Библиографическое описание:

Коротков А. В. К вопросу о выборе метода многокритериального оценивания компоновок мехатронного модуля в условиях автоматизированного проектирования // Молодой ученый. — 2013. — №9. — С. 49-51.

В статье рассмотрена проблема выбора компоновок мехатроных модулей на базе бесступенчатых передач.

Ключевые слова:бесступенчатая передача, метод анализа иерархий, автоматизация проектирования.

В настоящее время, актуальным является вопрос создания интегрированных систем автоматизированного проектирования мехатронных модулей на базе бесступенчатых передач. В качестве бесступенчатой передачи для данного устройства можно использовать бесступенчатые импульсные передачи, но при этом возникает вопрос компоновки модуля. Ниже приведена обобщенная структура мехатронного модуля.

Для реализации математической модели выбора параметров составляющих модуль частей необходимо выявить критерии, по которым будет производиться оценивание альтернативных сочетаний импульсного механизма (ИМ), управляющего устройства (УУ) и механизма свободного хода (МСХ), а также соответствующего микропроцессорного устройства (МП) с необходимыми датчиками. Ниже рассмотрим процесс выбора компоновок бесступенчатых импульсных передач, необходимых для построения модуля.

Рис. 1. Структура мехатронного модуля

Бесступенчатые импульсные передачи различаются достаточным многообразием типов входящих в них компонентов, в свою очередь определенный тип каждого компонента различается многообразием всевозможных конструкций, имеющих разные силовые показатели и конструктивные особенности.

Для обеспечения процедуры выбора параметров бесступенчатой передачи, определим множество допустимых для рассмотрения типов импульсных механизмов и механизмов свободного хода.

Для импульсных механизмов множество допустимых типов ограничим:

1)      кривошипно-коромысловый механизм;

2)      кулисный механизм;

3)      механизм с качающейся щайбой.

Для механизмов свободного хода множество допустимых типов ограничим:

1)      роликовый механизм;

2)      клиновой механизм;

3)      храповый механизм;

4)      электрический механизм;

5)      гидравлический механизм

В результате проведенного анализа были выявлены следующие критерии выбора бесступенчатой передачи:

1)      диапазон регулирования;

2)      номинальный крутящий момент на выходном валу;

3)      конструктивные показатели (габариты);

4)      показатель экономичного использования энергии (КПД);

5)      надежность.

На предпочтительность того или иного варианта компоновки модуля, как видно, помимо очевидного условия обеспечения требуемого диапазона регулирования, может влиять целый ряд дополнительных критериев, к которым обычно относятся минимизация габаритов, предпочтительность по стоимости, показатель экономичного использования энергии, номинальный крутящий момент на выходном валу и др. При этом различные альтернативы удовлетворяют каждому из этих условий в разной степени, и увеличение предпочтительности по одному критерию часто ведет к ее уменьшению по другим. Кроме того, степень предпочтительности альтернативы по различным критериям может по-разному влиять на общий уровень ее предпочтительности.

Для построения процедуры синтеза оценок предпочтительности альтернатив необходимо привлечение методов многокритериального анализа, учитывающих данные условия и обладающих свойством устойчивости к неполноте и неопределенности исходной информации. Одним из таких методов является метод анализа иерархий (МАИ), в рамках которого задача оценки предпочтительности альтернатив рассматривается как иерархическая совокупность подзадач оценки предпочтительности по отдельным критериям (возможно неравноценным), и процедура оценивания сводится к синтезу оценок альтернатив по. каждому из критериев и оценок относительной важности (приоритетов) критериев, с последующей взвешенной сверткой критериальных оценок в обобщенную оценку предпочтительности. Получаемые оценки измерены в безразмерной шкале отношений и имеют смысл уровней относительной значимости альтернатив в смысле достижения главной цели. [2]

Первым этапом метода анализа иерархий является декомпозиция исходной задачи на более простые составляющие, в результате чего строится иерархия, вершина которой соответствует главной цели, а промежуточные уровни содержат критерии оценки ее достижения. На нижнем уровне находится множество альтернатив, подлежащих оценке. Рассмотрим последовательно процесс моделирования.

