ref-20673 (Технико-экономическое обоснование выбора проектного решения), страница 3

К₄ – критерий надежности;

К₅ – критерий металлоемкости.

Определение множества эффективных решений. Для этого составим табл. 23 и проведем ранжирование вариантов по каждому критерию.

Таблица 23

Ранжирование вариантов по критериям

Варианты	Критерии
	К1	К2	К3	К4	К5
Р	2	2	2	1	3
Л	1	3	1	2	1
Ц	3	1	3	3	2

Критерий К₁ – энергопотребление. Энергопотребление будет меньше для того станка, у которого пила будет тоньше. По энергопотреблению предпочтение отдается ленточнопильному станку и ему присваивается ранг 1. Лесопильная рама менее предпочтительна, а круглопильный станок – самый энергоемкий.

Критерий К₂ – производительность. Анализ производительности сделан по известным серийно выпускаемым станкам моделей Ц8Д8, 2Р50-3, ЛБЛ-150. Максимальная скорость подачи V_sm приведена к одной пиле:

для круглопильного станка Ц8Д8 – ранг R = 1;

V_sm = V_sZ/1000 = 60  8 = 480 м/мин;

для лесопильной рамы 2Р50-3 – ранг R = 2;

V_sm = S_2xnZ/1000 = 75  360  10/1000 = 270 м /мин;

для ленточнопильного станка ЛБЛ-150 – ранг R = 3; V_sm = 90 м/мин.

Критерий К₃ – выход пиломатериалов. Предпочтение вариантов связано с толщиной пилы станка. Чем тоньше пила, тем меньше образуется опилок и тем больше выход пиломатериалов.

Критерий К₄ – надежность, безотказность в работе. О надежности работы станка будем судить по безотказной работе пилы (возможные отказы – обрыв полотна пилы, потеря плоского напряженного состояния).

Критерий К₅ – металлоемкость. Считаем, что самым легким станком будет ленточнопильный, ему присвоим ранг 1.

Сравнение вариантов ведем попарно по принципу Парето. Согласно принципу Парето первый вариант решения предпочтительнее второго, если ранги первого решения по всем критериям не хуже соответствующих рангов второго решения.

Попарное сравнение вариантов показало, что эквивалентных и заведомо плохих вариантов станков нет. Все варианты можно отнести к эффективным решениям.

Поиск единичного, наилучшего решения. Для выбора наилучшего варианта необходимо дополнительно знать весовой коэффициент К_s для каждого критерия. Значения коэффициентов находятся экспертной комиссией на основании личных предпочтений каждого из экспертов. Оптимальное решение находится минимизацией суммы эффективных вариантов (табл. 24):

.

Таблица 24

Оптимизация вариантов

Варианты	Критерии
	К1	К2	К3	К4	К5
Р	2/1	2/0,4	2/1	1/0,4	3/0,9	3,7
Л	1/0,5	3/0,6	1/0,5	2/0,8	1/0,3	2,7
Ц	3/1,5	1/0,2	3/1,5	3/1,2	2/0,6	5,0
Кs	0,5	0,2	0,5	0,4	0,3

Лучший вариант – ленточнопильный станок.

Контрольные вопросы

1. При каких условиях возможно решение задачи оптимизации?

2. Поясните содержание концепции принятия решений при оптимизации.

3. Что такое ранжирование? Какова процедура его выполнения?

4. Приведите пример ранжирования.

5. Как осуществляется оценка вариантов по принципу Парето?

6. Как найти наилучший вариант решения задачи?

20. Технико-экономическое обоснование проектного решения

Любая приближенная оценка разрабатываемого технического решения лучше, чем отсутствие оценки

(Из книги Евланова Л.Г. "Теория и практика применения решений")

1. Каждое техническое решение, закладываемое в разрабатываемый объект, влечет за собой определенные затраты в изготовлении, эксплуатации и последующей утилизации и поэтому должно быть экономически оправданным.

Уже в начальной стадии проектирования разработчик имеет дело с вариантами решения задачи. Хорошо бы дать качественную и количественную оценки каждого из этих вариантов. Однако в начале проектирования конструктор не располагает достаточными данными для количественной оценки критериев. Значения критериев можно сосчитать только лишь при детальной проработке интересующего варианта конструкции, на что будет потрачено время и материальные ресурсы. В связи с этим выбор варианта производят по методике, изложенной выше.

Ниже разобран пример решения задачи.

20.1. Задача

1. Пусть темой проекта будет разработка линии для сращивания короткомерных пиломатериалов по длине. Информационные исследования уже выполнены и представлены на рис. 12 и 14. Опираясь на них, надо выбрать прототип с целью его улучшения. Это ответственная задача, так как прототип формирует сущность проектного решения. Если прототип будет выбран неудачно, то и проектное решение будет слабым.

Улучшая прототип, надо подготовить множество альтернативных вариантов решения задачи с тем, чтобы из них выбрать наилучшее решение. Алгоритм разработки проектного решения можно представить схемой (рис.36) [14, 43].

1. Описание проблемной ситуации. В деревообрабатывающем цехе образуются кусковые отходы сухих пиломатериалов длиной 100 ... 300 мм. Объем отходов – 2 м³ в смену. Сейчас эти отходы не находят применения и сжигаются. Цех несет убытки.

