4. Задача № 1.
1. Бытовое энергосбережение. Экономичные источники света. Тепловая изоляция зданий и сооружений. Повышение эффективности систем отопления.
2. Модель процесса проектирования.
Характеристика основных этапов проектирования
При проектировании серийных устройств руководствуются нормативно-технической документацией. На предпроектной стадии проводится патентно-информационной поиск, уточняются технические характеристики на основе анализа данных от целого ряда потребителей. При необходимости проводится научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы и ряд дополнительных мероприятий.
При проектировании единичных образцов приходится решать следующие инженерные задачи:
анализ, уточнения и описание задач, характеристик электропривода;
разработка и проектирование систем ЭП;
разработка и проектирование различного рода конструктивных устройств и узлов для сопряжения ЭП с рабочей машиной и сетью;
монтаж (или авторский надзор), наладка и испытание объекта; при необходимости техническое обслуживание и ремонт.
На решение указанных задач могут оказывать влияние:
А) возмущающее воздействие:
1) электростатические и электромагнитные поля;
2) климатические факторы (температура, загрязненность воздуха, атмосферное давление, ψ)
3) пожаро- и взрывобезопасность среды.
Б) побочные эффекты электропривода:
1) механические (вибрация);
2) акустические (шум);
3) тепловые (за счет выделения потерь энергии);
4) опасность механических и электрических воздействий на человека;
5) излучение электромагнитных полей;
6) воздействие на сеть коммутационных аппаратов и силовых преобразователей.
Общие вопросы проектирования электропривода.
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Проектирование электропривода представляет собой процесс обработки информации, в ходе которого на основе более или менее полных исходных данных разрабатывается техническая документация на систему электропривода, которая наиболее точно отвечает поставленным задачам.
Входные и выходные величины можно представить следующей схемой:
В блоке А указывается информация:
1) о существующих структурах электроприводов, возможных принципиальных решениях типовых проектах и отдельных частных решениях;
2) о технических характеристиках, экономических показателях и условиях постановки комплектных изделий; ассортименте типовых узлов, стандартных модулей приборов, шкафов управления и т.д.;
3) о законодательных актах, постановлениях стандартов и др. нормативно-технической документации, действующей на предприятии, в отрасли, которую нужно соблюдать.
4) о подлежащих соблюдению авторских прав;
5) о наиболее целесообразном исполнении схематических и конструктивных деталей;
6) об опыте разработки, изготовления, наладки и эксплуатации аналогичных объектов.
К блоку Б относится:
– математические и методические средства, представляющие аналитические и эмпирические методы, предназначенные:
для записи задачи и ее систематического уточнения;
для эффективного поиска информации, включая патентную документацию;
для системного анализа и поиска функциональных структур;
для выбора элементов и узлов, для расчета параметров и оптимизации схемы;
для проверочного расчета и моделирования или оценки нормального и аварийного режимов, для расчета и оценки характеристик системы и действующих на нее возмущений;
для технической, технологической и экономической оценки разработанных вариантов решения;
для выбора оптимального варианта при наличии разных решений.
Модель процесса проектирования.
Из-за большого числа требований и условий, которые должны быть выполнены, процесс проектирования в теоретическом плане можно представить задачей с многокритериальной оптимизацией, кроме того из заряда трудностей при практическом решении задач синтеза нельзя указать строгую последовательность операций. Даже используя машинную обработку данных, нельзя отказаться от творческого участия человека.
В определенной степени можно алгоритмизировать процесс проектирования и свести роль субъективных факторов к минимуму, указав последовательность основных этапов проектирования, при этом схема модели получится в виде, представленном на рис. 1.
В целом выделено 5 рабочих этапов, которые при решении задачи могут встречаться один или более раз при итеративном поиске решений.
На первом этапе на основе тщательного анализа проблемы уточняется и конкретизируется поставленная задача, поскольку обычно предварительная постановка небезупречна. Для этого производится отбор и систематизация исходных данных поиск и дополнение недостающей информации, согласование приоритета требований к показателям качества. Это делается на основе научно-технического развития и опыта накопленного при проектировании аналогичных объектов. Т.е. производится разработка технического задания с непосредственным участием проектировщика.
Для проектируемой системы уточнение технических требований производится при анализе взаимодействия электропривода с рабочей машиной, сетью и вышестоящим органом управления. Анализируется также возмущения, действующие на электропривод и его влияние на окружающую среду.
При разработке ТЗ целесообразно разделить требования на следующие группы:
обязательные, которые должны быть точно соблюдены, хотя возможны некоторые отклонения из-за допусков (например, динамические показатели, установочные размеры и т.д.);
минимальные требования, в отношении которых возможно так называемое перевыполнение, но недовыполнение недопустимо (например, диапазон регулирования, КПД, время наработки на отказ и т.п.);
пожелания; они не обязательны, но по возможности их следует выполнять, так как они определенным образом сказываются на качестве электропривода. Это касается вопросов комфорта обслуживания и управления, внешнего оформления и т.д.
Для обоснованного выбора решения рекомендуется установить приоритеты требований и пожеланий по договоренности с заказчиком, после чего оформляется ТЗ.
На втором этапе по уточненному ТЗ из большого числа допустимых принципиальных решений выбирается одно или несколько допустимых, обеспечивающих самое важное требование и условие. Другими словами, с учетом современного развития и опыта принимается решение относительно пригодности общих структур с вращающимися непрерывно или дискретно, или с линейными приводными системами. Решается вопрос о регулировании механических и электрических величин, о системе защиты, выбирается жесткая или адаптивная система управления и на аналоговой или дискретной базе производится обработка информации.
На третьем этапе для выбранных принципиальных решениях производится грубый расчет параметров, он заключается в выборе и расчете параметров двигателей и преобразователей, оценивается влияние на сеть, производится выбор и расчет параметров средств автоматизации. Производится также грубый экономический расчет вариантов. В окончании этапа все варианты оцениваются с технической, технологической и экономической точек зрения. В результате выбирают тот вариант, который лучше всего выполняет требования ТЗ.
На четвертом этапе детально разрабатывается выбранный вариант, то есть производится точный расчет и оптимизация схем электропривода и элементов системы с учетом изготовления, монтажа и обслуживания. Учитывается также надежность, безопасность, помехозащищенность. Затем анализируют на сколько разработанный вариант удовлетворяет поставленным требованиям. При неудовлетворительном результате производят корректировку или принимают другое решение и заново его разрабатывают, а в отдельных случаях проводят корректировку ТЗ.
При удовлетворительном результате переходят к пятому этапу, т.е. к разработке технической документации, необходимой для изготовления системы, монтажа, испытания, эксплуатации и обслуживания.
Рис. 1