диссертация модальная логика

-261 -

•X — Рисунок 6.14 - Фрагмент рисунка

На рис. 6.15 показан паттерн, демонстрирующий отличия базового двигателя от модификации на основе полярных диаграмм нагрузок на шатунные и коренные шейки. Все диаграммы отображены при величине частоты вращения коленчатого вала равной 2000 оборотам.

Щ Р а б о т о с п о с о б н о с т ь и з д е л и я

Ф а й л Операция

Окно

Погиощь

43,7

•0^

1,7

•10,4

29,7

Т,1Д

M í

-14J8

-4,^

Т ' , Г Н

-16^

. 0 ^ 16,8

T'.gH

-o;i %(,

•10,5

т',1Я

мо;

2000

Р='130мм-

-41

1>130мм -

'D=130MM

-15"Г>

0 И з н о с кш З [ г ]

44,4

4^>

53,7

2,5

16 í

?9,3

•12,8

10,1 3SJ)

Т , Е Н

!0,7

•Itj

-5,1

6,4 Г,Г.Н

• 17,8

•OJ 17,8

r , l i H

•13jl

^4^

T',tH

2000

зооо

SbOO.'

D=130MM :

О=Л30мм

• Л

D=130MM

.1

/;{

Рисунка 6.15 - Сравнение двигателей по полярным диаграммам

- 2 6 2 -

На рис. 6.16 показана возможность сравнения базового двигателя и модификации на основе изменения концепции конструкции, т. е. на основе изменения диаметра цилиндра.

1^ Р а б о т о с п о с о б н о с т ь и з д е л и я Ф а й л Операция Окно Помощь •

3000.	;2ооо,
— V - -	и н н и
Р=100мм

0=100мм	О=1501У1М

Рисунка 6.16 - Сравнение двигателей по диаграммам износа

В приведенных примерах использования паттернов работоспособности не ставилась цель выбора той или иной концепции дизеля. Эту задачу может решить только главный конструктор и его окружение. В данном случае преследовалась цель убедиться на конкретном материале в возможности построения паттернов оценки работоспособности дизеля на основе традиционных графических абстракций, являющихся компонентами знаковой системы двигателестроителей, за счет их модификации. Несмотря на некоторую произвольность выбора направления вариации параметрами дизеля была продемонстрирована возможность сравнения двух модификаций дизелей, причем один из них явно работоспособный, т. к. является прототипом для

-263 -

другого. Графические паттерны как компоненты ИКГ-графики дают подсказку профессионалу, чего он может ожидать от новой машины. Из рассмотренных примеров видно, что подобные выводы можно сделать уже на уровне выполнения исследований динамики коленчатого вала дизеля.

6.5 Р а н ж и р о в а н и е к о м п о н е н т о в п а т т е р н о в р а б о т о с п о с о б н о с т и

при и с с л е д о в а н и и д и н а м и к и к о л е н ч а т о г о вала	д в и г а т е л я в н у т р е н н е г о
сгорания
Понятие паттерна несколько неопределенно	с точки зрения объема

охватываемого им образа. В нашем случае под паттерном можно понимать как все множество графических образов, построенных для исследования динамики коленчатого вала, так и отдельные компоненты этого множества, ибо сами по себе они также достаточно сложны. В данном разделе будем называть паттерном не каждый компонент, входяп];ий в рассматриваемое обобщенное множество графических образов, отображающих динамику коленчатого вала, а само это множество. Каждый компонент множества - паттерна будем называть по сложившейся традиции [140, 141] "индикатором". Руководствуясь также тем, что в процессе выполнения проектного расчета расчетчик неоднократно возвращается к рассмотрению и оценке этого промежуточного результата. На рис. 6.17 представлена структурная схема динамического расчета коленчатого вала двигателя.

В качестве исходных параметров расчета приняты: Ра - давление начала сжатия;

?2 - давление вспышки; Рг - давление на выхлопе;

П] - показатель политропы сжатия;

П2 - показатель политропы расширения;

Р- площадь поршня;

р- степень предварительного расширения;

- 2 6 4 -

8 - степень сжатия; К - радиус кривошипа; Ь - длина шатуна;

N - обороты коленчатого вала; у - угол развала цилиндров;

гп! - масса поступательно движупдихся частей;

Шг - масса частей шатуна, движуш;ихся враш,ательно; а{ - углы между вспышками;

У\ - углы между кривошипами; 11 - расстояние от точки приложения сил, действуюгцих на колено до опоры.

