Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной апаратуры

                              - 90 -

низм преобразования движения (   ) и механизм перемещения и герме-

тизации уплотнительного диска (   ),  согласующие входные и выход-

ные параметры движения основных ФМ.

     Обозначив через    = 1,6 в  (3.20)  соответственно  отношения

совместимости между ФМ (       ), (       ), (       ), (       ),

(       ),  (       ),  процедуру генерации  типовых  рациональных

структур ВКА можно описать следующими выражениями:

                                                          (3.22)

где    ,    ,     -  соответственно:    -ый вариант привода,   -ый

вариант ввода движения в вакуум,   -ый вариант уплотнительной  па-

ры.

     Выражение (3.22) описывает множество строго определенных эле-

ментных  структур ВКА,  состоящих из основных ФМ:  привода,  ввода

движения в вакуум и уплотнительной пары.

     При невыполнении   хотя  бы  одного  из  отношений  совмести-

мости        для ФМ     и     ,  т.е.                  ,  где    -

значение  "ложь",  необходим  ввод элемента     и выражение (3.22)

принимает вид:

                                                          (3.23)

где     -    -ый вариант механизма преобразования движения.

     При

                                                          (3.24)

где     -   -ый вариант механизма перемещения и  герметизации  уп-

лотнительного диска.

                              - 91 -

     При                 и

                                                          (3.25)

     Следует отметить,  что  при  генерации  вариантов  элементных

структур ВКА может использоваться как одна какая-либо из описанных

формула, так по мере необходимости и несколько. При этом количест-

во получаемых структур определяется мощностями множеств    . Кроме

того,  появление новых ФМ,  реализующих заданные цели проектирова-

ния,  может  в  соответствии с (3.21) потребовать введения и новых

вспомогательных ФМ,  а возможно и дополнительных к ним элементов с

рассмотрением  отношений  их  совместимости и трансформацией соот-

ветствующих выражений.

     Исключение из рассмотрения ФМ "корпус" - объясняется принятой

априори его совместимостью с другими ФМ.

     Для выбора  оптимальной  элементной структуры      может быть

использован интегральный критерий (2.19).

     С целью упорядочения генерируемых структур для их анализа це-

лесообразно проводить ранжирование полученных структур. В качестве

критериев ранжирования предлагаются следующие:

                                                          (3.26)

где    - количество структурных составляющих в структуре ВКА.

                                                          (3.27)

где    - относительная стоимость  сгенерированной  структуры;    -

относительная стоимость   -го варианта   -го варианта   -го струк-

турного элемента (    ).

     Для сверхвысоковакуумной  ВКА в первую очередь предпочтитель-

нее структуры с отсутствием механизмов, работающих в вакуумной по-

лости,  т.е. механизмов перемещения и герметизации уплотнительного

                              - 92 -

диска (    ),  поэтому при анализе        в первую очередь следует

рассматривать  структуры,  полученные  с  использованием выражений

(3.22) и (3.23).

                              - 112 -

влияния на динамические характеристики ВКА: перегрузки на уплотни-

тельной  паре,  скорость  приложения усилия герметизации,  быстро-

действие.  Все искомые параметры связаны с  перемещением  уплотни-

тельного диска,  в частности зависят от приведенного максимального

угла его "выбега":

                                                          (3.58)

где     - фактический угол останова выходного звена привода;     -

требуемый  угол  останова выходного звена привода (окончание цикла

работы ВКА), поэтому результирующая информация представлена в виде

зависимостей         от перечисленных характеристик структуры ВКА:

на рис.  3.6,а приведена усредненная зависимость             ;  на

рис.  3.6,б - график             ;  на рис. 3.7,а -           ; на

рис. 3.7,б -            .

     В связи с тем,  что надежность работы ВКА во многом определя-

ется действующими на ее элементы усилиями,  необходимо  уменьшение

перегрузок   на   уплотнительную  пару,  определяемое  минимизаци-

ей      (      ).  Для достижения этого, помимо изменения парамет-

ров  структуры ВКА целесообразно ввести параметр - угол опережения

отключения привода:

                                                          (3.59)

где      - фазовый угол,  характеризующий момент отключения двига-

теля.

     Зависимость              представлена на рис. 3.8.

