儿童约束系统范文
儿童约束系统范文（精选7篇）
儿童约束系统 第1篇
1 儿童乘员约束系统的现状
自20世纪60、70年代以来,为了保护儿童乘员在乘车时的安全,来自瑞典的伯蒂尔·奥尔德曼教授设计了第一把儿童安全座椅。在随后的40、50年里,儿童乘员约束系统研究取得了很大的突破和进展。
最开始研究的儿童安全座椅结构单一,只是通过后向乘坐对儿童进行保护,对侧面的保护、不同年龄阶段儿童保护的研究较少。基于对儿童乘车事故的调查,研究人员逐渐开始对儿童安全座椅进行不断的改进[2]。不同年龄阶段的儿童,其生理特征是不同的。研究人员根据不同年龄儿童开发具有高生物仿真度的假人模型,设计了相应的儿童乘员安全座椅,以最大程度提高儿童乘坐安全。儿童座椅发生失效的主要原因是安全带的紧固力不足,据调查发现,大约67%的儿童座椅的安装存在松动。目前,儿童座椅已设计出专门的固定系统将其紧固在汽车后排座椅上,其中比较典型的是美国的LATCH系统和欧洲的ISOFIX系统。
随着儿童乘坐安全逐渐受到重视,汽车儿童约束系统法规在世界各国建立并不断完善起来。法规的设立与实施,强制性要求儿童安全座椅的使用,大大提高了儿童乘坐安全。
2 儿童乘员约束系统的类型
儿童约束系统由儿童安全座椅、安全带系统、固定装置及汽车床组成,其中儿童安全座椅是最关键的组成部分,在此仅讨论儿童安全座椅和固定装置。
2.1 儿童安全座椅
目前市场常见儿童座椅按不同年龄段可以分为4大类,即0~1岁用儿童座椅;1~4岁用儿童座椅;4~8岁儿童座椅;8~12岁儿童座椅。随着其类型的不同,各座椅的设计也各不相同(见图1)。
主要研究方向:车辆安全与人体损伤。
2.2 固定装置
现在一般用的固定装置是LATCH(美国)和ISOFIX(欧洲)。美国的LATCH系统由下扣件和一条固定在座椅靠背上方的栓带组成,如图2所示。欧洲的IXOFIX系统由下固定系统和上端固定点组成,能够让驾驶人快速、稳固、正确地固定儿童安全座椅,如图3所示。这两种固定装置的区别主要体现在它们的结构形式上,具体表现是:(1)ISOFIX系统只允许使用刚性的底部连接件,而LATCH的地步连接件有可变性和刚性两种;(2)ISOFIX系统不一定需要使用顶部链绳,即CRS与车身的连接形式是刚性的,相反地,LATCH则必须使用顶部链绳[3]。
3 儿童乘员约束系统的应用
儿童安全座椅在欧美等发达国家已经得到了广泛的使用。不仅是儿童安全座椅的普及,其正确的使用也是很重要的,美国调查发现,在观察到的3 442个儿童约束系统中,严重误用的比例为72.6%。
由此可见,儿童乘员约束系统的使用情况还有待提高,这里提几点建议:
(1)通过社会媒体、学校教育对儿童乘员安全进行做大量宣传,政府可以给予相应的补贴,对儿童安全座椅的使用做出强制性要求。
(2)增加对儿童安全座椅正确使用知识,家长选购时要仔细,选择合适儿童的安全座椅,仔细阅读生产厂商的使用说明书及所提供的产品目录,严格按照要求进行正确安装,安装好后要检查是否安装好。
(3)定期对儿童安全座椅进行检查和维护,以免座椅质量出现问题不能很好地保护儿童的安全。
4 结语
从儿童乘员约束系统发展至今,儿童乘员安全座椅的研究已取得了很大的进展。通过假人模型的选择、试验条件的优化,采用更优的软件分析模拟、利用先进的技术等方法设计并提高儿童安全座椅的性能;对伤害评价指标和约束系统性能评价指标的完善;加强对儿童约束系统的正确使用的宣传和普及,提高家长对儿童乘车安全问题的重视,从而更好地保护儿童乘员的安全。儿童乘员约束系统的研究不仅对我们的生活有重要意义,而且其本身还具有很大的提升空间。
摘要：随着汽车的普及和技术发展,儿童乘员安全越来越受到重视,机动车儿童乘员约束系统可以有效地保护儿童乘员的安全,从而能够大幅度降低交通事故中儿童乘员的伤亡率。该文从发展现状、基本类型和应用方面对儿童乘员约束系统进行了研究,在此基础上展望了未来儿童乘员约束系统的发展前景。
关键词：机动车,儿童乘员约束系统,儿童乘员安全,儿童安全座椅
参考文献
[1]霍庆泽.初始源自未来-汽车儿童安全座椅的发展历史[J].世界汽车,2008(9):28-29.
[2]胡小强.基于模拟碰撞的儿童安全座椅改型设计研究[D].广州:华南理工大学,2011.
调度安全约束系统的开发与应用 第2篇
该系统共享EMS系统的图形、模型和实时信息, 建立起一个高效便捷的操作票平台, 为调度监控员提供一个智能、安全、可靠的操作防误手段, 提高了电网调度的自动化水平和工作效率。
1 调度安全约束系统设计结构
调度安全约束系统设计结构如图1所示。
从图1中可以看出, 本系统主要由以下几个功能模块组成。
(1) 安全校核。
安全校核包括SCADA实时状态下遥控五防校验和模拟环境下操作票的安全校核。安全校核贯穿于操作票和实际操作的整个生命周期。
(2) 操作票管理。
操作票管理模块主要有以下功能。
(1) 操作票的编辑。
包括操作票的新建、保存、打印、插入、删除、上移、下移、复制、粘贴、剪切等。
(2) 操作票流程管理。
包括操作票流程提交、流程回退、模拟预演、预发执行等。
(3) 操作票统计和查询。
(3) 智能开票。
(1) 支持多种开票方式:如智能多步开票、智能单步开票。
(2) 支持多种票类型:如一次票、二次票和描述票。
(3) 支持多种设备类型:如线路、变压器、开关、母线等。
(4) 支持综合令票和指令票。
(5) 支持图形开票和人工写票。即支持在线写票和离线写票。
(6) 支持典型票和历史票。
(4) 配置管理。
配置管理为用户提供灵活的、可视化的配置工具, 减少软件的二次开发工作量, 实现柔性化的软件架构, 提高软件通用性的需求, 是配置管理层的主要目标。该模块主要包括自由表单定制工具、规则库维护工具和流程权限配置管理工具。
2 调度安全约束系统的实现
2.1 安全校核的实现
2.1.1“五防”校核
“五防”是防止电力系统出现误操作的可靠保证。通常的“五防”是指防止电力系统倒闸操作中经常发生的五种误操作事故, 即误分合开关、带负荷拉合隔离开关、带地刀合隔离开关、带电合地刀 (挂接地线) 以及误入带电间隔。
本系统引入了系统拓扑五防, 将电网拓扑和“五防”规则结合起来实现设备间的操作闭锁。所谓系统拓扑五防, 主要是根据电气岛状态电气设备间的拓扑关系来实现设备操作的五防闭锁。它提取了根据“五防”要求的设备之间操作闭锁的基本规则, 通过拓扑搜索找出相互操作闭锁的设备, 不依赖于人工定义, 自动适应电气设备和电网拓扑结构的变化。
电力系统中的电气操作主要是开关、隔离开关和接地刀闸的操作, 因此“五防”也是针对这几种设备操作而言。
2.1.2 操作顺序校核
