135791 (722632), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

ход ведущего звена ВКА.

Для ВКА с механизмами переменной структуры:

- 73 -

(2.22)

где , , , - соответственно: функции положения ме-

ханизма ВКА и углы поворота или ход при открывании (перекрывании)

и герметизации проходного отверстия.

Критерий дает количественную оценку качества воспроизведе-

ния закона движения, характерного для механизмов ВКА, и пригоден

как для оптимизации конкретного механизма на этапе его конструк-

тивной проработки, так и для оценки различных кинематических схем

на этапе структурного синтеза.

Исследование уравнения функционирования и вывод критериев оп-

тимальности ВКА подробно рассмотрены в главе 3.

Выводы.

1. На основе системного подхода к анализу ВКА с позиций реша-

емых задач разработаны инвариантные относительно введенных уровней

членения системная модель ВКА как объекта конструирования и

системная модель процесса проектирования ВКА, являющиеся основой

создания методики функционально-схемотехнического проектирования

ВКА. Сформулированы основные понятия, предложены правила раскрытия

системных характеристик ВКА и произведена их конкретизация.

2. Сформировано множество базовых функций ВКА и отмечена не-

обходимость функционального анализа для эволюции ВКА. Рассмотрена

взаимосвязь функции и структуры ВКА, определено множество структур

ВКА, необходимое и достаточное для отображения процесса функцио-

нального и схемотехнического проектирования.

3. Исследованы взаимосвязи ВКА и ее структурных составляющих

с окружением и произведена структуризация выявленных свойств. На

- 74 -

основе исследования взаимосвязей параметров свойств ВКА и ее

структурных составляющих сформированы соответствующие таблицы свя-

зей.

4. Введено понятие цели проектирования ВКА и показана связь

целей проектирования с генерацией вспомогательных функций и струк-

турой ВКА. На основе анализа разработанных таблиц связей парамет-

ров свойств ВКА построено дерево целей проектирования ВКА.

5. Представлено необходимое с позиций системного подхода к

описанию процесса проектирования ВКА уравнение ее функционирова-

ния, связывающее входные и выходные параметры ВКА с внутренними

параметрами ее ФМ, и введены критерии, оценивающие качество синте-

зируемых конструкций ВКА.

Проведенный системный анализ ВКА позволяет перейти к разра-

ботке методик и формализации основных этапов схемотехнического и

функционального проектирования ВКА в соответствии с ранее описан-

ным алгоритмом.

.

- 75 -

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО И ФУНКЦИО-

НАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВКА.

3.1. Методические основы функционального и схемотехничес-

кого проектирования ВКА.

Предложенная во введении обобщенная модель функционально-схе-

мотехнического проектирования ВКА представляет конструктору упоря-

доченную последовательность действий, необходимых для выбора стра-

тегии при создании ВКА. При этом, как было показано ранее, процесс

собственно проектирования ВКА на начальных стадиях формально явля-

ется последовательным поиском, созданием и преобразованием различ-

ных структур ВКА и с учетом описанных в п. 2.2.2 структур в общем

случае может быть представлен в виде:

(3.1)

Отметим, что структура строится тогда, когда конструктора

не удовлетворяет ни одна из известных функциональных структур и

необходим синтез принципиально нового технического решения. Вместе

с тем требования, предъявляемые к создаваемой ВКА, не вызывают не-

обходимости изменения сформированной на основе анализа назначения

ВКА и опыта ее конструирования структуры и базовых функций в

структуре . При этом эволюция ВКА происходит в результате до-

бавления или изменения возникающих из целей проектирования вспомо-

гательных функций на всех уровнях иерархии, в результате чего до-

бавляются, изымаются или заменяются различные ФМ, что позволяет

ограничивать рассматриваемое число структур при практическом про-

ектировании.

