Смекни!
smekni.com

Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной аппаратуры (стр. 6 из 19)

нологическим и научным оборудованием, и необходимости автоматиза-

ции процесса проектирования ВКА, можно сделать следующие выводы:

1. Проанализированы характерные режимы эксплуатации ВКА, оп-

ределены условия ее применения в различных группах оборудования и

сформулированы основные требования к показателям качества ВКА.

Установлено, что в ряде случаев ВКА регламентирует производитель-

ность и надежность ВТО.

2. Проведен анализ существующих конструкций ВКА, показана от-

носительная стабильность структуры и выделены основные ФМ ВКА. От-

мечено влияние различных вариантов ФМ на показатели качества ВКА.

Предложен обобщенный показатель, позволяющий производить прибли-

женную оценку эффективности конструкций ВКА, показавший преиму-

щество устройств плоского типа. Установлено отсутствие конструкций

ВКА, полностью удовлетворяющих разнообразным диапазонам требова-

ний, предъявляемых ВТО, в частности отмечено отсутствие цельноме-

таллических плоских устройств, серийно выпускаемых отечественной

промышленностью, а также заметное отставание имеющейся ВКА по ряду

показателей качества от зарубежных образцов.


- 40 -

3. Проведен анализ кинематических и динамических особенностей

работы ВКА, подтвердивший практическое отсутствие исследований в

области анализа и синтеза ее механизмов. Показано, что в настоящее

время не определены кинематические и динамические критерии, позво-

ляющие осуществить выбор рациональной кинематической схемы ВКА.

4. Предложена обобщенная классификация ВКА, построенная на

основании модульно-иерархического подхода к анализу существующих

конструкций ВКА, включающая ее разбиение по признакам используемых

механизмов и дополняющая известные классификации. Отмечено, что

для проведения функционального и схемотехнического проектирования

ВКА ее иерархия может быть представлена двухуровневым деревом, где

первый уровень - ВКА в целом, второй уровень - множество ФМ, вхо-

дящих в структуру ВКА.

5. Показана возможность формирования структуры ВКА выбором из

множества вариантов составляющих ее элементов, что позволяет счи-

тать применимыми для схемотехнического проектирования ВКА методы

поискового конструирования.

6. Анализ методов поискового конструирования показал це-

лесообразность использования метода морфологического анализа и

синтеза, позволяющего формализовать процесс проектирования ВКА на

этапе синтеза ее структурных схем. Отмечены перспективные возмож-

ности данного метода для синтеза новых технических решений при

условии включения процедур выбора и структурной оптимизации.

7. Обоснована необходимость автоматизации проектирования ВКА.

Показана сложность автоматизации конструкторской деятельности,

особенно при разработке машиностроительных объектов. Обзор сущест-

вующих систем автоматизированного проектирования подтвердил

отсутствие разработок по автоматизации схемотехнического и функци-

онального проектирования объектов класса ВКА.

.

- 41 -

2. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ВАКУУМНОЙ КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ

2.1. Системная модель ВКА при функциональном и схемотехни-

ческом проектировании.

Анализ существующих конструкций ВКА, проведенный в главе 1,

показал, что ВКА является сложной технической системой и имеет

многоуровневую иерархическую структуру [115]. По функциональному

признаку можно выделить следующие уровни ее членения: ВКА как це-

лое, ФМ ВКА, функциональные единицы ФМ, детали ВКА, функциональные

элементы деталей, поверхности функциональных элементов. Как было

отмечено ранее, для решения задач функционально-схемотехнического

проектирования ВКА, относящегося к начальным стадиям конструирова-

ния ТО (до детальной проработки) и формирующего на 70 - 80% облик

будущего изделия [88], достаточно рассматривать ВКА в виде двуху-

ровневой системы.

Структурирование и формализация описания ВКА и этапов про-

цесса ее функционального и схемотехнического проектирования выдви-

гает в качестве основной задачи установление логических и функцио-

нальных зависимостей между модулями ВКА, их параметрами и требова-

ниями и условиями внешней среды.

