Разработка методики оценки строительной технологичности при выборе эффективных вариантов конструкций на основе системотехники и бионики

№ 8 серпень 2011

Висновки. Як бачимо з рисунків 7 - 8, найкраще наближується до теоретичної кривої розподілу кутів повороту керованих коліс характеристика варіанта встановлення важелів № 2 зворотної трапеції. Завдяки розташуванню зубчастого кермового механізму й кермової триланки перед віссю можливе подовження бічних важелів, що неодмінно спричиняє зменшення нелінійних ефектів від повертання важелів. Майже рівні варіант № 1 за точністю кінематики та варіант № 4, де зсув рульового механізму від осі теж дозволяє зробити поперечні важелі довшими.

Найгірші у своєму класі показники кінематичної точності має варіант розрізної трапеції РК № 3, що пояснюється зменшенням підстав трапецій та більшим впливом нелінійних ефектів, а також найкоротшими бічними важелями.

Отже, можна встановити, що краща кінематична узгодженість забезпечується при більшій довжині поперечних важелів. При конструюванні треба намагатися їх зробити як можна більшими.

Таким чином, розроблено універсальний метод, за допомогою якого можливий розрахунок геометричних параметрів багатьох типів розрізних трапецій у процесі конструювання.

ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА

1. Ануфриев И. Е. Самоучитель MATLAB 5.3 / А. Б. Смирнов, Е. Н. Смирнова - СПб. : БХВ - Петербург, 2005. - 504 с.

2. Бахвалов Н. С. Численные методы / Н. П. Жидков, Г. М. Кобельков - М. : Наука, 1967. - 250 с.

3. Вахмалов В. К. Автомобили: Конструкция и элементы расчёта. - М. : Академия, 2006.- 408 с.

4. Вулих Б. З. Введение в функциональный анализ. - М. : Наука, 1967. - 320 с.

5. Гиршкевич А. И. Автомобили. Теория. - Минск : Высшая школа, 1986. - 205 с.

6. Литвинов А. С. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств / Я. Е. Фаробин - М. : Машиностроение, 1989. - 240 с.

7. Лукин П. П. Конструирование и расчет автомобиля. - М. : Машиностроение, 1984.

- 376 с.

8. Дячук М. В. Оптимизация конструктивных параметров неразрезной рулевой трапеции автомобиля / А. С. Лиходей // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури - Дніпропетровськ : ПДАБА, 2007. - 63 с.

9. Раймпель В. А. Шасси автомобиля: Рулевое управление. - М. : Машиностроение, 1987. - 232 с.

10. Осепчугов В. В. Автомобиль: Анализ конструкций и элементы расчёта /

А. К. Фрумкин - М. : Машиностроение, 1989. - 304 с.

11. Теорія експлуатаційних властивостей автомобіля. Навчальний посібник / А. П. Солтус.

- К. : Аристей, 2006. -176 с.

УДК 69.056.2

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ПРИ ВЫБОРЕ ЭФФЕКТИВНЫХ ВАРИАНТОВ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ

СИСТЕМОТЕХНИКИ И БИОНИКИ

М. А. Каплуновская *, асп.

*Запорожская государственная инженерная академия, г. Запорожье

Ключевые слова: системотехника, бионика, технологичность, эффективность,

конструкция, элемент, комплекс, коэффициент, анализ

Постановка проблемы. Научно-технический прогресс неуклонно ведёт к созданию новых методов проектирования и управления, к коренному совершенствованию капитального строительства. Вследствие этого вопросы оптимального проектирования строительных конструкций с использованием принципов бионики и широким применением ЭВМ приобретают новую актуальность. В этих условиях первостепенное значение приобретает разработка новых, соответствующих эпохе НТР, критериев оценки технологичности

43

Вісник ПДАБА

строительных конструкций, в особенности бионического типа, благодаря своей высокоэффективной рационализации использования материальных и энергетических ресурсов.

Анализ ранее проведенных исследований. Вопросы технологичности строительных конструкций и проектных решений зданий и сооружений активно разрабатывались с середины ХХ века. Результаты исследований отечественных и зарубежных учёных в области архитектурной бионики и технологичности строительных конструкций подтвердили особую эффективность бионического подхода при решении прикладных инженерных задач в актуальных направлениях техники.

