Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной апаратуры

                              - 47 -

реализации целей проектирования, связанных с улучшением параметров

действий, эксплуатационных и конструктивных свойств ВКА, что будет

рассмотрено в соответствующем разделе.

     Функциональный подход  к  анализу  ВКА  позволяет абстрагиро-

ваться от существующего объектного воплощения ФМ,  например, пере-

давать  движение  из  атмосферы в вакуум не механическим путем,  а

используя воздействие магнитного поля; использовать дополнительные

функции          - нагреть элементы уплотнения,  разгрузить уплот-

нительную пару,  основанные на различных физических эффектах  [70,

79], что способствует эволюции ВКА и ее усовершенствованию.

     2.2.2. Структура ВКА.

     Предлагаемый подход  к  рассмотрению  структур ВКА основан на

том, что проектирование формально представляют как создание, поиск

и  преобразование различных аспектов структур ТО [118].  В связи с

этим важно определить множество видов структур ВКА,  необходимое и

достаточное для отображения процесса функционального и схемотехни-

ческого проектирования.

     С учетом  изложенного  структуру  ВКА  в  общем  случае можно

описать следующим образом:

                                                             (2.7)

где    ,     ,     ,    ,    ,    ,     - соответственно принципи-

альная,  функциональная, абстрактная, морфологическая, вариантная,

элементная и компоновочная структуры.

     Принципиальная структура  (или  структура действий)

состоит из множества выполняемых ВКА действий     и отношений сле-

дования      ,  указывающих  на  порядок  действий.  На  рис.  2.1

представлен граф обобщенной структуры     ВКА,  где              -

действия, реализующие обобщенную функцию ВКА (см. табл. 2.2).

                              - 48 -

     Множество базовых функций     и абстрактных связей между ними

образуют множество функциональных структур              .  На рис.

2.2 показано множество типовых функциональных  структур  ВКА,  где

вершины                 - основные базовые функции ВКА (см.  табл.

2.2).

     В свою  очередь  каждой базовой функции     можно поставить в

соответствие некий реализующий ее  обобщенный  родовой  элемент  -

функциональный модуль,  являющийся абстрактным объектом    , обла-

дающим неким множеством общих свойств и имеющим множество  вариан-

тов  исполнения,  которые наследуют общие свойства ФМ и отличаются

от него оригинальными свойствами [119]. Таким образом, абстрактная

структура                имеет множество взаимосвязанных абстракт-

ных родовых элементов          , исполняющих базовые функции    .

     Установим требуемые  соответствия            :      - функция

привода (ФМ );     - множество типов приводов;     - функция меха-

низма  преобразования движения (ФМ );      - множество механизмов;

    - функция вакуумного ввода движения (ФМ );     - множество ти-

пов вводов движения;      - функция механизма перемещения уплотни-

тельного диска и герметизации (ФМ );      - множество  механизмов;

    - функция уплотнительной пары (ФМ ) - условного ФМ, образуемо-

го седлом и уплотнительным диском;      - множество типов уплотни-

тельных  пар;      - функция корпуса (ФМ );      - множество типов

корпусов.  На рис. 2.3 показано множество обобщенных структур    .

ВКА,  в котором вершины    ,     = 1,6 - вышеописанные абстрактные

ФМ.

     Структура     является основой для построения морфологической

структуры     ВКА,  которую  с  позиций  функционально-схемотехни-

ческого  проектирования ВКА целесообразно и достаточно представить

двухуровневым деревом. Первый уровень - ВКА как техническая систе-

ма  в целом,  второй уровень - функциональные модули ВКА,  где П -

                              - 50 -

привод; ВД - вакуумный ввод движения; УП - уплотнительная пара; М1

- механизм преобразования движения;  М2 - механизм перемещения уп-

лотнительного диска; К - корпус. Намечен третий иерархический уро-

вень   -   множество   вариантов   ФМ.  Морфологическая  структура

          ,          имеет два подмножества вершин:              -

типы ФМ (вершины "и") и             - множество вариантов исполне-

ния типов     (вершины "или"), а также два подмножества отношений:

    - отношения включения между элементами    ,      - родовидовые

отношения между     и     .  Структура     описывается графом типа

дерева,  представленном на рис.  2.4,  где    - вершины "и",     -

вершины "или" (конкретизация графа - рис. 1.12). Возможно дальней-

шее  расширение данного дерева и вглубь и в ширину.  При этом раз-

ветвление дерева произойдет в случае появления новых вариантов  ФМ

в  результате анализа возможности применения в ВКА их существующих

воплощений (например,  электрических приводов [71]) или  появления

новых дополнительных ФМ [79].

     Замена абстрактных элементов     вариантами их исполнения

    образует вариантную структуру             .

     Если на множестве конкретных вариантов      ввести  отношения

соединения    ,  получим множество элементных структур           .