Рисунок 6.17 - Структурная схема динамического расчета кривошипношатунного механизма д. в. с.

-265 -

Вкачестве промежуточных критериев "индикаторов" выбраны:

1.График газовых сил Ргаз-

Выбор этого критерия обусловлен тем, что:

-при больших газовых силах может появиться повышенный износ шатунных и коренных опор за счет исчезновения масляного слоя вследствие резкого удара;

-с увеличением Ргаз увеличивается степень неравномерности крутящего момента;

-с увеличением Ргаз возрастает напряженность всех деталей, возрастает шумность работы.

2. График сил инерции РинВыбор этого критерия связан с тем, что:

-износ шатунных шеек в быстроходных ДВС определяется главным образом силами инерции;

-неравномерность крутящего момента уменьшается;

-основная доля вины в напряженном состоянии деталей кривошипношатунного механизма с увеличением оборотов приходится на силу инерции.

3.График сил, действующих по оси шатуна, которым определяется прочность шатуна Ъ.

4.График сил Т, определяющих размах крутящего момента, что в частности может предопределить выбор числа цилиндров, их взаимного расположения и порядка работы.

Конечными критериями (также "индикаторами") для данного расчета являются:

-график сил бокового давления, определяющий силы трения и износ поршня;

-полярные диаграммы нагрузки на шатунные шейку и подшипник;

-графики набегающих моментов и суммарный крутящий момент на валу;

-2 6 6 -

-полярные диаграммы нагрузки на коренные шейки и подшипники. Термины "исходные параметры", "промежуточные" и "конечные критерии"

обычно используются расчетчиками - двигателистами. Если расчет ведется "вручную", то расчетчик переходит от этапа к этапу расчета, ориентируясь на эти критерии. Важно, что диапазоны допустимых отклонений каждого критерия ему хорошо известны. Расчетчик нередко сам организует промежуточные итерационные циклы, добиваясь приемлемого значения или формы промежуточного критерия. Использование компьютера ускоряет процесс перехода от критерия к критерию, но имевшие место итерации сохраняются, т. е. суть методики остается прежней. Идея ранжирования "промежуточных" результатов "индикаторов" или компонентов "паттерна" основывается на том обстоятельстве, что в итерационном процессе целесообразнее добиваться приемлемого значения или формы сначала для "индикатора", зависящего от меньшего количества исходных параметров (т. е. имеющего более высокий ранг). Это значительно ускоряет процесс получения приемлемых результатов проектного расчета.

Ранг индикатора определяется по формуле:

=-К^

где 1 - общее число параметров,
- число параметров, от которых зависит индикатор								Уп, •
Результаты определения рангов всех индикаторов, отмеченных на рис.										6.18
приведены в таблице		6.2.
									Таблица	6.2
Индикатор	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Ранг	6	12	4	4	4	4	4	3	3	1

- 2 6 7 -

На основании проведенного ранжирования перестраивается традиционная схема рис. 6.17 в схему рис. 6.18. На этой схеме слева направо последовательно располагаются "промежуточные результаты". В нашем случае это графические образы сценок работоспособности, рассмотренные в разделе 6.4.

П р о м е ж у т о ч н ы е

к р и т е р и и

Рисунок 6.18 - Перестроенная структурная схема динамического расчета кривошипно-шатунного механизма д. в. с.

Представленную на рис. 6.18 схему динамического расчета кривошипношатунного механизма двигателя внутреннего сгорания в комплексе с диаграммами, представленными на рис. 6.6 - рис. 6.16, можно рассматривать в качестве паттерна, анализ которого позволяет получить подсказки для

- 2 6 8 -

дальнейшего исследования работоспособности нового изделия. Так, на рис. 6.11 можно наблюдать, что амплитуда силы N превысила амплитуду аналогичной силы у двигателя - прототипа. Так как на основе этой силы осуществляется прочностной расчет пальца порщня, то данному факту следует уделить внимание. Аналогично на рис. 6.13 наблюдается подобное превыщение амплитуды силы Кщш У новой машины по сравнению с прототипом. Этот факт также потребует дополнительного внимания, т. к. из-за исчезновения в какойто момент масляного слоя за счет повышенной нагрузки, возможен повышенный износ как шатунной шейки, так и шатунного подшипника.

Таким образом, построенный паттерн позволяет оперативно получать "подсказки" уже в процессе выполнения компоновочных работ.