     Анализ результатов моделирования функционирования ВКА позво-

лил выделить следующие возможные пути уменьшения перегрузок на уп-

лотнительную пару при определенной жесткости уплотнения:  уменьше-

ние мощности двигателя; уменьшение к.п.д. механизмов ВКА после от-

ключения  двигателя;  увеличение  передаточных функций применяемых

механизмов;  введение угла опережения отключения привода и исполь-

зование накопленной кинетической энергии для герметизации уплотни-

                              - 115 -

тельной пары.

     С целью  изучения влияния структуры  ВКА на скорость приложе-

ния усилия герметизации (    ), была смоделирована конструкция ва-

куумного клапана КЭУн [54], гипотетически реализованная различными

типами механизмов при сохранении единого     . Результаты исследо-

ваний в виде зависимости          приведены на рис. 3.9.

     Как следует из данного графика,  наименьшее  значение      на

стадии герметизации у конструкции с механизмом переменной структу-

ры,  затем - совмещенной структуры, а худшее значение      у меха-

низма непосредственного действия, что хорошо согласуется с резуль-

татами проведенного ранее кинематического анализа, и, следователь-

но, выведенный в п. 3.4.2 критерий Ф, обобщенный вид которого при-

веден в выражениях  (2.21,2.22),  оценивает  не  только  кинемати-

ческие, но и динамические характеристики ВКА и его минимизация ве-

дет к их улучшению,  поэтому критерий Ф является интегральным кри-

терием качества ВКА (обобщенным критерием) [127].

     Помимо проверки работоспособности и оценки свойств синтезиру-

емых  конструкций ВКА подобный подход к моделированию функциониро-

вания ВКА,  основанный на решении уравнения  (2.18),  обеспечивает

нахождение  рациональной  совокупности перечисленных параметров ФМ

ВКА путем их перебора,  т.е. позволяет определить желательные зна-

чения параметров структурных составляющих ВКА,  что является необ-

ходимым условием синтеза элементных  структур  ВКА  и  оптимизации

конструкции при функционально-схемотехническом проектировании.

     Выводы.

     1. Предложена   обобщенная  модель  функционально-схемотехни-

ческого проектирования ВКА,  предоставляющая конструктору упорядо-

ченную последовательность действий, необходимых для выбора страте-

                              - 117 -

гии при создании ВКА.

     2. Разработана  методика  и  математическая модель параметри-

ческого анализа конструкций ВКА,  позволяющая  выявлять  необходи-

мость модернизации конструкций и проводить их оценку.

     3. Разработана методика функционально-схемотехнического  про-

ектирования ВКА, позволяющая генерировать и находить удовлетворяю-

щие ТЗ технические решения ВКА. Предложены правила генерации, пре-

образования  и  выбора  структур ВКА и проведена формализация про-

цесса ее структурного синтеза.

     4. Предложена  методика синтеза ФПД ВКА как этапа ее функцио-

нального проектирования,  позволяющая разрабатывать функциональную

структуру  ВКА тогда,  когда разработка ее элементной структуры на

основе известных функциональных структур не удовлетворяет требова-

ниям ТЗ.

     5. Показана важность синтеза  механизмов  при  проектировании

ВКА.  Выделена группа классификационных признаков, имеющих опреде-

ляющее значение для их синтеза,  произведена систематизация струк-

тур  ВКА  применительно к механизмам и представлено их описание на

введенном предметно-ориентированном языке схемотехнического проек-

тирования.  Предложены пути синтеза кинематических схем механизмов

ВКА.

     6. Проведен кинематический анализ механизмов ВКА,  на основа-

нии которого обоснованы и выведены критерии оптимальности ВКА.

     7. Произведен  анализ процесса функционирования ВКА на основе

его моделирования.  Изучено влияние параметров структурных состав-

ляющих  на  динамические свойства ВКА,  позволившее сформулировать

возможные пути улучшения показателей качества ВКА.  Отмечена  важ-

ность  моделирования  функционирования ВКА при ее схемотехническом

проектировании.

.

