Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 92
Текст из файла (страница 92)
Принцип единого информационногопространства при создании новогодвигателя реализуется прежде всегов разработке его трехмерной компьютерной модели, что позволяет распараллелить процесс проектирования, существенно ускоряя его.При использовании "тяжелых"систем устраняются трудности, связанные с обменом данными междуподразделениями заводаизготовителя (конструкторами, технологами идр.). Такие системы хорошо вписываются в общую систему управленияпредприятием. Следует отметить, что"тяжелые" системы CAD/CAE/CAMболее трудны в освоении и отличаются повышенной стоимостью.10.2.
Методология примененияинформационных технологийпри проектировании поршневыхдвигателейЛюбая сложная техническая система обладает рядом характерныхпризнаков, из которых могут бытьвыделены следующие:• многообразие выполняемыхфункций;• сложный и разветвленный характер взаимодействий между элементами;• сложный и разветвленный характер системы управления;• зависимость характеристик системы от взаимодействия с внешнейсредой;• наличие тенденции ухудшенияхарактеристик с течением времени.Двигатель в полной мере удовлетворяет этим признакам. С точкизрения физических процессов поршневой двигатель может быть охарактеризован как открытая неоднородная динамическая стохастическаясистема. При этом с учетом сложности процессов в цилиндре двигателяи его системах и многообразия требований, предъявляемых к двигателю,последний относится к техническимобъектам высокой степени сложности.
Это создает значительные трудности при формализации описаниякак самого двигателя, так и алгоритма его автоматизированного проектирования. Все вместе является сложной, наукоемкой задачей, требующейбольших трудовых затрат.Поршневой двигатель внутреннего сгорания является отдельнойчастью различных средств наземного, водного и воздушного транспорта, а также стационарных и передвижных средств малой энергетики, различных исполнительныхмеханизмов и т.д.Современныематематическиемодели, используемые при проектировании двигателя, представляются в виде многоуровневой иерархической структуры с определенными задачами на каждой ступенирасчетного анализа. Уровень модели характеризует ее качество – степень глубины и полноты отражениясвязей, существующих между параметрами входа и выхода модели.Кроме этого различают еще и классы моделей, например, А – модельвсего двигателя, Б – модель цилиндропоршневой группы, В – модельпоршня.
При необходимости могутбыть введены и подклассы для опи441сания отдельных частей системы.При этом важно с самого начала определить место использования моделей определенного уровня припроектировании деталей, узлов ивсего двигателя в целом, что позволит сберечь время, средства и избежать ненужной детализации при обследовании вариантов конструкции.В общей методологии проектирования сложных технических системизвестны два основных метода –нисходящее (внутреннее) и восходящее (внешнее) проектирование.
Метод нисходящего проектированияхарактеризуется последовательнымдвижением от проработки более общих элементов к конкретным проработкам их составных частей, т.е.разработка системы ведется "сверхувниз". Достоинством данного методаявляется то, что даже при нечеткосформулированных требованиях кхарактеристикам всей конструкции,по мере продвижения от элемента кэлементу возможно последовательное их уточнение и развитие. Крометого, применяя данный метод, можно по мере продвижения от уровня куровню уточнять и корректироватьпервоначальный план конструкции.Метод восходящего проектирования предполагает совершенствование конструкции в направленииот "частного к общему", т.е.
когдаиз отдельных элементов конструкции собирается вся система.В практике обычно используется как восходящий, так и нисходящий методы, однако при построении САПР ДВС предпочтение отдается методу нисходящего проектирования. Наиболее четко сущность нисходящего проектирования проявляется в блочноиерархическом подходе, который заключается в следующем.В процессе разработки конструкции сложной технической системы,в частности ДВС, выделяются соответствующие иерархические уровни.Каждому из уровней соответствуетсвоя глубина проработки конструкции в целом или отдельных ее элементов (рис.
10.6). Так, на высшемуровне вся система рассматриваетсякак единое целое, без разделения наотдельные элементы. На этом уровне первоначально задаются требования по мощностным характеристикам двигателя, его компоновочнойсхеме, тактности, предельным массогабаритным характеристикам и др.Эти требования должны непосредственно вытекать из технического задания на двигатель.
