三維結(jié)構(gòu)方法論在fsae項(xiàng)目中的應(yīng)用

1、三維結(jié)構(gòu)方法論在 FSAE 項(xiàng)目中的應(yīng)用*，理工大學(xué)交通，云南，650224【摘要】霍爾三位結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)工程方法論的重要基礎(chǔ)內(nèi)容，在工程系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，本文根據(jù)相關(guān)資料，主要了在 FSAE 項(xiàng)目中應(yīng)用霍爾三維結(jié)構(gòu)方法論對項(xiàng)目進(jìn)行管理，結(jié)合系統(tǒng)工程的對FSAE 項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化?！尽咳S結(jié)構(gòu)方法論，F(xiàn)SAE，方程式，系統(tǒng)The Application of Three-Dimenal Structure Methodologyhe project ofFSAEWangoThe Faculty of Transporion Engineering，KunMing University of Sci

2、ence and TechnologyAbstract: Hall Three-Dimenal Structure is the important fundamental content of the systemsengineering methodology, and has been widely used in engineering system. Based on present literatures,the article has mainly carried on the discusto the application of Hall Three-Dimenal Stru

3、ctureMethodologyprojects.he project of FSAE, Combined with the theories of system engineering to optimize FSAEKey Words：Three-Dimenal Structure Methodology, FSAE, formula race car, systems1 引言Formula SAE 項(xiàng)目是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，本身的結(jié)構(gòu)方面包括八個(gè)系統(tǒng)，即制動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)及傳動(dòng)系統(tǒng)、車架與車身、儀表配線和附件、雜項(xiàng)涂裝和裝配、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架和減震、車輪輪軸軸承和輪胎。每一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造都需要

4、非常專業(yè)的知識，設(shè)計(jì)制造及車隊(duì)運(yùn)營本身也需要駕駛等。各方面的知識，如管務(wù)、物流、機(jī)械加工、繪圖、仿真優(yōu)化、2 Formula SAE 概述Formula SAE 比賽由車輛工程師學(xué)會(huì)（SAE）于 1979 年開辦，比賽要求參賽的大學(xué)生以一年時(shí)間，開發(fā)一部排氣量為 610 c.c.以下的假日休閑，組裝必須簡單，可以讓小型工廠每天至少生產(chǎn)四部。這項(xiàng)比賽重點(diǎn)不是在比快，而意在做出一輛安全而且容易操作的競賽型車輛。SAE 方程式（Formula SAE）系列賽將本科生、團(tuán)隊(duì)構(gòu)思、設(shè)計(jì)與制造小型方程式的作者簡介：:(1988-)，男，本科；研究方向交通汽車服務(wù)。- 1 -能力。為了給予車隊(duì)較高的設(shè)計(jì)彈性

5、和自我表達(dá)創(chuàng)意與想象力的空間，在整車設(shè)計(jì)方面將作較小的限制。賽前車隊(duì)通常需要 8 到 12 個(gè)月的時(shí)間設(shè)計(jì)、制造、測試和準(zhǔn)備。在與來自世界各地的大學(xué)代表隊(duì)的交流與切磋中，賽事給了車隊(duì)證明與展示其創(chuàng)造力和工程技術(shù)能力的機(jī)會(huì)。中國 FSAE 項(xiàng)目起步較晚，最初國內(nèi)有湖南大學(xué)、交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、廈門理工已擁有車隊(duì)和的車輛，目前已經(jīng)有二十支車隊(duì)報(bào)名參加比賽并制造出了自己的。3 三維結(jié)構(gòu)方法論霍爾三維結(jié)構(gòu)方法論為解決大型復(fù)雜系統(tǒng)的規(guī)劃、組織、管理問題提供了一種的方法，。它在世界各國得到了廣泛應(yīng)用。 它是以時(shí)間維、邏輯維、知識維組成的通信工程師和系統(tǒng)工程AD霍爾于 1969 年空間結(jié)構(gòu)來概括地表示出系統(tǒng)

