Реферат: Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной аппаратуры
Как следует из данного графика, наименьшее значение на
стадии герметизации у конструкции с механизмом переменной структу-
ры, затем - совмещенной структуры, а худшее значение у меха-
низма непосредственного действия, что хорошо согласуется с резуль-
татами проведенного ранее кинематического анализа, и, следователь-
но, выведенный в п. 3.4.2 критерий Ф, обобщенный вид которого при-
веден в выражениях (2.21,2.22), оценивает не только кинемати-
ческие, но и динамические характеристики ВКА и его минимизация ве-
дет к их улучшению, поэтому критерий Ф является интегральным кри-
терием качества ВКА (обобщенным критерием) [127].
Помимо проверки работоспособности и оценки свойств синтезиру-
емых конструкций ВКА подобный подход к моделированию функциониро-
вания ВКА, основанный на решении уравнения (2.18), обеспечивает
нахождение рациональной совокупности перечисленных параметров ФМ
ВКА путем их перебора, т.е. позволяет определить желательные зна-
чения параметров структурных составляющих ВКА, что является необ-
ходимым условием синтеза элементных структур ВКА и оптимизации
конструкции при функционально-схемотехническом проектировании.
Выводы.
1. Предложена обобщенная модель функционально-схемотехни-
ческого проектирования ВКА, предоставляющая конструктору упорядо-
ченную последовательность действий, необходимых для выбора страте-
- 117 -
гии при создании ВКА.
2. Разработана методика и математическая модель параметри-
ческого анализа конструкций ВКА, позволяющая выявлять необходи-
мость модернизации конструкций и проводить их оценку.
3. Разработана методика функционально-схемотехнического про-
ектирования ВКА, позволяющая генерировать и находить удовлетворяю-
щие ТЗ технические решения ВКА. Предложены правила генерации, пре-
образования и выбора структур ВКА и проведена формализация про-
цесса ее структурного синтеза.
4. Предложена методика синтеза ФПД ВКА как этапа ее функцио-
нального проектирования, позволяющая разрабатывать функциональную
структуру ВКА тогда, когда разработка ее элементной структуры на
основе известных функциональных структур не удовлетворяет требова-
ниям ТЗ.
5. Показана важность синтеза механизмов при проектировании
ВКА. Выделена группа классификационных признаков, имеющих опреде-
ляющее значение для их синтеза, произведена систематизация струк-
тур ВКА применительно к механизмам и представлено их описание на
введенном предметно-ориентированном языке схемотехнического проек-
тирования. Предложены пути синтеза кинематических схем механизмов
ВКА.
6. Проведен кинематический анализ механизмов ВКА, на основа-
нии которого обоснованы и выведены критерии оптимальности ВКА.
7. Произведен анализ процесса функционирования ВКА на основе
его моделирования. Изучено влияние параметров структурных состав-
ляющих на динамические свойства ВКА, позволившее сформулировать
возможные пути улучшения показателей качества ВКА. Отмечена важ-
ность моделирования функционирования ВКА при ее схемотехническом
проектировании.
.
- 118 -
4. СОЗДАНИЕ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВКА НА БАЗЕ АВТОМАТИЗАЦИИ СХЕ-
МОТЕХНИЧЕСКОГО И ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Исследования, проведенные во второй и третьей главах настоя-
щей работы, показали неизбежность использования средств вычисли-
тельной техники для решения задач функционального и схемотехни-
ческого проектирования ВКА вследствие их сложности и больших раз-
мерностей при необходимости охвата всех возможных вариантов синте-
зируемых решений, а также для исключения субъективизма при прове-
дении оптимизации ВКА.
4.1. Программные средства анализа существующих конструкций
ВКА.
Созданные программные средства реализуют разработанную инва-
риантную [142] методику параметрического анализа ВКА (п.3.2), а
также метод выбора типа структурных составляющих ВКА (п.3.3) и
представляют собой три программых модуля "WYBOR", "VTIP", "OPTIM".
Программный модуль "WYBOR", построенный по функционально- мо-
дульному принципу, обеспечивает проведение параметрического анали-
за существующих конструкций ВКА на соответствие требованиям ТЗ и,
позволяя найти аналоги или прототипы, обеспечивает выбор оптималь-
ной конструкции [143]. Структура программного модуля, состоящего
из блока управления (БУ), блоков выбора и анализа конструкций
(БВК, БАК), блока формирования весовых коэффициентов (БФВК), блока
управления базой данных (БУБД), связанного с блоками занесения
(БЗК), удаления (БУК), коррекции (БКП) и просмотра параметров
конструкций (БПП) и каталогов (БПК), блоков ввода-вывода и обра-
ботки файлов данных (БВВ, БОФД) приведена в приложении на рис.
