THE CHOICE OF EFFECTIVE TECHNICAL SOLUTION AT THE DESIGN OF PNRPU FORMULA STUDENT RACING CAR

Головин Д.В.

Студент-магистрант, Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ВЫБОР ЭФФЕКТИВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ БОЛИДА «ФОРМУЛА СТУДЕНТ»

Аннотация

Формула Студент – это международные инженерно-технические соревнования, данное движение активно популяризируется среди Российских ВУЗов. Работа посвящена описанию подхода по выбору эффективных технических решений при проектировании болида «Формула Студент ПНИПУ». Произведен отбор основных параметров эффективности технологических процессов и найдено их применение в проекте. Отражена связь и реализация основных принципов эффективности технологических процессов с процессом проектирования автомобиля.

Ключевые слова: эффективность, Формула Студент, ПНИПУ, технологический процесс, проектирование автомобиля.

Golovin D.V.

Undergraduate, Perm National Research Polytechnic University

THE CHOICE OF EFFECTIVE TECHNICAL SOLUTION AT THE DESIGN OF PNRPU FORMULA STUDENT RACING CAR

Abstract

Formula Student is international engineering competition, this trend is actively popularized among Russian universities. The work is devoted to description of the approach to the choice of efficient technical solutions in the design of “Formula Student PNRPU” bolide. Produced selection of key parameters of efficiency of technological processes and their application found in the project. It addressed the implementation of the basic principles of efficiency of technological processes in the project.

Keywords: efficiency, Formula Student, PNRPU, technological process, car design.

«Формула Студент» это международные инженерно-технические соревнования, в которых студенты, представляющие свой университет в качестве спортивной команды, должны спроектировать и изготовить спортивный автомобиль в соответствии с регламентом. В последнее время данное движение активно популяризуется среди российских ВУЗов. Проект по созданию команды «Формула Студент» на базе Пермского национального исследовательского политехнического университета даст возможность студентам участникам команды реализовать на практике получаемые компетенции в процессе обучения и, как следствие, обрести опыт, что в совокупности говорит об актуальности данного проекта и проведения текущей работы в области менеджмента проекта.

К функциям менеджмента в команде можно отнести планирование, организацию, контроль, координацию работ, а также внутрикомандную мотивацию каждого участника. В совокупности реализация всех данных функций должна вести к повышению эффективности проводимых работ и достижению поставленной цели. По мнению одного из первых представителей теоретиков менеджмента Г. Эмерсона [1] эффективность является основной задачей управления. Существует множество определений для понятия термина эффективность [2], наиболее полную сущность данного понятия можно описать как способность выполнять какую-либо работу и достигать необходимого или желаемого результата с наименьшей затратой времени и усилий. В рамках текущего развития проекта «Формула Студент ПНИПУ» с учетом условий, сопряженных с ограниченностью во времени, финансированию, а также небольшим рабочим составом, в сравнении с ведущими зарубежными и отечественными командами, одной из приоритетных задач командного управления является принятие рациональных и эффективных решений в различных направлениях деятельности. Понятие эффективность можно применить к любому из аспектов деятельности команды.

Поскольку соревнования «Формула Студент» подразумевают под собой непосредственно состязательный процесс, то целью команды «Формула Студент ПНИПУ», как и любой другой, является победа. Соответственно, основываясь на цели проекта, ключевой задачей деятельности команды в первую очередь является проектирование спортивного автомобиля. Процесс проектирования автомобиля является довольно обширным, и его разделяют на ряд этапов: составление технического задания, создание общей компоновки, постройка необходимых макетов, изготовление рабочих чертежей, передаваемых в производство для разработки технологического процесса, сборка, испытание и доводка [3]. Данные этапы, безусловно, реализуются при проектировании первого болида команды «Формула Студент ПНИПУ».

Таким образом, техническая составляющая проекта в виде болида, как итогового продукта деятельности, играет основную роль и непосредственно отражает эффективность деятельности команды. В ходе процесса конструирования на этапе составления технического задания и принятия решений в выборе предпочтения того или иного решения в конструкции необходимо учитывать ряд факторов, которые в свою очередь, связанны с технологией изготовления, производительностью и итоговой стоимостью. Выбор рациональных и эффективных решений в конструкции болида с учетом влияния ключевых показателей проекта, технологий производства, располагаемых ресурсов и других сопряженных процессов играет существенную роль в повышении эффективности деятельности команды и реализуемости поставленной цели с сопутствующими ей задачами.

На данный момент команда приступила к процессу подготовки документации для производства компонентов шасси болида. Следующий этап является напрямую производственным процессом создания болида, поэтому в ходе проектирования и при выборе решений в конструкции необходимо учитывать факторы и параметры последующих технологических процессов.

В качестве основополагающих параметров технологических процессов выделяют: точность, стабильность, экономичность и производительность. В соответствии с действительными условиями развития проекта необходимо провести ранжирование данных показателей и их интерпретацию для текущего случая. Рассматривая и анализируя данный набор параметров в условиях реального развития проекта и наличия ряда ограничений можно сделать следующие заключения по отбору, ранжированию и реализации параметров технологических процессов.