6.6	П а т т е р н ы р а б о т о с п о с о б н о с т и	в с х е м а х	о б р а т н о г о
в ы в о д а

Процесс формирования целостного образа объекта проектирования всегда относился к числу проблематичных.

Вто же время, если удается построить паттерн, подобный рассмотренному

впредыдущем разделе, то при наличии достаточно полной информации об испытаниях и эксплуатации прототипа можно предложить подход, основанный на идее схемы обратного вывода (раздел 1.3.1.) [29, 135\

Под схемой обратного вывода обычно понимают процесс рассуждений, который реализуется от целевых площадок к исходным [23]. Под целевыми площадками в данном случае понимаются уже полученные в процессе испытаний и эксплуатации изделия, которое выбрано в качестве прототипа, статистически обработанные данные (достигнутые цели).

Схема рассуждений строится от имеющих место результатов к причинам, их породившим, с целью выявления и устранения нежелательных явлений во вновь создаваемом изделии.

- 2 6 9 -

Данный подход удобно рассматривать с позиции гештальттеории, например, с позиции когнитивной модели Курта Левина (раздел 2.5), в которой используется понятие "предыстория". В качестве "предыстории" рассматриваются важнейшие результаты, полученные в процессе испытаний и эксплуатации прототипа. Согласно этой модели мысляш;ие персоны (главный конструктор и его окружение) функционируют в "целостном поле поведения", которое имеет "предысторию" и некоторую "целостную структуру". Этой структурой они руководствуются в данный момент своей деятельности. До появления компоновочного чертежа роль "целостной структуры" играет схема динамического расчета кривошипно-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания, представленная на рис. 6.17 и рис. 6.18.

Схема имеет отправные позиции, представленные исходными параметрами расчета, она определяет состав сил, действуюш;их в кривошипно-шатунном механизме, а также предполагает представление этих сил либо в виде диаграмм, развернутых по углу поворота коленчатого вала двигателя, либо в виде более сложных графических абстракций. Если схему дополнить "паттернами работоспособности", то она может претендовать на данном этапе проектной деятельности на роль "целостного образа" объекта проектирования. Выше было показано, что значения и формы промежуточных результатов "индикаторов", играюгцих роль оценок, определяют конкретно в каком направлении будет развиваться далее деятельность, как расчетчика, так и компоновщика.

Выходы, обозначенные на рис. 6.18 стрелками (величины и направления действия сил), являются исходными данными для прочностных расчетов. Отсюда легко прийти к мысли, что значения "индикаторов", полученные расчетным путем, можно сопоставить с фактическим материалом, полученным экспериментально (повышенный или неравномерный износ, трещины в деталях и т. п.). Вполне допустимо, что в отдельных случаях неудовлетворительная

- 2 7 0 -

работа деталей может определяться особенностями динамики двигателя в целом, отраженной в схемах рис. 6.17 и рис. 6.18. В новом изделии указанные обстоятельства во многих случаях могут быть учтены и скорректированы.

Получение приемлемого соотношения сил является достаточно сложной задачей, т. к. многое зависит от проводимой параллельно компоновки изделия. При этом типична ситуация, когда улучшение какой-либо характеристики

влечет за собой ухудшение других. Цель достигается путем итераций в

процессе численного моделирования. Наличие паттерна работоспособности позволяет оценить ситуацию в целом, что облегчает получение приемлемого варианта.

Условиями эффективности схемы обратного вывода можно считать:

- наличие профессионально подготовленной и хорошо оснащенной техническими и программными средствами расчетной группы (бюро);

наличие высококвалифицированного ведущего компоновщика, способного тесно взаимодействовать с расчетной группой;

- наличие ясного представления обо всех факторах неудовлетворительной работы конкретных узлов и деталей, порожденных причинами чисто конструкторского толка.

Последний пункт заслуживает более подробного рассмотрения, т. к. даже при хорошо поставленной работе отдела технического контроля (ОТК) и скрупулезном учете имеющих место дефектов недостатки чисто конструкторского характера приходится выявлять целенаправленно. Это можно пояснить на следующем примере. Так, за 10 месяцев 1999 года и 10 месяцев 2000 года по данным ОАО "Алтайдизель" на 30 тысяч двигателей из числа реализованных и находящихся на гарантии в 1999 году и соответственно 40 тысяч машин - в 2000 году имели место дефекты, представленные в таблице 6.3.