在监控员进行遥控操作时, 提供五防校核的防误操作约束机制, 同时提供操作顺序安全校核。遥控操作必须按照操作票的顺序进行遥控, 否则将提示用户, 彻底杜绝无票工作和误操作。
2.1.3 设备状态校核
实际操作前进行预演, 操作票中执行步骤的起始状态必须与当前设备的实际状态一致, 否则不能通过五防校核。
2.2 操作票管理的设计
系统提供丰富的编辑手段, 同时采用先进的痕迹保留技术记录下操作票修改的点点滴滴, 改变了过去人工编制操作票责任不能精确到人的问题。软件为加强操作票考核提供了手段, 从而进一步提高使用人员的责任心, 进而提升电网的安全运行水平。
系统主要提供以下编辑功能:自动弹图、保存、打印、插入、删除、移动、复制、粘贴、剪切、操作票编号管理、人工修改当前票的编号、设置系统的自动编号、操作步骤编号管理等。
2.3 智能开票的实现
该模块包括设备状态智能识别、操作步骤智能生成、自动模拟等。用户在图形上点选一个设备, 系统将自动识别设备的类型, 判断该设备的状态, 然后列出设备可以进行的操作列表。比如设备是运行状态, 则当前的任务就是:由运行转热备用, 由运行转冷备用等。用户选择一个任务后, 系统自动根据规则配置进行分解, 将一个操作任务分解成多个操作步骤, 并对操作步骤进行模拟。
智能图形开票的基本过程如图2所示。其中主要包括网络拓扑、设备状态分析、设备类型识别、规则匹配及解析处理、安全校核、操作模拟等过程。具体步骤如下。
(1) 首先打开图形浏览画面, 根据需要通过接口从EMS系统获取最新的电网模型、实时运行方式等信息, 形成开票环境。
(2) 用户点选设备后, 分析设备类型和设备状态, 并与规则库定义配合, 形成设备一次、二次操作及描述操作任务选项列表。
(3) 用户选择操作任务项, 根据规则库定义进行智能推理。
(4) 在推理过程中对每一步操作进行”五防”校核, 如果校核失败则提示用户, 根据失败原因由用户决定是否继续出票。
(5) 在推理过程中如果存在多种方案, 可以弹出对话框提示用户, 根据用户选择继续进行推理。
(6) 进行操作步骤解释, 形成基本的开关、刀闸、地刀和挂牌操作序列并在图形上模拟, 同时操作步骤在操作管理界面上显示保存;
(7) 转入步骤 (2) , 进行下一步的图形开票。
2.4 配置管理设计
2.4.1 自由表单定制
自由表单模板是指针对某一业务的表单样式, 在用户读取记录时用记录数据将表单模板实例化。通过此工具, 不同单位的维护人员可以根据本单位的业务需要绘制满足自己需要的业务表单, 定义数据库, 建立表单和数据库之间的关联关系, 设置单元格的显示方式。
利用表单模板定义工具, 操作票维护者可以灵活的绘制出自己的各种操作票面表单格式, 而无需修改任何程序。此外, 可以通过接口从外部系统中导入检修申请等信息, 通过表单定制检修申请的表单样式, 即可以在操作票系统中查看检修申请信息。
2.4.2 规则库定制
智能操作票规则库的设计是操作票系统的重点和难点, 也是智能操作票的核心。它不仅决定了一个操作票系统的智能性、通用性, 规则库的可维护性决定了操作票系统是否容易扩展, 以及应用成功。
要想做到操作票的智能性和通用性, 系统必须具备以下几个功能。
(1) 操作任务模型分析。开票人员将操作设备和操作任务提交给系统, 系统需要自动进行操作任务分析。
(2) 知识库定义。操作票系统的知识库定义包括操作术语定义、操作语义定义、操作任务定义和规则框架定义。操作术语定义就是将电气设备可以进行的操作进行的规范的文字表述, 比如运行转冷备用等。操作语义定义是一定格式的字符串, 用来定义操作步骤语句, 是操作步骤语句的组成要素, 在用户选择右键菜单的一个操作任务后, 将操作语义符用相应的信息加以替换, 即可以生成操作步骤语句。操作语义符的顺序、个数可以由用户自由组织。比如用
(3) 推理机。规则定义完毕后, 根据用户选择的操作任务进行遍历规则库进行推理, 最终生成操作票。
2.4.3 流程及权限定制
操作票的管理过程往往牵扯到多部门或同一部门间多个人的协同工作, 操作票需要从一个部门或一个人流转到另一个部门或另一个人。因此需要对表单的操作以及处理流程进行严格细致的控制, 并且必须便于用户随着今后的发展而调整变动。为此, 系统提供流程及权限定制工具, 实现对操作票流转过程以及相关表单操作权限的配置管理。
流程及权限定制工具通过对功能、角色、用户及组的多级管理机制, 为系统的权限管理提供了精确的保障手段。为了保证整个系统的安全性, 给不同的用户赋予不同的权限, 只有被授权的用户才能作相应的操作。
3 结语
本论文所介绍的调度安全约束系统已成功用于中山电网, 至今中山电力调度通信中心监控班利用该系统出票数百份, 操作上千项, 系统反应完全正确。该系统的应用提高了调度管理的集成度, 减轻了巡检人员操作压力, 提高设备的倒闸操作效率, 效果十分显著。应用实践证明系统已具备实用化的条件, 可在全国电力行业进行推广和应用。
摘要：本文重点介绍了中山电网调度安全约束系统的设计结构和实现原理。系统主要有两大功能, 对远方电气操作进行安全校核和操作票的应用。系统已经在中山电网投入应用, 应用实践证明系统较为完善而可靠, 值得推广。
安全气囊在约束系统中的作用 第3篇
安全气囊是美国工程师Jorn W.Hertrick于1953年发明的, 由于它在汽车碰撞事故中能够有效保护乘员, 减少伤亡, 近20年来在北美、欧洲、日本等发达国家得到迅速发展和普及。我国对安全气囊技术很重视, 现在新车型基本都配置有安全气囊。
安全气囊模块的全名称应为SRS AIRBAG, SRS是英文Supplemental Restraint System的缩写, 直译为辅助防护系统或辅助约束系统。SRS气囊系统的发展过程简要归纳为:发明于50年代, 开发于60年代、应用于70年代、发展于80年代、推广于90年代[1]。约束系统具体指在与乘员发生二次碰撞过程中, 约束乘员并与乘员发生作用的汽车零部件。它主要有座椅、安全带、仪表板、方向盘、转向管柱以及安全气囊[2]。所以, 安全气囊只是SRS的一部分, 是辅助防护系统中能够起缓冲作用的一种装置。
当汽车发生碰撞时, 汽车与汽车或汽车与障碍物之间的碰撞称一次碰撞。一次碰撞后, 汽车速度急剧变化, 驾乘人员就会受到惯性力的作用向前运动, 并与车内的方向盘、挡风玻璃或仪表台等物件发生碰撞, 这种碰撞称为二次碰撞;再之后, 是人体软组织器官和骨骼的撞击, 被称为三次碰撞 (图1) 。汽车的约束系统是在二次碰撞中起到了关键性的作用。
2 安全气囊理解误区的分析和说明
由于安全气囊在碰撞过程中被过分的夸大其功能, 导致许多消费者对其产生了一些误解。
误解一:该爆时不爆, 不该爆时却爆了!
安全气囊误爆, 许多消费者第一反应就是汽车的质量问题。其实, 是主机厂不重视车辆安全性吗?当然不会。可以说随着社会的进步, 汽车安全已经被提到首位。可为什么还会出现气囊误爆的情况呢?这要从以下几个方面进行阐述。
(1) 安全气囊匹配试验的一个重要部分是误作用试验, 即在非碰撞事故的状况下不能让安全气囊起爆。表1列举了一部分误用试验的路况。作者认为:安全气囊的误作用的起爆阀值比高速碰撞更重要, 安全气囊误爆会伤害乘员和增加维修费用, 客户投诉将严重影响企业的声誉和品牌的形象。而且车辆发生误作用的机率远远高于碰撞事故。所以, 大多数主机厂决定下述情况下, 安全气囊是不能起爆的。
表1中所列几种误作用试验形式是对大量行驶路况进行统计后形成的, 能够代表目前道路上的大多数行驶路况, 但是不能覆盖所有的恶劣行驶路况, 即某些恶劣路况行驶当中气囊有可能起爆。因为这些路况使车体感应到的加速度大小和速度速降持续时间与起爆判断标准类似, ACU (气囊控制器) 误认为是发生了交通碰撞事故, 所以发出指令引爆了气囊。例如以下交通事故形式:
一、高速行驶在坏路上容易引起安全气囊误爆的烂路, 由于路面损坏严重, 如果车辆高速行驶所产生的冲击加速度以及持续时间符合了安全气囊起爆条件, ACU给出点火信号让安全气囊起爆。
二、碰撞传感器的布置区域受到了严重的冲击变形, 产生的冲击加速度以及持续时间符合了安全气囊起爆条件, 那么ACU给出点火信号也会让安全气囊起爆。
(2) 安全气囊匹配试验的另一个重要环节是碰撞试验, 即根据不同车型确定气囊的起爆与否的速度阀值, 并通过一系列的不同速度的碰撞试验最终匹配合适的安全气囊。更准确的说, 是通过不断的优化气囊的保护能力的同时, 匹配合适的车辆约束系统。
以上7种碰撞试验形式是对大量交通事故进行统计归类后形成的, 能够代表目前道路上的大多数交通事故, 但是不能覆盖所有的交通事故形式, 即某些交通事故当中气囊有可能不起爆。例如:
1) 汽车受侧面碰撞超过斜前方±30°角时;2) 汽车受横向碰撞时 (如果有侧面气囊或气帘会在侧碰中起爆, 但不排除个别车辆匹配时会让侧碰时正面气囊也起爆) ;3) 汽车受后方碰撞时;4) 汽车发生绕纵向轴线侧翻时。
由此可见, 气囊起爆也是有条件的, 正是由于不了解这些原因, 大家才对汽车碰撞后气囊的“无作为”大为不满。由于车辆本身的原因和实验室目前尚不能完全模拟出所有碰撞类型以及开发费用庞大等等诸多原因, 安全气囊也许关键时刻它会成为保卫我们生命安全的最后一道屏障, 也许它可能吝啬的让人们与其绚丽的绽放失之交臂。
误解二:安全气囊“万能论”。
许多消费者认为, 车里安装了气囊, 安全性大大提高了, 过分的依赖了安全气囊。其实, 在一般的前方撞击意外中, 第一保护你的防线就是车头的预折区域 (Crumble Zone) 。这个预折区域透过变形来吸纳或分散撞击力, 也即常说的吸能结构。当车辆因撞击而停顿, 但突然的减速力仍会使得乘员的上身不自控地向前冲的时候, 安全带便发挥它的功能了———它舒缓你上身的前冲运动。不过, 如果撞击力巨大的话, 安全带亦不能有效的制止这种运动, 你的头部和上身仍然会向前冲, 这便是安全气囊出场的时候了, 当它充气弹出时, 便能够在你的头部和胸部形成一种护垫的功能, 避免了这些部位直接撞击到转向盘或仪表板上。保护乘员在撞击中不受伤害。
所以, 安全气囊只是撞击时的第三道防线, 第一防线是车头的预折区域, 这不是所有车都有的东西, 譬如平头车就欠缺点, 但第二防线安全带。单独使用安全气囊可使事故死亡率下降18%左右, 它与安全带配合使用可使事故死亡率下降47%左右。而单独使用安全带可使事故死亡率下降42%左右。可见, 安全带对于乘员保护的效果好于气囊[3]。2011年5月, “长安街英菲尼迪案”肇事者之所以成为唯一幸存者, 就是因为佩带了安全带的缘故。而且, 作者强调, 国内乃至欧洲 (美国除外) 气囊的开发和匹配都是以驾乘人员佩带安全带为依据的。如果没有使用安全带时, 气囊的起爆极有可能对人员造成伤害。对于车身来说, 提高汽车结构的安全性, 即让汽车碰撞部位的塑性尽量大, 吸收较多的碰撞能量, 降低汽车减速度峰值, 尽量减缓一次碰撞的强度;同时使得汽车乘员舱部分有足够的强度和刚度, 确保汽车乘员的生存空间, 并保证发生事故后乘员能顺利逃逸, 保证碰撞时乘员身体不暴露到车外。对于约束系统来说, 座椅的结构必须保证乘员碰撞中不产生下潜运动;安全带的限力值设计合理;气囊的展开时间精确等等。可见, 合理的车身结构和良好的约束系统的组合才是保护消费者免受伤害的必备条件[4]。
由此可见, 安全气囊在被动安全系统中虽然是最后一道保障, 但并不是完全由它来保障人的生命。如果非要按照比例来划分的话, 安全带的安全性要占到60%, 仪表板、座椅等部件的安全性要占到30%, 而气囊的安全性仅占有10%左右。只有在全车的约束系统匹配合理的情况下, 安全气囊能够做到锦上添花般使保护性更好。并且, 作者相信, 随着科技的发展, 应用在汽车上的高新技术越来越多, 伴随着许多主动安全功能的开发, 车辆会越来越安全, 越来越利于驾驶。
摘要：随着汽车保有量的增加, 汽车道路交通事故逐年增加, 汽车约束系统应时而生, 极大程度上挽救了人们的生命。安全气囊作为约束系统中最后的安全保障, 毫无争议的吸引了大量眼球。但安全气囊这把双刃剑带来的伤痛也使众多消费者对其产生了质疑。作者根据多年的工作经验针对消费者对安全气囊的一些误解做了具体的说明, 分析了安全气囊误爆的原因以及安全气囊是在什么情况下起爆才真的安全。并进一步将安全气囊在整车约束系统中起到的作用做了具体的分析。
关键词：安全气囊,碰撞,约束系统
参考文献
[1]舒华, 姚国平, 曹斌.汽车SRS气囊系统结构原理与事故诊断[M].北京理工大学出版社, 1998.
[2][3]张金换, 杜汇良, 马春生.汽车碰撞安全设计[M].北京清华大学出版社, 2010:2.
