Реферат: Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной аппаратуры
Столбцы в таблице соответствуют необходимым признакам , а
отдельная позиция в столбце - варианту его функциональной реализа-
ции . Свободу выбора при конструировании Ф. Цвикки трактует как
возможность работать с альтернативами, т.е. выбирать одни варианты
выполнения блоков и отвергать другие. Выделяя в каждом столбце
таблицы альтернативу и соединяя их отрезками линий, получают мно-
гозвенную линию , которая символизирует описание
признаков некоторой конструкции. Выбор предпочтительной конструк-
ции инженер делает интуитивно, по очереди перебирая комбинации
альтернатив.
Другой формой морфологического анализа и синтеза ТР является
комбинирование признаков, характеризующих различные системы (орга-
низующие понятия). В этом случае, при комбинировании двух органи-
- 37 -
зующих понятий, рекомендуется табличная форма, в столбцах которой
записаны признаки одного организаующего понятия, а в строках приз-
наки другого организующего понятия. В каждой клетке таблицы нахо-
дится рабочий принцип из комбинации двух элементов решения. При
комбинировании более чем двух организующих понятий пользуются мат-
ричной формой записи [95].
Таким образом, метод морфологического анализа и синтеза [85,
96 - 99] состоит в изучении всех возможных комбинаций параметров,
форм, отдельных элементов для решения поставленной задачи. Значе-
ния параметров, типы форм и элементов образуют таблицу (матрицу).
Различные сочетания перечисленных характеристик рождают альтерна-
тивные идеи или рекомендуемые решения задачи. Морфологический ана-
лиз применяется для решения задач поиска рациональных структур,
схем и компоновок. При возможности синтеза большого множества но-
вых ТР в этом методе практически не решена проблема выбора наилуч-
шего решения из числа синтезируемых.
В последнее время на основе идеи Цвикки предложена комбина-
торная концепция работы с альтернативами, на основе которой разра-
ботаны новые системно-морфологические алгоритмы оптимизации и об-
щая логическая схема принятия решений при конструировании [85]. В
работе вводится понятие комбинаты, являющейся сопряженной к поня-
тию альтернативы, отражающей все локальные, исключающие друг друга
варианты взаимной подмены блоков при конструировании. Не всякая
комбинация при замене одного функционального блока другим (из од-
ной и той же альтернативной серии, описывающей данный признак )
правомерна. Фиксацию этого факта отражает комбината, т.е. совокуп-
ность всех мыслимых альтернатив формально порождает множество ком-
бинаций, а отношение комбинаторности ограничивает это множество и
показывает, что на самом деле невозможно, а что необходимо еще
исследовать. Иерархическая списковая структура, в которой учтены
- 38 -
все альтернативы и комбинаты признаков строения, составляет комби-
наторный файл семейства технических систем, который представляет
не что иное, как многоуровневую композицию вложенных друг в друга
морфологических ящиков [96].
Таким образом, анализ методов поискового конструирования по-
казывает, что большинство из них представляет собой комбинацию из
нескольких известных методов или же являются производными какого-
либо метода, но более эффективными. Наиболее простым и формализуе-
мым методом, позволяющим генерировать большое множество вариантов
ТР, является метод морфологического анализа и синтеза, но в нем не
формализована процедура выбора наилучшего решения. Представляется
целесообразным развитие этого метода для структурного синтеза ВКА
путем добавления процедур структурной оптимизации [100].
Вместе с тем, изучение вопросов, связанных с автоматизацией
проектно-конструкторской деятельности и, в частости, созданием
САПР, показало подробную проработку методических основ создания
САПР, типовых структур подсистем САПР, правил построения и органи-
зации различных видов обеспечений САПР (математического, программ-
ного, информационного) и других теоретических аспектов автоматизи-
рованного проектирования [101 - 105]. Большое внимание уделено и
аппаратным средствам САПР [104, 106]. Однако проблемы создания
конкретных прикладных САПР достаточно полно решены лишь в областях
электротехники и радиоэлектроники [107 - 109]. В разработке же
САПР машиностроительных объектов, к которым относится и ВКА,
основной упор делается на автоматизацию отдельных процедур, авто-
матизированное проектирование отдельных элементов, автоматизацию
технологической подготовки производства и изготовление конструк-
торской документации [110 - 113]. При этом отмечается сложность
выработки единого универсального принципа конструирования техни-
ческих объектов машиностроения, основанного во многом на трудно-
- 39 -
формализуемом творческом подходе [102, 114] и неизбежность, в свя-
зи с этим, модификации типовых структур их САПР.
Принципиальная возможность решения задачи автоматизации про-
ектирования конкретного класса ТО делает актуальной разработку ме-
тодических основ создания САПР ВКА, формализацию типовых процедур
ее конструирования и построение интегральных и локальных критериев
оценки конструкции на различных этапах проектирования ВКА.
Выводы.
На основании изучения материалов, отражающих состояние работ
по созданию ВКА, с учетом требований, предъявляемых вакуумным тех-
нологическим и научным оборудованием, и необходимости автоматиза-
ции процесса проектирования ВКА, можно сделать следующие выводы:
1. Проанализированы характерные режимы эксплуатации ВКА, оп-
ределены условия ее применения в различных группах оборудования и
сформулированы основные требования к показателям качества ВКА.
Установлено, что в ряде случаев ВКА регламентирует производитель-
ность и надежность ВТО.
2. Проведен анализ существующих конструкций ВКА, показана от-
носительная стабильность структуры и выделены основные ФМ ВКА. От-
мечено влияние различных вариантов ФМ на показатели качества ВКА.
Предложен обобщенный показатель, позволяющий производить прибли-
женную оценку эффективности конструкций ВКА, показавший преиму-
щество устройств плоского типа. Установлено отсутствие конструкций
ВКА, полностью удовлетворяющих разнообразным диапазонам требова-
ний, предъявляемых ВТО, в частности отмечено отсутствие цельноме-
таллических плоских устройств, серийно выпускаемых отечественной
промышленностью, а также заметное отставание имеющейся ВКА по ряду
показателей качества от зарубежных образцов.
- 40 -
3. Проведен анализ кинематических и динамических особенностей
работы ВКА, подтвердивший практическое отсутствие исследований в
области анализа и синтеза ее механизмов. Показано, что в настоящее
время не определены кинематические и динамические критерии, позво-
ляющие осуществить выбор рациональной кинематической схемы ВКА.
4. Предложена обобщенная классификация ВКА, построенная на
основании модульно-иерархического подхода к анализу существующих
конструкций ВКА, включающая ее разбиение по признакам используемых
механизмов и дополняющая известные классификации. Отмечено, что
для проведения функционального и схемотехнического проектирования
ВКА ее иерархия может быть представлена двухуровневым деревом, где
первый уровень - ВКА в целом, второй уровень - множество ФМ, вхо-
дящих в структуру ВКА.
5. Показана возможность формирования структуры ВКА выбором из
множества вариантов составляющих ее элементов, что позволяет счи-
тать применимыми для схемотехнического проектирования ВКА методы
поискового конструирования.
6. Анализ методов поискового конструирования показал це-
лесообразность использования метода морфологического анализа и
синтеза, позволяющего формализовать процесс проектирования ВКА на
этапе синтеза ее структурных схем. Отмечены перспективные возмож-
ности данного метода для синтеза новых технических решений при
условии включения процедур выбора и структурной оптимизации.
7. Обоснована необходимость автоматизации проектирования ВКА.
Показана сложность автоматизации конструкторской деятельности,
особенно при разработке машиностроительных объектов. Обзор сущест-
вующих систем автоматизированного проектирования подтвердил
отсутствие разработок по автоматизации схемотехнического и функци-
онального проектирования объектов класса ВКА.
.
- 41 -
2. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ВАКУУМНОЙ КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ
2.1. Системная модель ВКА при функциональном и схемотехни-
ческом проектировании.
Анализ существующих конструкций ВКА, проведенный в главе 1,
показал, что ВКА является сложной технической системой и имеет
многоуровневую иерархическую структуру [115]. По функциональному
признаку можно выделить следующие уровни ее членения: ВКА как це-
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21
