Влияние сферы (среды) эксплуатации на процесс проектирования объемно-пространственной структуры жилого прицепного модуля

·       конструктивных решений возможных прототипов и основных тенденций развития передвижных домов.

В настоящее время неизвестны алгоритмы прямого оптимального синтеза сложных технических  объектов, и их разработка осуществляется многократным повторением анализа  различных вариантов проектных  альтернатив. Создание новых ОЛВКТС в этом отношении не является исключением.

В большинстве случаев  решения задач формирования технического облика речь идет о процессах, не содержащих неопределенностей. Большинство реальных инженерных задач содержит в том  или ином виде неопределенности [3], связанные с нечеткостью формулировок целей и задач, размытыми границами ограничений и т.п. Формирование технического облика семейства колесных машин представляет собой решение многопараметрической многокритериальной оптимизационной задачи с неполной информацией об объектах, что связано с отсутствием детальной конструкторской проработки узлов и агрегатов.

Однако, из-за наличия концептуальных и методических трудностей в настоящее  время не существует единого методологического  подхода к решению таких задач.

В литературе есть примеры решения вопросов оптимизации параметров конструкции на этапе проектирования при создании автомобильной техники. Например, вопросам оптимизации автомобилей многоцелевого назначения посвящена работа [3], транспортных средств особо большой грузоподъемности посвящен раздел в книге [6], подходы к оптимальному проектированию грузовых автомобилей рассмотрены в работе [7]. Технико-экономическим анализом проектируемых автомобилей, что также можно отнести к вопросам оптимизации, занимались авторы работ [8, 9].

Следует отметить, что вопросы оптимизации конструкции  и вопросы оценки технического уровня объектов перекликаются между собой  и при их решении зачастую используются одинаковые методы.

Блок-схема алгоритма  процесса формирования технического облика особо лёгких высокоподвижных колёсных транспортных средств состоит из этапов, показанных на рис. 1. Рассмотрим эти этапы подробно.

На первом этапе  определяются цели и задачи проектирования. Целью является определение оптимальных  компоновки и тактико-технических  характеристик особо лёгких высокоподвижных колёсных транспортных средств.

На втором этапе  определяется номенклатура показателей, характеризующих технический уровень  ОЛВКТС, а также ранжирование этих показателей по степени их влияния  на технический облик. Ранжирование проводится с целью определения уровней значимости определяющих параметров.

 

 

Рис. 1. Блок-схема  процесса формирования технического облика ОЛВКТС 

 

Основные трудности, возникающие на этом этапе разработки, заключаются в следующем:

·       отсутствует четкая методика формирования номенклатуры критериев, характеризующие технический уровень ОЛВКТС;

·       отсутствуют четкие границы, в которых должны находиться значения определяющих параметров;

·       отсутствие методик четкого ранжирования параметров по степени их важности требует привлечения экспертных нечетких оценок;

·       весьма ограниченный объем информации практически исключает возможность применения статистических методов обработки предварительной информации.

В реальной практике при формировании пунктов технического задания часто приходится сталкиваться со случаями, когда нет возможности  количественного обоснования тех  или иных показателей,  и степень проявления того или иного свойства можно оценить только на качественном уровне, например, «высокий уровень», «средний уровень», «низкий уровень». В этих случаях для ранжирования показателей применяется экспертная оценка исходя из попарного сравнения рассматриваемых параметров [3].

Среди косвенных  методов определения рангов наибольшее распространение получил метод  парных сравнений Саати [10]. Особенность  использования этого метода заключается  в необходимости нахождения собственного вектора матрицы парных сравнений, которая задается с помощью специально предложенной шкалы. Для решения задачи ранжирования определяющих параметров необходимо разработать метод, позволяющий вычислять степени принадлежности элементов тому или иному нечеткому терму на базе матрицы парных сравнений профессора Саати.

Третий этап посвящен сбору и анализу данных об аналогах и формированию базы знаний о проектируемом классе ОЛВКТС. Аналоговая группа формируется из лучших зарубежных и отечественных образцов с глубиной проработки 10 лет [6]. На этом этапе решаются следующие задачи:

·       определение достигнутого на сегодняшний день технического уровня;

·       анализ тенденций изменения значений определяющих параметров.

Данный этап характеризуется следующими трудностями:

1)     количество найденных аналогов, как правило, весьма ограничено;

2)     численные значения определяющих параметров известны далеко не всегда и не в полном объеме.

В связи с  этим невозможно проводить статистический анализ численных значений полученных характеристик и уж тем более осуществлять известными статистическими методами прогноз изменения этих параметров на перспективу [11].

