В то же время – изучение и накопление положительного опытаконструирования – жизненная необходимость, особенно для молодыхспециалистов.
Т.к. стремление освоить всюпредыдущую информацию – тщетно!!!, то – выход: изучать информацию поконкретным актуальным для данного специалиста вопросам, начиная сновейших достижений и кончая ретроспективной информацией.
СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ.
"УЗКИЙ" специалист.
Результат изучения информацииÞ обеспечение Конструктивной преемственности –использование при разработке предшествующего опыта по профилю специализации исмежных отраслей, введение в конструкцию разрабатываемого объекта всегополезного, что имеется в существующих конструкциях.
Основные источники НТИ:
Техническая литература: Учебники; Справочники конструктора (межотраслевые иотраслевые); Энциклопедии технические ( универсальные и отраслевые); Словаритерминологические и разъяснительные; Типажи машин и оборудования и т.п.
Производственно–техническаяинформация – информация о новейшихдостижениях научной и производственной практики: Обзоры; Реферативные издания;Экспресс–информация; ИЛ; Бюллетени; Типовые РМ и в том числе изобретения и т.п.
–Н–ТД – ГОСТ, ОСТ, СТП, ТУ,РТМ, ТО и др.;
–Патенто–лицензионнаяинформация (о содержании – в разделе Патентоведение).
БНТИ Þ помощьСпециалистам.
Лекция 5. "Основы конструирования".
III. Анализ вариантов конструкции и выбор оптимальноговарианта.
II этап заключается в подборе и разработке вариантов,относящихся к объекту и принципу работы.
III этап Þ принятие одного,окончательного варианта.
Важно отметить, что принятиеконкретного варианта имеет решающее значение на всех стадиях разработки.Оптимальное решение придает направление всей разработке.
Вероятность выбораоптимального варианта ... тем выше, чем больше число вариантов, изкоторых выбирается это решение, и чем выше качество этих вариантов.
Как мы сказали ранее, основадля отбора ТР – требования (ТЗ) к разрабатываемому объекту. Эти требованиямогут предъявляться к объекту в целом или к его составным частям ифункциональным элементам.
Как требования к объекту, таки варианты ТР нередко являются противоречивыми. Противоречивость вариантов можетиметь самую различную степень, вплоть до взаимного исключения.
В любом случае выполняетсяпроверка совместимости принимаемых решений по разным частям конструкции ипринципам работы конструируемого объекта.
В случаях, когда имеетсяопределенное число вариантов и выбор наилучшего (оптимального) не очевиден,на помощь конструктору приходит метод оптимизации.
Оптимальным решением задачиназначается решение, которое по тем или иным признакам предпочтительнее.
Отсюда следует: чтобы средибольшого числа вариантов найти оптимальный, нужна информация о предназначительностиразличных сочетаний значений показателей характеризующих варианты,–критерий оптимизации.
Задача выбора оптимальныхпараметров разработки в соответствии с выбранными критериями называется задачейоптимального проектирования (конструирования).
Здесь следует отметить, чтопод оптимальным проектированием (чаще всего) понимается процесс принятияоптимальных (в некотором смысле) решений с помощью ЭВМ. Эта проблема, связаннаяс получением оптимального решения из множества допустимых, является общей длявсех стадий разработки и во многом определяет технико–экономическую итехнологическую эффективность разрабатываемых (конструируемых) объектов.
Рассмотрим некоторыеположения теории оптимального проектирования.
Процесс оптимальногопроектирования включает в себя три основных этапа:
1) выбор объективного критерия оптимизации;
2) описание целевой функции и множества (области)допустимых решений (математическое моделирование объекта);
3) выбор эффективного метода решения задачи и егореализация.
À Критерий оптимизации конструируемого объекта служитпоказатель, который оптимален для данного объекта.
Выбор критерия определяетсяследующим:
n критерий–средство, с помощью которого должнысопоставляться конкурирующие варианты конструкции объекта;
n критерий должен выражать соответствие междуцелесообразным качеством объекта и реальными процессами конструирования,изготовления и эксплуатации объекта.
Критерий предназначен не для того, чтобы "заменить цель поставленнойзадачи", а для того, чтобы проверить предпочтительность выбранныхвариантов.
Критерий должен бытьобъективным и оправдывать свое назначение. Для этого он должен обладать рядомсвойств:
n быть независимым;
n быть однозначным, т.е. не являться функцией другихфакторов;
n быть непосредственно связанным с параметромоптимизации;
n быть совместимым с другими факторами, чтобы ненарушать их работу и др.
