераб.-М.:Энергия, 1980.-312с.

24. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем.-М.:ВШ, 1980.-312с.

25. Ope О. Теория графов. 2-е изд.,-М.: Наука, 1980.-336с.

26. Шатихин Л.Г. Структурные матрицы и их применение для исследования системы. 2-е изд.,перераб. и доп.-М. Машиностроение. 1991. - 253с.27. .Райцин Т.М. Синтез САУ методом направленных графов.-Л.¡Энергия, 1970.-94с.

27. Берж К. Теория графов и ее применение.-М.:Изд-во иностр. лит., 1962.-319с.

28. Зыков A.A. Основы теории графов.-М.:Наука, 1987.-3 80с.

29. Математические методы исследования систем: Сб. научн. тр. Тверь: ТГУ, 1991.-115с.

30. Системы управления и обработки информации: Сб.научн. тр.-Нижний Новгород :ННПИ, 1991 .-99с.

31. Моделирование в автоматизированных системах управления.Межвуз. сб. научн. тр.-Новосибирск:НЭТИ, 1981 .-219с.

32. Моделирование процессов обработки информации и управления.Междувед. сб./М.:МФТИ,1990.-171с.

33. Машина для отделки бетонных поверхностей (патент) Патент РФ №2101174 бюл. №1 от 10.01.98 БольшедворовВ.А., Каверзин В.А.

34. Рабочий орган ручной заглаживающей машины осциллирующего типа Патент РФ №2130379 от 26.05.1998. Каверзин В.А., Герасимов С.Н.

35. Инерционно-импульсная заглаживающая машина. Патент РФ №2156692 от 08.09.1998. Каверзин В.А., Герасимов С.Н.

36. Исследование процессов заглаживания с обезвоживанием и декоративной обработкой поверхностей сборных железобетонных изделий. Отчет по научно-исследовательской теме. JL, 1985 Госрегистрационный №01815006420 Болотный A.B., Птичников B.JI.

37. К износу рабочих органов заглаживающих машин. XXI Научно-техническая конференция: Материалы докладов:- Братск: БрГТУ, 2000. 156 с. Ефремов И.М., Кононов A.A.

38. Мощность дисковой заглаживающей машины осциллирующего типа при наличии внутреннего трения (статья): Труды Братского государственного технического университета. Братск: БрГТУ, 2000. - 177с. Коронатов В.А., Герасимов В.А.

39. Вибропроцессы и вибромашины по обработке бетонных поверхностей (статья). Проблемы механики современных машин: Материалы международной конференции/ВСГТУ.-Улан- Удэ,2000-Т.2.-122 е. Зайцев А.Н., Кононов A.A., Герасимов С.Н.

40. Резонансная система впрыска топлива для ДВС. Ковальчук Д.В. Соавт.: Беспалов М.Г., Кононов A.A., Безносов Е.А.; Деп. в ВИНИТИ. № 1СД97.г. Москва, 1998.

41. Определение динамических характеристик жидкости в магистралях с осциллирующим источником давления. Ковальчук Д.В. Соавт.: Беспалов М.Г., Кононов A.A., Безносов Е.А.; Деп. в ВИНИТИ. № 5СД97. г. Москва 1998.

42. Динамика волнового резонансного ударного инструмента. Ковальчук Д.В. Соавт.: Беспалов М.Г., Кононов A.A., Безносов Е.А.; Деп. в ВИНИТИ. № ЗСД97.Г. Москва, 1998.

43. Андре Анго. Математика для электро- и радиоинженеров. М: Наука, 1965. - 465 с.

44. Браун С. Visual Basic 5 с самого начала. Спб.: Питер, 1998. - 320 с.

45. Елманова H. Borland C++Builder 3: новые возможности создания корпоративных информационных систем. Компьютер пресс №, 1998. С. 116.

46. Костяков С. Средства разработки приложений. PC Magazine/Russian Edition № 1, 1998.-С. 169.

47. Новиков Ф.А., Яценко А.Д. Microsoft Office в целом. СПб.: BHV - Санкт-Петербург, 1995. - 336 с.

48. Фксти У. Разработка программ для Office 97. PC Magazine/Russian Edition №2, 1998,- 158 с.

49. Автоматизация поискового конструирования / Под ред. А.И. Половинкина М.: Радио и связь, 1981.- 344 с.

50. Андреев Ю.Н. Управление конечномерными линейными объектами. М.: Наука, 1976.-424 с.

51. Анисимов В.И. Топологический расчет электронных схем. Д.: Энергия, 1977.-240 с.

52. Баранов С.И., Майоров С.А., Сахаров Ю.П. и др. Автоматизация проектирования цифровых устройств. Д.: Судостроение, 1979. - 262 с.

53. Барковский В.В., Захаров В.Н., Шаталов А. Методы синтеза систем управления. М.: Машиностроение, 1969. - 323 с.

54. Басакер Р., Саати Т. Конечные графы и сети.- М.: Наука 1974. 366 с.

55. Батищев Д.И. Поисковые методы оптимального проектирования. М.: Сов. радио, 1976. - 216 с.

56. Белова Д.А., Кузьмин Р.Е. Применение ЭВМ для анализа и синтеза автоматический систем управления. М.: Энергия, 1979. - 263 с.

57. Беллман Р. Введение в теорию матриц. М.: Наука, 1978. - 367 с.

58. Вавилов А.А. Структурный и параметрический синтез сложных систем. -Д.: ЛЭТИ, 1979.-94 с.116

59. Вавилов A.A., Имаев Д.Х., Родионов В.Д. и др. Машинные методы расчета систем автоматического управления. JL: ЛЭТИ, 1978. - 114 с.

60. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Наука, 1967. - 575 с.

61. Геминтер В.И., Каган Б.М. Методы оптимального проектирования. М.: Энергия, 1980.- 160 с.

62. Гуревич B.C., Дидук Г.А. Машинный метод формирования передаточных функций сложных структур // Проблема системотехники и АСУ. СЗПИ, 1980. -С.105 - 112.

63. Дворянкин A.M., Половинкин А.И., Соболев А.Н. Методы синтеза технических решений. М.: Наука, 1977. - 102 с.

64. Директор С., Рогер Р. Введение в теорию систем. М.: Мир, 1974. - 464 с.

65. Ивановский Р.И., Таранов А.Г. Синтез многосвязных систем автоматического управления с применением ЦВМ. -М.: Наука, 1970. 171 с.

66. Ильинский Н.Ф., Цаценкин В.К. Приложение теории графов к задачам электромеханики. М.: Энергия, 1968. - 232 с.