система для определения стоимости проекта

Формула изобретения

1. Реализуемая на компьютере система оценки проекта для определения стоимости проекта узла, содержащая модуль (112) типа для приема пользовательских входных данных, определяющих тип проекта, для формирования требований к проекту; модуль (114) проекта для приема указанных требований к проекту, причем модуль проекта вырабатывает проект, включающий расчетные данные; модуль (118) рабочих характеристик для приема указанных расчетных данных и выработки параметров рабочих характеристик; модуль (124) стоимости для заказчика, предназначенный для приема указанных параметров рабочих характеристик и определения стоимости данного проекта для заказчика.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит модуль (128) конкурента для формирования данных себестоимости и рабочих характеристик, относящихся к конкурирующему проекту, причем модуль стоимости для заказчика определяет стоимость для заказчика у конкурента, исходя из данных себестоимости и рабочих характеристик, полученных от модуля конкурента, при этом модуль стоимости для заказчика дополнительно определяет разницу стоимости между стоимостью для заказчика у конкурента и данной стоимостью для заказчика.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что дополнительно содержит модуль (130) конъюнктуры для приема указанной разницы стоимости и желательной доли рынка, причем модуль конъюнктуры определяет продажную цену для указанного проекта, чтобы получить указанную желательную долю рынка.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что дополнительно содержит модуль (126) себестоимости для приема указанных расчетных данных и для определения себестоимости и модуль (132) коммерческой прибыли для приема указанной продажной цены и указанной себестоимости и для определения коммерческой прибыли указанного проекта.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанным узлом является двигательная система для транспортного средства.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанным узлом является двигатель, используемый в локомотиве.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанным узлом является субсистема для использования в бытовом электроприборе.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанным узлом является силовой генератор электростанции.

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанным узлом является процессор, используемый в компьютере.

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанным узлом является нить накаливания в лампе накаливания.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Данное изобретение относится к системе оценки проекта узлов, которая обеспечивает пользователю возможность быстро определить стоимость проекта на ранних этапах процесса проектирования. Процесс проектирования постоянно совершенствуется по причине экономического давления рынка и также в силу необходимости определения аспектов риска, относящихся к конкретной конструкции. Конструкция должна соответствовать гарантиям, предоставляемым покупателю, и должна иметь способность дорабатываемости, чтобы соответствовать этим гарантиям с точки зрения определяемого и допускаемого уровня затрат. В прошлом основные решения по типу проекта и техническим условиям основывались на параметрах, исходящих из проекта. При этом, например, при проектировании самолетного двигателя конструкторы исходят из таких параметров, как вес. Критерии рабочих характеристик (т.е. до какой степени данный проект отвечает требованиям заказчика) не оцениваются до тех пор, пока в процессе проектирования изменения в проекте не станут слишком дорогостоящими. Соответственно, в данной области техники имеется актуальная потребность в системе проектирования, которая обеспечит возможность оценивать эффект переменных величин проекта на предварительной стадии проектирования.

Сущность изобретения

Приводимый в качестве примера вариант реализации изобретения направлен на реализуемую на компьютере систему оценки проекта. Система включает в себя модуль типа для приема пользовательских входных данных, определяющих тип проекта, и для формирования соответствующих требований. Модуль проектирования принимает требования и вырабатывает проект, включающий в себя расчетные данные. Модуль рабочих характеристик принимает расчетные данные и тип проекта и вырабатывает параметры рабочих характеристик. Модуль себестоимости принимает расчетные данные и определяет себестоимость. Модуль стоимости для заказчика принимает параметры рабочих характеристик и данные себестоимости, определяет стоимость данного проекта для заказчика.

Краткое описание чертежей.

Фиг.1 - блок-схема системы оценки проекта двигателя в приводимом в качестве примера варианте реализации изобретения.

Фиг.2 иллюстрирует систему оценки проекта двигателя для выполнения детерминистической проработки.

Фиг.3 иллюстрирует пространство проектных параметров, сформированное на основе контрольных параметров.

Фиг.4 иллюстрирует ограничения по размещению в пространстве проектных параметров фиг.3.

Фиг.5 иллюстрирует пример детерминистической проработки.

Фиг.6 иллюстрирует применение системы оценки проекта двигателя для выполнения детерминистической проработки.

Фиг.7 иллюстрирует результат применения системы оценки проекта двигателя для выполнения анализа робастности (роботизации) проекта.

Фиг.8 - блок-схема системы оценки проекта в приводимом в качестве примера варианте реализации изобретения.

Подробное описание изобретения.

Фиг.1 представляет собой блок-схему системы оценки проекта двигателя, изображаемой под общим обозначением 10 в приводимом в качестве примера варианте реализации изобретения. Фиг.1 изображает применение данного изобретения для проекта двигателя. В соответствии с излагаемым ниже описанием со ссылкой на Фиг.8 эта система применима для любого типа проекта. Система 10 оценки проекта двигателя состоит из нескольких модулей. Пользователь может назначить входные данные для одного, или нескольких модулей, и модули вырабатывают выходные данные, используемые последующими модулями. Подробно описываемые здесь модули имеют различные степени усложненности или знания. Отдельные модули, и поэтому - вся система, могут быть выполнены компьютером общего назначения в соответствии с излагаемым ниже.