В качестве критерияоптимизации в зависимости от характера и назначения объекта конструированиямогут быть приняты:
n его стоимость;
n конструктивные и точностные показатели;
n масса (вес);
n долговечность (ресурс) и др.
Á Оптимизация как процесс рационализации элементовконструкции возможна только тогда, когда сформулирована цель.
При решении задач оптимизацииматематическими методами : математическая зависимость критерия оптимизации отискомых параметров объекта носит название целевой функции .
Названиене случайно : оптимизация проводится с целью получения наилучшего значениякритерия оптимизации .
* Z=Z(X,U) ® min , [ x1,...,xn ] =X
- n искомых параметров объекта ;
- Ui(t) - неизвестныефункции конструирования.
Пространства, в которых изменяются X,U - назовёмпространствами проектирования .
*- условие minфункционала , определяющеевыбранный критерий - есть критерий оптимальности .
Функционал- ( в вариационном исчислении ) математическое понятие, означающее переменную величину , зависящуюот выбора одной или нескольких функций .В общемсмысле - оператор , отображающийбесконечно мерное пространство , в множестведействительных или комплексных чисел .
Параметры оптимизации :
Вкачестве искомых параметров объекта могут служить любые численные значения:
- принцип работыизделия ( н .)
- техническиепоказатели ( Vmax или Vmin ; производительность; to ; M и др.);
- показателикачества ( Qu; HRC - поверхностивала и тп .).
Параметры оптимизации должны соответствовать следующимтребованиям,-
- поддаваться измерениям сдостаточной степенью точности и ограничиваться пределами допусков ;
- быть информационными , т.е . всестороннехарактеризовать объект;
- иметь физический смысл , т.е. должнабыть возможность достижения полезных результатов определенного свойстваобъекта в соответствующих условиях;
- быть однозначными т.е. максимизировать или минимизировать только одно свойство объекта .
Параметры оптимизации в зависимости от цели , для которых они предназначены ,могут быть ,-
- пространственно– временными ( длина ; время ; площадь ; объём ; скорость ; ускорение и т.д. );
-механическими (масса , плотность, сила , момент силы , работа , энергия, мощность , давление и т.д.);
- электромагнитными(количество электричества, плотность тока, удельное сопротивление ,магнитныйпоток и т.д.);
- тепловыми ( to , количество теплоты, тепловой поток, коэффициенттеплообмена и т.д.);
- акустическими ( звуковое давление, интенсивность звука и т.д.);
- качественными (внешний вид ,качество поверхности и т.д.) .
Взадачах оптимизации к критериям оптимальности обычно приходится присоединять ограничения , чтобы сузить пространство проектирования (это не только системыматематических уравнений , но и логические выражения типа ² если ... то ... ² ).
Основные ограничения для механических конструкций :
1)на величину напряжений ( мех. ) , налагаемые требованиями надёжности иэкономичности ( условия прочности и устойчивости );
2)на перемещение элементов , налагаемые требованиями жёсткости , работоспособности действующей НТД (условия жёсткости );
3)условие совместности деформаций : неразрывность элементов конструкции придействии внешних нагрузок ;
4)функциональные ограничения , связанные с условиями и эксплуатации элементов объекта ( Н , габаритные ограничения , материал , сортамент , крепёж и т.п.)
ÂЗадача о минимуме функционала призаданных ограничениях в общем случае является задачей теории оптимальных систем с определёнными параметрами , описываемой системой дифференциальных иинтегральных уравнений . Единого метода решения столь общих задач несуществует .
Восновном применяются ,– аналитические (дифференциальные и вариационныеисчисления ) и ,– численные методы (линейное , нелинейное и динамическоепрограммирование ; метод ветвей и границ .
eЭвристическоепрограммирование в системе человек – ЭВМf
I оптимизацияпо нескольким ( многим ) параметрам при помощи ЭВМ .
II Если удаётся выделить одинглавный параметр , который достаточно полно характеризует объект оптимизации ,применяются методы отличающиеся более простыми вычислительными процедурами .
!!!Решение задач оптимизации математическими методами даёт наилучшие результаты. Однако не всегда возможен выбор математических методов оптимизации сиспользованием ЭВМ .
Ограничения: отсутствие СВТ и соответствующих специалистов ; кроме того , не всезадачи оптимизации имеют математическое решение .