Сложность ВКА и указанных взаимосвязей требует системного

подхода к анализу ВКА при ее проектировании [116]. Для построения

системной модели ВКА, необходимой для установления и раскрытия ее

системных характеристик и выявления отношений между ними, предста-

вим системное описание ВКА на начальных стадиях проектирования в

виде двух групп соотношений:

(2.1)

(2.2)


- 42 -

где - множество функций; - множество структур; - мно-

жество функциональных свойств; - множество свойств, проявляю-

щихся при взаимодействии с окружением; - номер ФМ ВКА; -

количество ФМ; , - соответственно множество существующих

вариантов ВКА и ее элементов и множество отношений между ними;

- множество целей проектирования ВКА; - множество соот-

ветствий, определяющих уравнения функционирования и проектирования

ВКА; - множество соответствий, оценивающих оптимальность ВКА;

= 1,2 - уровень членения ВКА.

Выражение (2.1) описывает системную модель ВКА как объекта

конструирования, а выражение (2.2) - системную модуль процесса

проектирования ВКА. При этом первая строка выражения (2.1) описы-

вает ВКА в целом, а вторая строка описывает ФМ ВКА.

Построенная системная модель ВКА позволяет перейти к формали-

зации установленных взаимосвязей, используя известный математи-

ческий аппарат математического анализа и дискретной математики для

проведения структурного синтеза конструкции. При этом методика

построения системной модели заключается в раскрытии компонентов в

выражениях (2.1) и (2.2). Следует отметить, что предлагаемая

системная модель ВКА, предназначенная для всестороннего описания

ВКА, инвариантна относительно рассматриваемых уровней членения ВКА

[117].

2.2. Функции и структура ВКА.

2.2.1. Функции ВКА.

Головным этапом системного анализа ВКА является определение

выполняемых ею функций. Влияние выполняемых ВКА функций на ее

структуру, отмеченное в главе 1, определяет значимость данной


- 43 -

системной характеристики для проектирования ВКА. Исходя из того,

что целесообразность того или иного ТО определяется его способ-

ностью реализовывать интересующую человека потребность, в основу

определения функций ВКА и ее структурных составляющих положен сле-

дующий принцип: функция любого ТО (или ФМ) определяется целью,

поставленной ТО более высокого уровня, включающим рассматриваемый

ТО (ФМ).

Объектом более высокого уровня для ВКА в целом является ВС

ВТО. Функционирование ВС, назначение которой формулируется как

"создавать вакуумную среду и формировать ее состав", требует вы-

полнения ряда условий (т.е. достижения ряда целей), характеризуе-

мых, в частности, функцией разобщать герметично и сообщать полости

элементов ВС между собой и внешней средой, что определяет необхо-

димость появления соответствующей разнообразной ВКА.

Отсюда вытекает и назначение ВКА - периодическое сообщение и

герметичное перекрытие элементов вакуумных систем (камер, насосов,

ловушек, трубопроводов и т.п.) между собой и с внешней средой, а

также регулирование потоков газов в системе [54], анализ которого

позволяет выделить ее обобщенную функцию.

Представим описание обобщенной функции ВКА в виде структурной

формулы, состоящей из тройки множеств [88] и позволяющей сформиро-

вать понятийное описание обобщенной функции ВКА, представленное в

таблице 2.1:

(2.3)

где - множество действий, производимых ВКА и приводящих к же-

лаемому результату; - множество объектов, на которые это

действие направлено; - множество особых условий и ограничений,

накладываемых на реализацию функции.

При этом компонент может отсутствовать в описании функ-

ции, если информация об условиях и ограничениях очевидна и одноз-


- 44 -

начно вытекает из описания компонентов и .

Таблица 2.1

Описание обобщенной функции ВКА.

__________________________________________________________________

│ Компоненты

ТО │──────────────────┬─────────────────────┬──────────────────

│ D │ V │ W

──────┴──────────────────┴─────────────────────┴──────────────────

1. Закрывание Проходное отверстие Вакуумная среда,

2. Герметизация Стык уплотнительной атмосфера,

ВКА пары температура

3. Открывание Проходное отверстие

4. Регулирование Газовый поток

──────────────────────────────────────────────────────────────────

Действиям , выполняемым ВКА и приведенным в таблице 2.1,

соответствует множество основных рабочих функций, т.е. обобщенную

функцию ВКА можно представить в виде:

(2.4)

где , = 1,4 - основные рабочие функции, соответственно: закры-

вать проходное отверстие, герметизировать стык уплотнительной пары,

открывать проходное отверстие, регулировать газовый поток.

Выделенные функции реализуются в ВТО устройствами

классов "вакуумный клапан" и "вакуумный затвор", объединенных по-