Обращаясь к Фиг.1, модуль 12 типа летательного аппарата (ЛА) применяют для обеспечения пользователю механизма для ввода типа ЛА, на котором будет использоваться данный двигатель. Например, пользователь может ввести такие данные, что планером должен быть Боинг-767, используемый для коммерческих пассажирских/грузовых перевозок. Модуль 12 типа ЛА определяет в зависимости от пользовательских входных данных требования по ЛА, требования по двигателю. Требования по ЛА могут содержать разные факторы, включая дальность и полезную нагрузку. Требования по двигателю могут включать в себя такие факторы, как тяга и ограничения по размерам. Модуль 12 типа ЛА можно выполнить с помощью компьютерной модели. Пользователь вводит данные типа ЛА, а модель производит выборку и выведение данных, относящихся к требованиям по ЛА и требованиям по двигателю.

Модуль 14 проекта двигателя принимает выходные данные от модуля 12 типа ЛА и обеспечивает пользователю возможность спроектировать двигатель, отвечающий требованиям, установленным модулем 12 типа ЛА. Модуль 14 проекта двигателя обеспечивает пользователю возможность выработать проект двигателя, исходя из многих факторов, включающих в себя факторы термодинамики, аэродинамики, механики и электротехники, но не ограничивающихся только этими факторами. Модуль 14 проекта двигателя обеспечивает быстрый, последовательный способ проектирования двигателя сообразно конкретным требованиям и проектным ограничениям. Подробная оценка различных аспектов (напр., термодинамических аспектов) на уровне отдельной детали обеспечивает для модуля 14 проектирования двигателя возможность быстрого и последовательного исследования изменений в требованиях и ограничениях по проекту двигателя.

Модуль 14 проекта двигателя основывает конструкцию двигателя на требованиях по двигателю, принимаемых от модуля 12 типа ЛА, таких как тяга, и также таких, как введенные пользователем характеристики двигателя, такие как степень сжатия вентилятора, общая степень сжатия, предельные температуры узлов. Модуль 14 проекта двигателя также принимает входные данные от модуля 16 технологии двигателя. Модуль 16 технологии двигателя содержит данные, относящиеся к разным технологиям двигателя (напр., системы, материалы, процессы управления и пр.). Например, модуль 16 технологии двигателя может содержать данные, относящиеся к нескольким системам охлаждения двигателя. Когда пользователь определяет конкретную систему охлаждения, модуль 14 проекта двигателя обращается к модулю 16 технологии двигателя, чтобы получить данные, необходимые для включения этой заданной системы охлаждения в имеющийся проект.

Модуль 14 проекта двигателя выполняет термодинамический анализ для обеспечения таких факторов, как давления, температуры, воздушные потоки в двигателе, расход топлива в двигателе, для последующего анализа проекта. Термодинамический анализ включает в себя аэродинамическое проектирование узлов двигателя (вентилятор, компрессор, камера сгорания, турбины высокого и низкого давления и пр.) в целях определения коэффициентов полезного действия и рабочих характеристик в реальных условиях.

Проектирование аэродинамических узлов основывается на параметрических уровнях технологии узлов. Технологии узлов характеризуются вне конкретных размеров в целях масштабирования узлов относительно соответствующего размера для соблюдения требований по тяге и общих термодинамических характеристик двигателя. Это узловое представление определяет проектный и реальный коэффициент полезного действия и характеристики потоков в зависимости от соответствующих физических параметров.

Аэродинамический и термодинамический анализ дает основу для механического проектирования силовой установки. Оценка механического проектирования включает в себя такие позиции, как вращающиеся и статические конструкции двигателя и выбор соответствующего материала. Оценка проекта включает в себя последовательное геометрическое представление, которое используют для оценки веса двигателя. Все значения веса средств управления, внешних конфигураций и мотогондолы включают в вес двигателя.

Модуль 14 проекта двигателя и модуль 16 технологии двигателя могут быть выполнены с помощью компьютерной программы проекта двигателя. Эти программы проекта двигателя общедоступны и включают в себя программы компании «Джек Д. Мэттингли».

