Регистрация / Вход
Прислать материал

Автоматизированное проектирование электротехнических комплексов перспективных транспортных средств

Докладчик: Ференец Андрей Валентинович

Должность: заведующий кафедрой Электрооборудования, с.н.с., к.т.н.

Цель проекта:
Цель исследования - создание методики (технологии) автоматизированного проектирования электротехнических комплексов перспективных транспортных средств, позволяющей сократить сроки проектирования этих комплексов, повысить качество и надежность их функционирования. Научная задача исследования – разработка методики и программ автоматизированного проектирования электротехнических комплексов перспективных транспортных средств, которая решается по следующим направлениям: 1. Исследование электротехнических комплексов как объекта проектирования, а также процесса проектирования электротехнических комплексов перспективных транспортных средств. 2. Разработка модели этапа проектирования электротехнических комплексов перспективных транспортных средств в виде логической схемы проектирования для решения задач автоматизации. 3. Разработка алгоритмов оптимизации и специализированного программного обеспечения топологического и параметрического синтеза электротехнических комплексов перспективных транспортных средств. 4. Разработка методики (технологии) автоматизированного проектирования электротехнических комплексов перспективных транспортных средств и внедрение ее при проектировании беспилотного летательного аппарата.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения проекта должны быть получены следующие научно-технические результаты:
Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы по проблеме автоматизированного проектирования электротехнических комплексов перспективных транспортных средств. Обоснование направлений исследований, проводимых в рамках проекта. Анализ и обоснование состава электротехнических комплексов перспективных транспортных средств, а также конфигурации бортовой кабельной сети (БКС). Логическая схема процесса проектирования электротехнических комплексов перспективных транспортных средств и основные задачи его автоматизации, которая должна объединять множество взаимосвязанных задач и решающие процедуры автоматизированной и неавтоматизированной деятельности в единый процесс, реализовывать принципы системного проектирования электротехнических комплексов, организовывать итерационные циклы для получения оптимальных проектных решений Описание логической структуры базы данных для автоматизированного проектирования электротехнических комплексов перспективных транспортных средств. Требования к техническому обеспечению автоматизированного проектирования электротехнических комплексов перспективных транспортных средств. База данных для автоматизированного проектирования электротехнических комплексов перспективных транспортных средств. Программное обеспечение автоматизированного проектирования электротехнических комплексов перспективных транспортных средств, которое должны определять и прогнозировать режимы работы системы электроснабжения и её элементов на этапах проектирования, стендовых испытаний и модернизации; обеспечивать расчет основных параметров электротехнических комплексов (напряжения, токи, время срабатывания элементов защиты, время переходных процессов при коротких замыканиях); выявлять критические режимы работы системы электроснабжения; определять оптимальное сечение проводов; выбирать по различным параметрам и проверять на надежность срабатывания, селективность аппараты защиты. Результаты тестирования программного обеспечения автоматизированного проектирования электротехнических комплексов перспективных транспортных средств. Методика (технология) автоматизированного проектирования электротехнических комплексов перспективных транспортных средств, которая должна обеспечивать сокращение сроков проектирования на 5-10%, уменьшение массы проводного электромонтажа на 3-5%, устранение ошибок при проектировании электротехнических комплексов высокоскоростных транспортных средств. Результаты апробации разработанной методики (технологии) автоматизированного проектирования электротехнических комплексов перспективных транспортных средств на примере автоматизированного проектирования бортовой кабельной сети беспилотного летательного аппарата (БКС БПЛА). Обобщение и оценка полученных результатов проекта.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Областью применения планируемых результатов являются электротехнические комплексы перспективных транспортных средств, где необходимо выполнение требование обеспечение высокой надежности электротехнических комплексов. Полученные результаты будут использоваться предприятиями, занимающимися проектированием электротехнических комплексов транспортных средств (авиастроение, автомобилестроение и др.). Применение создаваемой методики (технологии) автоматизированного проектирования позволит сократить сроки проектирования, повысить качество и надежность электротехнических комплексов, снизить издержки проектирования.
Способом использования полученных результатов является внедрение разработанной методики и специализированного программного обеспечения на предприятиях, занимающихся разработкой перспективных транспортных средств, что позволит создать принципиально новую продукцию, а также улучшить функциональные и эксплуатационные характеристики существующих электротехнических комплексов транспортных средств. Индустриальным партнером проекта является ОАО НПО «ОКБ им. М.П. Симонова», которое является одним из лидеров по разработке беспилотных авиационных комплексов. Предприятие имеет собственную производственно-техническую базу, позволяющую выполнять большинство операций цикла разработки, изготовления и испытаний опытных образцов новой авиационной техники. В реализации проекта также заинтересованы и другие российские предприятия, занимающиеся проектированием транспортных средств, в частности, Казанский авиационный завод им. С.П. Горбунова – филиал OAO «Туполев» (г. Казань), ОАО КАМАЗ (г. Набережные Челны), ОАО КВЗ (г. Казань) и другие.

