مکانیک و هوافضا

از آنجایی که محصولات این صنعت جزء محصولات استراتژیک هر کشور محسوب شده و بسیار حساس و گرانقیمت هستند، لذا فاکتور های هزینه و کیفیت از عوامل بسیار مهم طراحی می باشند. برای مثال شکل هندسی بدنه بال یک فضاپیما یک عامل بسیار مهم در حفظ خاصیت آئورودینامیکی هواپیما بشمار می رود.

هیچ فرمول خاصی برای شکل بال یک فضاپیما به صورت تحلیلی وجود ندارد به همین دلیل این دانش از ابتدا همواره با آزمایشات بسیار زیادی همراه بوده است. کاملاً مشخص است که آزمایشات هدفمند و هدایت شده نقش به سزایی در پیشبرد اهداف این حوزه مهندسی خواهد داشت.

از جمله شرکت های معتبری که با استفاده از این روش ها فعالیت می کنند می توان به کمپانی های بزرگی مثل بوئینگ و ایرباس اشاره کرد که دوره هایی را برای مهندسان هوا و فضا برگزار کرده و آنها را آموزش می دهند. روش های عاملی کسری و تاگوچی بیشترین کاربرد را در این صنعت دارند.

هم اکنون در سازمان فضایی ناسا دوره های ۲ تا ۵ روزه  فوق پیشرفته بهینه سازی DOE  به نام MDOE برگزار می شود تا بدین طریق بتوانند حجم استفاده از منابع را کاهش داده و کیفیت محصولات خود را افزایش دهند.

به عنوان نمونه می توان به مورد Removal Coating اشاره نمود. برداشتن “پوشش” از هواپیماهای نظامی و مسافربری به کاری دشوار بدل گشته است و قوانین و مقررات زیست محیطی سخت تر شده اند و دیگر به سازندگان اجازه داده نمی شود از روش های قدیمی برای اینکار استفاده کنند. در نتیجه از شرکتی به نام  Aerochem,Inc که وظیفه ی آن تهیه کردن موادی جهت برداشتن پوشش می باشد در شهر اکلاهاما، درخواست شد تا یک رنگ شیمیایی را جهت برداشتن پوشش توسعه دهد که می بایست پوشش را در کمتر از ۲ ساعت بردارد.فرمولهای موجود در بازار ۸ ساعت زمان نیاز دارند تا بتوانند پوشش را بزدایند که این زمان برای سازندگان خیلی زیاد است. شرکت Aerochem از روش طرح ترکیبی DOM برای بهینه سازی فرمول برداشتن پوشش استفاده نمود  روش DoE به طور چشمگیری تعداد اجراها را کاهش داد و علاوه بر بررسی اثرات اصلی توانست تعامل بین عوامل را نیز بررسی نماید و در نهایت فرمولی را کشف کردند که توانست فقط ظرف مدت ۳۰ تا ۴۵ دقیقه پوشش را برداشته و الزامات مشتریان را نیز برآورده نماید.

نمونه ی دیگر مربوط به طراحی بال هواپیمایی با ۲۵۰ مسافر است. مهندسان طرح اغلب از تکنیک های بهینه سازی عددی جهت ارزیابی و مقایسه ی یک پیکربندی جدید هواپیما استفاده می کنند درحالیکه استفاده از روشهای بهینه سازی عددی بسیار موفقیت آمیز می باشد اما وجود عوامل بی نظمی در مسائل واقعی بهینه سازی مهندسی، اغلب مانع استفاده بسیاری از تکنیک های بهینه سازی بر مبنای گرادیان می شود.

عوامل بی نظمی باعث ایجاد محاسبات گرادیانی نادرستی می شود که به نوبه ی خود باعث کند شدن روند بهینه سازی و یا مانع از همگرایی به یک جواب بهینه می شود. این مسأله به ویژه زمانی حادتر می شود که یک تحلیل ساختاری یا آئورودینامیکی تکی از یک پیکربندی واقعی هواپیما در طراحی هواپیما ممکن است نیازمند هزاران ساعت از زمان کار یک CPU در یک ابرکامپیوتر باشد. برای بررسی این موارد روشی توسعه داده شد تا دو نوع از مدل های ریاضی شامل عوامل بی نظمی را برای استفاده در مطالعات بهینه سازی بال هواپیما ایجاد نماید.

طراحی آزمایشات نقشی اساسی را در بالانس کالیبراسیون تونل باد در شرکت” ᴀᴇᴅᴄ” ایفا می کند.

(Arnold Engineering Development Center)

(مرکز توسعه مهندسی آرنولد در نیروی هوایی ایالت متحده) 

پایگاه نیروی هوایی آرنولد ۲۰۱۳.۰۲.۲۵ 

وقتی که یک تونل باد تعادل شش مولفه ای در ᴀᴇᴅᴄ ساخته شد و یک کالیبراسیون کامل برای پذیرش آزمایشات نیاز داشت، مدیر پروژه” شاخه تست تکنولوژی” در AEDC (Carrie Reinholtz) خانم رینهولتز متوجه شد این پروژه یک فرصت عالی را برای استفاده از رویکرد خلاقانه ای که طراحی آزمایشات نامیده می شود (DOE) برای کالیبره کردن تعادل جدید ایجاد می کند .

