135791 (722632), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

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.

Сложность ВКА и указанных взаимосвязей требует системного

подхода к анализу ВКА при ее проектировании [116]. Для построения

системной модели ВКА, необходимой для установления и раскрытия ее

системных характеристик и выявления отношений между ними, предста-

вим системное описание ВКА на начальных стадиях проектирования в

виде двух групп соотношений:

(2.1)

(2.2)

- 42 -

где - множество функций; - множество структур; - мно-

жество функциональных свойств; - множество свойств, проявляю-

щихся при взаимодействии с окружением; - номер ФМ ВКА; -

количество ФМ; , - соответственно множество существующих

вариантов ВКА и ее элементов и множество отношений между ними;

- множество целей проектирования ВКА; - множество соот-

ветствий, определяющих уравнения функционирования и проектирования

ВКА; - множество соответствий, оценивающих оптимальность ВКА;

= 1,2 - уровень членения ВКА.

Выражение (2.1) описывает системную модель ВКА как объекта

конструирования, а выражение (2.2) - системную модуль процесса

проектирования ВКА. При этом первая строка выражения (2.1) описы-

вает ВКА в целом, а вторая строка описывает ФМ ВКА.

Построенная системная модель ВКА позволяет перейти к формали-

зации установленных взаимосвязей, используя известный математи-

ческий аппарат математического анализа и дискретной математики для

проведения структурного синтеза конструкции. При этом методика

построения системной модели заключается в раскрытии компонентов в

выражениях (2.1) и (2.2). Следует отметить, что предлагаемая

системная модель ВКА, предназначенная для всестороннего описания

ВКА, инвариантна относительно рассматриваемых уровней членения ВКА

[117].

2.2. Функции и структура ВКА.

2.2.1. Функции ВКА.

Головным этапом системного анализа ВКА является определение

выполняемых ею функций. Влияние выполняемых ВКА функций на ее

структуру, отмеченное в главе 1, определяет значимость данной

- 43 -

системной характеристики для проектирования ВКА. Исходя из того,

что целесообразность того или иного ТО определяется его способ-

ностью реализовывать интересующую человека потребность, в основу

определения функций ВКА и ее структурных составляющих положен сле-

дующий принцип: функция любого ТО (или ФМ) определяется целью,

поставленной ТО более высокого уровня, включающим рассматриваемый

ТО (ФМ).

Объектом более высокого уровня для ВКА в целом является ВС

ВТО. Функционирование ВС, назначение которой формулируется как

"создавать вакуумную среду и формировать ее состав", требует вы-

полнения ряда условий (т.е. достижения ряда целей), характеризуе-

мых, в частности, функцией разобщать герметично и сообщать полости

элементов ВС между собой и внешней средой, что определяет необхо-

димость появления соответствующей разнообразной ВКА.

Отсюда вытекает и назначение ВКА - периодическое сообщение и

герметичное перекрытие элементов вакуумных систем (камер, насосов,

ловушек, трубопроводов и т.п.) между собой и с внешней средой, а

также регулирование потоков газов в системе [54], анализ которого

позволяет выделить ее обобщенную функцию.

Представим описание обобщенной функции ВКА в виде структурной

формулы, состоящей из тройки множеств [88] и позволяющей сформиро-

вать понятийное описание обобщенной функции ВКА, представленное в

таблице 2.1:

(2.3)

где - множество действий, производимых ВКА и приводящих к же-

лаемому результату; - множество объектов, на которые это

действие направлено; - множество особых условий и ограничений,

накладываемых на реализацию функции.

При этом компонент может отсутствовать в описании функ-

ции, если информация об условиях и ограничениях очевидна и одноз-

- 44 -

начно вытекает из описания компонентов и .

Таблица 2.1

Описание обобщенной функции ВКА.

