Выбор и обоснование критериев оптимизации при проектировании бурового оборудования.
Анализ вариантов конструкции и выбор оптимального варианта
I этап – анализ существующих вариантов конструкции.
II этап заключается в подборе и разработке вариантов, относящихся к объекту и принципу работы.
III этап - принятие одного, окончательного варианта.
Важно отметить, что принятие конкретного варианта имеет решающее значение на всех стадиях разработки. Оптимальное решение придает направление всей разработке.
Как сказано ранее, основа для отбора ТР – требования (ТЗ) к разрабатываемому объекту. Эти требования могут предъявляться к объекту в целом или к его составным частям и функциональным элементам.
Как требования к объекту, так и варианты ТР нередко являются противоречивыми. Противоречивость вариантов может иметь самую различную степень, вплоть до взаимного исключения.
В любом случае выполняется проверка совместимости принимаемых решений по разным частям конструкции и принципам работы конструируемого объекта.
В случаях, когда имеется определенное число вариантов и выбор наилучшего (оптимального) не очевиден, на помощь конструктору приходит метод оптимизации.
Оптимальным решением задачи назначается решение, которое по тем или иным признакам предпочтительнее.
Отсюда следует: чтобы среди большого числа вариантов найти оптимальный, нужна информация о предназначительности различных сочетаний значений показателей характеризующих варианты,– критерий оптимизации.
Задача выбора оптимальных параметров разработки в соответствии с выбранными критериями называется задачей оптимального проектирования (конструирования).
Здесь следует отметить, что под оптимальным проектированием (чаще всего) понимается процесс принятия оптимальных (в некотором смысле) решений с помощью ЭВМ. Эта проблема, связанная с получением оптимального решения из множества допустимых, является общей для всех стадий разработки и во многом определяет технико – экономическую и технологическую эффективность разрабатываемых (конструируемых) объектов.
Процесс оптимального проектирования включает в себя три основных этапа:
*выбор объективного критерия оптимизации;
*описание целевой функции и множества (области) допустимых решений (математическое моделирование объекта);
*выбор эффективного метода решения задачи и его реализация.
Выбор критерия определяется следующим:
● критерий – средство, с помощью которого должны сопоставляться конкурирующие варианты конструкции объекта;
● критерий должен выражать соответствие между целесообразным качеством объекта и реальными процессами конструирования, изготовления и эксплуатации объекта.
Критерий предназначен не для того, чтобы "заменить цель поставленной задачи", а для того, чтобы проверить предпочтительность выбранных вариантов.
Критерий должен быть объективным и оправдывать свое назначение. Для этого он должен обладать рядом свойств:
●быть независимым;
●быть однозначным, т. е. не являться функцией других факторов;
●быть непосредственно связанным с параметром оптимизации;
●быть совместимым с другими факторами, чтобы не нарушать их работу и др.
В качестве критерия оптимизации в зависимости от характера и назначения объекта конструирования могут быть приняты:
- его стоимость;
- конструктивные и точностные показатели;
- масса (вес);
- долговечность (ресурс) и др.
Оптимизация как процесс рационализации элементов конструкции возможна только тогда, когда сформулирована цель.
При решении задач оптимизации математическими методами: математическая зависимость критерия оптимизации от искомых параметров объекта носит название целевой функции.
Выбор и обоснование критериев оптимизации при проектировании машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов.
ВЫБОР КРИТЕРИЯ ВЫ МОЖЕТЕ ВЗЯТЬ В ОТВЕТЕ НА 19 ВОПРОС
В практике конструирования бурового оборудования все шире применяют электронные цифровые вычислительные машины (ЭЦВМ), значительно ускоряющие процесс разработки новых конструкций. При этом ЭЦВМ используют в зависимости от их типа, возможностей проектной организации и тех целей, которые она перед собой ставит.
В настоящее время представляется возможным выделить четыре группы задач, которые целесообразно решать с помощью ЭЦВМ, а именно:
1) многовариантные оптимизационные расчеты, т. е. расчеты по сложным формулам, когда требуется получение более точных результатов, чем это можно получить при «ручных» расчетах по приближенным формулам;
2) проверочные расчеты деталей и сборочных единиц, которые могут выполняться также без применения ЭЦВМ, но применение машин экономит время;
3) проверочные и проектировочные расчеты по специально разработанным методикам;
4) автоматизированные системы проектирования (САПР) бурового оборудования.
Вторая и третья группы задач решаются во многих организациях. Первая группа задач более сложная и доступна гораздо меньшему кругу организаций. Работы по автоматическому проектированию бурового оборудования начаты в специализированных организациях. Например, разработана система автоматического проектирования буровых долот. Проверочные расчеты деталей и сборочных единиц по существующим методам с использованием ЭЦВМ применяют довольно широко и используют готовые отработанные методики; составление по ним программ не представляет большой трудности. Однако практика показала, что во многих случаях программы громоздки и неэффективны, так как они требуют высокой степени формализации всех понятий и операций.
Первая и третья группы задач могут рассматриваться как ступени, ведущие к довольно перспективному машинному проектированию. Методики проверочных и проектировочных расчетов характеризуются большой общностью, что позволяет по одной программе рассчитывать конструкции одного класса. Современные ЭЦВМ открывают большие перспективы для оптимизации технических решений и позволяют использовать математическую теорию планирования эксперимента, в результате чего можно получить необходимые экспериментальные данные с минимальными затратами средств и времени при исследовании сложных технических систем.
Если программы предполагают использовать в САПР, то должна быть предусмотрена возможность их «стыковки», чтобы можно было рассчитывать и оптимизировать сложные конструкции, включающие различные сборки. При машинном проектировании невозможно заранее предусмотреть все варианты поиска оптимального решения. В связи с этим важную роль приобретает режим диалога человек - машина.
ЭЦВМ выдает на дисплей или в печать ту или иную информацию, а человек после ее анализа вводит дополнительные данные и определяет направление дальнейшего решения. Например, при расчете валов на основании выданных минимальных запасов прочности конструктор может при необходимости изменять конструктивные размеры вала, материал, термообработку и т. д. После этого машина вновь считает слабое сечение и т. д. Режим диалога можно использовать при определении параметров подъемного механизма буровой установки. Следует иметь в виду, что применение ЭЦВМ может дать значительный эффект, так как позволяет ускорить проектирование в 7--10 раз и повысить качество проекта за счет выбора оптимального варианта. При «ручном» проектировании сложных конструкций затраты на выбор оптимального решения растут с увеличением сложности конструкций.