Четвертый этап – прогнозирование значений определяющих параметров на перспективу 15-20 лет –  срок, который в среднем проходит от начала разработки до утилизации первых серийных образцов [3]. Основной проблемой, возникающей на этом этапе, является то, что полученные значения определяющих параметров на предыдущем этапе не являются временным рядом в классическом понимании [12]. Поэтому никакие статистические и интеллектуальные методы прогнозирования значений определяющих параметров на перспективу неприменимы. С другой стороны, можно привлечь экспертов, которые могут оценить, каким должно быть значение определяющего параметра в «идеальном» случае. Однако, мнение экспертов в определенной степени носит субъективный характер. Единственная возможность – построение прогнозов на основе баланса мнений экспертов и объективных (пусть и малочисленных) данных об изменении значения данного параметра во временной перспективе методами нечеткой логики [13].

Результатом выполнения работ по этому этапу является обоснование количественных значений основных определяющих параметров в  техническом задании на эскизное проектирование.

Пятый этап –  проведение инженерного анализа разработки, формирование схемных решений, удовлетворяющих полученным значениям определяющих параметров, выполнение эскизного проекта. При этом решаются следующие задачи [6].

·       Предварительное формирование облика машины, отвечающего требованиям технического задания. Формируется допустимая область существования проекта, где находится допустимое решение, описываемое параметрами начального приближения.

·       Оптимизация проектных параметров ОЛВКТС по выбранному критерию с учетом ограничений, вытекающих из требований технического задания и действующих нормативных документов.

·       Параметрический анализ, направленный на оценку чувствительности проекта к изменению его альтернатив (вариантов схемных решений), параметров и ограничений.

·       Уточнение характеристик изделия и документирование результатов проектирования.

Шестой этап включает в себя работы по анализу  полученных схемных решений по результатам  эскизного проектирования и выбору оптимального варианта. На этом этапе  возникают следующие проблемы.

В процессе принятия решения проводится многокритериальный анализ в условиях большого количества неопределенностей, когда цели и  ограничения заданы нечеткими множествами. В данных условиях принятие решения  – это выбор альтернативы, которая одновременно удовлетворяет и нечетким целям, и нечетким ограничениям. Решение задачи выбора оптимального схемного решения возможно с помощью теории принятия решений в нечетких условиях по схеме Беллмана-Заде на основе многокритериального анализа вариантов при равновесных и неравновесных критериях [2]. Веса критериев получают на основе парных сравнений [14].

Седьмой этап –  разработка математических моделей  создаваемого транспортного средства. Математическое моделирование позволяет  провести всестороннее комплексное исследование выбранного схемного решения до создания натурного образца, что позволяет сэкономить время и средства, отпущенные на разработку.

Задача этапа  состоит в подтверждении реализуемости  заданных значений определяющих параметров.

Восьмой этап – проверка условия «Цель достигнута?». Если «Да», то можно переходить к процессу создания и испытаний макетного образца. Если «Нет» - необходимо вернуться к анализу схемных решений (шестому этапу). 

 Материалы в конструкции передвижных домов

Стоимость материалов составляет значительную часть стоимости машин, особенно машин массового производства (с малой трудоемкостью) и металлоемких, в частности стоимость материалов в автомобилях в среднем составляет 65-70 %.

Марки материалов и их термообработка имеют решающее значение для качества (особенно надежности и долговечности) и экономичности машин. Современные машины с разнообразными техническими параметрами невозможно создать, не используя материалы с высокими характеристиками.

Большая часть  деталей машин представляет собой кинематические пары трения. Требования, предъявляемые к материалам, из которых изготовлены элементы пар трения, в ряде случаев являются взаимоисключающими. Единые требования к материалам, используемым в подвижных сопряжениях, можно в известной мере условно разделить на экономические, технологические, эксплуатационные и гигиенические.

С экономической  точки зрения применяемые материалы  для изготовления деталей, а также  смазочные материалы должны быть недефицитными и недорогостоящими. Технология изготовления деталей из материалов должна быть достаточно простой. Замена смазочного материала при эксплуатации узлов трения должна производиться как можно реже или не производиться совсем.

Технологические требования: хорошая обрабатываемость используемых материалов, создание шероховатостей поверхностей трения, близких к равновесным, то есть обеспечение незначительного по длительности периода приработки, сравнительная простота технологических процессов при изготовлении деталей, разработка систем эффективного контроля качества продукции.

С точки зрения гигиены конструкционные и смазочные  материалы деталей машин в  процессе эксплуатации не должны образовывать веществ, вызывающих загрязнение окружающей среды. При работе они не должны разлагаться  и выделять токсичные вещества и неприятные запахи.

