Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной апаратуры

ЭВМ);      - эксплуатация на всех стадиях существования ВКА;     -

взаимодействующие (сопряженные) ТО (камеры,  трубопроводы и т.п.);

     -  производство;       -  технологический  процесс,  которому

способствует  ВКА;      - изготавливаемое изделие;      - источник

энергии;      - режимы функционирования;      -  окружающая  среда

эксплуатации.

     Взаимодействие ВКА с окружением порождает множество связей

   , требования которых, в свою очередь, определяют то или иное

свойство ВКА.  На рис. 2.6 показан мультиграф связей ВКА с окруже-

нием,  где                      ;           ,     = 1,9; позволяю-

щий выявить множество соответствующих свойств ВКА,  которые обычно

группируют по следующим классам: функциональные, эксплуатационные,

                              - 56 -

производственные и конструктивные свойства.

     Под функциональными  свойствами       будем понимать свойства

ВКА, проявляющиеся при реализации ее целевой функции и описываемые

параметрами действия.  Их состав в общем случае:             , где

    - проводимость,     - герметичность,     - быстродействие, ха-

рактеризуемое параметрами     - проводимость,      - суммарное на-

текание,  складывающееся из      - натекания через ввод движения в

вакуум,      - натекания через уплотнительную пару;      - натека-

ние через корпусные детали;     ,      - время открывания и  время

закрывания соответственно.

     Эксплуатационные свойства     ВКА - это свойства, проявляющи-

еся при ее взаимодействии на всех стадиях эксплуатации:  хранении,

транспортировании,  функционировании,  обслуживании   и   ремонте.

Основными свойствами     являются: надежность, ремонтопригодность,

сохраняемость,  эргономичность. Они характеризуются следующими па-

раметрами ВКА:     - средний ресурс;     - наработка на отказ;

- среднее время восстановления;      -  периодичность  профилакти-

ческих  ремонтов;       - допускаемая температура прогрева;      -

предел применения по вакууму;      - допустимая частота включения;

    - возможность работы в любом положении;      - поток газовыде-

ления;      - сохранение герметичности при  обесточивании;       -

сохранение  герметичности  при большем давлении под уплотнительным

диском;     - возможность открытия против атмосферы;     - возмож-

ность  аварийного срабатывания;      - возможность замены уплотни-

тельной пары без демонтажа ВКА;      -  возможность  регулирования

усилия герметизации без демонтажа;      - удобство контроля за ра-

ботой;      - возможность использования в АСУ ТП;     - тип приво-

да;       - мощность привода;      - энергетическая характеристика

привода;      - затраты на эксплуатацию;     - показатель вибраци-

онности;     - необходимость охлаждения при прогреве.

                              - 57 -

     Производственные свойства       ВКА  проявляются  во  взаимо-

действии с производством. С точки зрения конструирования к ним от-

несем технологические и экономические свойства, основными из кото-

рых являются трудоемкость,  материалоемкость,  энергоемкость.  ВКА

характеризуется следующими параметрами свойств    :     - трудоем-

кость изготовления;      - коэффициент унификации;     - коэффици-

ент применяемости материалов;      - коэффициент сборности;      -

стоимость;     - экономическая эффективность.

     Конструктивные свойства      проявляются  при  взаимодействии

структурных  составляющих ВКА и во многом определяются конструкто-

ром.  К параметрам свойств     ВКА относятся:     - диаметр услов-

ного прохода;      - масса;     - габариты (    - длина,     - ши-

рина,      - высота);      - расстояние  между  присоединительными

фланцами;       -  взаимное расположение осей проходных отверстий;

    - показатель патентной чистоты.

     Мультиграф связей  между  ВКА,  отражающий  их многообразие и

позволяющий сформировать требуемые для последующего анализа табли-

цы связей, представлен на рис. 2.7.

     Следует отметить,  что предложенный состав свойств в выделен-

ных  классах  не  является постоянным и может изменяться в зависи-

мости от конкретных рабочих функций проектируемой  ВКА,  т.е.  при

изменении окружения и предъявлении новых требований к ВКА.

     Для анализа свойств ВКА построим  таблицу  связей  выделенных

параметров (таблица 2.3), в которой 1 обозначает наличие связи па-

раметров, 0 - отсутствие таковой, т.к. графовое представление свя-

зей  в  данному случае трудно реализуемо вследствие большого числа

параметров и отношений между ними. Таблица связей позволяет: опре-

делить  необходимые для конструирования связи между свойствами ВКА

и требованиями окружения, сформировать системную модель для форма-

лизации процессов проектирования; определить влияние изменения ка-

                              - 60 -

кого-либо параметра на другие,  с целью нахождения конфликтных си-

туаций;  выявить необходимые для теоретических и экспериментальных

исследований неизвестные ранее взаимосвязи;  формализовать  анализ

изменений  при корректировке ТЗ и адаптации проектирования при из-

менении окружения     .