Введем предварительно следующие обозначения. Будем представлять исходный набор допустимых для рассмотрения бесступенчатых передач в виде множества.

Механическую бесступенчатую передачу можно представить в виде системы узлов:

MBP = {MPr,MI,MC},                                                                                                 (1)

где

MBP — механическая бесступенчатая передача, MPr — механизм свободного хода, MI- механизм импульсный, Mc — механизм управляющий.

В свою очередь каждый из этих узлов так же можно представить

MPr={ Tbp, Pbp, Kbp },                                                                                               (2)

MI={ Tmi, Pmi, Kmi },                                                                                                 (3)

MC={ Tmc, Pmc, Kmc },                                                                                              (4)

где

Ti — тип механизма, Pi — параметры механизма, Ki- конструкция механизма.

Для оценки предпочтительности множества X допустимых альтернатив строится иерархия, структура которой приведена на рисунке 2. Главная цель, состоящая в выборе рационального варианта бесступенчатой передачи, детализируется несколькими критериями, характеризующими выделенные ранее условия, влияющие на результат выбора. Помимо критериев К1,..., К5, иерархия может содержать другие критерии, зависящие от условий конкретной задачи (например, для оценки предпочтительности бесступенчатой передачи может также оказаться необходимым учитывать равномерность вращения выходного вала, ремонтопригодность узлов передачи, возможность монтажа дополнительных компонентов и т. п.). Параметры λ характеризуют степени относительной важности детализирующих критериев по отношению к детализируемому, и для оценки их значений существуют специальные методы, среди которых основным является метод парных сравнений [1]

Классический вариант МАИ предполагает, что информация об оценках альтернатив по каждому критерию представляется в форме экспертных суждений об относительном уровне предпочтительности одной альтернативы над другой в смысле этого критерия. Для перевода этих суждений в безразмерную шкалу используется метод парных сравнений. Вместе с тем, некоторые свойства альтернатив (например, габариты) могут быть выражены в числовом виде (возможно, с нечеткой формой оценок), и перевод их в безразмерную шкалу значительно проще и естественнее осуществлять, используя функцию принадлежности нечеткого множества наиболее предпочтительных значений. Таким образом, в условиях нашей задачи целесообразно рассматривать МАИ в сочетании с методами сравнения нечетких множеств. [4]

Рис. 2. Иерархическая структура выбора и оценки допустимых альтернатив

В соответствии со структурой иерархии производится оценка исходных альтернатив по заданным критериям а затем осуществляется синтез, результатом которого является вектор обобщенных оценок предпочтительности альтернатив х?Х. Указанные оценки определяются в соответствии с правилом

                                                                                                     (5)

Полученные значения К(х) упорядочивают допустимые альтернативы по степени их предпочтительности в условиях поставленной задачи выбора оптимальных параметров зажимного устройства.

Литература:

1.         Андрейчиков А. В., Андрейчикова О. Н. Компьютерная поддержка изобретательства (методы, системы, примеры применения). — М.: Машиностроение, 1998.-476 с: ил.

2.         Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. — М.: Радио и связь, 1993.-320 с.

3.         Норенков И. П. Разработка систем автоматизированного проектирования. Учебник для вузов.-М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана.- 2004.-207 с, ил.

4.         Подвесовский А. Г. Автоматизация многокритериального выбора технических решений на основе применения нечетких моделей различных типов: Автореферат дисс. канд. техн. наук: 05.13.18 — Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ. — Брянск: БГТУ, 2001. — 20 с.

5.         Пономарев А.С Нечеткие множества в задачах автоматизированного управления и принятия решений. — Харьков: НТУ «ХПИ», 2005. — 234с, ил.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle