А.В. Ревенков - Учебник - Теория и практика решения технических задач (1249576), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Косая Верти- ~горизон~метки катьная тальная з ~ Цвет метки ~ Черный Красный ' Синий Зеленый Коричневый Желтый морфологическая таблица (МТ) дает более удобный для визуального изучения графический образ вариантов решений, чем МЯ. Кроме того„ если количество признаков леления более трех, то МЯ уже не построишь, а в МТ можно вносить практически неограниченное количество признаков. Например, табл. 10.1 можно дополнить, введя еще один признак — цвет фона, на котором помещается знак. При этом она сохранит наглядность и обозримость. Зля того чтобы сформировать поле возможных решений, просто разрабатывают и накапливают все полезные варианты.
Например, для метки черного цвета множество вариантов можно представить в виде табл. 10.2. Форма метки Рис. 10.2. Морфологический яшнк для выбора вариантов метки Инженеру важно охватить единым взглядом возможные версии проекта и оценить, как частное решение по выделенному признаку отразится на свойствах ТС в целом. МТ полнее и компактнее представляет все возможные варианты, что позволяет сформировать множество различных вариантов структур проектируемого ТО, рассмотрев комбинации из всех частных решений.
Поэтому таблицы типа 10.1 и носят на- Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач 248 Таблица /дя Варианты меток, отличающихся формой и сотрихоикой звание морфологических, а табл. 10.2 не является морфологической. В ней просто представлены возможные варианты решений. Она не предназначена для комбинирования и поиска наилучшего сочетания решений по выбранным признакам. При составлении МТ следует ориентироваться не просто на умножение возможных вариантов, а на получение ценных в техническом отношении сочетаний варьируемых признаков. Универсальность и практичность метода МЯ успешно продемонстрирована самим Цвикки на целом ряде примеров.
В течение нескольких лет ученый-астрофизик получил 16 патентов на новые конструкции ракетных двигателей на химическом топливе и выдвинулся в ряд ведущих специалистов ракетостроения. В деловых кругах Америки он вызвал пристальный интерес к морфологическому анализу, создав в 19б1 г. Общество морфологических исследований.
Массовое практическое применение метода инженерами показало, что не все так просто. Возник ряд проблем: с каких позиций подходить к формированию заголовка МТ, как осуществлять выбор из многих сотен вариантов решений. Одновременно была поставлена задача изыскания простых способов представления (визуализации) решений. Морфологический подход — зто определенный стиль мышления. Одно из главных его достоинств заключается в том, гго он позволяет выйти на оригинальные решения, которые можно упустить без МТ.
Прежде чем проводить морфологическое исследование возможных решений для ТО в целом и его компонентов, целесообразно сначала провести функциональный анализ ТΠ— построить модели в виде трафа и табличные (см. гл. 9). Морфологический подход можно применять на различных этапах решения задачи: 1) для предварительного описания проблемы; 2) при синтезе нового ТО; 3) при совершенствовании существующего ТО. вх Иорфологннескнй подход к анализу н синтезу объектов Формирование МТ можно осуществлять с позиций операционного и предметного подхода (см. рис. 5.3).
Операциопнсвй подход ориентирован на формирование способов получения полезного действия, поиск возможных операций для выполнения полезной функции, выбора некоторых процедур. В заголовок МТ вносятся некоторые действия, операции по изменению анализируемой ТС, например, возможные ФПД, способы выполнения функции, направления и характер движения, объединение или разделение функций рассматриваемых компонентов ТС и т. д. При предметном подходе в заголовок МТ вносятся свойства, признаки рассматриваемого предмета: обобщенные наименования свойств компонентов рассматриваемой ТС, например, расположение компонентов в пространстве, материал конструкции, виды соединений, форма и другие конструктивные признаки.
Можно строить отдельно операционные и предметные МТ или создать одну объединенную. 10.2. Морфологический подход при анализе проблемы При первичном исследовании ПС из анализа потребностей формулируются функции, которые нужно выполнить. Потребности, как правило, можно удовлетворить несколькими различными функциями. На этом этапе важно наметить пути разрешения ПС, определить область, в которой будет осуществляться поиск ресурсов для разрешения ПС. Здесь используется операционный подход к поиску решений, ставится задача поиска способов выполнения функции — синтеза возможных ФПД для выполнения физической операции.
Таким образом, в заголовок МТ включаются задачи, решение которых приведет к разрешению ПС. Таких зацач может быть несколько. Часто в первоначальной формулировке зацача бывает узко поставлена, что создает ВПИ при поиске решений. Поэтому, прежде чем приступать к поиску путей ее решения, целесообразно задачу сформулировать в более общем виде (см.
разд. 2.1). Пример 10.2. Утилизация отходов производства. В данном случае задачу можно сформулировать в следующем виде; необходимо снизить затраты предприятия, связанные с образованием отходов при производстве продукции. Разработку МТ целесообразно начать с формирования возможных операций. Для разрешения проблемной ситуации можно поставить три задачи: как организовать безотходпое производство, как превратить отходьг в продукт и как их утилизировать. Дпя каждой задачи можно составить МТ, отразив в ней возможные направления поиска решения (табл. 10.3 — 10.5). 10.
л1орфологичесаий подход к анализу и синтезу объектов 251 10.3. Синтез технических решений МТ можно строить по каждому этапу концептуального проектирования, а именно: отражать в таблице потребности, функции, физические операции, физические принципы действия, характер связей между компонентами, конструкторско-технологические решения, включающие варианты по возможным конструкционным материалам, формам, взаимному расположению функциональных компонентов и др. Пример 10.3.
Разработка конструктивных решений блоков радиоэлектронных систем (РЭС). Радиоэлектронные блоки выполняют множество важных функций в системах измерения, управления, контроля, связи н т. п. Для выполнения ГПФ нужно организовать выполнение основных, вспомогательных и дополнительных функций, а также, обеспечить конструктннную целостность ралиоэлектронной аппаратуры как ТС. Минимальный набор таких функций применительно к радиоэлектронному блоку можно оформить в виде (табл. 10.б). Для аппаратуры разного назначения этот набор требований может несколько отличаться. Таблица Раб, Ключевые функции типовых узлов в иесуших конструкций блоков РЭС Вил функции Функциональные узлы Функция Подюиоченис к внешнему ~ Основная Электрические разъемы '~источнику электропитания Разволка электропитания по~ ,', внутренним узлам блока ; Жгуты, кабели, тканые матрицы, печатные :кабели,кроссировочные платы !Фиксация элекгрорадно- ;компонентов и подводка ;сигналов к их выводам ; Коммутационные платы: печатные, поли- ~ имидные, рсаьефпые и т.
и. ~ Трансформация блока из Дополнительная ; рабочего состояния в ре- ~~ монтопригоднос и наоборот Шарнирные, гибкие, телескопические со елинения узлов Подстроечные конденсаторы, переменные резисторы, варикапы Регулирование параметров Вспомогательная ' Контроль нормал ьного (функцнонироваззия Дополнительная Индикаторы, измерители параметров Задачей проектирования является найти такое сочетание решений по каждому признаку, чтобы удовлетворить многим, часто весьма противоречивым требованиям, например, создать конструкцию минимальной массы, обеспечить плотность компоновки (максимальное использование отведенного пространства), необходимые тепловые режимы работы устройства, защиту его от вибраций, ударов, вредного воздействия внешней среды, согласовать с работой других компонентов, входящих в ТС, обеспечить производственную и эксплуатационную технологичность конструкции и т.