П.1. Программный модуль "WYBOR" позволяет: осуществить параметри-
- 119 -
ческий выбор марки конструкции ВКА, наиболее полно соответствующей
заданным параметрам ТЗ с учетом важности того или иного параметра
в каждом конкретном случае выбора; работать с созданной базой дан-
ных в режимах: просмотра каталога имеющихся конструкций и значений
их параметров, коррекции значений параметров конструкций, внесения
новых или удаления устаревших конструкций из банка данных; форми-
ровать значения весовых коэффициентов рассматриваемых параметров
либо путем назначения, либо с использованием метода парных сравне-
ний.
Входными параметрами модуля являются: код режима работы; тре-
буемые значения параметров конструкций ВКА (ТЗ); значения весовых
коэффициентов рассматриваемых параметров.
Выходными параметрами модуля являются: марка конструкции ВКА,
наиболее полно удовлетворяющей ТЗ, и ее параметры; информация о
конструкциях-аналогах (также отвечающих ТЗ); информация о
конструкциях-прототипах (не удовлетворяющих ТЗ) с указанием неу-
довлетворенных параметров (по желанию пользователя).
Оптимизация выбора осуществляется блоком БАК в соответствии с
критерием (2.19). При этом принято, что разброс значений парамет-
ров существующих конструкций подчиняется равномерному распределе-
нию, что объясняется дискретным рядом конструкций ВКА.
Информационное обеспечение модуля включает значения парамет-
ров характеристик существующих конструкций ВКА, сформированные по
данным источников п. 1.2, список критичных для выбора параметров
ВКА и предлагаемые значения их весовых коэффициентов.
Программный модуль "VTIP", также построенный по функциональ-
но-модульному принципу, обеспечивает качественный выбор типов
основных ФМ ВКА на основании разработанных таблиц применимости (п.
3.3) [144]. Структура модуля, включающего блок диалогового взаимо-
действия (БДВ), блок выбора типов (БВТ) приводов (Пр), вводов дви-
- 120 -
жения (ВД) и уплотнительных пар (УП), блок анализа и оптимизации
(БАО) и блок контроля ввода данных (БК), представлена на рис. П.2.
При выборе вакуумных вводов движения программный модуль "VTIP"
позволяет производить поиск и выбор их типов по основным и допол-
нительным критериям качества, а также проводить оптимизацию полу-
ченных типов по критерию относительной стоимости.
Входными данными модуля является информация о требуемых пара-
метрах ФМ, представляемая в соответствии с градациями соответству-
ющих таблиц п. 3.3.
Выходными данными являются: качественная информация о типах
ФМ, удовлетворяющих ТЗ; информация о типах ФМ, не удовлетворяющих
одному или двум заданным требованиям, с указанием параметров, под-
лежащих изменению.
Программный модуль "OPTIM" предназначен для проведения срав-
нительного параметрического анализа нескольких однотипных
конструкций ВКА, задаваемых пользователем с целью выявления наи-
лучшей, или для оценки технического уровня новой разработки [143],
и является автономной реализацией блока БАК модуля "WYBOR". Отли-
чие заключается только в типе используемых при оптимизации идеаль-
ных моделей. Если в модуле "WYBOR" идеальной моделью является
конструкция, описываемая требованиями ТЗ, то в модуле "OPTIM" при
сравнительном анализе конструкций - это конструкция с параметрами,
лучшими, чем у существующих конструкций ВКА, хотя возможно и не
достижимыми, а при оценке технического уровня - это параметры
конструкции ВКА, являющейся лучшей (эталонной) в рассматриваемом
классе устройств.
Входными параметрами модуля "OPTIM" являются: код рассматри-
ваемого класса ВКА; диаметр условного прохода; количество рассмат-
риваемых конструкций; значения параметров сравниваемых конструкций
ВКА и их весовые коэффициенты (аналогично модулю "WYBOR").
- 121 -
Выходными параметрами модуля являются: степень сходства
рассматриваемых конструкций с идеальной моделью (%), номер наилуч-
шей конструкции и ее параметры.
Информационное обеспечение модуля "OPTIM", помимо данных,
используемых в модуле "WYBOR", содержит параметрическое описание
идеальных моделей всех типоразмеров ВКА.
Рассмотренные программные средства инвариантны [145] и могут
быть использованы для анализа ТО любой предметной области при соз-
дании соответствующего информационного обеспечения.
4.2. Программные средства синтеза и анализа структур ВКА.
Основополагающим этапом функционально-схемотехнического про-
ектирования ВКА является синтез ее структур, проводимый на основе
формализованных в п. 3.3 положений. При этом необходимость опери-
рования с параметрами входных и выходных свойств сопрягаемых эле-
ментов делает программные модули синтеза структуры ВКА и генерации
ее ФПД идентичными. Причем программный модуль структурного синтеза
ВКА "VP1" оперирует соответствующими параметрами допустимых вари-
антов ФМ ВКА, выбранных с помощью средств п. 4.1, а программный
модуль генерации ФПД ВКА "VP2" - параметрами входных и выходных
свойств ФЭ из созданного предметно-ориентированного банка структу-
ризованных описаний ФЭ.