На основании проекта двигателя, созданного пользователем в модуле 14 проекта двигателя, определяют такие данные двигателя, как тяга, расход топлива и вес. Данные двигателя направляют в модуль 18 рабочих характеристик ЛА, который определяет, какие при этом будут характеристики Ла. Модуль 18 рабочих характеристик ЛА использует данные двигателя, полученные от модуля 14 проекта двигателя, такие как термодинамические данные (тяга и расход топлива), вес силовой установки, данные геометрии мотогондолы, чтобы вычислить рабочие характеристики ЛА. Эту информацию интегрируют с определенными ранее характеристиками ЛА (подъемная сила, лобовое сопротивление, вес и пр.), полученными от модуля 12 типа ЛА, чтобы выработать модель ЛА. Модель ЛА применяют для вычисления рабочих характеристик ЛА с точки зрения импульса тяги, дальности, полезной нагрузки и полетного времени для различных рейсов согласно типичным характеристикам рейса и норм запаса. Для вычисления этих рабочих характеристик относительно типичной эксплуатации ЛА можно произвести оценку нескольких рейсов по пакету полетных данных ЛА. Использование данных по совокупности рейсов даст сведения о том, как конкретная конструкция двигателя будет работать в течение всего времени эксплуатации ЛА, а не только во время одного-двух типичных рейсов. Данные о рабочих характеристиках ЛА запоминают для анализа и также используют в качестве входных данных в модуле 24 стоимости для заказчика.

Модуль 18 рабочих характеристик ЛА можно выполнить с помощью компьютерной программы анализа рейса. Программа анализа рейса определяет рабочие характеристики ЛА путем моделирования нескольких рейсов и формирования рабочих характеристик ЛА, таких как дальность, полезная нагрузка и импульс тяги. Эти программы анализа рейса являются общедоступными и включают в себя, например, программы компании «ДАР».

Данные по выбросу газов и шуму также вырабатывают как часть рабочих характеристик ЛА. Данные по выбросу газов и шуму можно формировать с помощью модуля 22 шума. Модуль 22 шума формирует оценку шума на основании таких факторов шума, как шумы камеры сгорания, выхлопной струи вентилятора, заборника вентилятора, реактивной струи (исходя из входных данных от модуля 14 проекта двигателя), шумы планера (исходя из входных данных от модуля 12 типа ЛА). Уровни шума узлов являются функцией таких элементов, как аэродинамические, термодинамические и механические параметры, и также траектории полета и некоторые характеристики ЛА. Модуль 22 шума можно выполнить с помощью компьютерной модели, содержащей некоторое множество уравнений поверхности отклика, выведенных на основании физических моделей.

Модуль 20 выброса газов двигателя прогнозирует выброс углеводородов, таких как (НС), окислов азота (NO_x ) и моноксида углерода (СО), и этот модуль действует, исходя из параметров рабочего цикла двигателя в условиях эксплуатации двигателя, которые соответствуют рабочим условиям, предусматриваемым для сертификации. Модуль 20 выброса газов можно выполнить с помощью компьютерной модели. Модель принимает параметры рабочего цикла двигателя и выдает данные, относящиеся к выбросу газов двигателя.

Модуль 14 проекта двигателя и модуль 16 технологии двигателя обеспечивают входные данные для модуля 26 себестоимости двигателя. Модуль 26 себестоимости двигателя определяет такие стоимостные факторы, как стоимость разработки, изготовления и техобслуживания для конкретного проекта двигателя, исходя из входных данных от модуля 14 проекта двигателя и модуля 16 технологии двигателя. Стоимость разработки может основываться на статистических данных и она определяет, какая именно часть данного двигателя основывается на существующих конструкциях, и какая на новых конструкциях. Чем выше будет доля новых конструкций, тем выше будет стоимость разработки. Оценки себестоимости изготовления могут основываться на эмпирической модели и могут быть обусловлены физическим размером узла и выбранными материалами. Оценки стоимости техобслуживания могут соотноситься с себестоимостью изготовления и также интенсивностью эксплуатирования двигателя. Предусматривается также модель техобслуживания двигателя, которая вычисляет межремонтные периоды, исходя из таких факторов, как температурные уровни для критических деталей и вычисленная степень износа двигателя. Модуль 26 стоимости двигателя может быть выполнен с помощью компьютерной программы, такой как PRICE-H, которую можно приобрести у компании «Локхид-Мартин».

Модуль 24 стоимости для заказчика принимает выходные данные модуля 18 рабочих характеристик ЛА, модуля 20 выброса газов и модуля 22 шума. Модуль 24 стоимости для заказчика также принимает данные о стоимости техобслуживания от модуля 26 себестоимости двигателя, поскольку покупатель двигателя обычно несет затраты по его техобслуживанию. Модуль 24 стоимости для заказчика может основываться на обычных методах прямых эксплутационных расходов, косвенных эксплуатационных расходов и процентных. Но вместо анализирования этих параметров относительно одного рейса эти расходы можно вычислять относительно одной и той же комбинации рейсов, определенной в модуле 18 рабочих характеристик ЛА.

Пользователь может также присвоить процентный вес разным рейсам, чтобы отразить важность данного рейса для поступлений данной авиалинии. Например, частому рейсу будет присвоен повышенный вес по сравнению с выполняемым реже. Тем самым обеспечивается более точное представление стоимости двигателя для заказчика.