约束理论在物流系统优化中的应用 第4篇
企业的物流活动是由机械、设备、工具、节点、线路等物质资料要素相互联系组成的有机整体。由于物流系统各要素之间存在制约以及包括节点设置、线路选择等各方面存在很多值得改进的地方, 因此在提高物流系统效率的过程中应充分考虑一些特定的优化方法。约束理论是一类应用非常广泛的理论, 它是关于如何改进以及如何最好地实施这些改进的管理理念, 它可以帮助企业识别出运行过程中存在着哪些制约因素, 从而更有效地实现企业目标。
二、约束理论的核心思想及其决策方法
约束理论的核心思想是:正如同一个链条的强度取决于它最薄弱的环节, 企业整个经营业务流程也是由产出率最低的环节决定着整体的产出水平, 这就是所谓的“约束”。
1、应用约束理论对约束性作业的辨别。
约束理论从生产作业运营速度的角度, 将原材料和外购部件转化为最终产品并被送到消费者手中的整个过程, 区分为约束性作业和非约束性作业两部分。约束性作业就是那些制约生产并影响完工效益的作业。那些不影响企业完工效益的生产、分销作业是非约束性的。
2、处理约束作业的决策方法。
定义和处理约束理论的决策方法统称为思维流程, 思维流程是约束理论的主要工作方法, 它主要是通过几种技术工具来支持约束理论, 主要包括现实树、当前现实树、未来现实树、转变树以及必备树等等。其中现实树是因果图, 分为当前现实树和未来现实树, 现实树的建立要严格遵循若干条逻辑规则。
现实树中的当前现实树是用来回答改进什么时, 系统中明显地存在着的那些不尽人意的地方称为“不良效果”。通过绘出将这些不良效果联系在一起的逻辑关系图有助于找到真正的问题症结所在, 在看清问题的前提下找到解决方案, 把这些解决方案插入到要求改进的环节进行重新连接得到未来现实树。管理者可以以此为参考来解决瓶颈问题并提高完工效益。
三、约束理论在实际问题中的应用
在处理物流系统中的“瓶颈问题”时, 一般会考虑约束理论。通过思维流程找到“瓶颈”所在, 并制定相应的改进方案。下面通过某一企业的约束瓶颈问题来阐述约束理论在物流系统中的应用。
1、问题的提出。
某市有一第三方物流提供商, 其主要业务是为某大型组装厂提供零配件供应的物流服务一体化运作。该企业所租用的仓库因资金短缺, 可用于物流基础设施的投资资金相对较少, 仓库内只有叉车和托盘等比较简单的设备, 物流市场存在着大量的竞争者, 企业利润空间比较小。客户对企业所提供的服务的投诉较多, 。目前该企业的业绩已经开始下滑, 营销部门的员工采用了很多方法都不能大幅增加企业的业务量, 市场分额很难再扩大。
2、问题分析及确定解决方案。
根据该企业目前现状, 为使企业不至于退出市场, 我们要找出制约企业发展的具有不良效果的瓶颈问题, 然后通过约束理论中的思维流程对该企业进行改进。由上述对问题的论述可以得知不良效果主要包括:竞争日益激烈、信息不完全、、管理水平低、业务量小、资金不足、运作效率低等六个部分。通过分析可知, 资金短缺是限制企业进一步发展的瓶颈, 企业必须采取措施来提高服务质量;物流行业竞争激烈, 要想在有限的市场中占据一席之地必须开辟新的利润渠道, 以获取更大的利润;在这些问题得到改进以后企业还需通过降低回程空驶率来降低物流成本。企业应采取措施降低固定成本, 以比较少的投资做到较好的服务。
经过研究我们自己制定出未来现实树并进行研究得知如企业持续稳定地获取利润, 首先要了解客户的需求, 针对企业的现状作出相应的改进。各部门工作人员进行沟通来制定和事实改进方案。
四、结语
约束性作业会影响到整个流通过程的进展, 如果要对系统进行优化的话最重要的就是如何改进约束性作业。约束理论分析的目的首先就是辨认并去除约束性限制, 以使流通的速度更快, 使整个流通过程的效率更高。如果在流通过程中只有一种物资需要调配, 管理人员就可以通过改进约束性作业来实现流通过程中效率的最大化。
参考文献
[1]潘爱香:《试论约束理论及其现实运用》, 《北京工商大学学报》 (社会科学版) , 2004年第3期。[1]潘爱香:《试论约束理论及其现实运用》, 《北京工商大学学报》 (社会科学版) , 2004年第3期。
[2]邹珺:《关于城市物流结点规划的思考与分析》, 《中国水运》 (学术版) , 2007年第1期。[2]邹珺:《关于城市物流结点规划的思考与分析》, 《中国水运》 (学术版) , 2007年第1期。
[3]陈柳钦、陈文钊:《现代物流的系统性及相关问题探讨》, 《铁道物资科学管理》, 2003年第3期。[3]陈柳钦、陈文钊:《现代物流的系统性及相关问题探讨》, 《铁道物资科学管理》, 2003年第3期。
[4]陆阿妮:《约束理论的思维流程在物流企业中的应用》, 《市场周刊.管理探索》, 2004年。[4]陆阿妮:《约束理论的思维流程在物流企业中的应用》, 《市场周刊.管理探索》, 2004年。
[5]胡运权:《运筹学教程》, 清华大学出版社, 2003年。[5]胡运权:《运筹学教程》, 清华大学出版社, 2003年。
[6]李波:《现代物流系统规划》, 中国水利水电出版社, 2005年。[6]李波:《现代物流系统规划》, 中国水利水电出版社, 2005年。
[7]赵皎云:《供应链优化与物流网络建设》, 《物流技术与应用》, 2008年第7期。[7]赵皎云:《供应链优化与物流网络建设》, 《物流技术与应用》, 2008年第7期。
儿童约束系统 第5篇
对航空事故的调查表明,如果飞机结构设计过程中考虑坠撞安全性因素,那么92.8%的坠撞事故都将是可生存或部分可生存的,从而可以大大提高乘员的生存率[1,2]。对于民用飞机而言,除了满足基本的飞行要求以外,还必须具有很高的可靠性和安全性,因此开展飞机结构适坠性的研究非常必要。在飞机发生坠撞过程中,主要利用机身底部的吸能结构,来减缓吸收坠撞的冲击能量,从而保证飞机结构的完整性。然而,从提高乘员的生存率的方面考虑,座椅系统是关键设备,对乘员的安全有重要影响。
国外对于航空座椅及假人动态响应进行了大量的研究,尤其是包含假人/座椅系统的整机坠撞研究。1995年,E.Schuller等人根据9g静力试验和16g动力试验的要求对座椅的稳定性和乘客的保护措施进行研究,结果表明严重撞击引起的座椅变形,将会影响乘员的生存和逃生空间[3]。2006年,Patil A.A对儿童座椅及约束系统的建模和性能进行了评估,其利用Hypermesh和MADYMO程序对两种儿童座椅进行有限元建模,并进行了动力学仿真,最终证明了模型的有效性。2008年,John Rasmussen和Mark de Zee等人研究通过优化航空座椅的坐垫和靠背等参数以达到最佳的空间舒适度和安全性。
我国对于航空座椅及其假人动态响应的研究起步较晚,而且主要集中在计算机仿真研究。2007年,西北工业大学的周昊等人,采用LS-DYNA软件建立座椅有限元模型和HybridⅡ型假人多刚体模型,模拟了航空座椅和假人在冲击中的响应过程,评估了航空座椅结构的动态冲击性能。南京航空航天大学的何欢等人,使用带有Hybrid III型标准假人的全机模型进行了纵向坠撞分析,并根据乘员的动态响应,提出了座椅约束系统的设计改进方案。
本文以某型航空假人/座椅约束系统多刚体模型为基础,对座椅靠背角度、坐垫刚度、安全带刚度和安全带锚点位置等主要影响因素设定3种不同水平(变量值),以人体脊椎受力为评价指标,采用正交试验设计极差分析法进行优选,得到最优化的模型,最后分析优化结果的仿真数据,证明优化结果的优良性。
1 MADYMO理论基础