д. Раздел 2. Приемы и иетоды решения технических задач 252 Уабхииа 1а 2 МТ лля выбора конструкции блока 1791. г— Конструктивные характеристики блока РЭС Варианты конструктивной рсвлнзвцнн г Книхсная ! Веерная уА — компоновочная Кассетная ~ схема блока Вертикавьная с ком- Вертикальная с ком- Горизонтальная мутацией между нча- 'мутацией между платами у боковой стенки тами у зааней стенки ~ Б — ориентация плат  — конструкция Монтаж гибким пе- ' Монтаж объемным ' Жесткий печатный ', злектромонтажа чатным кабелем ~ проводом 2 монтаж Для трехмерного МЯ варианты идей по конструктивному решению радиоэлектронного блока могут быть представлены в виде куба, каждое ребро которого содержит факторы одной группы (рис.
10.3). Каждый элементарный кубик внутри этого яшика является вариантом конструкции, который определяется выбранным признаком саответствуюшей конструктивной характеристики (А, Б и В). Очевидно, что эта модель содержит 27 вариантов конструкторско-технологических решений. ,,р Ф вь .Ф' о Монтаж гибким печатны + ср Монтаж с объемным прово о Жесткий печатный монтаж ертикальная с коммутапией между латами ч боковой стенки Вертикальная с коммутацией между платами у задней стенки Горизонтальная Кассетн Компоновочная схема блока Рис.
10.3. Пример МЯ идей при выборе конструкции блока Модель возможных вариантов конструктивных решений радиоэлектронных блоков в виде МЯ позволяет в компактном виде оценить наличие множества различных решений. Из 27 вариантов конструкций блока радиоэлектронной аппаратуры, которые отражены на рис. 10.3, наибольшее распространение получили конструкции, представленные на рис.
10.4 и 10.5. На выбор конструкции РЗС влияют три группы фактороьч ориентация плат, конструктивные решения элсктромонтажа и компоновочная схема блока в целом. По этим признакам можно построить МТ (табл. 10.7). 10. Иорфологический подход к анализу и синтезу объектов Плата Задняя панель Набор ячее Рис. 10ии Примеры решений блоков РЗА с шарнирным соединением конструкции: а — блок «книжной» конструкции (А2Б2В2); б — блок «веерной» конструкции (АЗБ2В)) орки Стенка Передняя Узлы штения Рис. 10зи Примеры решений блоков РЗА с шарнирным соединением конструкции: а — герметичный блок разьемной конструкции (А1Б1В3); б — блок с гибким печатным кабелем (А2БЗВ1) Можно отметить, что вариант блока с гибким печатным кабелем (А25361) обладает системным качеством, которое заключается в легкой трансформации трехмерной (рабочей) сборки в двухмерную (для настройки и ремонта).
При проектировании современных микроэлектронных блоков конструктор анализирует расширенный набор признаков, существенно влияющих на выбор конструкторско-технологического решения. Чтобы обеспечить выполнение множества необходимых требований, нужно вводить признаки, соответствующие современным техническим возможностям. Так, требование высокой плотности компоновки обеспечит применение бескорпусной элементной базы, а это накладывает определенные требования на конструкцию корпуса.
При построении МЯ несущих конструкций для микроэлектроники требуется рассмотреть варианты и принять решения по ряду признаков: ° форма блока (в основном, определяется формой защитного кор- пуса); ° конструкторско-технологическое решение демонтируемой герме- тизации блока (например, пайка или сварка); 254 Раздел 2.
Приемы и методы решения технических задач » вид компоновочной схемы электронных узлов на печатных платах (ориентация плат, типовых элементов конструкции влияет на технологию сборки); ° тип корпуса элементной базы (для бескорпусной элементной базы — типы монтажа). ° характер внешней коммутации блока (связь с внешними устройст- вами); ° характер внутриблочной коммутации (электрические соединения между платами, ячейками внутри блока); ° способ закрепления плат внутри блока (обеспечивающие ремонто- пригодность); ° коммутационная структура плат, электрически объединяющая ра- диокомпоненты; «способ и конструктивное решение обеспечения теплового режима; электромагнитной совместимости; защиты от механических воз- действий и др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
