Ярушин С.Г., Схиртладзе А.Г. - Проектирование нестандартного оборудования, страница 65

физ ес 2 Кими ~еских и б Оло~ ичес эфф Ов носительно невелико, что характерно и для возможных технических реализаций этих эффектов. Поэтому в сложных технических системах суии~ественно новые свойства достигаются в основном за счет изменения организаиии взаимодействия используемых эффектов, О~е~~д~о что р~~~н~~ задачи распознавания многообразия Воз можных организаций проектируемой сложной системы может быль достигнуто формальными методами на основе современной вычислительной техники, если будут вскрьпы общие принципы организации систем рассматриваемого класса и осуществлено формализованное описание известных физических, химических и биологических эффектов, а также возможных спОсобОВ их технических реализаций ~в форме математических моде" лей).

Использование такого подхода позволило бы избежать необходимости априорного задания эвристически выбранных допустимых вариантов по организации разрабатываемой сложной системы и осуществлять направленное формирование оптимальной пространственно-структурна- параметрической Организации проектируемой сне~еды по Выбранным критериям с учетом Влияния инте гра тинного эффекта. 388 28. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СИНТЕЭ ФИЗИЧЕСКИХ ПРИНЦИПОВ ДЕЙСТВИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ 26Л. Качественный синтез Физических принципов действии Отдельный ФЭ, обозначаемый буквой И; можно описать тремя ком- понентами: Качественный синтез ФПД основывается на использовании массива качественно описанных ФЭ «табл. 28.1), Таблица 28.1 Входное воздействие А Сонолюминесцен" Акустическая волна Пьезоэлектрический Сверхпроводимость Жидкость в капилляре Акустическая волна «ультразвук) ОбразОВание высо" котемпературной плазмы в высокОчас- тотном разряде «от- крытие № 87) Электромагнитное излучение «луч кван- тОВОГО Генератора) Электрический раз- ряд «высокочастот- ный) люминофор «глицерин„ нитробензол, этиловый СПИРТ И Т.Д.) В этой таблице приведены примеры описания по формуле ~28.1) классических, широко известных ФЭ и последних официально признанных научных открытий.

О приемлемости такой формы обобщенного представления элементарного ФЭ г~~орит то, что она была ~с~~льзована при описании около 500 физических эффектов. Описание ФЭ по формуле (28.1) назовем качественным. Следует заметить„что некоторые ФЭ, представленные в виде «28.1), не могут самостоятельно существовать и действовать, поскольку они получены расщеплением сопряженных ФЭ, которые имеют более одного результата воздействия С и соответствующее структурное описание В табл.

28.2 приведены примеры описания сопряженных ФЭ. По ряду соображений, в основном связанных с автоматизированным синтезом физических принципов действия, сопряженные ФЭ удобнее представлять в виде нескольких отдельных ФЭ. Из формулы 123,2) получим описания в виде (28.1) Таблица 23.2 Сопряженные физические эффекты Входное воэ- дейетвие А Выходной эФФект Сн Сз *- С» Электриче- екий ток Проводник С~ — электромагнитное поле Явлениа, происходкщие при увеличении темпера- туры твердого тела Увеличение температуры Сз — ~е~ловое иэлучение твердое тело С5 — поток электронов 390 В информационном массиве сопряженные ФЭ имеют один номер и отличаются буквенными индексами, например, 14А, 14Б, 14В. Следует заметить, что не все ФЭ можно описать по формуле ~28,1), поскольку иногда встречаются ФЭ, которые могут существовать и действовать при наличии одновременно нескольких входных физических воз- действий.

Такие ФЭ называют сложными. Онн имеют следующее структурное описание: ~А!,А2,...,АД- В- С, В табл. 3.4 главы 3 приведены примеры сложных ФЭ с несколькими физическими воздействиями. Исходная информация для осуществления синтеза ФПД на ЭВМ представляет собой описание функции ТС по формуле ~3,3), где Ж должно соответствовать начальному физическому воздействию А;, а Я вЂ” конечному результату С,.

Синтез начинается с выявления возможности реализации функции с помощью элементарной структуры ФПД, использующей один ФЭ, который обеспечивает преобразование А; в С,. На втором этапе строятся линейные структуры, состоящие из цепочек совместимых ФЭ, При этом качественная совместимость подразумевает только совпадение наименований физических величин и не проверяется соответствие значений этих величин.