Разработке методов комплексной оценки строительной технологичности проектов зданий посвящены исследования Р. И. Фокова [4]; в работах А. А. Гусакова [1] рассматриваются методологические основы системотехники, совокупность методов и средств формирования эффективных строительных систем и межсистемных связей; проблемами технологичности железобетонных конструкций и проектных решений, способствующих повышению экономической эффективности производства, занимался С. Н. Булгаков [5]; в лаборатории Ю. С. Лебедева [2] в результате многолетних теоретических и экспериментально-практических работ сложились основные направления развития архитектурной бионики как науки, охватывающие основные теоретические положения, методологию научно-исследовательских работ, проблемы формообразования, вопросы о природной стандартизации и унификации.

Большое количество одновременно применяемых показателей технологичности конструкций бионического типа усложняет выбор их рационального варианта. Для нахождения оптимального решения вопросов, связанных с оценкой технологических свойств конструкций бионического типа, возникает необходимость применения комплексных показателей и комплексно-системного подхода [6; 7].

Цель исследования - повышение уровня технологичности объектов строительства на основе использования архитектурно-строительных систем и системотехнических принципов.

Предмет исследования - строительные конструкции бионического типа, проектируемые для создания новых, более совершенных и функциональных строительных комплексов, оптимально использующих свойства биологических и технических элементов, объединенных в единую функциональную систему целенаправленного поведения.

Основной материал исследования. Системный подход - один из компонентов научных исследований. Системный подход и системные представления отвечают потребностям современного качественного анализа. Комплексно-системный подход к изучению и решению вопросов технологичности конструкций рассматривает предмет исследования в виде системы и составляет его интегральные свойства и закономерности, а также указывает на то, что вопросы технологичности необходимо рассматривать на всех этапах предпроектных проработок, проектирования, технологической подготовки производства, постройки и эксплуатации [6].

Система обеспечения технологичности конструкций в строительстве и её рациональное функционирование способствуют обеспечению конструкций высокой степенью технологичности [7]. Комплексный показатель технологичности образуется путём обобщения групповых показателей на более высоком уровне.

Относительный комплексный показатель, выраженный произведением частных показателей или отношением произведения частных показателей к их количеству (1) или сумме

(2) [9]:

К = К1 ' К1Э ' К2 ' К2Э

Пк ’

K = К1 ' К1Э ' К2 ' К2Э

К_г • К>Э + К • К2Э ’

где nk - количество частных показателей;

Кг, К2 - частный показатель технологичности;

К1Э, К2Э - коэффициент экономической эквивалентности /-го частного показателя. Среднеарифметический комплексный показатель технологичности, выраженный среднеарифметической или средневзвешенной величиной [7]:

N К

К =s -rf,

n=1N

где Kn - значение n-го частного группового показателя;

44

№ 8 серпень 2011

N - число частных (групповых) показателей, образующих комплексный показатель. Учитывая весомость (значимость, эквивалентность) отдельных исходных показателей, получим [9]:

К =

N

Z Ъп • кп

П= 1_____

N

Z bn

п=1

где bn - коэффициент весомости n-го частного (группового) показателя, определяемый

экспертными или другими методами.

Исследование многопараметрических корреляционных моделей определяет комплексный корреляционный показатель технологичности конструкции.

К = Л0 • К1

Л1

• КІ2 •... • К,

Лп

где Л0,Л,Л2,...,ЛП - коэффициент эластичности фактора КП, характеризующего степень

влияния n-го единичного (групового) показателя на исследуемый комплексный показатель технологичности.

Уменьшающий коэффициент определяется по системе уменьшения максимального значения показателя технологичности, основан на сравнении конструктивно-технологических факторов данного изделия с наиболее технологичной конструкцией типового представителя (6). Комплексный показатель технологичности исследуемой конструкции может обобщать ряд составляющих комплексных показателей, характеризующих группы факторов (свойств). Этот метод заключается в сопоставлении данной конструкции с эталоном (конструкции традиционного вида), уровень технологичности которого приравнивается максимальному значению [7]:

K

Z Кк1- к

іЗ

к -элемента

Z K

ЇЗ

где Кк1 - комплексные показатели групп факторов или отдельных процессов;

Кі3 - соответствующие коэффициенты экономической эквивалентности обобщаемых показателей по видам работ.

Общий недостаток известных видов комплексных показателей технологичности -невозможность их оптимизации.

Строительная технологичность, согласно [8]? определялась двумя соответствующими коэффициентами: Кс, установленным на основе сравнения расчётных стоимостей конструкций бионического и традиционного типов, и Кт, полученным при сравнении затрат ручного труда при возведении. Таким образом, исследование технологичности в работе происходит путём сравнения разрозненных конструкций, каковыми являются конструкции бионического и традиционного видов.

В этом случае возникает проблема несопоставимости значений коэффициентов технологичности Кс и Кт, что ведёт к затруднениям их совместного использования.

