Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Семенова Елена Георгиевна. Методология алгоритмизации управления и моделирования процессов оптимизации конструкторско-технологических параметров бортовых комплексов : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.13.06, 05.13.18 : Санкт-Петербург, 2003 337 c. РГБ ОД, 71:05-5/71

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

Список условных обозначений 13

1. Основы методологии системного синтеза сложных технических объектов 14

1.1. Предпосылки развития системного синтеза сложных технических объектов 14

1.2. Концепция системного синтеза бортовых комплексов 23

1.3. Косвенная оценка эффективности функционирования бортового комплекса 29

1.4. Структурирование требований к показателям функционирования бортовых комплексов 38

1.5. Результаты и выводы по главе 1 47

2. Структуризация параметров качества бортовых комплексов 49

2.1. Способы исследования и средства описания качества бортовых комплексов 49

2.2. Предпосылки развития теории качества бортовых комплексов 60

2.3. Многоуровневое представление бортовых комплексов в задаче обеспечения качества 65

2.4. Критерии обеспечения качества устройств бортовых комплексов 74

2.5. Результаты и выводы по главе 2 94

3. Методология анализа и синтеза бортовых комплексов 96

3.1. Анализ и структурирование функций качества бортовых комплексов 96

3.2. Методология структурирования конструкторско-технологических параметров устройств бортовых комплексов 118

3.3. Кластерный анализ экспертных оценок альтернативных вариантов бортовых комплексов 130

3.4. Алгоритмизация процедур робастного синтеза бортовых комплексов 148

3.5. Результаты и выводы по главе 3 161

4. Алгоритмизация процессов моделирования устройств бортовых комплексов в условиях внутренних и внешних шумов 162

4.1. Алгоритмизация моделирования устройств бортовых комплексов 162

4.2. Моделирование армированных конструкций бортовых комплексов 168

4.3. Моделирование схем армирования и выбор оптимальных конструкторских решений сложнопрофильных элементов бортовых комплексов 174

4.4. Обеспечение робастности устройств бортовых комплексов методами моделирования технологических погрешностей укладки монослоев 188

4.5. Результаты и выводы по главе 4 201

5. Параметрические аспекты моделирования технологии формообразования устройств бортовых комплексов 202

5.1. Управление базовыми физико-химическими процессами формообразования сложнопрофильных элементов бортовых комплексов 202

5.2. Параметрическое моделирование технологии формования устройств бортовых комплексов 217

5.3. Юіастеризация параметров качества устройств бортовых комплексов 237

5.4. Технические средства метрологического обеспечения производства устройств бортовых комплексов 256

5.5. Алгоритмы автоматизации операционного контроля устройств бортовых комплексов 262

5.6. Результаты и выводы по главе 5 275

Заключение 277

Список литературы 280

Приложения 293 

Введение к работе:

Актуальность проблемы. Основой повышения эффективности процессов управления современными и перспективными транспортными средствами является нарастающее применение автоматизированных информационных и вычислительных систем, образующих в своей совокупности бортовые комплексы (БК). Бортовые комплексы, абстрагируясь от их назначения, схемотехнического и конструктивного исполнения, представляют собой совокупность функционально связанных систем (подсистем) и устройств, обеспечивающих с помощью радиоэлектронных средств управление транспортным средством и его оборудованием. Цель управления состоит в достижении желаемого (в смысле заранее принятых условий и критериев) результата в процессе этих действий.

Эффективность процессов автоматизированного управления транспортными средствами обусловлена тем, что в качестве базы знаний используются объектно-ориентированные математические модели и реализуются новые информационные технологии. Очевидно, что наиболее объективными и перспективными на данный момент являются модели, построенные на основе системного подхода.

Многоцелевой характер функционирования БК требует для обеспечения эффективности решения поставленных задач выполнения большого количества ограничений взаимосвязанных технических, экономических и эргономических показателей. Основным назначением бортовых комплексов управления транспортными средствами является организация информационного взаимодействия, как между элементами системы, так и с внешней средой.

Отличительной особенностью БК как сложной технической системы является динамичность изменения ее состояния в процессе эксплуатации, иерархичность структуры, использование средств аппаратного и программного резервирования, что приводит к изменению связей между элементами, а также к корректировке системы управления (алгоритмы, задачи, способы и методы).