__________________________________________________________________

│ Компоненты

ТО │──────────────────┬─────────────────────┬──────────────────

│ D │ V │ W

──────┴──────────────────┴─────────────────────┴──────────────────

1. Закрывание Проходное отверстие Вакуумная среда,

2. Герметизация Стык уплотнительной атмосфера,

ВКА пары температура

3. Открывание Проходное отверстие

4. Регулирование Газовый поток

──────────────────────────────────────────────────────────────────

Действиям , выполняемым ВКА и приведенным в таблице 2.1,

соответствует множество основных рабочих функций, т.е. обобщенную

функцию ВКА можно представить в виде:

(2.4)

где , = 1,4 - основные рабочие функции, соответственно: закры-

вать проходное отверстие, герметизировать стык уплотнительной пары,

открывать проходное отверстие, регулировать газовый поток.

Выделенные функции реализуются в ВТО устройствами

классов "вакуумный клапан" и "вакуумный затвор", объединенных по-

нятием ВКА, при этом регулирование газового потока с учетом того,

что ВКА является самостоятельным конструктивно законченным элемен-

том ВТО [54], присоединенным к другому законченному элементу ВТО

(трубопроводу, рабочей камере и т.п.), сводится к частичному пе-

рекрыванию (открыванию и закрыванию) проходного отверстия, поэтому

справедливо следующее допущение:

, (2.5)

- 45 -

позволяющее рабочую функцию отдельно не рассматривать.

Практическая реализация адекватных соответствующим действиям

рабочих функций , и в ВКА осуществляется посредством

одного и того же воздействия "перемещение", направленного на общий

для данных функций объект - уплотнительный диск. При этом выполне-

ние действия "герметизация" обусловлено взаимодействием подвижного

элемента "уплотнительный диск" с неподвижным элементом корпуса,

называемым "седлом", что объясняет целесообразность совместного

рассмотрения этих элементов в виде "уплотнительной пары" (см. п.

1.2). Очевидно, перемещение уплотнительного диска требует осущест-

вления функции "создать и передать необходимую для движения энер-

гию", а расположение уплотнительного диска в вакуумной среде, а

источника энергии - вне ее, определяет необходимость функции "пе-

редать движение уплотнительному диску из атмосферы в вакуумную

среду". Основываясь на том, что каждая рабочая функция может быть

реализована неким самостоятельным функциональным модулем, обладаю-

щим собственным набором входных ( ) и выходных ( ) функцио-

нальных параметров, заключаем, что в ВКА необходимо также согласо-

вание параметров и последовательных перемещений, приво-

дящее к появлению функции "преобразовать движение". Помимо этого

для ВКА, как и для большинства ТО, обязательна функция "обеспечить

требуемое взаиморасположение модулей в пространстве".

Таким образом, из анализа рабочих функций существующих

конструкций ВКА можно выделить следующие основные базовые функции

, где = 1,3 ; = 1,5; представленные в

таблице 2.2, без которых невозможно выполнение обобщенной функции

ВКА.

- 46 -

Таблица 2.2

Основные базовые функции ВКА

_________________________________________________________________

Обобщенная ! Основные базовые функции

функция !

-----------------------------------------------------------------

- создавать и передавать механическую энергию

для перемещения уплотнительного диска;

- преобразовывать параметры движения;

- передавать движение из атмосферы в вакуумную

среду;

- преобразовывать параметры движения для пере-

мещения и герметизации уплотнительного диска;

- герметизировать стык седла с уплотнительным

диском;

- фиксировать положение элементов в пространст-

ве и содержать вакуумную среду.

_________________________________________________________________

Индекс обозначает необходимость выполнения соответствую-

щих функций для каждого из трех основных действий (см. табл. 2.1),

т.е. как при закрывании проходного отверстия, так и при герметиза-

ции и открывании ( = 1, 2, 3 - соответственно).

Помимо основных базовых функций, задающих принцип функциони-

рования и общую структуру, ВКА может обладать рядом дополнительных

функций , направленных на улучшение исполнения качества основ-

ных функций и определяемых как дополнительными требованиями,

предъявляемыми ВТО, так и функционированием собственно ВКА. Полная

функция ВКА при этом имеет следующий вид:

(2.6)

Дополнительные функции возникают, как правило, при

- 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 -

Характеристики

Список файлов реферата