Рассматривая способы обобщения этих показателей в один комплексный, изучая методы определения комплексных показателей технологичности [2; 7 - 9] и основы статистических теорий по определению средних величин, установили, что поставленная задача наилучшим образом может быть решена при помощи средней геометрической величины.

Для комплексной оценки строительной технологичности использовался следующий способ определения коэффициента Кк [8]:

Кк = д/Кс  КТ ,

где Кс - коэффициент, установленный на основе сравнения расчётных стоимостей конструкций бионического и традиционного типов;

КТ - коэффициент, полученный при сравнении трудоёмкости возведения тех же конструкций.

Учитывая особенности проектирования строительных конструкций бионического типа, предложенный метод определения комплексного коэффициента технологичности недостаточен.

45

Вісник ПДАБА

Анализ особенностей проектирования бионических конструкций проводился с учётом правил основных принципов бионики [1 - 3] и методов определения комплексных показателей [9].

Для определения комплексной технологичности предложен вариант использования дополнительных корректирующих коэффициентов, характеризующих рассматриваемый вид конструкций.

Для оценки степени рационального использования строительных материалов предлагается применение коэффициента материалоёмкости:

К =

М

М.,

где Mj - “чистая масса” конструкции;

Мні - номинальное значение массы /-го материала для изготовления конструкции. Коэффициент сложности конструкции:

Ксл = • Kг ,

б

где пб - количество составных элементов рассматриваемой конструкции (бионического вида);

пнб - количество составных элементов конструкции конкурентного аналога

(традиционного вида);

Кг - коэффициент, учитывающий габариты исследуемой конструкции.

Коэффициент технологичности материала определялся следующим образом:

ктех.м= і - Т-,

a

где Т - время подготовительной обработки перед монтажом для рассматриваемой конструкции (бионический вид);

Та - время подготовительной обработки перед монтажом для конкурентной конструкции аналога (традиционный вид).

Используя метод уменьшения максимального значения, а также метод корректирующих коэффициентов, формула (7), с учётом (8), (9), (10) примет вид:

КК =д/Кт • КС • Км • Ксл • Ктехм.

Выражение (13) полноценно отображает комплексную технологичность строительных бионических конструкций.

Выводы. На основе системотехнического подхода рассмотрены вопросы применения комплексных показателей технологичности для строительных конструкций. Анализ показал, что система таких оценок обеспечивает высокую степень технологичности конструкций и рациональное их функционирование.

Выполнена развёрнутая характеристика комплексно-системного подхода и определена последовательность его формирования. Рассмотрена система комплексных показателей оценки технологичности строительных конструкций, в результате чего разработана методика определения комплексного показателя технологичности для бионических конструкций Кк, что дало основание для разработки организационно-технических мероприятий, прогнозирования стоимости строительно-монтажных работ и трудоёмкости на основе исследования динамики формирующих факторов.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Системотехника строительства / [Гусаков А. А., Богомолов Ю. М., Брехман А. И. и др.]; под ред. А. А. Гусакова. - М. : Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2004. - 510 с.

2. Архитектурная бионика / [Лебедев Ю. С., Рабинович В. И., Положай Е. Д. и др.]; под ред. Ю. С. Лебедева. - М. : Стройиздат, 1990. - 269 с.

3. Темнов В.Г. Конструктивные системы в природе и строительной технике / В. Г.Темнов. - Л. : Стройиздат. Ленингр. отд., 1987. - 256 с.

46

№ 8 серпень 2011

4. Фоков Р. И. Выбор оптимальной организации и технологии возведения зданий / Р. И. Фоков. - К. : Будівельник, 1969. - 192 с.

5. Булгаков С. Н. Технологичность железобетонных конструкций и проектных решений / Булгаков С. Н. - М. : Стройиздат, 1983. - 303 с.

6. Глозман М. К. Технологичность конструкций корпуса морских судов / М. К. Глозман. - Л. : Судостроение, 1984. - 296 с.

7. Прялин М. А. Оценка технологичности конструкций / М. А. Прялин, В. М. Кульчев -К. : Техніка, 1985. - 120 с.

8. Кутлыева Г. М. Оценка строительной технологичности фундаментов сельскохозяйственных производственных зданий.: дисс. ... канд. техн. наук: 05.23.08 / Кутлыева Гозель Мурадовна - М.: 1984. - 216 с.

9. Технологичность конструкций изделий: Справочник / [Адмиров Ю. Д., Алфёрова Т. К., Волков П. Н.]; под ред. Ю. Д. Адмирова. - [2-е издание перераб. и доп.] - М. : Машиностроение, 1990. - 768 с.

47