Текущие результаты проекта:
Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы в количестве 25 научно-информационных источников показал, что системы автоматизированного проектирования электротехнических комплексов в большинстве своем являются средствами графически-информационной поддержки проектного процесса, существенно сокращающие его сроки и повышающие его точность. Качество проектных решений здесь зависит во многом от подготовленности и опыта персонала. Задачи оптимизации, анализа качества и надежности проектируемых систем электротехнического комплекса современные средства САПР не решают. Кроме того, универсальные САПР, являясь инструментальной оболочкой, требуют адаптации к конкретным объектам, специфике решения задач и форме конструкторской документации. Для организации процесса проектирования, реализуемого параллельно несколькими конструкторами и технологами, требуется четкое информационное взаимодействие между ними и решаемыми ими задачами.Таким образом, для решения указанных проблем необходимо исследование этапа проектирования транспортных средств, создание алгоритмов оптимизации электротехнических комплексов, разработка специализированных приложений, решающих задачи оптимизации, и разработка соответствующей новой и эффективной методики автоматизированного проектирования электротехнических комплексов высокоскоростных транспортных средств. При обосновании направления исследования, проводимых в рамках ПНИ установлено, что проектирование электротехнических комплексов современных транспортных средств в настоящее время невозможно без использования автоматизированных систем, что обусловлено следующими причинами: постоянно увеличивается число новых моделей, модификаций и комплектаций автомобилей, увеличиваются требования к качеству проектных документов и их соответствию международным стандартам и нормативам, что приводит к проведению большого числа инженерных расчетов, постоянно усложняется структура систем электрооборудования, что приводит к увеличению номенклатуры и усложнению чертежей увеличивается объем рутинной работы инженера, поэтому падает престижность его труда идет интенсификация проектно-конструкторских работ при дефиците квалифицированных конструкторов, что приводит к трудностям при выполнении проектов традиционными методами в установленные сроки, увеличению ошибок в документации.Также в мировом авиастроении и автомобилестроении наблюдается тенденция обеспечения тесной взаимосвязи процессов проектирования, производства, маркетинга и эксплуатации соответствующих транспортных средств, поэтому проектирование электротехнических комплексов транспортных средств неотрывно от последующей технологической подготовки производства и эксплуатации. В совокупности применение автоматизированных систем при проектировании электротехнических комплексов приводит к снижению затрат на проектирование и производство перспективных транспортных средств. Анализ состава электротехнических комплексов перспективных транспортных средств, в том числе конфигурации бортовой кабельной сети показал, что электротехнические комплексы современных транспортных средств характеризуются сложностью, трудоемкостью проектирования и изготовления, включают в себя множество различных систем. Одной из основных систем современных транспортных средств является система электроснабжения, которая состоит из системы генерирования и системы распределения электрической энергии. Система генерирования включает в себя совокупность источников (генераторы, аккумуляторные батареи) или преобразователей электроэнергии, устройств стабилизации, управления и контроля. К системе распределения электротехнических комплексов перспективных транспортных средств относятся устройства, передающие электрическую энергию от системы генерирования до конечных приемников. Бортовая электрическая сеть транспортных средств состоит из следующих основных элементов: 1) электропроводки (провода, шины, жгуты); 2) распределительных устройств, щитков, панелей; 3) аппаратуры защиты (предохранители, автоматы защиты и др.); 4) коммутационной аппаратуры (контакторы, реле, переключатели, выключатели, соединители и др.). Бортовая кабельная сеть перспективных транспортных средств может классифицироваться: по назначению (питательная, первичная распределительная, вторичная распределительная); по роду тока и напряжению (переменный трехфазный и однофазный, постоянного тока с различным напряжением); по системе передачи электроэнергии (однопроводная, двухпроводная и др.); по системе распределения электроэнергии (централизованные, смешанные, децентрализованные, раздельные); по конфигурации (разомкнутые: радиальные и магистральные, замкнутые: радиальные, магистральные, кольцевые, сетчатые). В зависимости от конфигурации электрической сети необходима разработка соответствующих алгоритмов оптимизации сети электротехнических комплексов. Разработана модель этапа проектирования электротехнических комплексов транспортных средств на основе CALS-технологий в виде логической схемы проектирования. На каждой из стадий жизненного цикла решается множество взаимосвязанных задач, процесс решения которых формализуется в виде некоторой логической схемы, объединяющей ячейки, соответствующие решающим процедурам. Логическая схема процесса проектирования комплекса электрооборудования описывается матрицей связей элементов и матрицей структуры. Анализ матрицы структуры и матриц связей позволяет определить основные свойства, обратные связи между уровнями и внутри уровней, что требует организации итерационных циклов. Для получения алгоритма решения задач проектирования организован процесс системного проектирования, связывающий отдельные решающие процедуры в упорядоченный комплекс , который называется общим алгоритмом синтеза комплекса электрооборудования. Выполнены патентные исследования по ГОСТ Р 15.011-96, в соответствии с которым произведен тематический поиск российской и зарубежной охранной документации, а также мониторинг прочих информационных ресурсов. В результате выявлены наиболее близкие к разрабатываемому программному обеспечению аналоги (программы ЭВМ). Анализ позволил заключить, что основными преимуществами создаваемого специализированного программного обеспечения являются: узкая специализация на предметной области, открытость исходного кода, что позволит добиться широкого распространения и обеспечит возможность его модернизации под конкретные задачи пользователей. Создана база данных для автоматизированного проектирования электротехнических комплексов перспективных транспортных средств и описание ее логической структуры, которая позволит применить разрабатываемые алгоритмы оптимизации и программной обеспечение. База данных состоит из базы проектных данных и базы нормативно-справочных данных. Они предназначены для подбора проектной и нормативно-справочной информации по электротехническим комплексам транспортных средств, заполнения базы данных конкретным содержанием и для разработки удобных для конструктора пользовательских интерфейсов. База данных реализуется в программной среде MS Access.