یک آزمایش بر اساس روش DOE به سبک تصادفی انجام می شود به این علت که بتواند خطاها را تعدیل نماید. این خطاها شامل خطاهایی از ابزارهای اندازه گیری است و همچنین می تواند توسط کاربر به وجود می آید. “Yoder David ” یکی از مهندسانی که در پروژه کالیبراسیون تعادل جدید کار می کند می گوید:

برای ما که اولین بار بود که سعی می کردیم از روش”DOE”  در یک فرآیند کالیبراسیون تعادل استفاده نمائیم.

 

آقای “یودر ” دو رویکردی را که اخیراً برای تعادل مورد استفاده قرار گرفته بودند تا پذیرش آزمایش ها را میسر سازند را با یکدیگر مقایسه نمود.

در روش سنتی کالیبراسیون در” AEDC، که به نام روش “هر بار یک عامل” انجام گرفت ، زمان کالیبراسیون پنج روز به طول انجامید در حالی که با روش DOE  این زمان به دو روز ونیم کاهش یافت.

یک تونل باد تعادل وسیله‌ای است که نیروهای آیرودینامیکی وگشتاورهایی را که روی یک بدنه مانند هواپیماهای مدل یا مخزن‌های سوختی که زیر بال یک هواپیما عمل می‌کنند را اندازه‌گیری می‌کند.

خانم رینهولتز می‌گوید: 

این تعادل‌ها در تونل‌های بادی شبیه آن تونل‌هایی هستند که ما در شرکت AEDC  و دیگر تاسیسات مشابه در ایالات متحده از قبیل ” Langley  NASA‌ در ایالت ویرجینیا داریم.

فرآیندهای کالیبراسیون نیازمند دقت بسیار بالایی می‌باشند؛ برای انجام آن تنظیمات وزن زیادی باید انجام گیرد که این فرآیند چندین روز زمان می‌برد.

وی در کلاس‌های درس DOE در موسسه تکنولوژی نیروی هوایی (AFIT) شرکت کرده است واین موضوع باعث شده وی فرصت‌های عالی در به کارگیری DOE برای کالیبراسیون‌های تعادل را به دست آورد . با وجود محدودیت‌های موجود او توانست به طور موفقیت ‌آمیزی نشان دهد که در چه زمانی و در کجا می‌توان از DOE در”AEDC” استفاده نمود.

در یک مقاله فنی موسسه آمریکایی هوانوردی و فضانوردی (AIAA) که توسط دکتر لاندمن و مهندسان شرکت “AEDC” از قبیل رینهولتز ، دیوید یودر ، پل جالبرت و دکتر یوگ گارارد به چاپ رسید ؛ آنها افزودند که DOE بیش از یک دهه است که در فرآیندهای کالیبراسیون تونل باد تعادل مورد استفاده قرار  می‌گیرد.(درمکان‌هایی غیر از AEDC)

کالیبراسیون با استفاده از DOE ، یک توصیفی از فرآیند است که توسط آن داده‌ها جمع‌آوری شده و توسط روش‌های آماری تحلیل می‌شوند.

“یودر” می‌افزاید : ما با اهداف نامطمئن بسیاری در اندازه‌گیری مواجه هستیم و رویکرد کالیبراسیون استاندارد ١٠٠٠ نقطه برای تنظیم فرآیند را معرفی می‌کند در حالی که طراحی آزمایشات ٢٠٠ نقطه را برای تنطیم فرآیند معرفی می‌کند.

او می‌گوید: ما به بهترین جواب برای این مسأله دست پیدا کردیم و این به خاطر همکاری‌های کارشناسان DOE و NASA  و نیز مدیریت درست برنامه بود که این امکان را به ما می‌داد تا بتوانیم فرآیند را به طور کامل درک کرده و زمان طرح‌ریزی کافی برای مسأله داشته باشیم.

کاربرد روشهای بهینه سازی در مهندسی مکانیک نیز بسیار زیاد است.شرکت ski سازنده محصول k۲ که در واشنگتن است، مشغول یک طراحی پیچیده برای محصول خود بود که نرخ بالای ۳۰٪ از ضایعات را تولید می کرد. این شرکت با استفاده از روشهای بهینه سازی علت و راه حل آن را پیدا کرد و همچنین زمان از کار افتادگی پرس (سازنده اسکیت) را از ۲۵۰ ساعت کار در هقته به تنها ۲.۵ ساعت رساند.

  • اشتراک گذاری:

اگر سوالی دارید، با ما تماس بگیرید

کارشناسان پراجیس پاسخگوی شما هستند

3003 4444 - 013