Введение к работе
Актуальность исследования. Качество конструкторских разработок в значительной мере определяется эффективностью методов и инструментальных средств, используемых на начальных стадиях проектирования, на которых формируется функциональный и структурный облик будущих изделий при системном подходе.
На ранних стадиях проектирования прогнозируются перспективные рыночные ниши в результате многоаспектного анализа тенденций развития инноваций, реализуются творческие процедуры по синтезу новых технических решений, осуществляется многокритериальный выбор новых структур с учетом потребностей рынка.
Решение всего этого комплекса задач требует использования в проектной деятельности большого арсенала разнообразных информационных технологий, адаптированных к конкретным предметным областям.
В связи с этим актуальной является разработка предметно-ориентированных технологий, обеспечивающих комплексное использование различных методов и средств на стадии поискового проектирования сложных технических объектов и их подсистем.
Достаточно важным информационным ресурсом, активно используемым при проектировании новой техники, являются изобретения, хранящиеся в патентных базах данных различных стран мира. Эффективное использование этих информационных ресурсов для решения задач поискового проектирования невозможно без их предварительной смысловой обработки высококвалифицированными специалистами предметных областей с последующим использованием полученных в результате классифицирования исходной информации обобщенных систематизированных знаний в автоматизированных системах поддержки принятия проектных решений. В связи с этим представляется актуальной разработка функционально-структурных классификаций на основе анализа функционально однородных классов технических систем. Такие классификации открывают возможности для разработки широкого класса логических и математических моделей для представления и обработки знаний о множестве технических объектов. Эти модели являются основой подсистем САПР начальных стадий проектирования, предназначенных для решения задач прогнозирования перспективных направлений поиска конкурентоспособных решений, а также для синтеза эффективных конструкций.
Создание информационной технологии поискового проектирования, ряд модулей которой основан на функционально-структурных классификациях, отрабатывалась на подсистемах автомобилей, поскольку повышение уровня конкурентоспособности данной отрасли является чрезвычайно актуальной задачей при переходе России на инновационный путь развития.
Отсутствие в настоящее время в нашей стране информационных технологий поискового проектирования и прогнозирования новой техники, в которых использовались бы базы знаний, созданные с использованием функционально-структурных классификаций, подтверждает актуальность проводимого исследования.
Цель диссертационной работы - сокращение сроков и повышение эффективности концептуального проектирования, формализация выбора прототипа на стадии предпро-ектных исследований.
Задачи работы
-
Проанализировать и систематизировать известные подходы, методы и программные средства для решения задач проектирования определяющих узлов легковых автомобилей: кузовов и их виброзащитных систем (ВЗС).
-
Разработать методику, алгоритмы и процедуры концептуального проектирования подсистем легковых автомобилей на основе функционально-структурных классификаций.
-
Разработать методику формирования прогностических моделей для поиска новых технических решений рассматриваемых подсистем автомобилей.
-
Провести проверку работоспособности и эффективности использования предлагаемых алгоритмов и методик.
Автор выражает благодарность за научное консультирование Заслуженному работнику Высшей школы РФ, д.т.н., профессору кафедры "Автомобили и тракторы" НГТУ им. Р.Е. Алексеева Кравцу Владиславу Николаевичу
Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы методы системного анализа и поискового проектирования, в том числе эвристического метода синтеза, морфологического анализа и синтеза, кластерного анализа, многокритериального формирования целевых функций.
Научная новизна исследования заключается:
- в функциональной, структурной и функционально-структур ной классификациях
кузовов и легковых автомобилей;
в методике формирования баз знаний и данных на примере ВЗУ и кузовов;
в методике автоматизированной систематизации технических решений и формирования прогностических моделей для поиска новых технических решений при проектировании;
- в исследовательских сценариях для формирования прогностических моделей.
Практическая значимость и использование результатов работы. Разработанные
теоретические вопросы создания информационной технологии поискового проектирования исследуемых подсистем автомобилей позволяют:
проводить автоматизированный мониторинг динамично развивающейся отрасли автомобилестроения;
получать новые знания о строении и тенденциях развития рассматриваемых подсистем различных классов автомобилей;
научно обоснованно планировать разработку конкурентоспособных и патентоспособных технических решений кузовов и ВЗС легковых автомобилей;
модернизировать применяющиеся в конструкторских бюро подходы поискового проектирования автомобилей;
создать новые учебно-методические средства для подготовки конкурентоспособных специалистов и студентов ВУЗов.
