Program komputerowy PRZEKŁADNIA, przeznaczony jest do projektowania przekładni zębatych o prostej linii zęba (program PRZEKŁADNIA_ZS do projektowania przekładni o śrubowej linii zęba). Program ten pozwala na wielokryterialną optymalizację przekładni ze względu na różne wybierane skojarzenia kryteriów (na przykład: minimalna masa, minimalne naprężenia i maksymalna trwałość). Program, poprzez odpowiednią konstrukcję funkcji kryterialnych, zapewnia również optymalny rozkład obciążeń poszczególnych par zębatych. Zastosowanie wydajnych procedur optymalizacyjnych zapewnia sprawne poszukiwanie jak najlepszych rozwiązań.

Ze względu na olbrzymią ilość parametrów, współczynników niezbędnych do przeprowadzenia obliczeń, przyjęto zasadę, że prawie wszystkie dane mają, w okienkach dialogowych, wstępnie przyjęte wartości (proponowane przez program). Oczywiście, można prawie każdą z nich zmienić w odpowiednim okienku dialogowym. Poprzez okienka dialogowe są również podawane lub modyfikowane przez użytkownika informacje o obciążeniach oraz parametry optymalizacji. Przewiduje się możliwość animacji działania przekładni, z interaktywnym sterowaniem obrotem przekładni w przestrzeni i możliwością oglądania jej elementów w ruchu.

Zadaniem użytkownika jest wprowadzenie struktury przekładni, co realizuje się w bardzo prosty sposób. Wystarczy, korzystając z okienka dialogowego, pod pełną kontrolą programu (brak błędów), zapisać poszczególne struktury biegów a początkowe dane dla kół są generowane poprzez szablony. Możliwa jest również prezentacja, w odpowiednim okienku, rysunku schematu przekładni podczas wprowadzania struktury biegów.

W przypadku projektowania nowych przekładni, istnieje moduł programu służący do wyznaczania wstępnych parametrów kół zębatych. W szczególności moduł ten dobiera zestaw ilości zębów kół do założonych przełożeń na wszystkich biegach. W ten sposób znacznie upraszcza początkową fazę projektowania przekładni. Dobór zestawów ilości zębów kół, dla złożonej przekładni, stanowi duży problem, gdyż ilość możliwych kombinacji jest olbrzymia. Dzięki temu modułowi, aby rozpocząć obliczenia przekładni użytkownik musi tylko zdefiniować jej strukturę i wskazać przełożenia jakie chce uzyskać na poszczególnych biegach.

W zależności od wprowadzanych zmian niektórych parametrów koła generowany jest na bieżąco odpowiedni model koła (przyjęto trzy typy (modele) kół zębatych). W odpowiednim okienku dialogowym można zmienić typ koła, w bardzo prosty sposób. Zmiana ta powoduje automatyczne dostosowanie wartości parametrów koła. Program kontroluje prawidłowość doboru zestawu parametrów - możliwość realizacji fizycznej każdego koła zębatego - na etapie przygotowania danych i tutaj sugeruje automatyczną modyfikację danych. Użytkownik może pozwolić na odpowiednią zmianę danych, wykonać ją samodzielnie lub zignorować ostrzeżenie. Podczas optymalizacji również sprawdzana jest możliwość realizacji kół, w każdym kroku obliczeń. Jeśli wygenerowane, przez procedury optymalizacyjne, dane nie zapewniają spełnienia wymaganych założeń, wówczas taki krok optymalizacji nie jest podejmowany. W efekcie obliczenia są wykonywane w krótszym czasie.

Obliczenia wytrzymałościowe przekładni można aktualnie realizować według normy ISO 6336. Parametry sigmaFlim - nieograniczona wytrzymałość zmęczeniowa stopy zęba i sigmaHlim - nieograniczona wytrzymałość boku zęba, biorące udział w obliczeniach wytrzymałościowych, zostały wyznaczone doświadczalnie. Badania doświadczalne przeprowadzono na kołach zębatych wykonanych z pięciu gatunków stali do nawęglania, w których stosowano dwie metody obróbki wykańczającej uzębienie (szlifowanie i wiórkowanie). Do programu można wprowadzić parametry materiałowe dla dowolnego materiału i wykonać dla niego obliczenia. Zmiana typu materiału powoduje natychmiastową modyfikację wszystkich parametrów materiałowych danego koła. Zaznaczenie, w okienku dialogowym, odpowiedniej opcji pozwala również na automatyczne ustalenie identycznych parametrów materiałowych dla wszystkich kół przekładni.

Zmiany parametrów są również kontrolowane przez program, na przykład program nie pozwoli na wprowadzenie wartości parametru spoza przedziału dopuszczalnego. Przedziały zmienności parametrów mogą być również modyfikowane, najlepiej przez doświadczonych użytkowników. Użytkownik z niewielką wiedzą w zakresie projektowania przekładni zębatych, może pozostawić ustalone wstępnie w programie ograniczenia dolne i górne parametrów i dla nich szybko uruchomić i przeprowadzić obliczenia.

Moduł może być wyrażony w [mm] lub w [1/cal] (DP - Diametral-Pitch). Może być również wybierany na trzy sposoby: dowolny z zakresu, dowolny z typoszeregu modułów znormalizowanych lub wybrany z typoszeregu. Zmiana wartości modułu dla danego koła powoduje automatyczną zmianę modułów dla kół współpracujących. Podczas edycji danych dla wybranego koła zębatego, można również zaznaczyć opcję 'moduł identyczny dla wszystkich kół' i wówczas wszystkie koła przekładni będą miały moduł wyrażony w tych samych jednostkach i będą wybierane według określonego sposobu wyboru.

Wykorzystanie optymalizacji wielokryterialnej umożliwia, z punktu widzenia użytkownika (zestawy kryteriów cząstkowych, wagi kryteriów), różne podejścia do projektowania skrzyń przekładniowych. W programie wykorzystano efektywne procedury optymalizacji (NNLPF, BCONF, BCPOL - biblioteka IMSL, NLPQLP - Prof. K. Schittkowski oraz procedura SSW_MM - M. Martyna, napisana w oparciu o artykuł [1]) i wprowadzono, w przypadku uzyskania lokalnych minimów, automatyczne wznawianie obliczeń przez program, z odpowiednią modyfikacją punktu startowego (trzy metody: dwie zdeterminowane oraz losowa). Takie podejście pozwala na ciągłe, pełzające przeszukiwanie olbrzymiej przestrzeni rozwiązań (małe zadania to już kilkadziesiąt a większe to kilkaset zmiennych decyzyjnych i jeszcze większa ilość ograniczeń, głównie nieliniowych). Procedury optymalizacji mogą być automatycznie przełączane przez program lub ręcznie przez użytkownika.

Wyniki obliczeń można obserwować w specjalnym okienku dialogowym. Można również w dowolnej chwili włączyć lub wyłączyć dodatkowe okienko prezentujące zmienność kryteriów optymalizacji w funkcji ilości kroków optymalnych. Na wykresie znajdują się przebiegi wszystkich wybranych kryteriów cząstkowych oraz kryterium globalnego. Skala osi X jest zmieniana dynamiczne w zależności od aktualnej ilości rozwiązań optymalnych. Dane i wyniki obliczeń są zapisywane do plików tekstowych. Każdy taki plik z wynikami obliczeń może natychmiast być wykorzystany jako punkt startowy do kolejnych obliczeń.

Program może pracować w dowolnym 32-bitowym lub 64-bitowym systemie Windows oraz może być specjalnie skompilowany, zoptymalizowany pod określone procesory. Posiada zaawansowany, wielojęzykowy instalator, pomoc w różnych formatach (HTML, CHM i PDF), multimedialne demo oraz aktualizację automatyczną lub uruchamianą na żądanie.

Prezentowany program PRZEKŁADNIA jest w określonym stanie rozwoju i wiele jego nowych cech będzie stopniowo wdrażanych, niemniej już teraz można przeprowadzać, bardzo skomplikowane i przynoszące korzyści, obliczenia przekładni. W wyniku eksploatacji programu PRZEKŁADNIA, można uzyskać znacznie krótszy cykl projektowy, zoptymalizowane elementy jak i całość przekładni.

[1] Molina D., Lozano M., Sanchez A. M., Herrera F.: Memetic algorithms based on local search chains for large scale continuous optimization problems: MA-SSW-Chains. Springer-Verlag 2010.