В указанные расходы также включается общее капиталовложение, которое делает данная авиалиния для приобретения ЛА, и его разбивают на амортизацию, финансирование и страхование. Также данные полезной нагрузки, вычисляемые в модуле рабочих характеристик ЛА, интегрируют с типичными данными выручки данной авиалинии, чтобы определить поступления для каждого рейса. Полезная нагрузка дает данные о поступлениях либо пассажирских, либо грузовых перевозок, в зависимости от факторов рейса и нагрузки. Эти расходы и поступления интегрируют вместе относительно всей комбинации рейсов, чтобы определить годовое движение наличности для данной авиалинии из расчета на один эксплуатируемый ЛА. Эти годовые движения наличности суммируют для обычного срока службы (15-25 лет), чтобы определить общий поток наличности за период срока службы. С учетом обычной скидки, действующей на данной авиалинии, движение наличности за срок службы и капиталовложение анализируют по методу чистой приведенной стоимости для определения общей стоимости конкретного оцениваемого проекта двигателя. Также вычисляют внутренний коэффициент окупаемости авиалинии. Поскольку система оценки проекта двигателя организуется как модульная система, этот процесс вычисления стоимости для заказчика повторяют для каждого проекта двигателя, в результате чего эту метрику можно использовать для выявления оптимального пространства проектных параметров двигателя с точки зрения авиалинии или заказчика.

Значение стоимости для заказчика является полезным для определения ценовой стратегии для двигателей, которая определяет различия в стоимости для заказчика. Если конечный пользователь извлекает чистый выигрыш в смысле прибыльности от одного двигателя по сравнению с другим, то некоторая часть этого выигрыша может прийтись на производителей либо в виде повышенной цены, увеличившейся доли на рынке, либо в виде сочетания и того, и другого. Эта информация дает руководство изготовителю силовых установок в отношении выбора конфигурации, которые обеспечивают наибольшую стоимость для заказчика, и также эта информация обеспечивает возможность оценки рентабельности введения какой-либо дополнительной технологии.

Модуль 24 стоимости для заказчика можно выполнить с помощью компьютерной программы, которая определяет указываемые выше эксплуатационные расходы и выручку. Способы определения стоимости хорошо известны из уровня техники и осуществимы с помощью компьютерных программ. Выручка основывается на таких факторах, как значения дальности, полезной нагрузки (пассажиры или груз) и импульса тяги, формируемые модулем 18 рабочих характеристик ЛА. Имеющиеся данные используют для вычисления стоимости выручки на основании этих факторов.

Модуль 28 конкурирующего двигателя включает в себя один или несколько конкурирующих двигателей, которые используют для определения стоимости для заказчика в отношении конкурирующего двигателя. Данные конкурирующего двигателя направляют в модуль 24 стоимости для заказчика, который определяет ценность конкурирующего двигателя для заказчика. Стоимость конкурирующего двигателя для заказчика сравнивают со стоимостью для заказчика, выведенной в модуле 24 заказчика, чтобы получить разницу стоимости. Модуль 28 конкурирующего двигателя можно выполнить с помощью компьютерной программы, которая запоминает рабочие характеристики и данные себестоимости (аналогично данным, формируемым модулем 18 рабочих характеристик ЛА и модулем 26 себестоимости двигателя) для каждого конкурирующего двигателя. Такие факторы, как данные о рабочих характеристиках и весе для конкурирующих двигателей, можно оценивать на основании данных о конкурентах с помощью имеющихся программных средств проектирования двигателей. Данные о конкурентах можно сформировать в отдельном процессе, запомнить в системе, и обращаться к ним посредством модуля 28 конкурента. Тип ЛА, определяемый в модуле 12 ЛА, может быть использован для выборки соответствующих данных о конкурирующем двигателе из модуля 28 конкурирующего двигателя.

Модуль 30 конъюнктуры двигателей принимает значение разницы стоимости от модуля 24 стоимости для заказчика и определяет продажную цену двигателя, чтобы захватить определяемую пользователем долю рынка. Модуль 30 конъюнктуры двигателей содержит прогнозы типов и количеств двигателей, которые будут пользоваться спросом в будущем. Прогнозируемая конъюнктура основывается на типе ЛА, определенном в модуле 12 типа ЛА. Модуль 30 конъюнктуры двигателей можно выполнить с помощью эмпирической компьютерной модели, которая содержит конъюнктурные данные по множеству типов ЛА. После того, как тип ЛА будет обозначен в модуле 12 типа ЛА, модуль 30 конъюнктуры двигателей обращается к соответствующим конъюктурным данным.

Затем данные о цене, выводимые модулем 30 конъюнктуры двигателей, данные о затратах на разработку и производство от модуля 26 себестоимости двигателя направляют в модуль 32 коммерческой прибыли. Модуль 32 коммерческой прибыли определяет прибыль, учитывая такие факторы, как затраты на разработку, производственную себестоимость, окончательную цену и поступления от техобслуживания (если изготовитель обслуживает какой-либо процент проданных двигателей). Прибыль определяют по всему сроку службы двигателя. Согласно Фиг.1 прибыль можно использовать для воздействия на стратегию коммерческой деятельности. Например, может обнаружиться, что прибыль по двигателям первого типа ЛА всегда меньше прибыли по двигателям второго типа ЛА. Это заставит изготовителя производить двигатели для второго типа ЛА. Модуль 32 коммерческой прибыли можно выполнить с помощью, компьютерной модели, которая определяет коммерческую прибыль путем вычитания затрат (таких как затраты на разработку, себестоимость изготовления и пр.) из объема поступлений (цена, выручка за техобслуживание и пр.).

Система 10 оценки проекта двигателя может быть также выполнена без использования модуля 28 конкурирующего двигателя. В этом варианте реализации пользователь определяет цену, которая должна быть назначена за двигатель. Модуль 30 конъюнктуры двигателей определяет значение доли рынка, которую данный проект двигателя захватит при определенной цене. Информацию о цене и доле рынка используют с помощью модуля 32 коммерческой прибыли, чтобы определить коммерческую прибыль для данного двигателя относительно всего периода срока службы двигателя.

Систему 10 оценки проекта двигателя согласно Фиг.1 можно использовать на предварительном уровне проектирования. Это даст возможность пользователям лучше понять, какие именно параметры и ограничения двигателя в наибольшей степени воздействуют на конструкторские решения. Система оценки проекта двигателя помогает пользователям сосредоточиться на верном пространстве проектных параметров и идентифицировать некоторые ограничения и параметры, которые, возможно, не определены количественно. Система оценки проекта двигателя обеспечивает ценные сведения на ранних этапах процесса проектирования в целях принятия оптимальных конструкторских решений, которые дадут экономическую выгоду заказчику.

Систему 10 оценки проекта двигателя можно использовать в ряде процессов проектирования, включая детерминистические проработки проекта, вероятностные проработки проекта и анализы робастности проекта. Описание каждого из этих применений излагается здесь. Детерминистические проработки в первую очередь включают в себя основные контрольные/проектные параметры, т.е. переменные величины, которые пользователь может изменять, такие как степень сжатия вентилятора, давление внутреннего контура двигателя, температура на входе в вентилятор, технология охлаждения и материалов, и пр. При выполнении детерминистической проработки пользователь имеет возможность определить оптимальный возможный проект двигателя относительно нескольких выходных параметров (т.е. импульс тяги, дальность, ценность для заказчика и пр.).

Фиг.2 иллюстрирует входные и выходные данные системы 10 оценки проекта двигателя в приводимой в качестве примера детерминистической проработке проекта. Согласно изображению в Фиг.2 система 10 оценки проекта принимает сигнальные параметры, определяющие требования по двигателю, включая тягу на максимальном наборе высоты, тягу взлета на уровне моря и тягу взлета в условиях высокогорья. Система оценки проекта двигателя также принимает контрольные параметры, которые являются такими параметрами, которые пользователь может изменять, и которые пользователь желает выбрать для оптимизации одного выходного параметра или нескольких. В детерминистической проработке параметры неопределенности не используют. Цель заключается в том, чтобы оценить, как контрольные параметры воздействуют на выходные параметры, чтобы пользователь смог оптимизировать контрольные параметры. Система оценки проекта двигателя формирует выходные данные в зависимости от контрольных параметров, чтобы предоставить пользователю пространство проекта, указывающее, какое воздействие контрольные параметры оказывают на один или более выходных параметров.

Фиг.3 изображает приводимое в качестве примера пространство проектных параметров, формируемое системой оценки проекта двигателя и соотносящее два контрольных параметра XI (степень сжатия вентилятора) и Х2 (температура в выходном патрубке компрессора) с импульсом тяги. При изучении этого пространства проектных параметров пользователю легко понять, как изменения контрольных параметров X1 и Х2 воздействуют на импульс тяги. Фиг.3 изображает преимущества детерминистического проектирования по сравнению с обычным точечным проектированием. При точечном проектировании конструкторы принимают проектные решения, используя статистические тенденции и также исходя из конструкторского опыта для определения очень ограниченного числа рассматриваемых двигателей точечного проектирования. Но при этом конструктор двигателя не в состоянии наглядно представить, что именно происходит во всем пространстве проектных параметров; при этом только несколько точечных проектов представляют оптимальные возможные двигатели в пределах данного пространства проектных параметров.

Детерминистическое проектирование предоставляет пользователю возможность быстрой оценки крупного пространства проектных параметров, определяемого контрольными параметрами. Пользователь также может наложить ограничения на контрольные параметры согласно Фиг.4, чтобы пользователь смог сосредоточиться на той части пространства проектных параметров, которую можно реально осуществить. Это дает возможность пользователю понять воздействие ограничений, в результате чего данное ограничение можно либо пересмотреть, либо в проект можно ввести возможное изменение. Поэтому детерминистическая проработка улучшает понимание будущих конфигураций точечного проектирования.

Детерминистическая проработка не ограничивается двумя контрольными параметрами. Можно применять любое число контрольных параметров. Чтобы оптимизировать один или более выходных параметров можно использовать решающую программу (напр., решающую программу «Эксел»). Например, можно сформировать пространство проектных параметров, которое соотносит все пять контрольных параметров, изображаемых в Фиг.2, с импульсом тяги. Затем решающая программа может найти значения пяти контрольных параметров, которые оптимизируют импульс тяги, стоимость для заказчика, коммерческую прибыль и др.