Ключевым параметром является экономичность, так как на данном этапе, главным образом, имеются ограничения по бюджету. Исходя из этого при выборе технических решений в элементах конструкции предпочтение будет отдаваться менее дорогим технологиям изготовления деталей, применяемым материалам и компонентам. В качестве примера можно привести переход от конструкции деталей из алюминия, полученных путем механической обработки, в сторону разработки деталей из листовой стали, а именно: педальный узел, качалки амортизаторов, кронштейны и крепления рычагов подвески. Параметр экономичности оказывает большое влияние на процесс закупки компонентов, так как приходится выбирать альтернативные и наиболее выгодные с точки зрения экономичности варианты готовых компонентов. Также не малую роль в реализации данного параметра оказывает работа со спонсорами, имеются не только случаи с предоставлением скидок на покупку компонентов у поставщиков для развития студенческого проекта, но также и безвозмездная помощь в предоставлении материалов и оборудования для производства деталей. Применение CAE систем при инженерных расчетах также позволяет сэкономить на проведение натурных испытаний разрабатываемых деталей. Помимо этого, реализация параметра экономичности проявляется за счет безвозмездного межкафедрального взаимодействия в рамках реализации проекта в ПНИПУ.

Вторым немаловажным параметром технологических процессов, который должен учитываться при проектировании в команде «Формула Студент ПНИПУ», является производительность. Это обусловлено, прежде всего, ограниченностью во времени подготовки к гоночному сезону, выходящей из требований регламента соревнований, которые подразумевает под собой ежегодную разработку нового болида для участия в ведущих мировых этапах. Таким образом, все процессы, связанные с работой в команде, должны быть максимально производительными. Реализации данного принципа в первую очередь достигается за счет применения полного комплекса программ САПР при разработке конструкции болида, инженерных расчетах деталей и подготовке документации для производства. В качестве CAD средства в проекте используется программа Solidworks 2015 Student Edition, позволяющая производить разработку конструкции болида. Для инженерного анализа и расчетов используется ряд CAE программ, в частности для оценки и оптимизации крутильной жесткости рамы использовалось ПО Solidworks Simulation. Необходимость максимального повышения производительности технологических процессов изготовления, заставляет прибегать к автоматизированным средствам производства. За счет спонсорской поддержки удалось произвести раскрой труб для рамы на станке плазменной резки металла с ЧПУ. Написание управляющего кода осуществлялось в CAM программе Sheetcam TNG. Использование автоматизированного способа раскроя труб позволило снизить трудоемкость и повысить производительность данного технологического процесса.

В условиях ограниченности финансов и доступа к автоматизированному и высокоточному оборудованию достижение параметров точности будет происходить путем внедрения в конструкцию элементов регулировки, в конструкции рычагов подвески, и их креплений на раме заложены компенсирующие элементы, позволяющие точно произвести установку подвески. Помимо этого, будет осуществляться контроль параметров точности деталей после их изготовления.

Если рассматривать реализацию параметра стабильности в рамках данного проекта, то он более применим к серийным и массовым производственным процессам. Поскольку происходит единичное производство параметр стабильность не играет ключевой роли в технологических процессах связанных с изготовлением болида командой «Формула Студент ПНИПУ».

Резюмируя, можно сделать вывод, что процесс проектирования спортивного автомобиля класса «Формула Студент», безусловно, является объемным и взаимосвязанным, требующий взаимного учета ряда факторов на каждом из этапов для эффективного достижения поставленной цели и сопутствующих ей задач.

Список литературы / References

1. Эмерсон Г. Двенадцать принципов производительности. / Г. Эмерсон. – М.: Экономика, 1992. 224 с.
2. Евдокимова Т.В. Анализ генезиса теоретических подходов к понятию и оценке эффективности / Т.В. Евдокимова // Вестник Томского государственного университета. Экономика. – 2013. – №3 (23).
3. Родионов В. Ф., Фиттерман Б.М. Проектирование легковых автомобилей. / В. Ф. Родионов, Б.М. Фиттерман. – М.: Машиностроение.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Jemerson G. Dvenadcat' principov proizvoditel'nosti. [Twelve principles of performance] / G. Jemerson – M.: Jekonomika, 1992. 224 s. [in Russian]
2. Evdokimova T.V. Analiz genezisa teoreticheskih podhodov k ponjatiju i ocenke jeffektivnosti [An analysis of the genesis of the theoretical approaches to the concept and evaluation] / T.V. Evdokimova // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Jekonomika [Bulletin of the Tomsk State University. Economy]. – 2013. №3. – (23). [in Russian]
3. Rodionov V. F., Fitterman B.M. Proektirovanie legkovyh avtomobilej. [Designing cars] / V. F. Rodionov, B.M. Fitterman - M.: Mashinostroenie. [in Russian]