Модуль "VP2" позволяет генерировать цепочки ФЭ по следующим
алгоритмам: по описанию ВКА на физическом уровне, включающем связи
между ее элементами на основе конкретной структурной модели; по
заданному входному управляющему воздействию и требуемому результа-
ту с возможностью выбора желаемой длины цепочки ФЭ [146].
Следует отметить, что разработанная методология структурного
синтеза применима и для создания других ТО, представимых в виде
- 122 -
последовательно взаимодействующих модулей [147 - 149].
Одним из важнейших аспектов автоматизации конструкторской де-
ятельности при создании ВКА [150] является синтез ее механизмов,
который, как отмечалось в п. 3.4, предлагается производить двумя
путями: на основе типовых элементарных механизмов или на основе
анализа форм цепей. В соответствии с этим разработаны два пакета
прикладных программ (ППП), общим начальным этапом которых является
синтез формулы строения ВКА (выражение (3.35)), реализованный
программой "SSVC1", которая запрашивает в диалоговом режиме данные
в соответствии с выделеными классификационными признаками, описан-
ными в п. 3.4. На основании конкретных признаков формируется
описание желаемого принципа работы ВКА и определяются требования к
механизмам ВКА с позиции реализации перекрытия и герметизации про-
ходного отверстия.
ППП "Р4" предназначен для синтеза механизмов ВКА из типовых
элементарных механизмов и расчета параметров типовых и синтезиро-
ванных механизмов [144].
Структура ППП, включающая: модули расчета элементарных меха-
низмов (МР): кулачкового механизма (КулМ), кулачкового механизма с
архимедовой спиралью (КулМАС), кривошипно-ползунного механизма
(КПМ), двухползунного механизма (2ПМ), клинового механизма (КлМ),
винтового механизма (ВМ), зубчатого механизма (ЗубМ), механизма
шарнирного четырехзвенника (Ш4Зв), кулисного механизма (КулисМ);
модуль контролируемого ввода данных (МКВвД); модуль синтеза меха-
низмов (МСМ); модуль расчета параметров синтезированного механизма
(МРП); модуль оказания помощи (МОП) при работе с ППП - приведена
на рис. П.3.
Входными параметрами ППП являются: типы элементарных механиз-
мов и их количество; фазовые углы циклограммы работы механизмов;
длины звеньев механизмов; максимальное перемещение толкателя (для
- 123 -
кулачковых механизмов); вид движения на входе синтезируемого меха-
низма; требуемый вид движения на выходе синтезируемого механизма;
желаемое количество кинематических пар; коэффициент полезного
действия; диаметр условного прохода перекрываемого отверстия.
Стандартные параметры "зашиты" в пакет.
Выходными данными являются следующие параметры функционирова-
ния механизмов: функция положения, функция передаточного отноше-
ния, коэффициент передачи усилия, момент сил сопротивления, функ-
ция усилия уплотнения.
ППП "SSVC" предназначен для синтеза механизмов ВКА на основе
анализа массива форм цепей и содержит два самостоятельных модуля:
модуль формирования массива форм цепей и модуль формирования схем
механизмов из форм цепей, обобщенные блок-схемы которых приведены
на рис. П.4. ППП "SSVC" позволяет реализовать следующие процедуры
[134]: формировать машинный справочник форм цепей с автоматической
оптимизацией описания их контуров; сформировать структуру механиз-
мов перемещения и уплотнения ВКА; сформировать описание структуры
кинематических цепей, из которых они образованы; формировать кине-
матические цепи из форм цепей.
Преобразование той или иной кинематической цепи в конкретный
механизм выполняется непосредственно разработчиком ВКА.
По результатам работы ППП "SSVC" сформированы таблицы и
описания форм цепей, содержащих в своем составе до четырех конту-
ров, на основании анализа которых составлен атлас исполнительных
механизмов, возможность использования которых для ВКА определя-
ется, исходя из разработанных кинематических и динамических крите-
риев качества.
- 124 -
4.3. Структурно-функциональная модель САПР ВКА на этапе схе-
мотехнического и функционального проектирования.
Созданный комплекс программных средств является ядром предла-
гаемой структурно-функциональной модели САПР ВКА для этапа ее схе-
мотехнического и функционального проектирования [151], актуаль-
ность разработки которой отмечена в первой главе.
На рис. П.5 приведена структура САПР ВКА, реализующая методи-
ки функционального и схемотехнического проектирования и состоящая
из обслуживающих и проектирующих подсистем.
Обслуживающими являются подсистемы управления и контроля про-
цессом проектирования ВКА (ПУПВКА), оперативного взаимодействия
(ПОВ), отображения графической информации (ПОГИ), информационного
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