Комплекс научных исследований по внедрению информационных технологий и объектно-ориентированных структурных преобразований, а также организационно-практические мероприятия по совершенствованию процессов системного синтеза бортовых комплексов в целях повышения эффективности применения транспортных средств специального и гражданского назначения представляет собой крупную научно-техническую проблему, которая имеет важное хозяйственное значение и может быть сформулирована следующим образом.

Научная проблема. Повышение эффективности производственных, технологических и информационных процессов разработки, изготовления и эксплуатации бортовых комплексов на основе использования новых информационных технологий и методов инжиниринга качества.

Данная научно-техническая проблема направлена на развитие указанных в «Перечне критических технологий Российской Федерации» направлений: «Авиационная и ракетно-космическая техника с использованием новых технических решений», «Информационная интеграция и системная поддержка жизненного цикла продукции (CALS-, CAD-, САМ-, САЕ-технологии)», «Компьютерное моделирование».

Центральным ядром этой научно-технической проблемы является развитие и/или совершенствование методов системного анализа и синтеза иерархических структур бортовых комплексов; моделирования процессов оптимизации системных свойств: показателей качества; информационного и программного обеспечения процессов разработки, изготовления и эксплуатации бортовых комплексов. Такой комплекс методов требует разработки методологических основ алгоритмизации управления и моделирования процессов оптимизации конструкторско-технологических параметров бортовых комплексов на основе концептуального и системного моделирования, а также формализации процесса формирования класса альтернативных моделей для обоснования решений на различных этапах жизненного цикла транспортных средств. При этом должно быть научно обосновано информационное обеспечение процессов создания современных и перспективных бортовых комплексов, позволяющее осуществить рациональный выбор решений на различных уровнях иерархической структуры системы, а также использовать принципиально новые методы оценки качества бортовых комплексов с помощью функций потерь, поскольку традиционные методы допускового контроля оказываются для них экономически неэффективными.

Недостаточная проработанность указанной научно-технической проблемы настоятельно требует исследования и формирования теоретико-методологического аппарата управления качеством бортовых комплексов, включая процедуры структурирования функций качества, параметрического синтеза на этапе конструкторского и технологического проектирования, обеспечения робастности продукции. Разработка таких процедур может быть выполнена только путем создания рациональных процедур математического моделирования, отработки алгоритмов и комплексов программ, составляющих ядро системы автоматизации конструкторского и технологического проектирования современных и перспективных бортовых радиоэлектронных комплексов.

Эффективность такого подхода достигается достаточно полным анализом жизненного цикла бортовых радиоэлектронных комплексов транспортных средств путем их многоуровневого представления, структурирования описания, декомпозицией оптимизационных и информационных моделей, и применением системы взаимосвязанных понятий «критерий качества — базовая структура - коэффициент значимости элемента структуры» для формирования и выбора вариантов на каждом уровне.

Цель работы и задачи исследования. Цель работы заключается в разработке методов и средств моделирования и управления процессами обеспечения качества бортовых комплексов транспортных средств на основе системного подхода и формирования аналитических и информационных моделей с учетом новых информационных технологий и методов инжиниринга качества на различных этапах жизненного цикла.

В соответствии с указанной целью в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработана концепция системного подхода к моделированию сложных технических систем на основе формализации иерархии описаний и математических моделей бортовых радиоэлектронных комплексов применительно к таким этапам жизненного цикла изделий, как проектирование и производство, с учетом структуризации множества элементов синтеза в пространстве свойств.

2. Разработано программно-математическое обеспечение моделирования и оптимизации структурных элементов бортовых комплексов (на примере антенных устройств): методы расчета упругих и дилатометрических характеристик однонаправленных и многослойных композиционных структур; методы рационального армирования многослойных антенных устройств с учетом технологических погрешностей укладки монослоев;

3. Разработаны базовые принципы робастного проектирования бортовых комплексов, направленного на достижение таких значений управляемых параметров, которые минимизируют влияние дестабилизирующих факторов на характеристики качества.

