книги из ГПНТБ / Ильинский, Д. Я. Обоснование решений при проектировании и эксплуатации машин и линий легкой промышленности учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СССР

ВСЕСОЮЗНЫЙ ЗАОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛ ЕННОСТИ

ФАКУЛЬТЕТ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ИНЖЕНЕРОВ И РУКОВОДЯЩИХ РАБОТНИКОВ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Д. я. ИЛЬИНСКИЙ

Гк о н т р о л ь н ый

ЭКЗЕМПЛЯР

ОБОСНОВАНИЕ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИН И ЛИНИЙ

ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Утверждено Советом института в качестве учебного пособия для слушателей факультета усовершенствования инженеров и руководящих работников и для студентов ВЗИТЛП

МОСКВА «ЛЕГКАЯ ИНДУСТРИЯ» ■1973

Научный редактор проф. Я. М. Карелин

- *■* M/iTAJlbr.Oi С ЗЛ/1Л \

& - е ш

ВВЕДЕНИЕ

Поставленная Директивами XXIV съезда КПСС по пятнлетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971—1975 годы задача осуществить техническое перевооружение предприятий легкой промышленности на основе внедрения новой техники и прог­ рессивной технологии, а также механизации и автоматизации де­ лает необходимым применение при создании и эксплуатации техно­ логического оборудования объективных научных методов, что обусловливает максимальную технико-экономическую эффектив­ ность технологических, технических и организационных меро­ приятий.

«...наука только тогда достигает совершенства, когда ей удается пользоваться математикой*»,-—эти слова К. Маркса, разумеется, относятся и к 'Проектированию машин и к планированию условий их рациональной эксплуатации.

В пособии излагаются вопросы -системотехники как науки (точ­ нее, семейства наук), используемой для синтеза систем, создавае­ мых для решения различных задач наиболее эффективным мето­ дом.

Целью автора является не систематическое изложение теории системотехники (которая как наука находится в стадии становле­ ния), а привлечение-внимания читателей к современным -методам и средствам обоснования решений и, главное, — к формированию мысли и целесообразности и необходимости приложения этих мето­ дов и средств к решению различных задач -проектирования и экс­ плуатации машин.

* Воспоминание о Марксе и Энгельсе. М., 1956.

ОБЩАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ОПТИМИЗАЦИИ

Стремление к оптимальным решениям, т. е. к таким решениям, которые в данных условиях дают максимальную эффективность того или иного мероприятия, присуще человеку во всех сферах про­ явления его разумной, целенаправленной деятельности.

В паше время особенно важны проблемы «...которые необходи­ мы для решения различных видоизменений одной и той же [зада­ чи], общей для всей практической деятельности человека: как рас­ полагать средствами своими для достижения по возможности

логических машин легкой промышленности, так и систем их экс­ плуатации все возрастает. Это вызвано значительным расширени­ ем парка машин, ускоренным конструктивным усложнением обору­ дования (в результате автоматизации, интенсификации режимов, концентрации нескольких операций в одной машине, объединения машин в комплексы и т. д.), увеличением количества факторов, влияющих на эффективность работы оборудования, резким возра­ станием ответственности конструкторов и эксплуатационников за качество новой техники (в связи с увеличением затрат «а оборудо­ вание) и др.

В этих условиях вполне закономерно привлечение 'кибернетики для разрешения проблем создания машин и планирования систем их эксплуатации.

Двумя тесно связанными направлениями развития кибернетики являются системный подход и теория исследования операций. Сис ­ т е мн ы й п о д х о д - — современная методология установления -при­ чинно-следственных связей, выявления, объективного обоснования и формулирования целей и задач различных мероприятий, а также установления соответствия средств поставленным целям.

Системный подход исходит из того, что все составляющие ми­ ра рассматриваются и анализируются как система, обязательными компонентами которой являются -входы, процесс, выходы, управле­ ние с обратной связью, ограничения.

Системному подходу свойствен учет большого числа как де­

4

о п е р а ц и й — прикладная наука, предназначенная для отыска­ ния и объективного, количественного обоснования оптимальных ре­ шений в различных областях человечеокой деятельности.

О п т и м и з а ц и я — процеос нахождения такой совокупности значений управляющих переменных величин (варьируемых факто­ ров) обозначаемых X =■■| хъ х2, . . . . Л'п), которые в данных, фиксированных условиях, характеризуемых постоянными величи­ нами (параметрами) А = \alt а2, . . . ,аЛ), удовлетворяя задан­ ным ограничениям В = {Bx, В.,, . . . , Вт], обеспечивают наи­ выгоднейшее (или по крайней мере не хуже заданного) значение критерия эффективности F, называемого целевой функцией.