Фиг.5 иллюстрирует приводимую в качестве примера детерминистическую проработку, проводимую с помощью системы 10 оценки проекта двигателя. Для оценки крупного пространства проектных параметров были выбраны девять разных контрольных параметров. На контрольные параметры наложили ограничения между заранее определенными пределами. Чтобы свести к минимуму число прогонов, необходимых для формирования уравнения поверхности отклика для разных выходных параметров, использовали модифицированное проектирование экспериментов (ПЭ) с применением центрального составного проектирования (ЦСП) с девятью переменными величинами. Применение системы 10 оценки проекта двигателя на предварительном уровне проектирования значительно ускоряет оценку крупного пространства проектных параметров с многими контрольными параметрами.

Модифицированное ПЭ ЦСП для девяти контрольных параметров составляет 147 разных прогонов. Формирование 147 двигателей точечного проектирования, оценка двигателя с помощью программы анализа рейса ЛА и определение всех соответствующих выходных параметров (импульс тяги, акустика, стоимость для заказчика и пр.) в случае применения обычной методики заняло бы огромное количество времени. С помощью системы оценки проекта эти задания сдавали вечером и на следующее утро результаты были готовы. Благодаря быстрому срабатыванию системы оценки проекта двигателя пользователь может оценить воздействие многих разных конструкторских ограничений и предположений. Анализ проекта узлов обеспечивает понимание ограничений, снижавших дополнительные преимущества с точки зрения рабочих характеристик.

Одним из представленных в Фиг.5 выходных параметров является улучшенный импульс тяги. С помощью системы 10 оценки проекта двигателя пользователь смог определить, как различные проектные ограничения воздействуют на рабочие характеристики двигателя. Первым оцениваемым ограничением было максимальное увеличение тяги двигателя (т.е. величина дополнительной тяги, которую данный проект двигателя мог бы освоить за счет модификаций). Система 10 оценки проекта двигателя показала, что конструирование двигателя с меньшим потенциалом увеличения тяги в результате дает улучшение импульсной тяги. При снижении максимального потенциала увеличения тяги с 40% до 15% импульс тяги улучшается, примерно, на 1%. Помимо этого ограничивающими факторами были момент вращения вала вентилятора и скорость подшипника. Система 10 оценки проекта двигателя показала, что применение нового материала для вала вентилятора улучшит импульс тяги еще на 1%.

Систему оценки проекта двигателя можно также использовать в вероятностных проработках в целях моделирования неопределенности согласно Фиг.6. В соответствии с изображением в Фиг.6 параметры неопределенности прилагают к системе 10 оценки проекта двигателя. Контрольные параметры фиксируют для конкретного проекта двигателя. Это позволяет пользователю увидеть эффекты неопределенности для единого проекта двигателя. Неопределенность присутствует на предварительных этапах процесса проектирования из-за возникающих в ходе его требований к проекту; и также имеют место неопределенности, связанные с детальным выполнением аэродинамического и механического конструирования узлов двигателя. Эта неопределенность обусловлена присвоением статистического распределения каждому параметру неопределенности и также использованием метода Монте-Карло или эквивалентных методов, таких как быстрое вероятностное интегрирование (БВИ), для формирования функций распределения вероятности (ФРВ) или интегральных функций распределения (ИФР), характеризующих вероятность того, что данный выходной параметр будет соответствовать целям системы.

За счет использования средств статистического анализа система 10 оценки проекта двигателя обладает возможностью оценивать неопределенности и количественно определять вероятность того, что выходные параметры будут соответствовать проектным требованиям. Параметры неопределенности являются переменными значениями, которые пользователь не может надежно спрогнозировать на ранних этапах процесса проектирования (напр., кпд узлов, охлаждающие потоки и пр.). Этот тип анализа дает пользователю возможность определить, какие именно переменные величины неопределенности в наибольшей степени воздействуют на определенные выходные параметры, и идентифицировать программы усовершенствования технологии. ИФР иллюстрирует вероятность соответствия определенной цели для определенной совокупности контрольных параметров двигателя.

Фиг.6 представляет конкретную конфигурацию двигателя, сконструированную согласно данной совокупности требований к двигателю, с добавлением параметров неопределенности двигателя. Выходные данные представлены в виде ИФР. Графики характеризуют уровень достоверности того, что данный выходной параметр будет соответствовать заданной цели при данной конфигурации двигателя, подвергаемой уровням параметра неопределенности. Например, согласно примеру в Фиг.6, вероятность достижения цели в отношении импульса тяги для конкретной конфигурации двигателя, подвергаемой некоторой неопределенности, составляет 85%.

