135791 (722632), страница 6

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

Текст из файла (страница 6)

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,

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

Характеристики

Список файлов реферата