                             - 118 -

     4. СОЗДАНИЕ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВКА НА БАЗЕ АВТОМАТИЗАЦИИ  СХЕ-

        МОТЕХНИЧЕСКОГО И ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

     Исследования, проведенные  во второй и третьей главах настоя-

щей работы,  показали неизбежность использования средств  вычисли-

тельной  техники  для  решения задач функционального и схемотехни-

ческого проектирования ВКА вследствие их сложности и больших  раз-

мерностей при необходимости охвата всех возможных вариантов синте-

зируемых решений,  а также для исключения субъективизма при прове-

дении оптимизации ВКА.

     4.1. Программные  средства  анализа  существующих конструкций

ВКА.

     Созданные программные средства реализуют разработанную  инва-

риантную  [142]  методику параметрического анализа ВКА (п.3.2),  а

также метод выбора типа структурных  составляющих  ВКА  (п.3.3)  и

представляют собой три программых модуля "WYBOR", "VTIP", "OPTIM".

     Программный модуль "WYBOR", построенный по функционально- мо-

дульному принципу, обеспечивает проведение параметрического анали-

за существующих конструкций ВКА на соответствие требованиям ТЗ  и,

позволяя найти аналоги или прототипы, обеспечивает выбор оптималь-

ной конструкции [143].  Структура программного модуля,  состоящего

из  блока  управления  (БУ),  блоков  выбора и анализа конструкций

(БВК, БАК), блока формирования весовых коэффициентов (БФВК), блока

управления  базой  данных  (БУБД),  связанного с блоками занесения

(БЗК),  удаления (БУК),  коррекции (БКП)  и  просмотра  параметров

конструкций  (БПП) и каталогов (БПК),  блоков ввода-вывода и обра-

ботки файлов данных (БВВ,  БОФД) приведена в  приложении  на  рис.

П.1.  Программный модуль "WYBOR" позволяет: осуществить параметри-

                              - 119 -

ческий выбор марки конструкции ВКА, наиболее полно соответствующей

заданным  параметрам ТЗ с учетом важности того или иного параметра

в каждом конкретном случае выбора; работать с созданной базой дан-

ных в режимах: просмотра каталога имеющихся конструкций и значений

их параметров, коррекции значений параметров конструкций, внесения

новых или удаления устаревших конструкций из банка данных;  форми-

ровать значения весовых коэффициентов  рассматриваемых  параметров

либо путем назначения, либо с использованием метода парных сравне-

ний.

     Входными параметрами модуля являются: код режима работы; тре-

буемые значения параметров конструкций ВКА (ТЗ);  значения весовых

коэффициентов рассматриваемых параметров.

     Выходными параметрами модуля являются: марка конструкции ВКА,

наиболее  полно удовлетворяющей ТЗ,  и ее параметры;  информация о

конструкциях-аналогах  (также   отвечающих   ТЗ);   информация   о

конструкциях-прототипах  (не  удовлетворяющих ТЗ) с указанием неу-

довлетворенных параметров (по желанию пользователя).

     Оптимизация выбора осуществляется блоком БАК в соответствии с

критерием (2.19).  При этом принято, что разброс значений парамет-

ров  существующих конструкций подчиняется равномерному распределе-

нию, что объясняется дискретным рядом конструкций ВКА.

     Информационное обеспечение  модуля включает значения парамет-

ров характеристик существующих конструкций ВКА,  сформированные по

данным источников п.  1.2,  список критичных для выбора параметров

ВКА и предлагаемые значения их весовых коэффициентов.

     Программный модуль "VTIP",  также построенный по функциональ-

но-модульному  принципу,  обеспечивает  качественный  выбор  типов

основных ФМ ВКА на основании разработанных таблиц применимости (п.

3.3) [144]. Структура модуля, включающего блок диалогового взаимо-

действия (БДВ), блок выбора типов (БВТ) приводов (Пр), вводов дви-

                              - 120 -

жения (ВД) и уплотнительных пар (УП),  блок анализа и  оптимизации

(БАО) и блок контроля ввода данных (БК), представлена на рис. П.2.

При выборе вакуумных вводов  движения  программный  модуль  "VTIP"

позволяет  производить поиск и выбор их типов по основным и допол-

нительным критериям качества,  а также проводить оптимизацию полу-

ченных типов по критерию относительной стоимости.

     Входными данными модуля является информация о требуемых пара-

метрах ФМ, представляемая в соответствии с градациями соответству-

ющих таблиц п. 3.3.

     Выходными данными  являются:  качественная информация о типах

ФМ,  удовлетворяющих ТЗ; информация о типах ФМ, не удовлетворяющих

одному или двум заданным требованиям, с указанием параметров, под-

лежащих изменению.

     Программный модуль  "OPTIM" предназначен для проведения срав-

нительного   параметрического   анализа   нескольких    однотипных

конструкций  ВКА,  задаваемых пользователем с целью выявления наи-

лучшей, или для оценки технического уровня новой разработки [143],

и является автономной реализацией блока БАК модуля "WYBOR".  Отли-

чие заключается только в типе используемых при оптимизации идеаль-

ных  моделей.  Если  в  модуле  "WYBOR" идеальной моделью является

конструкция,  описываемая требованиями ТЗ, то в модуле "OPTIM" при

сравнительном анализе конструкций - это конструкция с параметрами,

лучшими,  чем у существующих конструкций ВКА,  хотя возможно и  не

достижимыми,  а  при  оценке  технического  уровня - это параметры

конструкции ВКА,  являющейся лучшей (эталонной) в  рассматриваемом

классе устройств.

     Входными параметрами модуля "OPTIM" являются:  код рассматри-

ваемого класса ВКА; диаметр условного прохода; количество рассмат-

риваемых конструкций; значения параметров сравниваемых конструкций

ВКА и их весовые коэффициенты (аналогично модулю "WYBOR").

                              - 121 -

     Выходными параметрами  модуля  являются:   степень   сходства

рассматриваемых конструкций с идеальной моделью (%), номер наилуч-

шей конструкции и ее параметры.

     Информационное обеспечение  модуля  "OPTIM",  помимо  данных,

используемых в модуле "WYBOR",  содержит параметрическое  описание

идеальных моделей всех типоразмеров ВКА.

     Рассмотренные программные средства инвариантны [145] и  могут

быть использованы для анализа ТО любой предметной области при соз-

дании соответствующего информационного обеспечения.

     4.2. Программные средства синтеза и анализа структур ВКА.

     Основополагающим этапом функционально-схемотехнического  про-

ектирования ВКА является синтез ее структур,  проводимый на основе

формализованных в п.  3.3 положений. При этом необходимость опери-

рования  с параметрами входных и выходных свойств сопрягаемых эле-

ментов делает программные модули синтеза структуры ВКА и генерации

ее ФПД идентичными. Причем программный модуль структурного синтеза

ВКА "VP1" оперирует соответствующими параметрами допустимых  вари-

антов ФМ ВКА,  выбранных с помощью средств п.  4.1,  а программный

модуль генерации ФПД ВКА "VP2" - параметрами  входных  и  выходных

свойств ФЭ из созданного предметно-ориентированного банка структу-

ризованных описаний ФЭ.

     Модуль "VP2"  позволяет  генерировать цепочки ФЭ по следующим

алгоритмам: по описанию ВКА на физическом уровне, включающем связи

между  ее  элементами на основе конкретной структурной модели;  по

заданному входному управляющему воздействию и требуемому результа-

ту с возможностью выбора желаемой длины цепочки ФЭ [146].

     Следует отметить,  что разработанная методология структурного

синтеза  применима  и для создания других ТО,  представимых в виде

                              - 122 -

последовательно взаимодействующих модулей [147 - 149].

     Одним из важнейших аспектов автоматизации конструкторской де-

ятельности при создании ВКА [150] является синтез  ее  механизмов,

который,  как отмечалось в п.  3.4, предлагается производить двумя

путями:  на основе типовых элементарных механизмов или  на  основе

анализа  форм цепей.  В соответствии с этим разработаны два пакета

прикладных программ (ППП), общим начальным этапом которых является

синтез  формулы  строения  ВКА  (выражение (3.35)),  реализованный

программой "SSVC1", которая запрашивает в диалоговом режиме данные

в соответствии с выделеными классификационными признаками, описан-

ными в п.  3.4.  На  основании  конкретных  признаков  формируется

описание желаемого принципа работы ВКА и определяются требования к

механизмам ВКА с позиции реализации перекрытия и герметизации про-

ходного отверстия.

     ППП "Р4" предназначен для синтеза механизмов ВКА  из  типовых

элементарных  механизмов и расчета параметров типовых и синтезиро-

ванных механизмов [144].