При этом декартово произведение                                  ,

определяет множество всевозможных вариантов решений      для обоб-

щенной структуры ВКА.  Отличие структуры     от     состоит в том,

что   множество  элементов  в  ней  имеет  конкретное  имя  вместо

абстрактного,  а абстрактные отношения связи     заменены на конк-

ретные отношения соединения     .  На рис. 2.5 показан граф струк-

туры      одного из вариантов ВКА [120] (рис.  1.4,  а), в котором

вершины:        - "ручной привод",      - "эксцентриковый механизм

преобразования движения",      - "сильфонный ввод движения в ваку-

ум",      - "рычажный механизм перемещения уплотнительного диска",

                              - 53 -

     - "резино-металлическая уплотнительная пара",      - "проход-

ной корпус".

     Компоновочная структура      есть развитие графа    , отража-

ющая компоновку ВКА:              ,  где     - множество элементов

из    ;       -  множество  пространственных  отношений  взаимного

расположения, принадлежности, направления, характеризуемых поняти-

ями типа  "перпендикулярно",  "параллельно",  "соосно",  "внутри",

"снаружи", "по оси Х" и т.п.

     Таким образом, ВКА представляет собой некий состав определен-

ным образом взаиморасположенных и взаимосвязанных ФМ, что позволя-

ет сформулировать следующие утверждения, объясняющие некоторые ра-

нее приведенные положения.

     Утверждение 1.  В структуре ВКА обязательно существуют привод

и  уплотнительная пара,  в противном случае ВКА функционировать не

будет.

     Утверждение 2.  В  случае  корпусного выполнения ВКА уплотни-

тельная пара всегда расположена внутри корпуса,  в  то  время  как

привод расположен с внешней стороны корпуса.

     Следует отметить, что в ВТО бескорпусное выполнение ВКА прак-

тически не используется.

     В соответствии с утверждением 2 передача движения от ФМ "при-

вод"  к  элементу  "уплотнительный диск" ФМ  "уплотнительная пара"

влечет за собой появление обязательного ФМ  "ввод движения в ваку-

ум"  (с  новой  рабочей функцией       "передавать движение из ат-

мосферы в вакуум"),  связанного с ФМ  "корпус" (функция       "со-

держать вакуумную среду"), определяющего взаимосвязь ФМ:

               ФМ          ФМ  (ФМ  )        ФМ              (2.8)

где         - знак отношения следования.

     Перечисленные ФМ являются для ВКА  основными  (обязательными)

ФМ,   что   подтверждает  и  проведенный  анализ  ее  существующих

                              - 54 -

конструкций (п. 1.2).

     Каждый из   перечисленных  ФМ  обладает  собственным  набором

свойств, позволяющих реализовать свою рабочую функцию     и харак-

теризуемых  согласно (2.7) соответствующими        и        .  При

этом главным условием возможности сопряжения ФМ является  идентич-

ность        предшествующего ФМ (с функцией    ) с       последую-

щего ФМ (с функцией    ).  В случае несогласования     и    , т.е.

при                 ,  необходимо включение ФМ (со вспомогательной

функцией     ) такого, что:

                            и                             (2.9)

     Из этого вытекает следующее утверждение:

     Утверждение 3. Если значения функциональных параметров сопря-

гаемых ФМ ВКА не совпадают,  то между ними располагается вспомога-

тельный ФМ, их согласующий.

     Предположив, что в общем случае      и      ФМ из (2.8) между

собой не согласованы, введем по каждому следованию вспомогательные

ФМ.  Поскольку такими параметрами основных  ФМ  являются  характе-

ристики  движения,  то вспомогательными ФМ ВКА являются механизмы,

что нашло отражение в таблице 2.2 и в описании структуры    ,  где

каждой     поставлен в соответствие определенный ФМ -     .

     При этом множество функций       для всех действий ВКА форми-

рует  полную  функциональную структуру и соответствующие ей полную

абстрактную и вариантную структуры, включающие максимально возмож-

ное  количество ФМ,  реализующих основную функцию     .  Например,

согласно таблице 2.2,  ВКА может иметь до  трех  приводов,  вводов

движения и соответственное число механизмов [121]. Подобные струк-

туры весьма сложны,  а при необходимости дальнейшего членения  ВКА

получаются громоздкими и труднообозримыми,  поэтому при рассмотре-

нии целесообразно проводить их декомпозицию путем разбиения на от-

дельные фрагменты [119]. Обобщенные структуры     (рис. 2.3) отоб-

                              - 55 -

ражают данный подход, используя тождество функций:

                                            = 1,4         (2.10)

     Следующим этапом системного анализа ВКА является  определение

ее свойств.

     2.3. Свойства ВКА и ее структурных составляющих.

     Важность определения  свойств  в конструировании ВКА заключа-

ется в том,  что ее интегративные свойства, заданные в виде требо-

ваний в ТЗ, определяются свойствами структурных составляющих (ФМ),

которые, образуя при взаимодействии структуру ВКА, порождают новые

свойства ВКА как целого.

     Конкретизация свойств требует анализа окружения ВКА -  всего,

не  принадлежащего ВКА,  но связанного с ней и оказывающего на нее

существенное влияние,  которое можно представить состоящим из сле-

дующих компонентов:

                                                          (2.11)

где  соответственно:       - управляющие объекты (человек,  робот,

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