4. Разработано программно-математическое обеспечение моделирования и теоретические основы технологии изготовления антенных устройств из полимерных композиционных волокнистых материалов (ПКВМ): методы и модели параметрического синтеза технологических режимов формования; методики организации технологического эксперимента, алгоритмы и программы кластерного анализа результатов технологического эксперимента; 5. Внедрены новые научно-обоснованные технические и технологические решения по использованию новых информационных технологий и методов инжиниринга качества при создании прецизионных антенных устройств для современных и перспективных бортовых радиоэлектронных систем и комплексов;

Объектом исследования являются бортовые комплексы транспортных средств, системы и процессы их разработки, изготовления и эксплуатации. Последовательное применение теоретико-методологического аппарата управления качеством бортовых комплексов осуществлено на примере сложнопрофильных зеркальных антенн, которые широко распространены в обзорных и прицельных РЛС. При этом разработанный аппарат распространяется и на другие устройства БК.

Предметом исследования являются процессы разработки, технология производства бортовых радиоэлектронных комплексов, требования к системным характеристикам качества БК и их структурных элементов на различных этапах жизненного цикла с учетом реализации концептуальных и математических моделей для описания процессов разработки и изготовления бортовых комплексов.

Методы исследования. Методологической основой и общетеоретической базой исследования являются принципы системного анализа структуры и функционирования бортовых радиоэлектронных комплексов. Теоретической основой развития и повышение эффективности и качества бортовых радиоэлектронных комплексов является системология, теория принятия решений, методы теории оптимального управления, теории алгоритмов, теории баз данных, теории классификации, численные методы анализа и математического моделирования, теория планирования эксперимента и имитационного моделирования. Основные теоретические результаты подтверждены экспериментально при физическом моделировании и при проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

Научная новизна. В результате проведенных исследований осуществлено теоретическое, экспериментальное и модельно-предсказательное обоснование и решение ключевых задач проблемы, имеющей важное народно-хозяйственное значение - создание методологических основ принятия решений по совершенствованию и развитию процессов разработки и изготовления бортовых радиоэлектронных комплексов на основе использования:

• структурных, функциональных и математических моделей подсистем бортовых комплексов;

• новых информационных технологий и методов инжиниринга качества;

• научно-обоснованных методологических и теоретических решений для взаимосвязанных задач проектирования, технологии изготовления и контроля структурных элементов БК;

• экспертных систем и статистических данных результатов разработки, изготовления и функционирования подсистем БК.

Основные новые результаты, полученные в работе и выносимые на защиту:

1. Методология моделирования сложных технических систем на основе формализации иерархии описаний и математических моделей бортовых радиоэлектронных комплексов применительно к таким этапам жизненного цикла изделий, как проектирование и производство, с учетом структуризации множества элементов синтеза в пространстве свойств.

2. Программно-математическое обеспечение моделирования и оптимизации структурных элементов бортовых комплексов (на примере антенных устройств): методов расчета упругих и дилатометрических характеристик однонаправленных и многослойных композиционных структур; методик рационального армирования многослойных антенных устройств с учетом технологических погрешностей укладки монослоев; научно обоснованные рекомендации по выбору методов и схем армирования многослойных антенных устройств бортовых комплексов, обеспечивших повышенную точность изделий;

3. Комплекс математических моделей и методология исследования устойчивости схем армирования к технологическим погрешностям углов ориентации монослоев при выкладке, отличающиеся от известных подходов учетом возможностей конкретного производства.

4. Критерии и методика параметрического синтеза технологических режимов формования структурных элементов бортовых комплексов, позволившие обеспечить заданные уровни точности сложнопрофильных изделий;

5. Критерии и методики кластерного анализа вариантов реализации структурных элементов бортовых комплексов, задаваемых как по количественным параметрам, так и по качественным характеристикам;

6. Программные комплексы для подсистем автоматизированного проектирования и моделирования подсистем бортовых комплексов, а также программы для автоматизации научных и промышленных экспериментов при исследовании композиционных материалов, позволившие сократить сроки и повысить качество разработки и изготовления БК.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы нашли практическое применение при разработке, производстве и внедрении перспективных типов антенных устройств бортовых комплексов «Новелла» и «Морской змей» (ОАО «НИИ Системотехники»), системы организации питания и отвода тепла для фазированных активных решеток (ЗАО «НИТИ-Авангард»), разработке средств технического контроля и широкой номенклатуры технологического оснащения (ООО «Акрон»).

