Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной апаратуры

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:

                                                           (3.11)

где      - множество существующих  конструкций  ВКА;   ,   ,     -

соответственно:  множества имен свойств ВКА,  параметров свойств и

их значений;   ,   ,    - соответственно имена, параметры и значе-

ния параметров свойств, регламентируемые ТЗ;     - предикат, озна-

чающий отношение принадлежности;      - предикат, означающий отно-

шение эквивалентности;     - предикат, означающий отношение "   ",

    - предикат, означающий, что конструкция     является аналогом.

     В случае  ложности в выражении (3.11) предиката      или    ,

рассматриваемая конструкция может быть отнесена к группе  прототи-

тов, а необходимость изменения ее конкретных   ,    ,     формиру-

ет цели проектирования ВКА (   ), приводящие к возникновению соот-

ветствующих вспомогательных функций     Найденные из анализа дере-

ва целей вспомогательные функции добавляются к базовой      и, на-

ходясь  в отношении с основными    ,  образуют новую      (см.  п.

2.4).  При этом с учетом утверждений,  сделанных в п. 2.2, правило

формирования множества допустимых     (   ) имеет следующий вид:

                                                           (3.12)

где    ,    = 1, 3, 5 - обязательные функции  ВКА, соответственно:

создавать и передавать механическую энергию для перемещения уплот-

нительного диска,  передавать движение из  атмосферы  в  вакуумную

среду и герметизировать стык седла с уплотнительным диском;      -

предикат, означающий отношение включения;     - предикат, означаю-

щий допустимость структуры.

     В свою очередь каждой рабочей функции    из      можно поста-

                              - 82 -

вить  в  соответствие  реализующий ее обобщенный родовой элемент -

ФМ, являющийся абстрактным объектом    :           (   ), что поз-

воляет сформировать множество абстрактных структур     ВКА.

     Морфологическая структура    ВКА определяет множества вариан-

тных (состоящих из типов ФМ -   ) и элементных (состоящих из вари-

антов исполнения (марок) различных типов ФМ -     )  структур  ВКА

(   и    ).  Очевидно,  что существующие множества данных структур

содержат и такие  структуры,  которые  заведомо  не  соответствуют

конкретному ТЗ на проектирование ВКА,  поэтому перед их генерацией

целесообразно решить задачу выбора допустимых структурных  состав-

ляющих      и      .  Выбор типов ФМ и конструктивных вариантов их

выполнения является важной процедурой схемотехнического проектиро-

вания  ВКА и с позиций системного подхода определяется отношениями

между типами (вариантами) структурных  составляющих  и  значениями

параметров требований, предъявляемых к ФМ частными ТЗ, которые мо-

гут быть сформированы из общего ТЗ на  разработку  ВКА  на  основе

анализа взаимосвязей их свойств.

     Формализация выбора  типа  ВКА  и  вариантов  ее  структурных

составляющих  осуществлена с помощью разработанных с учетом морфо-

логии ВКА (    ) таблиц соответствия            ,  в которых пара-

метр     , имеющий     значений, представляется     булевскими пе-

ременными              , где           = 1,  если                и

          = 0, если               ; посредством отображения (   ):

                                                            (3.13)

где      -   -ое значение параметра        -го требования к   -ому

ФМ;    - множество вариантов   -го ФМ.

     Аналогично может  быть  произведен  при необходимости и выбор

типа ВКА.

     Таким образом, решение задачи выбора типа структурных состав-

ляющих ВКА сводится к построению таблиц соответствия, в которых по

                              - 83 -

столбцам располагаются условия и критерии выбора, по строкам - ти-

пы   .  Основной задачей при этом является установление логических

зависимостей  между  типами    ФМ ВКА и значениями или интервалами

значений     ,  параметров    .  Следует отметить, что определение

градаций  условий и критериев выбора является ответственным и тру-

доемким процессом в связи с необходимостью максимального  уменьше-

ния дублирования исходных данных и обеспечения их полноты.

