Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной апаратуры

ра,  в которой оказывается конструктор при создании новых ТР, наз-

                              - 36 -

вав ее морфологическим ящиком [94].  Техничекий объект  исследуют,

выделяя ряд характерных признаков              Затем для признаков

находят различные варианты исполнения,  реализующие эти  признаки.

Полученные данные оформляют в виде таблицы 1.1.

                                           Таблица 1.1

               "Морфологический ящик" Цвикки.

     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-

лое, ФМ ВКА, функциональные единицы ФМ, детали ВКА, функциональные

элементы деталей,  поверхности функциональных элементов.  Как было

отмечено ранее,  для решения задач функционально-схемотехнического

проектирования ВКА, относящегося к начальным стадиям конструирова-

ния ТО (до детальной проработки) и формирующего на 70 - 80%  облик

будущего изделия [88],  достаточно рассматривать ВКА в виде двуху-

ровневой системы.

     Структурирование и формализация описания ВКА  и  этапов  про-

цесса ее функционального и схемотехнического проектирования выдви-

гает в качестве основной задачи установление логических и функцио-

нальных зависимостей между модулями ВКА, их параметрами и требова-

ниями и условиями внешней среды.

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