Здесь используют также программы физического анализа построенных структур ФПД, Бели с помощью линейных структур не удается реализовать заданную функцию ТС, то строятся допустимые линейные структуры отдельных функциональных узлов ТС, которые затем собираются в сетевую структуру ФПД конструируемой ТС, Следует застит~, что решение задачи синтеза ФПД, как правило, неоднозначно, т.е. для реализации одной и той же функции можно получить некоторое множество разных линейных или сетевых структур. Поэтому при нади~~и достаточно большого банка ФЭ манжет существовать довольно большое количество ФПД, состоящих из разных чисел и различных наборов ФЭ, При этом поиск всех допустимых или наиболее приемлемых ФПД представляет собой нелегкую задачу.

Изложим теоретические и алгоритмические основы метода качественного синтеза ФПД, 391 Задачу синтеза ФПД можно сформулировать следующим образом. Пусть имеется некоторое конечное множество ФЭ. Этому множеству сопоставим б=(Х', А"', Ц вЂ” орграф Клинга, где вершинам из Х' соответствуют физические объекты В, а вершинам из Х" — Входные воздействия или выходные эффекты А, С. Граф 0 имеет дуги из хн Х" в У~Х', если х соответствует входному воздействию, относящемуся к физическому объекту у, и дуги из у~Х' в хн Х", если вершина х соответствует выходному эффекту, относящемуся к физическому объекту у, Предположим, что для каждой Вершины хн Х" на парах дуг (и, ~), одна из которых входит в х, а другая выходит из х, определен некоторый предикат Л(и, ~)=О, 1, Если Л(и, ~)=1, то ФЭ, выходным эффектом которого является Верпппи х, совместим и может быть состыкован с физическим эффектом, для которого х является входным воздействием; в противном случае Л(и, ~)=0.

Простой путь хои1х1и2х~...и;х;и;+1„,х;1их; будем называть правильным, если для любой Вершины х;~ Х'", входящей в него, выполняется условие совместимости Л (иь и;+1)=1, Предположим, что в графе 6 имеются две вершины хаут-:Х', Такие что из хц ВыхОдит, а В уо Входит только Одна дуга.

Решением В(хо, уо) назовем множество всех простых правильных путей, обладающих следугощими свойствами: Ф некоторый простой правильный путь хои~х1...и;х;=уо входит в решение; ~ если вершина хн Х' входит в путь, включенный в решение, то для каждой дуги к, входящей в х„необходимо включить в решение один из ЦРостых ЦРавильных путей, начииающийсЯ из веРШННЫ ха и оканчивающийся ду~оЙ ~ 'Хаким образом, можно сформулировать следующие задачи: 1. В графе б по заДанным Вершинам хо, Уо найти Все решения В(хо, уо).

2. В предположении, что на дугах графа 6 определена некоторая аддитивная функция, найти В б по заданным Вершинам хо, ур решение, ми" нимизирукнцее эту функцию. 28. Автоматизированный синтов фивинвоиих лринциоов двйотвии твхнинвоиих ооьвитов Для решения первой задачи предлагается алгоритм, который строит множество всех решений в виде И вЂ” ИЛИ-дерева. Решение второй задачи возможно с помощью рекурсивных соотношений для аддитивной функ- ции на построенном дереве. Ал:горитм п~~троения множества решений реализует просмотр графа б* методом «сначала Вглубь» начиная с ~ер~~~ы уо.

В процессе просмотра строится И-ИЛИ-дерево возможных решений. В его корень помещается вершина уо. Дерево строится до тех пор, пока всем висячим вершинам не будет соответствовать вершина Ло графа б, Вершины дерева, соответствующие вершинам из Х', играют роль И-вершины, остальные ИЛИ-вершины. Алгоритм одновременно вычисляет мощность множества решений. Ниже приВодится его Описание, Шаг О. Х=уо, р=1. Обнулить массив У и включить х в дерево в качестВе корня; р — параметр рекурсии; У вЂ” массив счетчикоВ; размерность— максимальная длина ну*и в графе б, Шаг 1. х,1р1: =-Л~р1+1.

Шаг 2. Если Я~р1>а~х), то перейти к шагу 1О; а~х) — число дуг„вхо- ДЯЩИХ В ВЕРШИНУ Х. Шаг 3. у=фх, У~р1); включить вершину у в дерево„фх, 1) — процедура Выбора такоЙ Вершины у, что: а) из у В х идет дуга; б) для Вершины х эта дуга имеет среди Всех входящих в нее дуг номер 1. Шаг 4, Если вершина у уже встречалась в дереве на пути из корня в х, то перейти к шагу 7. Шаг 5.