     Структура ППП,  включающая: модули расчета элементарных меха-

низмов (МР): кулачкового механизма (КулМ), кулачкового механизма с

архимедовой  спиралью  (КулМАС),  кривошипно-ползунного  механизма

(КПМ),  двухползунного механизма (2ПМ), клинового механизма (КлМ),

винтового  механизма (ВМ),  зубчатого механизма (ЗубМ),  механизма

шарнирного четырехзвенника (Ш4Зв),  кулисного механизма  (КулисМ);

модуль контролируемого ввода данных (МКВвД);  модуль синтеза меха-

низмов (МСМ); модуль расчета параметров синтезированного механизма

(МРП);  модуль  оказания помощи (МОП) при работе с ППП - приведена

на рис. П.3.

     Входными параметрами ППП являются: типы элементарных механиз-

мов и их количество;  фазовые углы циклограммы работы  механизмов;

длины звеньев механизмов;  максимальное перемещение толкателя (для

                              - 123 -

кулачковых механизмов); вид движения на входе синтезируемого меха-

низма;  требуемый вид движения на выходе синтезируемого механизма;

желаемое  количество  кинематических  пар;  коэффициент  полезного

действия;  диаметр  условного  прохода  перекрываемого  отверстия.

Стандартные параметры "зашиты" в пакет.

     Выходными данными являются следующие параметры функционирова-

ния механизмов:  функция положения,  функция передаточного отноше-

ния,  коэффициент передачи усилия, момент сил сопротивления, функ-

ция усилия уплотнения.

     ППП "SSVC"  предназначен для синтеза механизмов ВКА на основе

анализа массива форм цепей и содержит два самостоятельных  модуля:

модуль  формирования массива форм цепей и модуль формирования схем

механизмов из форм цепей,  обобщенные блок-схемы которых приведены

на рис.  П.4. ППП "SSVC" позволяет реализовать следующие процедуры

[134]: формировать машинный справочник форм цепей с автоматической

оптимизацией описания их контуров; сформировать структуру механиз-

мов перемещения и уплотнения ВКА;  сформировать описание структуры

кинематических цепей, из которых они образованы; формировать кине-

матические цепи из форм цепей.

     Преобразование той  или иной кинематической цепи в конкретный

механизм выполняется непосредственно разработчиком ВКА.

     По результатам  работы  ППП  "SSVC"  сформированы  таблицы  и

описания форм цепей,  содержащих в своем составе до четырех конту-

ров,  на  основании анализа которых составлен атлас исполнительных

механизмов,  возможность использования которых для  ВКА  определя-

ется, исходя из разработанных кинематических и динамических крите-

риев качества.

                              - 124 -

     4.3. Структурно-функциональная модель САПР ВКА на этапе  схе-

          мотехнического и функционального проектирования.

     Созданный комплекс программных средств является ядром предла-

гаемой структурно-функциональной модели САПР ВКА для этапа ее схе-

мотехнического  и  функционального проектирования [151],  актуаль-

ность разработки которой отмечена в первой главе.

     На рис. П.5 приведена структура САПР ВКА, реализующая методи-

ки функционального и схемотехнического проектирования и  состоящая

из обслуживающих и проектирующих подсистем.

     Обслуживающими являются подсистемы управления и контроля про-

цессом  проектирования  ВКА (ПУПВКА),  оперативного взаимодействия

(ПОВ),  отображения графической информации (ПОГИ), информационного

обеспечения (ПИО).  Вся информация о существующих конструкциях ВКА

и вспомогательная справочная информация хранится в  банках  данных

системы  (БнД).  Связь конструктора с ЭВМ в диалоговом режиме осу-

ществляется с использованием алфавитно-цифрового дисплея  (АЦД)  и

символьно-графического дисплея (СГД).