     Выявленные при проведении системного  анализа  свойства  ВКА,

рассмотренные  в принадлежности к типам основных ФМ с учетом пред-

ложенной классификации  конструкций  ВКА,  позволили  сформировать

следующие таблицы соответствия (применимости):  таблица 3.1 - таб-

лица применимости типов приводов ВКА; таблица 3.2 - таблица приме-

нимости  типов  вакуумных  вводов движения;  таблица 3.3 - таблица

применимости типов уплотнительных пар ВКА. Выбор производится сле-

дующим образом:  исходя из значений требований ТЗ, по заданным ин-

тервалам параметров выбора из соответствующей таблицы применимости

выбираются строки,  имеющие единицы во всех рассматриваемых столб-

цах,  что  отражает  допустимость  соответствующих  типов  ФМ  ВКА

(   ).

     Введение отношений следования между  найденными      формиру-

ет       обобщенную вариантную структуру    .  С учетом последова-

тельности структуры ВКА и выражения (3.12) это  можно  записать  в

виде (   ):

                                                          (3.14)

где    ,   ,     - обязательные ФМ,  соответственно:  привод, ввод

движения в вакуум и уплотнительная пара;   - предикат,  означающий

отношение следования между ФМ.

     Каждая структурная  составляющая  (ФМ) обладает набором пара-

метров,  в том числе описывающих ее входные и  выходные  свойства.

                              - 88 -

При этом указанные свойства могут быть описаны качественными приз-

наками.

     Рациональность структуры выявляется процедурой    , определя-

ющей  качественную  совместимость      выбранных  элементов      и

описываемой следующим выражением:

                                                          (3.15)

     При этом обобщенное правило формирования     имеет вид:

                                                          (3.16)

где    ,    ,  ,  = 1,     -   множество  качественных  признаков,

описывающих входные и выходные свойства ФМ;    - предикат, означа-

ющий отношение принадлежности признаков к ФМ;    - предикат, озна-

чающий отношение эквивалентности между признаками;    -  предикат,

означающий отношение "состоять из".

     Использование морфологической  структуры      ВКА  и значений

требований ТЗ позволяет сформировать множество допустимых элемент-

ных структур     ,  выбирая среди качественно совместимых типов ФМ

ВКА соответствующие конструктивные варианты их исполнения (  ):

                                                          (3.17)

где    ,   = 1,   - множество  параметров   -го варианта   -го ФМ;

   - множество параметров ТЗ;   - предикат,  означающий  отношение

"   " между  значениями  параметров.

     На  основе  анализа отношений  параметрической  совместимости

выбранных ФМ,  описываемых выражением  (3.18),  формируют        в

соответствии с обобщенным правилом (3.19)(   ):

                              - 89 -

                                                          (3.18)

                                                          (3.19)

где    ,    - соответственно  значения параметров входных и выход-

ных свойств ФМ ВКА;    - предикат, означающий отношение " = " меж-

ду значениями параметров.

     Причем отношения совместимости образуют следующее множество:

                                                          (3.20)

где   = 1,4 - индекс, означающий соответственно отношение функцио-

нальной,  параметрической, эксплуатационной и технологической сов-

местимости;        -  номер сопряжения в структуре;   = 1,2 -  ин-

декс, означающий, соответственно: качественную или параметрическую

совместимость.

     Вместе с тем возможна ситуация,  когда по формулам (3.15) или

(3.18) выявляется несовместимость входных  и  выходных  параметров

свойств сопрягаемых структурных элементов ВКА. В этом случае необ-

ходимо включение вспомогательного функционального  элемента,  сог-

ласующего  эти  параметры,  что  формально может быть представлено

следующим образом:

                                                          (3.21)

где    - предикат, означающий отношение " = " между значениями па-

раметров.

     Выражение (3.21) позволяет сформировать множество  рациональ-

ных структур     ВКА, включающих как основные, так и вспомогатель-

ные ФМ.  В структуре ВКА такими вспомогательными ФМ являются меха-

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12