Систему 10 оценки проекта двигателя можно также использовать для выполнения анализа робастности проекта. Робастный проект двигателя является кумулятивным эффектом детерминистического конструирования и вероятностной оценки. Другими словами, анализ робастности проекта выполняют для выявления оптимальной возможной конфигурации двигателя и для оценки неопределенностей, связанных с каждой конфигурацией двигателя. Анализ неопределенности можно также использовать для определения риска нарушения предела или ограничения проекта. Робастный проект предоставляет возможность довести до максимума вероятность того, что данная конструкция двигателя удовлетворяет ограничениям проекта. Этот тип анализа обеспечивает пользователю возможность не только количественно определить изменение, связанное с выходными данными системы, но также и определить изменение в ограничениях проекта. Значения среднего и среднеквадратического отклонения выходных параметров всех комбинаций проекта подбирают в виде уравнений реакции поверхности. Эти уравнения реакции поверхности затем подвергают ограничениям, налагаемым на конструкцию двигателя. Поэтому пользователь имеет возможность количественно определить риск, связанный с оптимальным детерминистическим проектированием.

Фиг.7 иллюстрирует целесообразность робастного проекта. Фиг.7 изображает пространство проектных параметров относительно температуры выходного патрубка компрессора (Х2) в зависимости от температуры на входе ротора турбины (Х3). Исследуют три разные точки в пространстве проектных параметров. В точке А среднеквадратическое отклонение импульса тяги является минимальным, что указывает на минимальное значение дисперсии в пространстве проекта. Диапазон значений импульса тяги в этом местоположении изображен как распределение 100. Только половина распределения 100 соответствует заданному импульсу тяги (половина распределения расположена влево от нужного импульса тяги). Соответственно, использование минимальной дисперсии для выбора импульса тяги дает приблизительную 50-процентную вероятность соответствия заданному импульсу тяги. В точке В средний импульс тяги сводится к минимуму. Диапазон значений импульса тяги в этом местоположении изображен как распределение 110. Распределение 110 имеет наибольшую вариацию в пространстве проекта, и вероятность соответствия заданному импульсу тяги составляет около 60% - только незначительно лучше, чем в точке А. Точка С изображает оптимальное робастное решение. Диапазон значений импульса тяги в точке С представлен распределением 120. В соответствии с изображением в Фиг.7 около 85% распределения 120 соответствует заданному импульсу тяги.

50-процентный уровень достоверности (реализованный в точке А пространства проекта) характеризует 50-процентный риск несоответствия требованиям проекта. Это несоответствие проектным требованиям влечет за собой перепроектирование, повторные проверки, либо финансовые штрафы, связанные с гарантиями и скидками, обусловленными возможной задержкой сдачи двигателя в эксплуатацию. 85-процентный уровень достоверности (реализованный в точке С пространства проекта) представляет 15-процентный риск несоответствия требованиям проекта. Соответственно, используя систему 10 оценки проекта двигателя для выполнения анализа робастности проекта, риск несоответствия проектному ограничению снижается более чем втрое.

С помощью системы оценки проекта двигателя для выполнения анализов робастности проекта контрольные параметры двигателя можно выбрать такими, чтобы довести до максимума вероятность соответствия целям проекта. В примере согласно Фиг.7 доведение до максимума вероятности соответствия заданному импульсу тяги обусловило только незначительное отрицательное влияние (доли процента) на проектный импульс тяги, вес двигателя и себестоимость двигателя. Дополнительное снижение риска можно осуществить путем нахождения такого уровня достоверности, при котором все ограничения сходятся в единую точку. Это - двигатель наименьшего риска, т.е. двигатель, который имеет низшую вероятность несоответствия как проектным ограничениям, так и заданиям, обеспечивающим стоимость для заказчика.

Система оценки проекта двигателя обеспечивает пользователю средство оценки количественного эффекта конструкторских решений на ранних стадиях процесса. Система оперативно обеспечивает полные анализы робастности и поэтому пользователь может быстро принимать конструкторские решения. В соответствии с вышеизложенным эта система количественно определяет неопределенности с помощью ФРВ или ИФР и обеспечивает пользователю возможность вырабатывать проекты с вероятностью успеха, как стимулирующего фактора. Данная система также является параметрической, которая позволяет пользователю исследовать в целом пространство проектных параметров сразу вместо исследования одной точки в пространстве проектных параметров.

Фиг.8 изображает систему 100 оценки проекта в качестве приводимого в качестве примера варианта реализации. Систему 100 оценки проекта можно применить для разных технологий, и она не ограничивается оценкой проекта двигателя ЛА, описываемой в отношении Фиг.1. Система 100 оценки проекта аналогична системе, излагаемой в отношении Фиг.1, в том, что ее используют для оценки проекта узла (напр., двигателя), являющегося частью системы (напр., самолета). Приводимая в качестве примера комбинация системы/узла, которую можно оценивать с помощью системы 100 оценки проекта, является комбинацией локомотива/двигателя (дизельного или газового). Дополнительные конфигурации системы/узла включают в себя конфигурации «бытовой электроприбор/субсистема» (при этом бытовой электроприбор включает в себя широкий класс потребительских товаров, включая стиральные машины, фены, холодильники, видеомагнитофоны, проигрыватели компакт-дисков и пр.); конфигурации «электростанция/генератор» (включая паровые турбины, турбогенераторы и пр.), «компьютер/процессор», «транспортное устройство/двигательная установка» и «лампа накаливания/нить накаливания». Подразумевается, что приводимые выше примеры применения системы оценки проекта не ограничивают диапазон применения данного изобретения.