В рассматриваемых задачах в качестве управляющих перемен­ ных величин X фигурируют показатели интенсивности режимов, ко­ личество последовательно проходимых изделием позиций многоиозищюнной машины или линии, варианты конструктивной реализа­ ции элемента машины, количество рабочих-иаладчиков, длитель­ ность эксплуатации и межремонтного периода и другие величины, выбор которых обычно входит в обязанности инженеров-механиков.

Проверяемые ограничения В порождены условиями, накладыва­ емыми на выходные (управляемые) переменные, характеризующие качество (если в понятие «качество» не включается стоимость, то качество и стоимость) машины или процесса эксплуатации.

К управляемым переменным относят:

1) основные технико-экономшчеокие показатели машины (про­ изводительность, безотказность, долговечность и др.), которые ха­ рактеризуют полезную отдачу ее;

2)первоначальные затраты (стоимость, цену и др.), текущие затраты прошлого труда (энергоемкость, расход сырья и вспомога­ тельных материалов и др.) и затраты живого труда (норму обслу­ живания, квалификацию персонала и др.);

3)патенто-лицензионные и конъюнктурные показатели, харак­

теризующие конкурентоспособность и перспективы сбыта машин на внешнем рынке (в последнее время намечается тенденция количе­ ственной оценки и этой группы показателей, например, с помощью методов экспертной оценки).

Ограничения, накладываемые на те управляемые переменные, которые характеризуют затраты труда, вызваны ограниченностью ресурсов (средств). В качестве целевой функции обычно ис­ пользуются приведенные затраты, производительность обществен­ ного труда, себестоимость, фактическая производительность маши­ ны или линии и др.

При решении всех задач оптимизации, связанных с конструи­ рованием и эксплуатацией машин, возможны две модификации задачи.

1.Получить максимальную эффективность, например, произво­ дительность или надежность системы при заданных ограничениях на затрачиваемые средства.

2.Обеспечить заданную эффективность системы при минимальу ных затратах средств.

5

заданного F *.

Методы решения математических задач по нахождению опти­ мальных значений управляющих переменных составляют раздел

:\ ) < f -v>),

ина возрастающие (по мере увеличения Ху), т. е.

f { X j M 0 > i ( x j )•

Совместное воздействие на показатели качества системы факторов, описываемых убывающими и возрастающими функ­ циями, обусловливает конфликтность анализируемой ситуации, выражающуюся в том, что одно и то же изменение управляющих переменных ведет одновременно и к ухудшению и к улучшению конечного эффекта.

Наличие конфликтующих факторов органически присуще зада­ чам оптимизации. Более того, выявление конфликтующих факто­ ров и характера их влияния на целевую функцию представляет собой сложную и ответственную процедуру, носящую неформаль­ ный характер.

Значимость теории исследования операций для технологии, тех­ ники и организации производства легкой промышленности исклю­ чительна, ибо в сфере производства принятие неоптимальных ре­ шений по своим материальным и моральным последствиям равно­ сильно расточительству.

6

Качество принятых решений зависит не только от современно­ сти методологии и математического аппарата, применяемых для обоснования решения, но и от широты и глубины профессиональ­ ных знаний, умения нетрафаретно мыслить, навыков, опыта и ин­ туиции руководителя, а иногда и от его решительности и смело­ сти.

МЕТОД ПРЯМОГО ПОИСКА (ПЕРЕБОРА)

Метод прямого поиска (перебора) применяется обычно, если имеется одна управляющая переменная, изменяющаяся в относи­ тельно небольшом диапазоне, и известно, что целевая функция имеет не .более одного экстремума. Этот метод сводится к вычис­ лению целевой функции для каждого значения управляющей пе­ ременной, последовательность которых задана или принята при решении данной задачи.

Например, управляющая переменная X — давление в сети пор­

дра, насоса, трубопровода и арматуры).

Параметры задачи: рабочее усилие на штоке, длина хода, дли­ тельность прямого и обратного хода; известны функциональные за­

При выборе оптимального по критерию потребляемой мощно­ сти принципа действия поворотного стола машины** в качестве управляющей переменной были приняты следующие механизмы:

.мальтийский, кулачково-цевочный, гидравлический со штоком-рей­

*В подготовке задач данного раздела принимал участие А. В. Ипполитов.

**Здесь и ниже имеются в виду технологические машины, входящие и/гостав.

технологических комплексов, представляющих собой систему технологических, транспортных, энергетических и информационных машин и аппаратов.

7

Данный метод не ограничивает количество анализируемых ва­ риантов решений Х{, но с его увеличением растет количество кри­

обработки штуч­ ных изделии

При рассмотрении вариантов Х\ и Х2 для различных значений

ветственно минимальное и максимальное значения параметра, ха­ рактеризующие область изменения его.

цию, а в качестве целевой функции — производительность обще­ ственного труда.

Этот вариант метода широко применяют при;/решении задач оптимизации (при нахождении рациональной облагай реалиЗащга того или иного варианта), когда фигурируют параметры %, харак-