Выбор и обоснование критериев оптимизации при проектировании машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов.

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.