Разработанные методики и алгоритмы структуризации функций качества и кластеризации экспертных оценок использованы при разработке «Проекта концепции приборно-метрологического обеспечения», проводимой по Государственному контракту № 1558/26 от 05.12.2003 г.

Результаты диссертационной работы использованы в Санкт-Петербургском университете аэрокосмического приборостроения, Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете при подготовке бакалавров, специалистов и магистров по направлениям 340100 -управление качеством и 200800 - проектирование и технология радиоэлектронных средств.

Апробация работы. Основные положения работы по мере ее выполнения представлялись на Всесоюзных, Всероссийских и Международных конференциях, семинарах, симпозиумах и выставках, в том числе:

на Всесоюзной научно-технической конференции «Пути совершенствования технологических процессов, материалов и оборудования производства современных изделий радиоэлектроники», Минск, 1983 г.;

на Всесоюзном научно-техническом семинаре «Контроль изделий микроэлектроники и применение микропроцессорных средств вычислительной техники», Ереван, 1984 г.;

на Всесоюзной научно-технической конференции «Интегрированные производственные комплексы в радиоэлектронике и приборостроении», Ленинград, 1986 г.;

на Всероссийской научно-технической конференции «Оптические, радиоволновые, тепловые методы контроля качества материалов, изделий и окружающей среды», Ульяновск, 1994 г.;

на 2-м Международном Симпозиуме по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, Санкт-Петербург, 1995 г.;

на Всероссийской научно-практической конференции «Многофункциональные радиоэлектронные комплексы перспективных летательных аппаратов», Санкт-Петербург, 2001;

на 6 Международной научно-практической конференции «Современные технологии обучения», Санкт-Петербург, 2002;

на Международной научно-технической конференции «Instrumentation in Ecology and Human Safety», St. Petersburg, 2002;

на ежегодных научно-педагогических конференциях профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского Государственного университета аэрокосмического приборостроения (СПбГУАП);

на заседаниях кафедры Конструирования и управления качеством радиоаппаратуры СПбГУАП.

Результаты исследования систем автоматического контроля геометрических параметров сложнопрофильных антенных устройств в 1986 году отмечены Серебряной медалью ВДНХ СССР.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 54 научно-технических изданиях, в том числе 4 монографии: «Технология производства антенн и устройств СВЧ», «Системы управления. Инжиниринг качества», «Основы моделирования и диагностики антенных устройств бортовых комплексов», «Менеджмент качества. Принятие решений о качестве, управляемом заказчиком», 29 научных статей, 22 тезисов докладов на Всесоюзных, Всероссийских и Международных научно-технических конференциях и семинарах.

Структура и объем работы. Диссертация представлена в форме рукописи, состоящей из введения, пяти глав, заключения и приложений.

Общий объем диссертационной работы составляет 292 страницы, в том числе 57 рисунков, 47 таблиц и список используемых источников из 147 наименований.

Подобные работы
Борзов Андрей Николаевич
Моделирование и управление процессом гидроочистки дизельного топлива
Третьяков Александр Александрович
Моделирование и оптимальное управление процессом синтеза монометиланилина в контактном аппарате трубчатого типа
Елизаров Александр Михайлович
Моделирование, оптимальное проектирование и управление процессом нанесения гальванического хромового покрытия
Подрезова Виктория Игоревна
Компьютерное моделирование процессов деления потоков волокнистого материала и управление ими
Шведов Николай Георгиевич
Автоматизация и управление процессом многолезвийной механической обработки на основе динамического моделирования технологической системы
Блок Андрей Андреевич
Управление параллельными технологическими процессами на основе распределенной интегрированной среды моделирования
Митрошин Владимир Николаевич
Математическое моделирование и автоматическое управление объектами с распределенными параметрами в технологических процессах изолирования кабелей связи
Асташин Сергей Михайлович
Управление режимами и процессами эксплуатации систем тягового электроснабжения на основе имитационного моделирования
Копейкин Дмитрий Викторович
Моделирование и оптимизация технологического процесса отбелки целлюлозы для проектирования и совершенствования отбельных установок
Гершунина Наталья Николаевна
Алгоритмизация микропроцессорной обработки контрольно-измерительной информации при управлении пивоваренным производством

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net