Для разрешения проблемной ситуации кусковые отходы древесины можно склеивать по длине на зубчатые шипы. Так, по крайней мере, делается в мировой практике.

Этому мешает отсутствие необходимого оборудования. Существующие линии, например фирмы Dimter, позволяют склеивать пиломатериалы длиной только 220...1000 мм или 300...2000 мм. Эти линии имеют большую производительность и значительные габариты (ширина их 5 м, а длина 15 м). Линии не пригодны для работы в небольших цехах – они занимают большую производственную площадь, и их невозможно загрузить по производительности.

Решение проблемы позволит дополнительно получить около 1,7 м³ пиломатериалов в смену по одному цеху.

1. 2. Описание функции технического объекта. Обобщенное описание: линия должна обеспечить нарезание зубчатых шипов на обоих торцах заготовок немерной длины, нанесение клея на шипы, сборку и продольное прессование склеиваемых заготовок. Получаемая на выходе бесконечная лента пиломатериала должна раскраиваться на заданный размер по длине.

Количественное описание: размеры склеиваемых заготовок, мм: длина 100...300, ширина 50...150, толщина 25...50, производительность – 2 м³ кусковых отходов в смену.

1. 3. Выбор прототипа и составление списка требований к нему. На основании имеющейся обобщенной информации (см. рис.12 и 14) можно сделать вывод, что наиболее перспективными являются те линии сращивания пиломатериалов по длине, в которых заготовки складываются в пакет формы "брус" для нарезания зубчатых шипов и нанесения клея, а затем поштучно подаются на сборку и продольное сжатие в продольный пресс.

2. И
   звестна линия сращивания пиломатериалов по длине, включающая ленточный реверсивный конвейер 1, смонтированный на вертикальной оси, с возможностью поворачиваться к упору 2 и пилофрезерному узлу 3 с клеенаносящим устройством 4, смонтированными на суппорте 5 (рис. 37, а). За ленточным конвейером расположен механизм поштучной выдачи 6 заготовок, продольный пресс 7 с подающим конвейером и тормозной колодкой 8, а также торцовочный станок 9.

1. Список требований. Улучшенная линия должна обеспечить:

1. – обработку кусковых отходов древесины размерами, мм: длиной 100...300; шириной 50...150 и толщиной 25...50;

1. – образование на линии минимума новых древесных отходов;

1. – снижение энергоемкости пресса;

1. – уменьшение габаритов;

1. – производительность линии около 2 м³ в смену.

4. Список недостатков прототипа. Прототип имеет следующие недостатки:

а) на линии невозможно обработать заготовки длиной 100 мм, так как их трудно сбазировать и зафиксировать на конвейере, а затем передать пакет на следующий конвейер. Это объясняется тем, что радиус барабанов, на которые надета лента конвейера, соизмерим с длиной заготовки;

б) шипы на переднем и заднем торцах заготовок нарезаются зеркально, в результате чего после склеивания боковая кромка ленты получается ступенчатой, уходящей в отход при последующей обработке (рис. 37, б);

в) линия имеет большие габаритные размеры и занимает большую производственную площадь;

г) пресс слишком энергоемок.

Указанные недостатки можно ранжировать (расставить по важности) следующим образом: а, б, г, в.

5. Формулировка задачи.

Дано: Линия для склеивания пиломатериалов по длине на зубчатые шипы включает шипорезный станок с поворотным на вертикальной оси конвейером, упором и механизмом резания на суппорте и продольный пресс с конвейером и тормозной колодкой.

Список требований (изложить кратко): длина заготовок 100...300 мм, количество новых отходов, энергоемкость и габариты линии свести к минимуму, производительность – 2 м³ в смену.

Список недостатков прототипа (изложить кратко): невозможно обработать короткие заготовки, образуется много новых отходов, пресс энергоемок, большие габариты линии.

Требуется изменить прототип и устранить его недостатки при заданных ограничениях.

20.2.Преобразование задачи

При решении сложную задачу делят на несколько простых. Количество простых задач равно количеству недостатков. Для каждой простой задачи формулируется техническое противоречие, и подбираются приемы решения.

Недостаток 1 – невозможно на ленточном конвейере сбазировать и закрепить пакет из коротких заготовок для механической обработки. Обычный способ устранения недостатка (СУ) – уменьшить радиус барабана конвейера. Для идеального случая радиус барабана должен равняться нулю. Нежелательный эффект (НЭ–2), который при этом возникнет – при радиусе барабана, равном нулю, лента конвейера не сможет перемещаться. Технические противоречия: ТП–1 – если радиус барабана конвейера уменьшить до нуля, то короткие заготовки хорошо базируются и фиксируются на конвейере, но лента конвейера не может двигаться (конвейер становится неработоспособным); ТП–2 – если радиус барабана не уменьшать, то конвейер работоспособен, но на нем невозможно сбазировать и зафиксировать короткие заготовки для нарезания шипов. При базировании заготовки с помощью ленты конвейера должны упереться торцами в упор.

Подберем эвристические приемы (см. приложение 1).

ЭП₁ – 1.4. Перейти от криволинейных частей к прямолинейным.

ЭП₂ – 3.1. Изменить традиционную ориентацию объекта в пространстве: горизонтальное положение на вертикальное.

ЭП₃ – 7.12. Выделить в объекте самый нужный элемент и усилить его или улучшить условия его работы.