Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной апаратуры

с  окружением и произведена структуризация выявленных свойств.  На

                              - 74 -

основе исследования  взаимосвязей  параметров  свойств  ВКА  и  ее

структурных составляющих сформированы соответствующие таблицы свя-

зей.

     4. Введено  понятие  цели проектирования ВКА и показана связь

целей проектирования с генерацией вспомогательных функций и струк-

турой ВКА.  На основе анализа разработанных таблиц связей парамет-

ров свойств ВКА построено дерево целей проектирования ВКА.

     5. Представлено  необходимое  с  позиций системного подхода к

описанию процесса проектирования ВКА уравнение  ее  функционирова-

ния,  связывающее  входные  и выходные параметры ВКА с внутренними

параметрами ее ФМ, и введены критерии, оценивающие качество синте-

зируемых конструкций ВКА.

     Проведенный системный  анализ  ВКА позволяет перейти к разра-

ботке методик и формализации основных этапов  схемотехнического  и

функционального  проектирования ВКА в соответствии с ранее описан-

ным алгоритмом.

.

                              - 75 -

     3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО И ФУНКЦИО-

        НАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВКА.

     3.1. Методические основы функционального и схемотехничес-

          кого проектирования ВКА.

     Предложенная во введении обобщенная модель функционально-схе-

мотехнического проектирования ВКА представляет конструктору упоря-

доченную последовательность действий, необходимых для выбора стра-

тегии при создании ВКА. При этом, как было показано ранее, процесс

собственно проектирования ВКА на начальных стадиях формально явля-

ется последовательным поиском, созданием и преобразованием различ-

ных структур ВКА и с учетом описанных в п.  2.2.2 структур в общем

случае может быть представлен в виде:

                                                           (3.1)

     Отметим, что структура     строится тогда, когда конструктора

не удовлетворяет ни одна из известных  функциональных  структур  и

необходим синтез принципиально нового технического решения. Вместе

с тем требования, предъявляемые к создаваемой ВКА, не вызывают не-

обходимости  изменения сформированной на основе анализа назначения

ВКА и опыта ее конструирования структуры      и базовых функций  в

структуре     .  При этом эволюция ВКА происходит в результате до-

бавления или изменения возникающих из целей проектирования вспомо-

гательных функций на всех уровнях иерархии,  в результате чего до-

бавляются,  изымаются или заменяются различные ФМ,  что  позволяет

ограничивать  рассматриваемое число структур при практическом про-

ектировании.

     Предложенные принципы  формирования  требуемых видов структур

позволяют построить множество всевозможных структур,  включающее и

недопустимые  в смысле работоспособности.  В связи с чем возникает

                              - 76 -

задача выделения из данного множества  допустимых  и  рациональных

структур ВКА, удовлетворяющих ТЗ, и нахождение среди них оптималь-

ной.

     С учетом изложенного модель процесса проектирования ВКА можно

представить в виде:

                                                             (3.2)

где      - процедура выбора прототипов (ПР);     - цели проектиро-

вания;       - множество допустимых функциональных структур;    ,

     - соответственно, множества вариантных обобщенных и рациона-

льных структур;       ,      ,       - соответственно, допустимые,

рациональные и оптимальная элементные структуры;     ,   =  1,7  -

правила соответствующих преобразований.

     Выражение (3.2) описывает в общем виде методику  функциональ-

но-схемотехнического  проектирования ВКА и определяет основные за-

дачи, требующие решения для ее конкретизации:

- разработка  методики параметрического выбора аналогов и прототи-

пов по значениям требований ТЗ;

- разработка и  формализация  правил синтеза и преобразования ука-

занных структур и процедур структурной оптимизации.

     3.2. Методика параметрического анализа конструкций ВКА.

     Необходимость поиска аналога или выбора прототипа (см. рис.1)

при  разработке новой ВКА требует проведения сравнительного анали-

за  конструкций ВКА для их оценки и выявления конструкции,  наибо-

лее  полно  отвечающей  предъявленным  требованиям  ТЗ.  Сложность

проблемы  заключается в многономенклатурности ВКА,  различиях в ее

структуре,  наборах и значениях параметров. Для решения этой зада-

чи разработана методика параметрического выбора [125],  включающая

следующие этапы выбора оптимальной конструкции:  построение матри-

                              - 77 -

цы  значений  параметров  качества  существующих  вариантов

конструкций ВКА;  определение вектора параметров качества,  регла-

ментируемых  предъявленными  требованиями (ТЗ);  разработка  пара-

метрической модели конструкции,  удовлетворяющей ТЗ -  "идеальной"

конструкции;  формирование  допустимого  диапазона  варьирования

значений параметров качества;  определение  весовых  коэффициентов

параметров качества; выявление вариантов конструкций, удовлетворя-

ющих  ТЗ по  значениям  параметров  качества;  построение  матрицы

нормированных значений параметров качества выявленных  вариантов и

идеальной модели;  вычисление интегрального критерия качества; вы-

бор наилучшей конструкции.  При этом вначале может быть произведен

выбор типа ВКА согласно (3.13) (см. п. 3.3).

     Искомая конструкция ВКА должна удовлетворять некоторому набо-

ру параметров, определяемых предъявленными требованиями ТЗ:

                                                          (3.3)

где     - число регламентируемых ТЗ параметров качества.

     В свою  очередь,  каждая  из  существующих  конструкции   ВКА

описывается своим полным набором параметров:

                                                          (3.4)

где     - номер рассматриваемого варианта конструкций ВКА (      ,

    -  число существующих вариантов конструкций),    - число пара-

метров качества (    ).

     Каждый   из  параметров  обладает  собственным  коэффициентом

весомости, который определяется отраслевыми документами на показа-

тели качества, либо экспертными методами (например, методом парных

сравнений).

     Значения параметров качества известных конструкций  составля-

ют матрицу (3.5):

                                                           (3.5)

                              - 78 -

     Идеальная параметрическая  модель ВКА описывает некий гипоте-

тический  объект,  обладающий наилучшими значениями всех  парамет-

ров качества одновременно:

Построение этой модели можно осуществлять либо выбором из  матрицы

(3.5) наилучших значений соответствующих параметров, либо синтезом

предельно  достижимых  значений  параметров  качества,  исходя  из

условий,  определяемых      ТЗ.  Это  может  быть  и  конструкция,

описываемая просто параметрами ТЗ.  При этом  параметры,  нерегла-

ментируемые ТЗ, из рассмотрения исключаются.

     Допустимым считается  диапазон варьирования  показателей  ка-

чества между значениями, определяемыми векторами    и     :

                              и                            (3.6)

На основе набора параметров       на базе отношений типа "не хуже"

(<,  >, = ) из матрицы (3.5) осуществляется выбор конструкций ВКА,

удовлетворяющих ТЗ.  При этом возможны 3 случая:  ТЗ соответствует

несколько  конструкций  ВКА;  ТЗ  соответствует  одна  конструкция

ВКА;  ТЗ не удовлетворяет ни одна конструкция  ВКА  (т.е.  аналоги

отсутствуют).

     В первом  случае для выбора наилучшей конструкции  ВКА  среди

конкурирующих вариантов используют интегральный критерий (2.19), а

для  нормирования  параметров качества - выражение  (2.20).Проведя

нормирование  матрицы,  образованной  из  параметров качества иде-

альной модели ВКА и параметров качества конструкций ВКА,  удовлет-

воряющих ТЗ,  получают матрицу нормированных параметров    , необ-

ходимую для определения интегрального критерия    :

                                                           (3.7)

                              - 79 -

Здесь (   ) - число конструкций ВКА,  соответствующих ТЗ.  Выделив

из  этого множества два объекта     и    ,  которым  соответствуют

векторы    и    ,  по выражению (2.19) определяют  значения      .

Наименьшее  значение  интегрального критерия  определит  наилучшую

конструкцию ВКА.

     Во втором  случае задачу можно считать решенной.

     Наконец,  в третьем  случае,  когда аналогов-конструкций ВКА,

по всем  параметрам  удовлетворяющих ТЗ,  нет,  для расширения об-

ласти применения известных решений предлагается произвести  усече-

ние  ТЗ  путем  поочередного  отбрасывания  параметров  качества с

незначительными коэффициентами весомости ( например,  с     0,05).

В результате получаем матрицу с суженным набором параметров,  ана-

лиз которой на соответствие усеченному ТЗ может выявить удовлетво-

ряющие  ему  конструкции ВКА-прототипы.  Проведя оценку выявленных

конструкций по критерию    , аналогично первому случаю, определяют

наилучшую  по наиболее важным параметрам качества конструкцию ВКА.

При этом  известность  отброшенного  параметра  качества,  несоот-

ветствующего основному ТЗ,  позволяет сформировать задание для мо-

дернизации соответствующего ФМ ВКА, т.е. возникает цель проектиро-

вания.  Если  ни одна из рассматриваемых известных конструкций ВКА

не попадает в расширенную область применения,  необходимо проекти-

рование новой конструкции, либо смягчение соответствующих требова-

ний ТЗ.

     Следует отметить,  что  в  первых  двух  случаях     варианты

конструкций ВКА,  неудовлетворяющие  ТЗ по параметрам  с  незначи-

тельными  весовыми коэффициентами,  выпадают из рассмотрения.  При

этом возможен вариант,  когда в их числе оказывается конструкция с

лучшим  интегральным показателем качества    ,если его  определять

для  полной матрицы (3.5).  В данной ситуации целесообразно проде-

                              - 80 -

лать операции, описанные в третьем случае.

     Предложенный подход позволяет также решить задачу оптимально-

го  комплектования  конструкций  ВКА  в группы сходных  однородных

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12