本文采用MADYMO多刚体动力学仿真软件,进行乘员的运动和动力响应计算和分析。乘员与座椅系统由多个刚体所组成,MADYMO对多刚体系统的动力学算法采用达朗伯-拉格朗日方程描述,以刚体来代表座椅系统和假人,各刚体之间的相互作用通过接触来定义,刚体表面无变形,而作载荷和响应数据依据穿透量和接触特性来计算。因此,仅限于研究乘员的冲击动态响应问题。
2假人/座椅约束系统建模方法的验证
在MADYMO软件建模中,座椅部件、安全带的建立、假人的调用和坐姿的调整,模型中接触的合理定义,对假人响应的正确性起到了决定性的影响。建模方法的准确合理性,成为了模型是否有效的关键点。因此,首先对标仿真模拟MD-500型直升机坠撞试验,以此验证建模方法的合理有效性。
2.1试验简介
2009年12月,美国NASA在Langley研究中心针对MD-500直升机进行了全尺寸坠撞试验[8],试验假人为四点式安全带的Hybrid III型50百分位男性假人。测得驾驶员座椅处的坠撞速度、加速度脉冲和假人头部、胸部和盆骨处加速度响应。
2.2模型建立
由于在试验中,测得了座椅处的加速度脉冲,因此建立简化的假人/座椅约束系统模型,其中座椅包括坐垫和靠背的椭球实体。安全带选用MADYMO自带的混合型安全带,定义有限元安全带参数,指定安全带与假人身体的贴合部位,模块化建立两条肩部安全带和腰部安全带。然后,采用命令CONTACT.MB_FE对安全带与人体部位进行接触定义,其中主面MASTER_SURFACE选择人体,从面SLAVE_SURFACE为有限元安全带。此外,选择与试验相同的Hybrid III型50百分位男性仿真假人,其坐姿按照实际假人坐姿进行调整。将测得的速度及加速度脉冲加载在座椅上,进行仿真试验。
2.3方法验证
由于在坠撞试验中,垂直Z向加速度最大,对人体损伤也最严重,因此选择输出头部、胸部和盆骨处的垂直方向加速度响应曲线,与试验进行对照,验证建模方法的有效性.。
在飞机坠撞事故中,人体为柔性体,器官的载荷响应中载荷峰值对人体的损伤最大。同时,头部损伤作为汽车、航空领域乘员保护的最重要伤害参数,被各国法规和文件体系所重视。因此,本试验以头部加速度为主要指标。结果表明,头部Z向加速度曲线与试验符合性较好,两条曲线的波形趋势大体一致,响应曲线峰值为9.75g,而试验中响应曲线峰值为10.01g,两者相对误差为2.6%,第二个波峰的时刻与试验数据基本相同。胸部Z向加速度响应的两条曲线波形趋势基本一致。仿真试验首个峰值时间较试验数据提前15ms,而第二个峰值出现时刻在150ms左右,与试验数据基本符合。此外,对仿真结果动画与试验过程视频进行比较,模型响应过程基本一致。
对于仿真结果存在的误差,分析由于以下原因:
1)由于座椅几何形状和材料接触特性不够精确,模型仅为简化模型。仿真模型坠落时不考虑空气等外界阻力的影响,所以仿真结果的峰值时刻比试验结果较早出现,但其波形趋势大体一致。
2)座椅结构为刚体,仅依靠物体间的接触特性来描述物体的变形,在碰撞的瞬间,以及假人与座椅接触的过程,峰值突起剧烈,因此试验数据的曲线比仿真结果曲线更加平滑。
通过以上对MD-500直升机座椅和乘员模型的建立,以及与试验中乘员头部、胸部和骨盆的Z向加速度动态响应数据对比分析,最终可知,该模型基本上能够反映出假人的响应特征,建模方法有效合理。
3航空座椅约束系统模型
3.1系统模型的建立
该假人/座椅约束系统模型包括客舱框段(舱壁和地板)、座椅、约束系统(安全带)和假人组成。如图1所示,在MADYMO软件中,建立某客舱机身框段双排座椅多刚体模型,其中假人采用MADYMO假人家族库中FAA HybridⅢ型假人模型。
FAA颁布的咨询通告AC25.562-1B建议,假人模型应位于座椅中心位置,并依靠在座椅靠背上,大腿放置于座垫上,双手应置于大腿上,假人双脚至于地板上。同时,咨询通告AC25.785-1A对乘员安全带的安装也做出了要求,将假人调整到合适的乘员姿态。此外,同样选用MADYMO软件特有的有限元和刚体的混合型安全带模型,建立两点式腰部安全带。
3.2初始条件的设定
1999年,FAA在亚特兰大的技术中心进行了B737机身框段的垂直坠撞试验[9],以分析飞机在坠撞过程中,机体的结构变形和乘员的响应。根据试验测得坠撞垂直速度为9.144m/s,以及座椅地板处的速度及加速度响应。
本试验以上述FAA所做的Boeing 737机身框段的垂直坠撞试验为参照,通过速度加载命令INITIAL.JOINT_VEL,设定与试验相同的初速度。通过MOTION.JOINT_ACC命令,将试验脉冲加载在座椅模型上。
3.3假人响应的输出设置
座椅约束系统的可靠性和优劣性,需要一定的评价准则,以确定乘员的伤害在可接受的范围内。由于飞机在垂直坠撞过程中,脊椎受到的损伤最大,对乘员的安全具有重要的影响,因此本文选用脊椎下部受力输出指标。最后对模型仿真计算后,得到假人腰椎下部所受载荷为4.10k N。
4正交试验的设计
以上述假人/座椅约束系统为原始模型,按照正交试验的设计要求,对座椅结构进行优化。设定4个变量因素,分别为座椅角度、安全带锚点位置、相对于原模型的安全带刚度和坐垫刚度,每一因素选择3水平(变量),如表1所示。选择四因素三水平L9(34)正交试验表。
5正交试验参数分析
表2为试验输出结果极其计算结果,其中由数据Rj可知影响因素的主次顺序为BADC,即坐垫刚度、座椅角度、安全带锚点位置和安全带刚度。
该试验的目标为脊椎载荷最小,根据这一原则,可以确定试验的最优结果为B3A3D3C3,对应的仿真模型数据及乘员脊椎载荷。如表3所示,最终乘员脊椎载荷减少了11.14%。
6结论
正交试验设计作为一种快捷的优化设计方法,在产品设计初期具很强的实用性。对于正交试验数据的处理,往往采用极差分析法,具有简单易懂,计算量少,快捷高效的优点。
本文基于以上考虑,在航空座椅设计初期,采用正交试验极差分析法,基于MADYMO软件,以优化某航空座椅约束系统为目的,首先,建立简化的MD-500直升机座椅/假人模型,并与坠撞试验数据对照,验证建模方法的有效性。其次,建立客舱机身框段假人/座椅约束同模型,按照法规对假人姿态及安全带进行调整,参照B737坠撞试验,对其进行坠撞仿真试验。最后,采用正交试验极差分析法,设计四因素三水平正交试验方案,对该航空座椅进行优化设计,同时分析得到影响评价目标的各因素主次性排序。最终结果表明:该座椅模型运用正交试验设计方法,可以使得乘员的脊椎载荷减小11.14%,显著降低了乘员的损伤风险,改善了座椅的乘员安全性。
摘要：本文以优化某航空座椅约束系统为目的 ,建立了某假人/座椅约束系统多刚体模型,运用MADYMO软件进行分析。首先运用某机型座椅坠撞试验数据进行比照,验证建模方法的有效性。其次建立某型座椅模型进行坠撞仿真试验。最后,采用正交试验极差分析法,设计五因素四水平试验方案,对该航空座椅进行优化设计。最终结果表明:该优化设计方法使得乘员的脊椎载荷减小了11.14%,显著降低了乘员的损伤风险。
关键词：坠撞,航空座椅,正交试验,仿真
参考文献
[1]Shanahan DF,Shanahan MO.Kinematics of U.S.Army helicopter crashes:1979-1985[J].Aviation Space and Environmental Medicine,1989,60(2):112-121.
[2]张弘,魏榕祥.通用飞机抗坠撞设计指南[M].北京:航空工业出版社,2009:4-7.