     Проектирующие подсистемы представляют собой функционально за-

конченные  части  системы,  последовательно реализующие выделенные

этапы проектирования ВКА. К ним относятся подсистемы выбора и ана-

лиза аналогов и прототипов ВКА (ВАВКА, ААВКА, ВПВКА и АПВКА), син-

теза и анализа физических принципов действия ВКА  (СФПД  и  АФПД),

структурного синтеза и анализа (ССВКА и САВКА), качественного син-

теза и анализа (КСВКА и КАВКА), параметрического синтеза и анализа

(ПСВКА  и  ПАВКА),  компоновки ВКА и ее анализа (КВКА и АКВКА),  а

также подсистемы выбора и анализа аналогов и прототипов  приводов,

вводов  движения  в вакуум,  механизмов и уплотнительных пар (ВАП,

ВАВВ,  ВАМ, ВАУП, ААП, ААВВ, ААМ, ААУП, АПП, ВПВВ, ВПМ, ВПУП, АПП,

АПВВ,  АПМ, АПУП). Кроме этого в системе имеются подсистемы струк-

                              - 125 -

турного синтеза основных составных элементов ВКА (ССП,  ССВВ, ССМ,

ССУП),  а  также  предусмотрены подсистемы структурного синтеза их

сборочных единиц (СССБП, СССБВВ, ССЭУП).

     Функционирование системы  происходит  следующим  образом.  По

вводимому конструктором техническому заданию на создание  конкрет-

ной ВКА, являющемуся отправной точкой разработки, система осущест-

вляет поиск аналога ВКА из числа хранимых  в  БнД  и  при  наличии

нескольких аналогов, соответствующих ТЗ, производит их анализ, вы-

бирая наилучшую конструкцию, чертежи которой находятся в конструк-

торском архиве. Если аналоги отсутствуют, конструктор может произ-

вести корректировку ТЗ (например,  производя его усечение  по  не-

основным  показателям  качества),  и  система осуществляет поиск и

анализ прототипов.  Выбор аналогов и прототипов производится в два

этапа:   сначала   проводится   качественная  оценка  существующих

конструкций,  позволяющая определить требуемый тип  ВКА,  а  затем

проводится   количественная   оценка   для   выявления  подходящей

конструкции.  Если прототип ВКА найден, а осуществленная корректи-

ровка ТЗ нежелательна,  то система анализирует внесенные конструк-

тором в ТЗ изменения и выдает дополнительное  ТЗ  на  модернизацию

соответствующего  функционального  устройства - структурный синтез

привода, ввода движения в вакуум, механизма или уплотнительной па-

ры в подсистемы (ССП, ССВВ, ССМ и ССУП).

     Если прототип не найден,  то осуществляется разработка нового

технического  решения ВКА,  удовлетворяющего заданному ТЗ.  В этом

случае система производит с использованием  эвристических  приемов

поиск и выбор ФПД ВКА. На основе выбранного ФПД производится выяв-

ление всевозможных  структурных  схем,  анализ  и  синтез  которых

представляется  целесообразным.  После  получения структурных схем

определяется качественный состав ФМ ВКА, а на основе моделирования

- оцениваются значения их параметров качества.  Затем система ана-

                              - 126 -

лизирует  параметрические  характеристики  найденных  структур  на

соответствие ТЗ и если структуры, соответствующей ТЗ, нет, то син-

тезируется новая структура на основе другого ФПД  или  корректиру-

ется ТЗ в сторону смягчения предъявляемых требований.

     Если синтезированная  структура  соответствует   ТЗ,   то   в

подсистеме  ПАВКА  формируют частные ТЗ на основные элементы ВКА -

привод,  ввод движения в вакуум,  механизм и уплотнительную  пару.

Далее  система выполняет процедуры поиска и выбора аналогов и про-

тотипов этих структурных составляющих,  аналогичные процедурам по-

иска  и  выбора аналогов и прототипов ВКА.  При этом в подсистемах

анализа прототипов в случае необходимости формируется ТЗ на струк-

турный  синтез сборочных единиц привода,  ввода движения в вакуум,

механизма и элементов уплотнительной пары (СССБП,  СССБВВ,  ССМ  и

ССЭУП).  Если прототип не найден, то осуществляют структурный син-

тез новых технических решений  этих  устройств:  подсистемы  (ССП,

ССВВ, ССМ, ССУП).

     Структурный синтез и анализ новых конструкций ВКА или их эле-

ментов,  аналогично выбору аналогов и прототипов ВКА, также прово-

дится в два этапа: сначала качественно, а затем количественно.