На следующем,первом уровне выбирают отдельныесистемы ДВС: уточняется тип камеры сгорания, ЦПГ, системы топливоподачи и воздухоснабжения. Приэтом требования к их конструкциямпредъявляются с учетом результатовпроектирования на предыдущем нулевом уровне. Естественно, что, исходя из технического задания на весьдвигатель, нельзя изначально предположить, какие именно свойствапотребуются от его отдельных систем. Таким образом, конкретизациятехнических заданий для отдельныхэлементов при таком методе выполняется в процессе проектирования,усиливаясь по мере продвижения отвысших уровней к низшим. На втором уровне на основании данныхразработки отдельных систем выбирают их элементы.
Этот процесспродолжается до полной разработкиконструкции.Однако может возникнуть ситуация, при которой требования технического задания, поставленные напредыдущем уровне, на низшихуровнях реализовать для заданнойконструкции не удается. Тогда необходим возврат на один уровень назаддля пересмотра решения, принятогоранее. Так, через разработку после442Рис. 10.6. Иерархическая структура комбинированного двигателя внутреннего сгораниядовательных технических заданийосуществляется связь между уровнями проектирования. Очевидно, что вэтом случае сам процесс разработкитехнической системы будет носитьитерационный характер.Одним из перспективных направлений в современном подходе к конструированию сложных техническихсистем является широкое использование унифицированных узлов и деталей, что позволяет сэкономить время за счет исключения этапов их разработки.
Требуется лишь включениеунифицированных узлов в разрабатываемую систему и согласование иххарактеристик. Этот принцип широко применяется в двигателестроении.В частности, высокую степень унификации имеют основные навесныесистемы двигателя – турбокомпрессоры, топливные, масляные и жидкостные насосы и др.Очевидно, что использованиеширокой унификации означает применение метода восходящего проектирования в САПР, который, однако, используется в ограниченныхпределах – на определенных уровнях, при проектировании отдельныхсистем. Общее направление проектирования остается нисходящим.При решении задач конструирования сложных технических системнеобходимо разумное сочетание синтеза и анализа. Задача синтеза заключается в генерировании структуры разрабатываемого объекта, т.е.создании новых вариантов схем,конструкций двигателей и их элементов, а также их структуры и параметров.
Синтез конструкции и определяет сущность процесса конструирования.Введем классификацию уровнейсложности задач синтеза.443Первый уровень сложности –синтез конструкций, структура которых заранее предопределена либона основе непосредственных требований технического задания (ТЗ),либо проведенных ранее исследовательских работ. На этом уровне самсинтез отсутствует.Второй уровень сложности – синтез конструкции путем перебора вариантов из ограниченного набораунифицированных или стандартизированных элементов.Третий уровень – выбор варианта из ограниченной последовательности при наложении некоторыхограничительных требований.Четвертый уровень сложности –синтез с выбором варианта из неограниченной последовательности либо из последовательности с неизвестными границами.
В этом случаепутем генерирования системы иззаранее неоговоренного списка элементов имеется возможность получения нестандартной конструкции.Пятый уровень сложности – задачи, не имеющие прототипов илианалогов. Синтез конструкции изимеющегося набора невозможен.Синтез конструкции отдельныхузлов и систем ДВС чаще всего относится ко второму–четвертомууровням сложности.
Редко, в основном при разработке принципиальноновой конструкции, его можно отнести к пятому уровню сложности.Если среди вариантов конструкцийи параметров определяют наилучшие, то такие задачи синтеза называют соответственно структурной ипараметрической оптимизацией.При синтезе конструкции послевыбора варианта необходим следующий шаг – оценка работоспособности рассматриваемого варианта, егосвойств.
Она относится к задачаманализа конструкции. На основаниианализа свойств конструкции разработчик принимает решение либо онеобходимости новой конструкции,либо о пригодности созданного варианта. Наиболее эффективно такие задачи решаются методом математического моделирования с использованием современной вычислительнойтехники и физического моделирования. Очевидно, что, выполняя задания по синтезу конструкции, приходится анализировать целый ряд возможных вариантов. Подробное математическое моделирование каждоговарианта сопряжено с высокими затратами.
Упрощение же этого процесса может привести к серьезнымошибкам проектирования. Таким образом, необходим поиск оптимального варианта, который позволил быпри приемлемых затратах получитьдостаточную надежность решения.Для этого синтез конструкции необходимо вести на основе максимальнополного описания технических характеристик объектов из соответствующего ряда. При этом техническиехарактеристики закладываются наосновании данных математическогомоделирования объекта, опыта доводочных работ, серийного выпуска иэксплуатации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