儿童约束系统 第6篇
关键词：闸片,平行线检测,厚度测量,在线检测
0前言
闸片是动车组盘形制动装置的重要组成部分,闸片磨耗问题是动车组运行过程中经常出现的问题之一,直接影响到动车组的安全运行[1,2,3]。
在传统的自动化生产尺寸测量中,典型的方法是利用卡尺或千分尺在被测工件上针对某个参数进行多次测量后取平均值。这种检测手段存在测量精度低、测量速度慢、测量数据无法及时处理等问题,无法满足大规模自动化生产的需要。尤其是对于动车组的制动盘闸片来说,其具有尺寸小、安装位置隐蔽等特点,采用传统的测量方法不仅操作困难、而且无法在动车运行的过程中对闸片厚度进行实时测量。
基于机器视觉的尺寸测量方法具有成本低、精度高、安装简易等优点,其非接触性、实时性、灵活性和精确性等特点可以有效地解决传统检测方法存在的问题,所以系统采用工业级摄像头采集闸片的高清图像,可以用图像的方法完美地解决以往人工测量闸片厚度的问题。
1 总体技术流程
针对动车组制动闸片的特点和传统测量方法的缺点,研发了一套完整的机器视觉检测系统,首先在轨道边安装图像采集装置以采集过车图像。对采集到的图像做增强预处理,便于闸片区域定位和特征提取。利用闸片模板图像与经过预处理的闸片图像进行匹配以定位闸片。根据闸片上下边缘平行的特征,用基于PCA方向约束Hough直线检测,检测闸片的上下边缘。通过计算两条边缘之间的距离即可得到闸片厚度。基本流程如图1所示。
1.1 图像预处理
安装在铁轨上的相机采集车闸图像,并将原始图像传输到主控计算机,由于铁路环境的复杂性及天气等原因,导致采集到的图像质量较差,使后续检测及测量困难。因此,对图像进行增强预处理。
设f(x,y)表示输入图像的像素点(x,y)的灰度值,g(x,y)表示相对应的输出图像的像素灰度值,则增强变换的方程可表示为式(1)所示的形式,其中a是拉伸系数,a,的取值可以根据实际需要来确定。
经过增强的输出图像,整幅图像的对比度得到提高,输入图像中一些看不到的细节会变得更加突出、更加便于观察(图3)。
图2源图像图3增强图像(参见下页)
1.2 感兴趣区域定位
该思路是基于最小匹配误差对感兴趣区域进行定位,确定闸片位置。通过寻找匹配误差最小值(如图4所示)能够对目标(闸片)区进行目标定位。匹配方法描述如下:
若用I(x,y)表示图像,T(x,yx,y)表示模板,R(x,y)表示结果。在模板与图像重叠区域x'=0..w-1y'=0..h-1之间求和:
图5所示为采用的模板图像,图6中标示框里误差最小的匹配区域,即闸片所在位置。
1.3 特征提取
闸片的特征是上下边缘是两条平行的直线,获取两条直线之间的距离即可得到闸片厚度。
利用基于局部PCA方向约束的Hough平行线检测方法进行平行线的检测。将构造的基于局部PCA方向约束的Hough变换平行线检测算法描述如下[4,5]:
(1)输入车闸图像,利用边缘检测算子得到边缘图像。
(2)针对边缘象素,利用局部窗进行局部PCA主方向分析估计边缘主方向。
(3)统计主方向的分布信息,建立边缘象素主方向分布直方图。
(4)在边缘象素主方向分布直方图中,选择当前最大主方向,根据模糊映射出Hough变换的极角搜索范围,若的取值过大,就会引入一些不必要的值;过小,会丢失的有效值,这里选取搜索步长,。然后进行局部累积Hough平行线检测。
(5)判断满足条件(直线长度)的直线是否检测结束,否则,返回第(4)步,直到检测出所有平行线。
(6)结合闸片的先验知识,选择符合条件的一组平行线测量间距。
1.4 闸片厚度计算
由Hough变换检测到闸片的上下边缘,边缘可用直线方程ax+by+C=0描述[6]。
如图7所示,将闸片上边缘线段看成是由n个点(x0,y0)、(x1,y1).(xn,yn)组成,所以闸片的厚度即可看成是由若干个点到线段的距离组成。点到线段的距离公式
设闸片的厚度为h,因此闸片的厚度为:
2 结论
实验结果表明,本系统的检测精度能达到7%以下(厚度为30像素时,测量误差的标准差为2像素),检测时间能满足实时在线检测的要求。此技术不但可以检测闸片位置及厚度,还可根据近期数据拟合闸片厚度变化曲线,分析变化趋势,预测厚度到限时间,为作业人员提供参考,起到预警的作用。
参考文献
[1]侯宾.温福线CRH_(1B)型动车组拖车闸片磨耗问题分析[J].铁道机车车辆,2011(2):52-55.
[2]钱坤才.高速动车组用制动盘的研究.铁道车辆[J].2009,47(4):18-23.
[3]顾磊磊,左建勇,朱剑月.等.基于有限元法的动车组制动盘制动能力分析[J].机车电传动,2009(5):7-9.
[4]胡正平,杨苏,王成儒.基于局部PCA的参数约束Hough直线分层检测[J].系统工程与电子技术,2009,31(11):2447-2451.
[5]Matas J,Galambos C,Kittler J.Robust detectionof lines using the progressive probabilistic houghtransform[J].Computer Vision and ImageUnderstanding,2000,78(1):119-137.
儿童约束系统 第7篇
为提高汽车被动安全性能,减少乘员伤亡,在汽车开发阶段必须研究汽车结构的耐撞性和在碰撞中对乘员的保护作用[1]。目前在进行约束系统仿真性能优化时大部分都是针对安全带、安全气囊、方向盘和座椅的特性进行优化,往往忽略不确定因素的影响,当设计变量产生波动或者碰撞条件变化时,优化目标就会超出约束界限导致设计失效,从而延长产品开发周期,增加开发成本。传统的确定性的仿真优化结果不能保证系统对设计变量和不可控噪声因素的稳健性。
近年来,以试验设计为基础的田口鲁棒设计方法逐步成为产品质量稳健设计的重要工具。美国通用公司的Baskar等[2]采用田口鲁棒设计方法对车门悬挂系统进行了优化,提高了系统的稳定性。韩国现代公司的Seybok等[3]将田口鲁棒设计方法应用于汽车偏置碰撞的乘员保护中,在提高保护效能的同时提高了设计的稳定性。目前国内在汽车研发过程中采用该方法的例子还很少,将该方法应用于汽车被动安全的研究基本未见报道。
标准配置的微型客车为降低成本往往不带安全气囊,在正面碰撞过程中,乘员易受到严重伤害。本文通过MADYMO软件建立了某微型车的驾驶员侧正面碰撞约束系统的分析模型,并进行了试验验证。在此基础上将仿真分析和田口鲁棒设计方法应用到了乘员约束系统设计中,并结合试验设计和稳健性理论,从综合性能最好的角度进行了参数的优化组合,以最大限度地发挥安全带上挂点位置、座椅刚度、下轮缘刚度及安全带刚度的约束效能,实现在未配置安全气囊的情况下提高设计目标的优化效率及目标函数的稳健性和可靠度。
1 正碰仿真模型的建立与验证
汽车正面碰撞约束系统模型主要包括车体系统、假人、座椅和安全带。本文以某车驾驶区域的相关尺寸及基本参数为基础,利用MADYMO软件建立了包括地板、加速踏板、搁脚板、仪表板、挡风玻璃及转向管柱和转向盘在内的车体系统,建立了包括座椅靠背、坐垫及座盆在内的座椅模型,建立了包括安全带上下安装点、带扣、卷收器及高度调节器在内的安全带模型。另外座椅骨架及转向系统相对于车身的平移和转动通过定义相应平移铰和转动铰的预运动来模拟。假人采用MADYMO软件中自带的混三50百分位面假人,它能准确地描述假人在碰撞中的运动学和动力学特性,提供准确的假人伤害值。当车体模型和假人模型建好后,对假人和车体有可能接触的地方定义接触。在正面碰撞过程中,主要接触有:假人头部与上轮缘及中心面板、假人胸部与下轮缘、假人与安全带、假人鞋与地板/防火墙/踏板、假人髋部与座椅、膝盖与膝垫等。