     В зависимости  от наличия аналогов и прототипов элементов ВКА

система производит компоновку ВКА из аналогов или из  модернизиро-

ванных прототипов,  либо из элементов,  полученных в результате их

синтеза,  и осуществляет выбор оптимальной компоновки. После этого

с  использованием уравнения функционирования ВКА (этап моделирова-

ния)  осуществляется  окончательный  параметрический  анализ  ВКА,

спроектированной на основе оптимальной компоновки. Если полученная

конструкция ВКА не соответствует ТЗ,  то осуществляется  корректи-

ровка ТЗ на элементы ВКА и процесс проектирования повторяется.

     Введение в структуру САПР нового этапа - качественного синте-

за  и  анализа  ВКА позволяет выбирать наиболее целесообразные для

                              - 127 -

дальнейшего рассмотрения конструкции, что значительно снижает вре-

мя  работы системы.  Ускорению процесса проектирования и улучшению

качества проектного решения способствует наличие обратной связи  -

постоянной,  после каждого этапа,  проверки получаемой конструкции

на соответствие ТЗ.

     Основными функциями,  выполняемыми подсистемами выбора и ана-

лиза аналогов и прототипов ВКА и их элементов, являются следующие:

формирование  по  ТЗ параметрической модели ВКА;  выбор аналогов и

прототипов, соответствующих ТЗ, формирование интегральных критери-

ев качества ВКА и ее элементов;  выбор наилучшего аналога и прото-

типа из числа отвечающих требованиям ТЗ; формирование ТЗ на модер-

низацию структурных составляющих ВКА и их сборочных единиц.

     Основными процедурами в подсистемах СФПД и АФПД являются:

построение множества  ФПД  ВКА;  выявление множества структур ФПД;

выбор допустимых структур  ФПД;  технологический  и  экономический

анализ ФПД; выбор рациональной структуры ФПД.

     В подсистемах ССВКА и САВКА выполняются следующие процедуры:

формирование множества  структурных  схем  ВКА;  синтез допустимых

структурных схем;  оценка и выбор рациональных  структурных  схем;

корректировка принятых решений.

     В подсистемах КСВКА и КАВКА осуществляют определение  качест-

венного  состава  структурных элементов схем ВКА и выбор среди ка-

чественных структурных схем рациональных решений.

     В подсистемах  ПСВКА и ПАВКА осуществляют:  проектировочные и

поверочные расчеты ВКА;  определение выходных параметров структур-

ных элементов ВКА;  формирование критериев оптимальности и ограни-

чений;  оптимизацию параметров ВКА;  анализ оптимальной компоновки

ВКА;  корректировку  принятого решения в подсистеме ССВКА или кор-

ректировку ТЗ;  формирование проектной документации;  формирование

ТЗ для выбора или проектирования структурных составляющих ВКА.

                              - 128 -

     Основными процедурами в подсистемах  КВКА  и  АКВКА  являются

следующие: синтез компоновок из элементов ВКА; формирование крите-

рия качества компоновок;  анализ и выбор  оптимальной  компоновки;

формирование проектной документации.

     При использовании описанной САПР в качестве подсистемы в  ГАП

ВКА  обязательным процессом является процедура проверки синтезиро-

ванных значений параметров ВКА  требованиям,  определяемым  техни-

ческими характеристиками автоматизированной производственной ячей-

ки (станок,  робот,  комплекты оснастки и инструмента), являющейся

элементом конкретной ГАП [152].  Кроме того, предусмотрена система

адаптации базы данных и накладываемых граничных условий к  измене-

нию  станочного  парка производства,  появлению новых технологий и

др.

     Использование подобной САПР, повышая качество и эффективность

труда конструктора, позволит ему получать принципиально новые тех-

нические решения.

     4.4. Конструкции ВКА, разработанные на основе синтезированных

          структур.

     4.4.1. Конструкции ВКА,  разработанные на основе  синтеза  ее

            структуры на уровне типов основных ФМ.