Таким образом, подбор материалов представляет известные  трудности. Удобно рассматривать требования к материалам деталей в соответствии с основными критериями их работоспособности, из которых выделяются прочность, в  том числе контактная, жесткость и износостойкость.

Материалы, используемые при производстве передвижного дома можно условно разделить на металлические и неметаллические.

Металлы, при современном проектирование, как правило, применяются в местах конструкций требующих особых механических свойств , где неметаллы не способны обеспечить предъявляемые к изделию характеристики. Основными конструкционными металлами являются сталь с различными легированными присадками и сплавы алюминия и магния.

В настоящее время в  автомобильной промышленности широко применяют неметаллические материалы. Некоторые из них благодаря небольшой плотности, относительно высокой прочности, красивому внешнему виду, дешевизне и т. д. часто успешно заменяют металлы.

• Пластические массы (пластмассы) — это органические вещества, пластичные в начальной стадии производства, но утрачивающие это качество после нагрева и прессования. Поэтому изделиям из пластмасс можно легко придать прессованием или литьем любую, даже очень сложную форму.

При производстве пластмасс к исходным продуктам — смолам — добавляют пластификаторы, наполнители, отвердители и красители. Красителями пластмассам придают любую окраску, что делает их красивым облицовочным материалом.

Фенолальдегидные  пластмассы приготовляют смешиванием  с последующим нагревом фенола, формалина и катализатора — нашатырного спирта или уксусной кислоты. При использовании нашатырного спирта получают бакелиту а при добавлении уксусной кислоты — карболит. Из бакелита можно приготовить бакелитовый лак, если прибавить к нему равный объем денатурированного спирта. Бакелитовый лак используют как связующее вещество при изготовлении слоистых пластмасс и как клей.

• Слоистые пластмассы — это пропитанные бакелитовым лаком листовые волокнистые материалы. При пропитывании и прессовании многослойной хлопчатобумажной ткани получают текстолит. Малый коэффициент трения и значительная прочность позволяют применять текстолит для таких деталей, как шестерни привода распределительного вала двигателя и др.  
   
  Пластические массы широко используют для изготовления корпусов различных приборов, штурвалов, рукояток, рычагов и кнопок, деталей кузова и электрооборудования автомобилей.
• Прокладочные материалы

Паронит — это листовой вулканизированный материал из смеси каучука, наполнителей и асбестового волокна. Из него изготовляют прокладки в соединениях, работающих в бензине и масле.  
 
Клингерит — листовой материал, состоящий из смеси асбеста с каучуком, графитом, суриком и окисью железа. Употребляют для герметизации емкостей для любых жидкостей и газов.  
 
Металлоасбестоеые прокладки, изготовленные из асбестового картона, облицованного с двух сторон мягкой листовой сталью или армированного металлической сеткой, широко применяют в автомобильных двигателях. Асбест используют также в качестве основы ряда материалов, применяемых для изготовления деталей разнообразных фрикционных устройств — накладок тормозных колодок, ведущих дисков сцепления и т. д.  
 
Кроме материалов на асбестовой основе, для прокладок и уплотнений широко используют пробку, войлок и картон.  
 
Из пробки изготовляют прокладки и сальники картера двигателя, системы питания и др.  
 
Войлоком уплотняют открытые сочленения; он идет на изготовление сальников (например, в рулевом управлении, подшипниках колес и т. д.) и прокладок.  
 
Из картона делают прокладки для уплотнения таких соединений, как ступица колеса — полуось (приводной вал), коробка передач — крышка коробки передач и т. д.

• Резина — эластичный материал, из которого изготовляют автомобильные шины и много других деталей (например, для уплотнения тормозной системы, кабины).  
   
  Исходные продукты для получения резины — каучук и сера. Резину получают обработкой смеси каучука с 3 — 5% серы. При температуре 140 — 145 °С сера вступает в химическую реакцию с каучуком, и в результате получают резину. Этот процесс называют вулканизацией.  
   
  Чтобы улучшить качество, удешевить и облегчить производство, к резиновой смеси добавляют ускорители вулканизации (цинковые белила, окись свинца), усилители (сажа, каолин), смягчители (парафин, смола), наполнители (мел, тальк), противостарители и красители.
• Эбонит — материал, сходный по составу с резиной, но твердый и неэластичный. Серы в нем содержится до 30%. Эбонит обладает высокими электроизоляционными свойствами, кислотостоек. Из него делают баки аккумуляторных батарей.