1) Использование в автомобилестроении
Классификации кузовов и легковых автомобилей (в том числе как методические средства) используются в УКЭР ОАО «ГАЗ» для предпроектных исследований на начальных стадиях проектирования (имеется Акт о внедрении).
Результаты статистических и расчетно-экспериментальных исследований системы «кузов-стекло ветрового окна», полученные в соответствии с разработанным автором алгоритмом поиска причин саморазрушения СВО автомобилей «ГАЗель» и «Соболь», использованы при корректировке конструкторской документации на автомобили «ГАЗель» и «Соболь» (Акт о внедрении), а также при разработке конструкторской документации на кузовные подгруппы снегоболотохода «Бобр» (Акт о внедрении).
2) Использование в учебном процессе
В 2008 году автор диссертации совместно с д.т.н., профессором кафедры «Автомобили и тракторы» НГТУ В.Н. Кравцом издал учебное пособие «Классификация транспортных средств», допущенное УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов для студентов, обучающихся по специальности 190201 (150100) Автомобиле- и тракторостроение.
Автором диссертации в соавторстве с к.т.н. А. Р. Герасимовым и старшим преподавателем Р. К. Акашевым в 2003 году подготовлено и издано учебное пособие для студентов специальностей 170900, 101200, 150200, 150100 «Теория надежности автомобиля, его агрегатов, систем и узлов».
Данные учебные пособия и электронная «Иллюстрированная база данных конструкций и дизайна автомобилей» используются в учебном процессе НГТУ им. Р.Е. Алексеева (2 Акта о внедрении), а учебное пособие «Классификация транспортных средств» также в ФГБОУ ВПО «Московская государственная художественно-промышленная академия им. С. Г. Строганова» (Акт о внедрении).
Акты о внедрении результатов научно-методической работы автора приведены в Приложении А к диссертации.
Достоверность и обоснованность полученных результатов. Достоверность и обоснованность полученных результатов основывается на применении научных методов системного анализа, а также ЭВМ и поверенного исследовательского оборудования, применяющихся в лабораториях ОАО «ГАЗ», и подтверждается практикой использования разработанных методик и результатов работы на крупном промышленном предприятии -в УКЭР ОАО «ГАЗ».
Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах:
«Проблемы проектирования, испытаний, эксплуатации и маркетинга автотракторной техники, двигателей внутреннего сгорания, строительно-дорожных машин, транс-портно-технологических комплексов и вездеходов». Нижний Новгород, Нижегородский государственный технический университет (НГТУ), 2000 г.;
«Будущее технической науки Нижегородского региона. Региональный молодежный научно-технический форум». Нижний Новгород, НГТУ, 2002 г.;
«Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров». XXXIX Международная научно-техническая конференция Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ). Москва, Московский государственный технический университет «Московский автомеханический институт» (МГТУ «МАМИ»), 2002 г.;
«Информационные технологии в образовании, технике и медицине». Международная научно-техническая конференция. Волгоград, Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ), 2002 г.;
«Будущее технической науки нижегородского региона». II Региональная молодежная научно-техническая конференция. Нижний Новгород, НГТУ, 2003 г.;
«Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров». 49-я Международная научно-техническая конференция ААИ. Москва, МГТУ «МАМИ», 2005 г.;
«Проектирование колесных машин». Научный семинар, посвященный 70-летию кафедры «Колесные машины» МГТУ им. Н. Э. Баумана. Москва, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (МГТУ им. Н. Э. Баумана), 2006 г.;
«Будущее технической науки нижегородского региона». V региональная молодежная научно-техническая конференция. Нижний Новгород, НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2006 г.
Публикации. По теме диссертации опубликована 31 работа, в том числе:
5 статей в журналах, рекомендованных ВАК [1-5];
2 патента РФ на изобретения [6, 7] (получены в рамках ФЦП «Национальная технологическая база» на 2007-2011 гг.);
2 монографии [8, 9];
2 учебных пособия [10, 11];
3 научно-технических отчета [29-31];
17 тезисов докладов на Международных и региональных научно-технических конференциях и семинарах [12-28].
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, основных результатов и выводов по работе и списка литературы (255 наименований) и содержит 190 страниц текста. Диссертация включает 39 формул, 31 таблицу, 68 рисунков и 2 приложения.