因本文中所用微型客车未配置安全气囊,故在建模中省略了气囊建模这一部分,同时也没有假人与安全气囊的接触。最后将试验中测得的左侧B柱下端的加速度信号和重力场施加在MADYMO模型上,完整的约束系统模型如图1所示。
由于约束系统模型中有一些参数无法通过简单的试验测得,如假人与安全带的各向摩擦因数、膝盖与膝垫的接触刚度等,需要通过经验及查阅相关文献得出,并参照试验中假人的响应进行修正。修正的依据是:由输入的参数(参数取值必须在允许范围内)计算得出的假人各部位响应值与试验值基本相符。图2所示是模型验证后的假人各部位响应与碰撞试验响应的对比。
由图2可以看出仿真曲线的形状、峰值、峰值时刻及脉宽等基本特征与试验曲线基本相符。具体的试验和仿真主要损伤指标对比如表1所示。从表1可以看出:仿真得出的人体损伤指标与试验结果存在一定的误差,但关键损伤指标的误差范围均控制在15%以内。表1中头部伤害指标HIC36试验值和仿真值分别为960.2和945.1,胸部压缩量试验值和仿真值分别为72.6mm和66.5mm。根据GB 11551-2003乘用车正面碰撞的乘员保护标准,对处于前排外侧座位的假人,头部伤害指标(HIC36)应小于或等于1000,胸部压缩量应小于或等于75mm。从以上分析可以看出:若不做优化改进,该车型很容易超出该标准的要求,而使设计失效。
2 田口鲁棒设计方法
2.1稳健性优化设计
鲁棒设计又称稳健设计或健壮性设计,是通过降低产品或过程中不确定因素对质量特性的影响,从而提高产品质量稳定性的设计方法。稳健优化设计主要是减少、控制目标函数响应的波动,降低在设计点上的敏感性,即使目标函数响应均方差减小,实现“均值达到目标”和“均方差最小化”的目的[4]。稳健优化设计的核心是寻求“平坦的”设计空间,降低设计变量波动引起的变化,构造包括目标均值和均方差在内的稳健性优化公式。如图3所示,如果不考虑设计变量的波动对目标函数的影响,点1应为目标函数最小点(最优结果)。若考虑设计参数x以±Δx波动,则在点1处得到的Δf1明显偏大,况且目标函数值也超出了约束界限,使设计失效。在点2处设计参数x以±Δx波动,得到的Δf2要比Δf1小很多。选择点2的不足之处是增加了目标函数f在点2处的平均值。所以在寻求稳健性解决方案时也应对目标函数的平均值进行评价。由图3可见,仍存在比点2更平坦的点(点2的右边,x增长的方向),但目标函数的平均值有可能超出可以接受的范围。因此,期望的平均值性能和降低波动性能两个指标都必须在稳健优化过程中充分考虑。
典型的稳健性优化公式如下:
式中,x为设计变量;Gj为约束函数;j为约束函数的个数;xU、xL分别为设计变量的上下限。
式(1)中既要最小化平均值性能和降低波动性能,又要满足约束的波动边界,因此,稳健性优化设计目标函数可描述如下[5]:
式中,W1i、W2i为权系数;S1i为目标平均值;S2i为最小波动对象组件的比例因子;Mi为目标响应i的目标值;l为性能响应的数量;μi、σi分别为目标响应i的均值和方差。
2.2田口鲁棒设计
田口鲁棒设计是日本学者田口玄一(Taguchi)创立的,是一种低成本高效益的稳健优化设计方法,其设计过程可分为三个阶段:系统设计、参数设计和容差设计[6]。在正交试验设计(DOE)基础上发展起来的参数设计是田口鲁棒设计的最核心内容,成为质量稳健设计的主要工具,其具体设计流程如图4所示。
由图4可以看出:影响产品质量的因素被划分为可控因素和噪声因素两类,并根据实际情况确定各因素的水平,构造正交表进行正交试验,并计算信噪比(SN比),进而进行参数设计确定稳健设计优化结果。
信噪比和正交试验设计是田口鲁棒设计方法的核心分析工具。信噪比用来模拟噪声因素对产品质量特性的影响,是输入信号强度与噪声强度之比,因此信噪比越大,产品受噪声因素的影响越小,产品质量特性越好。根据品质特性的不同,信噪比特性可定义为:望小特性、望大特性和望目特性。本文通过对设计变量的参数进行优化和组合,期望得到最小的乘员伤害值,因此采用望小特性。
望小特性是希望输出响应的结果越小越好的特性,其理想目标值为零。图5为采用田口方法望小特性对稳健性优化设计的示意图[7]。假设产品的输出目标特性y服从正态分布N(μy,σy),因为信噪比越大越好,故可以要求μ2y+σ2y越小越好,即取
其中,μ2y+σ2y为y2的期望值,所以可由E(y2)的无偏估计来代替:
取对数得
式中,yi为第i次试验的目标函数值[8]。
3 拉丁方试验设计
在对优化方案进行稳健性分析的时候,设计点的选择很重要。任意选取的设计点会对稳健性分析的结果产生很大影响,甚至导致对方案的评价产生错误。试验设计的理论可以帮助确定合理的设计点。
拉丁方试验设计,被人称为一种“填充空间的设计”,它是将每个因素的设计空间都均匀地划分开,然后将这些水平随机地组合在一起,来指定用来定义设计矩阵的n个点[9]。拉丁方试验设计布点的步骤如下:①将设计空间(不失一般性可设为单位正方形)的每条边均分为n-1份,每边得到n个点,故整个区域共有n2个点。②随机地取(1,2,,n)中的两个置换,例如取n=4,将(1,2,3,4)置换成(3,2,4,1),然后再将它们排列成一个矩阵,得。由矩阵的每一行(1,3)、(2,2)、(3,4)、(4,1) 决定的4个设计点如图6所示[10]。对于一个22的设计表,分别采用拉丁方试验设计和全因子试验设计选取的4个设计点如图6和图7所示。可以看出,采用拉丁方试验设计选取的4个点其取值范围在4个水平上,而利用全因子试验设计只能取到2个水平,因此在设计点个数相同的情况下,采用拉丁方试验设计选择的设计点将更加均匀地分散在设计空间内。
4 乘员约束系统的性能优化
本文结合了试验设计、稳健性优化设计和田口鲁棒设计方法,并将其应用到某微型车驾驶员侧约束系统的性能优化中。首先根据设计变量及设计要求定义问题,然后通过试验设计对初始设计变量进行筛选,减少设计变量的数目;其次采用全因子试验设计确定优化方案,同时在试验设计结果的基础上利用田口鲁棒方法再次确定优化方案;最后对两种优化方案进行稳健性分析对比。图8为优化设计流程图。
4.1问题定义
在本次约束系统性能优化中,最主要的目标是在保证其他关键损伤指标不超过法规要求的临界值的情况下,最大限度地降低正面碰撞时驾驶员头部HIC36值和胸部压缩量,在提高约束系统对驾驶员保护效果的同时,提高约束系统对设计变量及噪声因素的稳健性,保证在设计变量产生波动或碰撞条件变化时,试验结果均能达到我们期望的目标。乘员约束系统每一个子系统所包含的设计参数很多,这里主要考虑了对驾驶员头部和胸部损伤影响较大且便于工程控制的参数作为设计变量。其变化范围如表2所示。
表3给出了乘用车进行正面碰撞试验时需要重点考察的各关键损伤指标,以及这些损伤指标的约束范围和参考标准。本次优化并未单纯考虑国家标准,而是将国家标准和C-NCAP评分标准综合考虑,构造出损伤指标的约束范围,旨在更好地优化约束系统性能,使优化方案在国家法规试验和C-NCAP试验中均能取得理想满意的结果。
4.2乘员约束系统的优化设计