Предложенные принципы формирования требуемых видов структур

позволяют построить множество всевозможных структур, включающее и

недопустимые в смысле работоспособности. В связи с чем возникает

- 76 -

задача выделения из данного множества допустимых и рациональных

структур ВКА, удовлетворяющих ТЗ, и нахождение среди них оптималь-

ной.

С учетом изложенного модель процесса проектирования ВКА можно

представить в виде:

(3.2)

где - процедура выбора прототипов (ПР); - цели проектиро-

вания; - множество допустимых функциональных структур; ,

- соответственно, множества вариантных обобщенных и рациона-

льных структур; , , - соответственно, допустимые,

рациональные и оптимальная элементные структуры; , = 1,7 -

правила соответствующих преобразований.

Выражение (3.2) описывает в общем виде методику функциональ-

но-схемотехнического проектирования ВКА и определяет основные за-

дачи, требующие решения для ее конкретизации:

- разработка методики параметрического выбора аналогов и прототи-

пов по значениям требований ТЗ;

- разработка и формализация правил синтеза и преобразования ука-

занных структур и процедур структурной оптимизации.

3.2. Методика параметрического анализа конструкций ВКА.

Необходимость поиска аналога или выбора прототипа (см. рис.1)

при разработке новой ВКА требует проведения сравнительного анали-

за конструкций ВКА для их оценки и выявления конструкции, наибо-

лее полно отвечающей предъявленным требованиям ТЗ. Сложность

проблемы заключается в многономенклатурности ВКА, различиях в ее

структуре, наборах и значениях параметров. Для решения этой зада-

чи разработана методика параметрического выбора [125], включающая

следующие этапы выбора оптимальной конструкции: построение матри-

- 77 -

цы значений параметров качества существующих вариантов

конструкций ВКА; определение вектора параметров качества, регла-

ментируемых предъявленными требованиями (ТЗ); разработка пара-

метрической модели конструкции, удовлетворяющей ТЗ - "идеальной"

конструкции; формирование допустимого диапазона варьирования

значений параметров качества; определение весовых коэффициентов

параметров качества; выявление вариантов конструкций, удовлетворя-

ющих ТЗ по значениям параметров качества; построение матрицы

нормированных значений параметров качества выявленных вариантов и

идеальной модели; вычисление интегрального критерия качества; вы-

бор наилучшей конструкции. При этом вначале может быть произведен

выбор типа ВКА согласно (3.13) (см. п. 3.3).

Искомая конструкция ВКА должна удовлетворять некоторому набо-

ру параметров, определяемых предъявленными требованиями ТЗ:

(3.3)

где - число регламентируемых ТЗ параметров качества.

В свою очередь, каждая из существующих конструкции ВКА

описывается своим полным набором параметров:

(3.4)

где - номер рассматриваемого варианта конструкций ВКА ( ,

- число существующих вариантов конструкций), - число пара-

метров качества ( ).

Каждый из параметров обладает собственным коэффициентом

весомости, который определяется отраслевыми документами на показа-

тели качества, либо экспертными методами (например, методом парных

сравнений).

Значения параметров качества известных конструкций составля-

ют матрицу (3.5):

(3.5)

- 78 -

Идеальная параметрическая модель ВКА описывает некий гипоте-

тический объект, обладающий наилучшими значениями всех парамет-

ров качества одновременно:

Построение этой модели можно осуществлять либо выбором из матрицы

(3.5) наилучших значений соответствующих параметров, либо синтезом

предельно достижимых значений параметров качества, исходя из

условий, определяемых ТЗ. Это может быть и конструкция,

описываемая просто параметрами ТЗ. При этом параметры, нерегла-

ментируемые ТЗ, из рассмотрения исключаются.

Допустимым считается диапазон варьирования показателей ка-

чества между значениями, определяемыми векторами и :

и (3.6)

На основе набора параметров на базе отношений типа "не хуже"

(, = ) из матрицы (3.5) осуществляется выбор конструкций ВКА,

удовлетворяющих ТЗ. При этом возможны 3 случая: ТЗ соответствует

несколько конструкций ВКА; ТЗ соответствует одна конструкция

ВКА; ТЗ не удовлетворяет ни одна конструкция ВКА (т.е. аналоги

отсутствуют).