     Структурные составляющие (ФМ ) ВКА,  являясь ее неотъемлемыми

элементами,  имеют также собственные свойства,  во многом отличные

от  свойств,  присущих  ВКА  в  целом,  что обусловлено изменением

состава окружения ФМ  по сравнению с ВКА. При этом свойства ФМ ВКА

определим по аналогичной модели:

                                                          (2.12)

где     - множество свойств    -го ФМ;     ,    ,    ,     - соот-

ветственно  множества  функциональных,  эксплуатационных,   произ-

водственных и конструктивных свойств    -го ФМ;     = 1,6 - индекс

принадлежности соответствующему (см. п. 2.2.2) ФМ ВКА.

     Рассмотрим подробно параметры свойств основных ФМ ВКА.

     В качестве основных параметров свойств ФМ  - привод - выделим

следующие:    - мощность;    -  принцип действия;    - номинальный

момент;    - номинальная частота вращения/скорость  движения  што-

ка;    -  точность  позиционирования;    -  ход штока;    - надеж-

ность;    - ресурс;    - ремонтопригодность;    -  простота  изго-

товления;    - простота сборки;    - стоимость;    - масса;      -

габариты;    - расположение осей вала или штока;    - вид  и  нап-

равление движения.

     Взаимосвязи свойств ФМ  отражены в таблице 2.4. При этом +1 -

означает увеличение параметра в столбце при увеличении параметра в

строке;  -1 - уменьшение параметра в столбце при увеличении  пара-

метра в строке.

     К основным параметрам свойств ФМ  - ввод движения в вакуум  -

относятся:    -  передаваемое  усилие;    -  передаваемый крутящий

                              - 62 -

момент;    -  частота  вращения;    -  величина  перемещения;    -

скорость перемещения;    - надежность;    - ресурс;     - ремонто-

пригодность;    - предел применения  по вакууму;    -  температура

прогрева;    -  натекание  через  уплотнение;    -  воздействие на

состав остаточной среды;    - простота изготовления;    - простота

сборки;    -  стоимость;    -  габариты;    - масса;    - материал

уплотнения;    - расположение осей вала или штока;    - вид и нап-

равление передаваемого движения.

     Взаимосвязи свойств ФМ  отражены в таблице 2.5.

     Основными  параметрами  свойств  ФМ  - уплотнительная  пара -

являются:    - герметичность;    - усилие герметизации;    -  тем-

пература прогрева;    - ресурс;    - наработка на отказ;    - пре-

дел применения по вакууму;    - воздействие на  состав  остаточной

среды;    - удобство замены УП;    - ремонтопригодность;    - воз-

можность работы в агрессивных средах;    - трудоемкость изготовле-

ния;    -  наличие дефицитных и драгоценных материалов;    - стои-

мость;    - стоимость;    -  точностные  характеристики  элементов

УП;    -  размер  проходного  сечения;    -  габариты;    - масса;

    - материал уплотнителя;    - геометрия уплотнителя.

     Взаимосвязи свойств ФМ  отражены в таблице 2.6.

     Большой интерес представляет также анализ связей свойств, ха-

рактеризующих ВКА в целом со свойствами ее основных ФМ.  Указанные

связи существенных параметров ВКА и ее ФМ отражены в таблице 2.7 и

позволяют формировать альтернативные пути изменения свойств ВКА  в

зависимости от требований ТЗ.

     2.4. Цели проектирования ВКА.

     Важной системной характеристикой,  описывающей процесс проек-

тирования ВКА,  является цель проектирования (компонент    в выра-

                              - 66 -

жении (2.2)).

     Желаемое целевое состояние ВКА,  которым должна обладать син-

тезируемая конструкция,  задается техническими требованиями в  ТЗ.

Однако самой цели как движущей силы процесса конструирования ВКА в

ТЗ не содержится, т.к. среди существующих конструкций возможно на-

личие аналога, отвечающего заданным техническим требованиям.

     Исходя из выражения (2.1),  конкретную конструкцию, реализую-

щую  заданную  функцию    и  имеющую  фиксированную структуру    ,

опишем определенным набором параметров:

                                                          (2.13)

где   - множество  имен  свойств  ВКА;    -  множество  параметров

свойств  ВКА;    - множество значений параметров свойств ВКА;    =

=   ,    - номер рассматриваемой конструкции;   - число существую-

щих конструкций ВКА.

     ТЗ, в свою очередь,  есть ни что иное,  как подобное описание

требуемой конструкции:

                                                          (2.14)

где   ,   ,    - соответственно требуемые имена свойств ВКА, пара-

метры свойств и их значения.

     Поиск аналогов    осуществляется   сравнением   характеристик

свойств выражения (2.13) для различных    с соответствующими  зна-

чениям выражения (2.14). Эквивалентность имен (   и   ) и парамет-

ров свойств (   и   ), а также выполнение условия        означает,

что конструкция под номером    является аналогом для данного ТЗ. В

противном случае,  когда ни одна из известных конструкций  ВКА  не

удовлетворяет ТЗ по одному или нескольким параметрам свойств, мож-

но говорить о возникновении потребительских целей  проектирования,

как  необходимости изменения значений параметров ВКА или ее струк-

турных составляющих, которые в общем случае представимы в виде:

                                                          (2.15)

                              - 67 -

где   - множество параметров ВКА,  не удовлетворяющих  требованиям

ТЗ,   - множество отношений типа "изменить".

     Наличие взаимосвязей свойств ВКА со свойствами ее структурных

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