     Сопоставительный анализ  сформированного  с учетом морфологии

ВКА множества ее обобщенных вариантных структур (с  использованием

программного  модуля "VP1") и существующих конструкций ВКА показал

отсутствие ВКА плоского типа  с  использованием  электромагнитного

привода. Данный факт определил цель проектирования соответствующей

конструкции затвора.  В связи с тем, что величина хода штока типо-

вого  электромагнитного  привода  не позволяет обеспечить сложного

                              - 129 -

движения и требуемых перемещений уплотнительного диска для  перек-

рывания  проходного  отверстия  и  герметизации  УП в плоских уст-

ройствах, в качестве прототипа была выбрана разработанная нами ба-

зовая  конструкция  сверхвысоковакуумного затвора с двумя исполни-

тельными органами и электропневматическим приводом  [153].  Приняв

за основу структуру,  генерируемую по правилу (3.22),  получаем из

выражения (3.30) искомую формулу строения создаваемого устройства:

     Общий вид разработанного затвора  представлен  на  рис.  П.6,

П.6А.   Для  согласования  функциональных  параметров  сопрягаемых

основных ФМ совместно с электромагнитным приводом использован гид-

равлический усилитель, т.е. образован комбинированный привод, поз-

воляющий применять подобное решение и для устройств с цельнометал-

лической УП. Проведенный анализ множества     позволил модифициро-

вать описываемую конструкцию за счет использования для перемещения

уплотнительного  диска принципиально нового для ВКА ввода движения

- упруго деформируемого полого элемента - трубки Бурдона. Подобное

выполнение конструкции позволило упростить управление работой зат-

вора,  повысить его быстродействие и  уменьшить  дестабилизирующее

воздействие элементов затвора на вакуумную среду [154].

     Дальнейшее развитие конструкций ВКА,  включающих вводы движе-

ния  -  механизмы  непосредственного действия,  не содержащие пары

трения в вакуумной  полости,  обусловило  необходимость  получения

структуры с одним исполнительным органом. Формула строения данного

устройства получена из выражения (3.32) :

     Общий вид конструкции сверхвысоковакуумного затвора ,  реали-

зующей данную цель, приведен на рис. П.7, П.7А-В.

     Подобное выполнение затвора позволило использовать в структу-

ре  только один исполнительный орган при сохранении достоинств вы-

                              - 130 -

шеописанной конструкции [155].

     4.4.2. Конструкции ВКА,  разработанные на основе  синтеза  ее

            механизмов.

     Необходимость синтеза  механизмов  обусловлена,  как правило,

использованием электромеханического или ручного привода,  а  также

сложным  видом движения при перекрывании и герметизации проходного

отверстия,  что особенно актуально для плоских и проходных  затво-

ров.  Рассмотрим конструкции ВКА, полученные с использованием раз-

личных путей синтеза ее механизмов (см. п. 3.4.1.).

     Кинематическая схема поворотного затвора, полученная на осно-

ве анализа трехконтурной формы цепи (с использованием ППП "SSVC"),

реализованной  посредством плоских рычажных механизмов,  приведена

на рис. П.8. Формулу строения данного устройства, согласно (3.35),

можно представить в виде:

     Проработка и практическое воплощение полученной  схемы  меха-

низма  совмещенной  структуры  (рис.  П.9) обеспечили рациональное

движение уплотнительного диска  при  перекрывании  и  герметизации

проходного отверстия: поступательное его движение на стадии герме-

тизации и поворот уплотнительного диска на 90 на стадиях  открыва-

ния и закрыванияя затвора при небольшом ходе ведущего звена приво-

да.

     Подобное выполнение устройства приводит к повышению ресурса и

надежности работы затвора за счет исключения неравномерности  сжа-

тия уплотнителя и его трения о седло, а также обеспечения фиксиро-

ванного положения уплотнительного диска  в  каждый  момент  работы

затвора, что устраняет возможность его перекосов [120].

                              - 131 -

     Дальнейшая доработка  рассмотренной  конструкции  обусловлена

оптимизацией   созданного   механизма  по  критерию  Ф  (выражение

(2.21)). Оптимизация проводилась для механизма, расположенного вне

вакуумной полости затвора и являющегося собственно его приводом (с

использованием ППП "Р4").  Целью проектирования явилась  необходи-

мость обеспечения различных передаточных функций на стадиях перек-

рывания и герметизации проходного отверстия. Указанная цель реали-

зована  посредством  использования  двух взаимодействующих типовых

элементарных  механизмов  -  попеременно  работающих  эксцентриков

(рис.  П.10),  причем на стадии перемещения уплотнительного диска,

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

Copyright © Radioland. Все права защищены.
Дата публикации: 2004-09-01 (0 Прочтено)