В первом случае для выбора наилучшей конструкции ВКА среди

конкурирующих вариантов используют интегральный критерий (2.19), а

для нормирования параметров качества - выражение (2.20).Проведя

нормирование матрицы, образованной из параметров качества иде-

альной модели ВКА и параметров качества конструкций ВКА, удовлет-

воряющих ТЗ, получают матрицу нормированных параметров , необ-

ходимую для определения интегрального критерия :

(3.7)

- 79 -

Здесь ( ) - число конструкций ВКА, соответствующих ТЗ. Выделив

из этого множества два объекта и , которым соответствуют

векторы и , по выражению (2.19) определяют значения .

Наименьшее значение интегрального критерия определит наилучшую

конструкцию ВКА.

Во втором случае задачу можно считать решенной.

Наконец, в третьем случае, когда аналогов-конструкций ВКА,

по всем параметрам удовлетворяющих ТЗ, нет, для расширения об-

ласти применения известных решений предлагается произвести усече-

ние ТЗ путем поочередного отбрасывания параметров качества с

незначительными коэффициентами весомости ( например, с 0,05).

В результате получаем матрицу с суженным набором параметров, ана-

лиз которой на соответствие усеченному ТЗ может выявить удовлетво-

ряющие ему конструкции ВКА-прототипы. Проведя оценку выявленных

конструкций по критерию , аналогично первому случаю, определяют

наилучшую по наиболее важным параметрам качества конструкцию ВКА.

При этом известность отброшенного параметра качества, несоот-

ветствующего основному ТЗ, позволяет сформировать задание для мо-

дернизации соответствующего ФМ ВКА, т.е. возникает цель проектиро-

вания. Если ни одна из рассматриваемых известных конструкций ВКА

не попадает в расширенную область применения, необходимо проекти-

рование новой конструкции, либо смягчение соответствующих требова-

ний ТЗ.

Следует отметить, что в первых двух случаях варианты

конструкций ВКА, неудовлетворяющие ТЗ по параметрам с незначи-

тельными весовыми коэффициентами, выпадают из рассмотрения. При

этом возможен вариант, когда в их числе оказывается конструкция с

лучшим интегральным показателем качества ,если его определять

для полной матрицы (3.5). В данной ситуации целесообразно проде-

- 80 -

лать операции, описанные в третьем случае.

Предложенный подход позволяет также решить задачу оптимально-

го комплектования конструкций ВКА в группы сходных однородных

объектов [128]. Эту операцию, разбивающую всю совокупность ВКА

на группы близких однотипных конструкций, целесообразно прово-

дить на начальной стадии выбора. Группу конструкций, которая

включит в себя наилучшую, также можно подвергнуть анализу. Для

комплектования групп строят матрицу парных расстояний:

(3.8)

где - расстояние между -ой и -ой конструкцией, и находят

внутригрупповую сумму квадратов отклонений:

(3.9)

где - количество объектов в группе.

Лучшим будет разбиение, когда

(3.10)

где - число групп разбиения.

Рассмотренная методика устраняет недостатки известных мето-

дик [129,130], хорошо алгоритмизируется и более достоверно оцени-

вает качество конструкций, чем, например, взвешенная сумма локаль-

ных критериев [131].

3.3. Методика синтеза структур ВКА.

Формализация процесса синтеза структур ВКА основана на описа-

ниях, приведенных в главе 2, и проведена в соответствии с (3.2) с

использованием языка исчисления предикатов, близкого конструктору,

привыкшему оперировать понятиями, и позволяющего автоматизировать

процесс структурного синтеза [132].

Учитывая сказанное, условие существования аналога в общем

- 81 -

случае запишем в виде:

Характеристики

Список файлов реферата