6、工程的各階段、各步驟以及所涉及的知識范圍。也就是說，它將系統(tǒng)工程活動(dòng)分為前后緊密相連的七個(gè)階段和七個(gè)步驟，并同時(shí)考慮到為完成各階段、各步驟所需的各種專業(yè)知識，為解決復(fù)雜的系統(tǒng)問題提供了一個(gè)方法。的圖 1 霍爾三維結(jié)構(gòu)體系圖3.1 邏輯維（解決問題的邏輯過程）運(yùn)用系統(tǒng)工程方法解決某一大型工程項(xiàng)目時(shí)，一般可分為七個(gè)步驟：明確問題。通過系統(tǒng)調(diào)查，盡量全面地搜集有關(guān)的資料和數(shù)據(jù)，把問題講清楚。系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)計(jì)。選擇具體的評價(jià)系統(tǒng)功能的指標(biāo)，以利于衡量所供選擇的系統(tǒng)方案。系統(tǒng)方案綜合。主要是按照問題的性質(zhì)和總的功能要求，形成一組可供選擇的系統(tǒng)方案，方案是按照問題的性質(zhì)和總的功能要求，形成一組可供選擇的系統(tǒng)方

7、案，方案中要明確待選系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和相應(yīng)參數(shù)。系統(tǒng)分析。分析系統(tǒng)方案的性能、特點(diǎn)、對預(yù)定任務(wù)能實(shí)現(xiàn)的程度以及在評價(jià)目標(biāo)體系上的優(yōu)劣次序。系統(tǒng)選擇。在一定的約束條件下，從各入選方案中擇出最佳方案。決策。在分析、評價(jià)和優(yōu)化的基礎(chǔ)上作出裁決并選定行動(dòng)方案。實(shí)施計(jì)劃。這是根據(jù)最后選定的方案，將系統(tǒng)付諸實(shí)施。以上七個(gè)步驟只是一個(gè)大致過程，其先后并無嚴(yán)格要求，而且往往可能要反復(fù)多次，才能得到滿意的結(jié)果。3.2時(shí)間維（工作進(jìn)程）- 2 -對于一個(gè)具體的工作項(xiàng)目，從制定規(guī)劃起一直到更新為止，全部過程可分為七個(gè)階段：規(guī)劃階段。即調(diào)研、程序設(shè)計(jì)階段，目的在于謀求活動(dòng)的規(guī)劃與；擬定方案。提出具體的計(jì)劃方案。研制階段。作

8、出研制方案及生產(chǎn)計(jì)劃。生產(chǎn)階段。生產(chǎn)出系統(tǒng)的零及整個(gè)系統(tǒng)，并提出安裝計(jì)劃。安裝階段。將系統(tǒng)安裝完畢，并完成系統(tǒng)的運(yùn)行計(jì)劃。運(yùn)行階段。系統(tǒng)按照預(yù)期的用途開展服務(wù)。更新階段。即為了提高系統(tǒng)功能，取消舊系統(tǒng)而代之以新系統(tǒng)，或改進(jìn)原有系統(tǒng)，使之更加有效地工作。3.3知識維（專業(yè)科學(xué)知識）系統(tǒng)工程除了要求為完成上述各步驟、各階段所需的某些共性知識外，還需要其他學(xué)科的知識和各種專業(yè)技術(shù)，霍爾把這些知識分為工程、建筑、商業(yè)、法律、管理、社會(huì)科學(xué)和藝術(shù)等。各類系統(tǒng)工程，如軍事系統(tǒng)工程、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程、信息系統(tǒng)工程等。都需要使用其它相應(yīng)的專業(yè)基（1）礎(chǔ)知識。4 三維結(jié)構(gòu)方法論在 FSAE 項(xiàng)目中的應(yīng)用FSAE 項(xiàng)

9、目是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，將三維結(jié)構(gòu)方法論運(yùn)用于該項(xiàng)目中，能夠有效幫助項(xiàng)目的管理的運(yùn)營。4.1FSAE 項(xiàng)目中的時(shí)間維根據(jù) FSAE 項(xiàng)目的實(shí)際情況，在此將三維結(jié)構(gòu)方法論中的時(shí)間維的七個(gè)工作階段表述為：車隊(duì)組建：招募車隊(duì)成員，構(gòu)建車隊(duì)運(yùn)營的框架，分配車隊(duì)隊(duì)員的職責(zé)。規(guī)劃階段：制定整個(gè)項(xiàng)目的具體計(jì)劃方案，設(shè)計(jì)階段：實(shí)現(xiàn)整車各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)，并制定制造方案。制造階段：按照設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)完成零的制造或改裝，并完成整車的裝配測試階段：對裝配完成的進(jìn)行各方面的測試，提出改進(jìn)計(jì)劃。改進(jìn)階段：對有待改進(jìn)的地方進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步提高的性能。比賽階段：制定比賽方案，爭取獲得良好的比賽成績。4.2FSAE 項(xiàng)目中的邏

10、輯維現(xiàn)以第三階段即設(shè)計(jì)階段為例來其邏輯維4.2.1 明確問題通過分散和集中歸納，整理出該階段所要解決有：怎樣設(shè)計(jì)一輛具有優(yōu)良性能的符合 FSAE 規(guī)則的方程式，制定合理的加工制造方案，以及通用零件改裝方案。4.2 .2 系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)計(jì)整車指標(biāo)：軸距：1650mm；前輪距：1300mm；后輪距：1300mm；最小離地間隙：70mm；整備質(zhì)量：約 300kg；性能指標(biāo)：加速度 0-75m 加速時(shí)間要求小于 5.8 秒；最高時(shí)速：約 100km/h，能夠承受 1.7G 的側(cè)向加速度，制動(dòng)性能等達(dá)到規(guī)則要求。- 3 -4.2.3 系統(tǒng)方案綜合按照問題的性質(zhì)及系統(tǒng)總的功能要求，制定一組可供選擇的方案。由于

11、該系統(tǒng)較復(fù)雜，分為多個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，下面以傳動(dòng)系統(tǒng)為例進(jìn)行。所選用發(fā)為春風(fēng)發(fā)cf188，自帶無極變速箱，初級變速比（ 無級變速器） ： 0.7032.88有級比總比高檔： 3.5142.4710.12低檔： 5.8574.1216.87倒檔： 3.8282.6911.02車輪直徑d=530mm設(shè)計(jì)質(zhì)量m=300kg 設(shè)計(jì)最高車速為100120km/h式中max u 為汽車的最高車速（km/h）； p n 為汽車最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速（r/min）；l為車輪周長（m）；g i 為變速器傳動(dòng)比； 0 i 為主器傳動(dòng)比，主器傳動(dòng)比0 i 為2.22.6計(jì)算若令tq T 表示發(fā)轉(zhuǎn)矩， t T 為作用于驅(qū)動(dòng)

12、輪上的轉(zhuǎn)矩，則有又最大扭矩計(jì)算，汽車最大加速度為2.65m /s 2方案一 選用軸傳動(dòng)。方案二 選用鏈傳動(dòng)。4.2.4 系統(tǒng)分析對各方案的效果費(fèi)用進(jìn)行充分的論證和分析，為方案提供可靠的依據(jù)。下面進(jìn)一步以上面示例。進(jìn)行對上面兩個(gè)方案中，如果選用方案一軸傳動(dòng)，因?yàn)闆]有相應(yīng)的加工能力，只能選用市場上通用零，進(jìn)一步就涉及到差速器選擇，市場上多數(shù)的主器的主比都比較大，不適合。能夠找到的一款主上面的計(jì)算方法，比相對較小的就是該發(fā)原裝沙灘車上的差速器，主比為 3.67，按照的設(shè)計(jì)最高車速將會(huì)有所減低，而相應(yīng)的的加速度會(huì)提高。根據(jù)掌握的信息，分值較大的耐力賽的賽道彎道較多，最高車速降低對成績的影響應(yīng)該不大，而

13、加速性能的則有利于取得好成績，另外選用該主器不用考慮動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是否匹配。如果選用方案二，相應(yīng)的零件加工比較簡便，在市場上也比較容易選擇合適的零，可以將傳動(dòng)比按照設(shè)計(jì)的理論值進(jìn)行加工，但是存在跟發(fā)匹配，發(fā)本來設(shè)計(jì)的是軸傳動(dòng)，如果采用鏈傳動(dòng)就需要對發(fā)的動(dòng)力輸出進(jìn)行改裝，并且發(fā)需要側(cè)置，這將改變發(fā)的重心位置，傳動(dòng)鏈也有可能會(huì)與車架。4.2.5 系統(tǒng)選擇- 4 -通過對上面兩個(gè)方案的分析論證，經(jīng)過利弊的權(quán)衡，認(rèn)為第一方案相對來說比較有利。4.2.6 方案決定由隊(duì)長及主要小組選擇一個(gè)或多個(gè)方案執(zhí)行。4.2.7 實(shí)施計(jì)劃對方案的實(shí)施計(jì)劃進(jìn)行不斷的修改完善，并把它們確定下來一一。4.3FSAE 項(xiàng)目中的知識維在設(shè)計(jì)階段，各步驟需要的知識有繪圖、方程式財(cái)務(wù)、管理等方面知識。構(gòu)造、規(guī)則理解、機(jī)械加工、物流采購、5 結(jié)束語筆者擔(dān)任所在學(xué)校 FSAE