ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР

Разработана ресурсосберегающая технология проектирования оптимальных несущих систем, предусматривающая комплексное решение важной народнохозяйственной проблемы: создание таких несущих конструкций транспортных машин, которые обеспечат экономический эффект с учетом противоречивых требований на стадиях проектирования и изготовления с одной стороны, и эксплуатации и ремонта с другой. Разработка основана на теоретических и практических результатах и является продолжением исследований по оптимальному проектированию кузовов железнодорожных вагонов.

Задача оптимального проектирования несущей конструкции кузова вагона в математическом виде выражается аддитивным функционалом

j⁼f(j_м⁺j_и+j_э+j _p)-- >min(1)

и имеет смысл минимума суммы приведенных затрат на конструкционные материалы (j_м), изготовление кузова (j_и),эксплуатацию (j_э)и ремонт в течение заданного срока службы (j _p) при ограничениях по прочности, жесткости, устойчивости, усталостной долговечности, живучести, частоте изгибных колебаний, конструктивных, геометрических, технологических и эксплуатационных.

Параметрами проектирования являются: количество, координаты размещения в пространстве и линейные размеры несущих элементов, форма и параметры сечений стержневых элементов и обшивки, способы технологической упрочняющей обработки.

Для оптимизации использованы методы нелинейного программирования, на основе которых разработаны алгоритмы покоординатного и градиентного поиска, реализованные в рамках принципа гибких стратегий отыскания оптимального варианта конструкции.

Оптимизируемыми являются стержневые элементы (прокатные, сварные, гнутые, комбинированные) и несущая гофрированная обшивка кузова.

В процессе жизненного цикла вагона структура суммарных затрат на создание, эксплуатацию и ремонт его кузова изменяется. В начальный момент готовности кузова вагона к эксплуатации (сразу после его изготовления) в структуре затрат присутствуют лишь два компонента функционала (1): затраты на конструкционные материалы и изготовление. Два других компонента равны нулю и будут увеличиваться в процессе эксплуатации. На стадии проектирования для корректной оценки компонентов оптимизируемого функционала, изменяющихся с течением времени, необходимо учитывать нестационарность экономических условий, выражающуюся в инфляции и росте цеп на эксплуатацию и ремонтные работы на предстоящих этапах жизненного цикла вагона. Поскольку рост цен на будущие периоды времени прогнозируется с определенной степенью вероятности, оценка затрат на эксплуатацию и ремонт кузова в течение заданного срока службы имеет прогнозный, вероятностный характер. Для расчета прогнозных индексов-дефляторов цен применяется методика, предложенная Министерством экономики Российской Федерации. В процессе оптимизации учитываются индексы-дефляторы цен на конструкционные материалы и изготовление кузова; на стоимость других узлов и оборудования вагона; на обслуживание кузова в течение рассматриваемого промежутка времени; на транспортировку тары кузова; на ремонтные работы, прогнозируемые к времени начала очередного ремонта; на аренду подвижного состава в течение рассматриваемого промежутка времени.

В процессе исследований разработана и реализована методика структурной оптимизации несущей конструкции, позволяющая определять целесообразное количество подкрепляющих элементов, их оптимальное размещение в структурной схеме, а также оптимальную форму компонентов несущего кузова.

Технология позволяет реализовать один из возможных подходов к определению срока окупаемости вагона и оптимального срока службы, после которого его эксплуата­ция становится невыгодной из-за затрат на ремонт.

Предусмотрена возможность определения оптимальных межремонтных сроков для различных типов кузовов вагонов.

Разработанная технология оптимального проектирования реализована в программных средствах автоматизированной системы, зарегистрированной в Государственном фонде алгоритмов и программ России.

Результаты выполненных оптимизационных расчетов подтверждают эффективность разработанной технологии, позволяющей снижать затраты и повышать качество проектируемых вагонных конструкций.

Ряд компонентов технологии оптимального проектирования несущих конструкций внедрен на отечественных предприятиях вагоностроения и путевого машиностроения.