Система 100 включает в себя модули, аналогичные описываемым относительно Фиг.1. Модуль 112 типа обеспечивает для пользователя возможность выбрать конкретный случай применения. Например, если пользователь проектирует двигатель для локомотива, то он может задать тип локомотива. Затем модуль типа определяет такие требования, предъявляемые к двигателю, как мощность в лошадиных силах, топливная экономичность и пр.

Модуль проекта 114 получает требования от модуля типа 112 и дает возможность пользователю выработать проект, удовлетворяющий требованиям, определенным модулем 112 типа. Для модуля 114 проекта можно использовать имеющиеся программы проектирования. Модуль 114 проекта также получает входные данные от модуля 116 технологии. Модуль 116 технологии содержит данные, относящиеся к разным технологиям. Например, если систему используют для проектирования субсистемы охлаждения для холодильника, то модуль 116 технологии может содержать данные, относящиеся к разным конфигурациям демпфера (напр., единый демпфер или двойной). После того, как пользователь определит конкретную технологию, модуль 114 проектирования обращается к модулю 116 технологии, чтобы получить данные, необходимые для учета конкретной технологии в имеющемся проекте.

Модуль 114 проекта вырабатывает проект, включающий в себя расчетные данные. Модуль 118 рабочих характеристик использует расчетные данные, поступившие от модуля 114 проекта, для вычисления расчетных рабочих характеристик. Например, если проект является субсистемой охлаждения для холодильника, то модуль 118 рабочих характеристик может определить номинальное значение кпд для холодильника.

Модуль себестоимости 126, модуль 124 стоимости для заказчика, модуль 128 конкуренции, модуль 130 конъюнктуры и модуль 132 коммерческой прибыли действуют аналогично модулю 26 себестоимости двигателя, модулю 24 стоимости для заказчика, модулю 28 конкурирующего двигателя, модулю 30 конъюнктуры двигателей и модулю коммерческой прибыли, соответственно, описываемым выше со ссылкой на Фиг.1. Модуль 124 стоимости для заказчика может вывести значением стоимости для заказчика, исходя из известных конъюнктурных ожиданий. Например, стоимость для заказчика субсистемы охлаждения для холодильника может основываться на таких факторах, как кпд и среднее время до отказа. Если проект относится к нити накаливания для лампы накаливания, то стоимость для заказчика может основываться на яркости и сроке службы лампы. Модуль 126 себестоимости, модуль 128 конкуренции, модуль 130 конъюнктуры и модуль 132 коммерческой прибыли действуют аналогично модулям в Фиг.1. В соответствии с вышеизложенным модуль 128 конкуренции и модуль 124 стоимости для заказчика используют для определения разницы стоимости для модуля 130 конъюнктуры. Затем модуль конъюнктуры может определить продажную цену для данного узла, чтобы захватить определяемую пользователем долю рынка. Модуль коммерческой прибыли 132 затем определяет прибыль, основываясь на продажной цене и себестоимости. Система 100 оценки проекта может также действовать без модуля 128 конкуренции в соответствии с описанием относительно системы 10 оценки проекта.

Как указывалось выше, данное изобретение можно реализовать в виде выполняемых компьютером процессов и устройств, выполняющих эти процессы. Данное изобретение можно также реализовать в виде компьютерной программы, содержащей команды в таких физических носителях, как дискеты, компакт-диски постоянной памяти, накопители на жестких магнитных дисках, или любые прочие машиночитаемые носители, причем, если компьютерная программа загружается и выполняется компьютером, то компьютер становится устройством, реализующим данное изобретение. Данное изобретение можно также реализовать в виде компьютерной программы, которую, например, запоминают в носителе, загружают в компьютер и/или выполняют с помощью компьютера, либо передают с помощью передающего средства, такого как электропроводка или кабель, по оптическим волокнам, или посредством электромагнитного излучения, причем, когда компьютерная программа загружена в компьютер и выполняется компьютером, компьютер становится устройством реализации данного изобретения. При выполнении ее посредством микропроцессора общего назначения сегменты компьютерной программы конфигурируют микропроцессор для создания определенных логических схем.

Несмотря на то, что данное изобретение излагается здесь со ссылкой на приводимые в качестве примера варианты реализации, специалистам данной области будет ясно, что в нем можно делать различные изменения, и его элементы могут заменяться эквивалентами в рамках данного изобретения. Также можно произвести многие модификации сообразно некоторой конкретной ситуации или некоторому материалу согласно техническим решениям данного изобретения, не выходя из его объема. Поэтому подразумевается, что данное изобретение не ограничивается раскрываемыми здесь конкретными вариантами его реализации, и что данное изобретение включает в себя все варианты реализации, подпадающие под объем прилагаемой формулы изобретения.