在进行乘员约束系统的优化时,为了评价约束系统的整体性能,引入一个评价函数。由于乘员伤害指标涉及头部、胸部、腿部等多个部位,因此是一个多目标最优化问题, 对这种优化问题可以采用加权伤害准则WIC(weighted injury criterion)来全面评价乘员约束系统的保护性能。
定义约束系统的评价函数[11]如下:
式中,HIC36为头部伤害指标;Ccomp为胸部压缩量,mm;FLeft为左大腿骨最大轴向力,kN;FRight为右大腿骨最大轴向力,kN。
WIC值越低,说明约束系统的保护性能越好。运用WIC值对表2中选取的7个设计变量进行评价,通过试验设计确定各变量对WIC值的影响程度,对设计变量进行筛选。综合工程实际和各设计变量的重要程度,此处选择上挂点位置、座椅刚度、下轮缘刚度及安全带刚度作为设计变量。对于其他3个变量取其初始设计值。下面针对选出的4个设计变量进行约束系统的优化设计。
为对乘员约束系统的性能进行优化,将筛选后的4个设计变量(上挂点位置A、座椅刚度B、下轮缘刚度C、安全带刚度D)以及每个变量对应的3个水平进行全因子试验设计,需要进行81(34)次试验。在81次仿真试验之后,选取出驾驶员胸部压缩量最小且其他各项损伤指标均满足表3所示的约束范围的一组(A3B1C1D3)。通过对比发现优化后的胸部压缩量较初始值降低了10.4%。
对通过试验设计选取的最优方案(A3B1C1D3)的稳健性进行分析。外界影响因素除经过筛选后的4个变量外,同时考虑碰撞速度波动对试验结果产生的影响,共5个因素,波动范围参考表2。采用拉丁方试验设计方法,构造30个设计点并进行试验仿真,仿真结果见表4,其中平均值是优化方案与初始值的差别。可以看出头部伤害值和胸部压缩量均有所降低但是头部伤害值标准差偏大,对变量波动比较敏感,导致试验结果不稳定,可靠度低。
为了获得更加稳健的方案,降低损伤指标对设计变量及噪声因素的敏感度,本文采用田口鲁棒设计方法进行优化。为确定各因素水平的变化对损伤指标的影响,需要构造一个关于4个设计变量的正交试验表。由于全因子试验设计的81次仿真试验已经做完,因此只需将这些数据进行统计整理,就可以计算出4个因素各水平相对于头部伤害值和胸部压缩量的信噪比。图9和图10分别为头部伤害指标和胸部压缩量的响应图。
为了确定各设计因素对损伤指标影响的程度,在数值上研究各因素对损伤指标的影响大小及影响趋势,进行了方差分析(analysis of variance, ANOVA)。通过方差分析,可以计算出各因素对响应的贡献率,分清因素的主次。参数的最优水平组合主要考虑贡献率大的主要因素及其水平,并进行适当的调整和控制;对于那些次要因素可根据其他条件进行确定,以获得最优的设计方案。
图11和图12分别为各因素对头部伤害指标及胸部压缩量的贡献率。从图中可以看出上挂点位置对头部伤害指标和胸部压缩量的贡献率都很大,而其他3个因素仅对头部伤害指标影响较大,因此更改上挂点位置要综合考虑其对两损伤指标的影响。根据试验目的,从图9中找出每个因素的最佳点(信噪比的最大点),并将其组合,(A1B3C1D3)为能够最小化头部伤害指标并提高系统稳健性的最优组合。其中上挂点位置能否取第1个水平,还需要考虑其对胸部压缩量的影响,在A1水平下胸部压缩量的信噪比不是最大值而是最小值,这样若采用A1水平胸部压缩量可能会超标,同时稳健性较差,因此需要适当调整。综合考虑更改上挂点位置对以上两损伤指标的影响及成本,本设计上挂点位置采用第2个水平(保持不变)。表5给出了利用田口鲁棒设计方法确定的最优方案。
通过选择同等数量的设计点来评估由田口方法确定的最优方案的稳健性,并与试验设计确定的方案稳健性相比较。影响因素同样考虑包括碰撞速度在内的5个因素,取值范围见表2,利用拉丁方试验设计方法,生成30个设计点并进行仿真分析,稳健性分析的结果见表4。经过比较发现:由田口方法确定的最优方案尽管胸部压缩量有所增加,但头部伤害指标平均值和标准差均明显降低,其他损伤指标也都有不同程度的降低,对设计变量的波动和噪声因素的影响敏感度降低,同时WIC值的均值和标准差也明显降低,产品质量的一致性得到提高。采用田口方法确定的方案较试验设计的方案可靠度更高,稳健性更好。
5 结束语
稳健性是评价产品性能的重要指标。应用田口鲁棒设计方法,可以识别出对设计目标函数值影响大的控制因素,对设计变量进行最佳组合,增强系统的稳健性,降低设计目标的偏差和环境变化带来的风险,提高产品可靠度,缩短开发周期及降低开发成本。
本文将田口鲁棒设计方法应用到乘员约束系统的稳健性优化设计中,得到的优化结果不仅优于初始设计,而且与仅采用试验设计的优化结果相比,其稳健性及可靠度均得到提高,能够很好地满足产品质量控制的要求。该方法对乘员约束系统性能优化提供了新的解决途径,对工程应用具有重要的指导意义。
摘要：利用MADYMO软件建立了某微型客车驾驶员侧正碰约束系统的分析模型,并验证了其正确性;将试验设计和稳健性理论及田口鲁棒设计方法相结合,构造了乘员约束系统的稳健性优化设计方法;与仅采用试验设计得出的确定性优化结果相比较,采用该方法既实现了对设计目标的优化,同时也大幅度提高了设计变量的可靠性和目标函数的稳健性。
关键词：田口鲁棒设计,约束系统,试验设计,稳健性优化
参考文献
[1]钟志华,张维刚,曹立波,等.汽车碰撞安全技术[M].北京:机械工业出版社,2003.
[2]Bashar S,Kamat A,Lange R.Analytical RobustDoor Hinge System Design Taguchi Approach[J].SAE Paper,982306.
[3]Lee S,Ha W,Yeo T.Robust Design for OccupantProtection System Using Taguchi’s Method[J].SAE Paper,2007-01-3724.
[4]李玉强,崔振山,阮雪榆,等.概率优化设计方法及其应用[J].中国机械工程,2004,15(21):1916-1919.
[5]孙光永,李光耀,张勇,等.基于鲁棒性的概率优化设计在薄壁构件耐撞性中的应用[J].中国机械工程,2007,18(4):479-483.
[6]Douglas C.Montgomery Design and Analysis of Ex-periments[M].New York:Wiley Higher Educa-tion,1991.
[7]Tsai S C.Taguchi S/N Ratios and Direct Robust-ness Measurement for Computational Robust De-sign[J].SAE Paper,2006-01-0738.
[8]张军.基于田口方法的多质量特性稳健设计研究[D].上海:上海交通大学,2005.
[9]方开泰.均匀试验设计的理论、方法和应用—历史回顾[J].数理统计与管理,2004,23(3):69-80.
[10]胡朝晖,成艾国,王国春,等.多学科优化设计在拼焊板车门轻量化中的应用[J].中国机械工程,2010,21(4):495-499.
儿童约束系统范文
声明：除非特别标注，否则均为本站原创文章，转载时请以链接形式注明文章出处。如若本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。
