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:
(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: