Реферат: Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной аппаратуры
менении окружения .
Структурные составляющие (ФМ ) ВКА, являясь ее неотъемлемыми
элементами, имеют также собственные свойства, во многом отличные
от свойств, присущих ВКА в целом, что обусловлено изменением
состава окружения ФМ по сравнению с ВКА. При этом свойства ФМ ВКА
определим по аналогичной модели:
(2.12)
где - множество свойств -го ФМ; , , , - соот-
ветственно множества функциональных, эксплуатационных, произ-
водственных и конструктивных свойств -го ФМ; = 1,6 - индекс
принадлежности соответствующему (см. п. 2.2.2) ФМ ВКА.
Рассмотрим подробно параметры свойств основных ФМ ВКА.
В качестве основных параметров свойств ФМ - привод - выделим
следующие: - мощность; - принцип действия; - номинальный
момент; - номинальная частота вращения/скорость движения што-
ка; - точность позиционирования; - ход штока; - надеж-
ность; - ресурс; - ремонтопригодность; - простота изго-
товления; - простота сборки; - стоимость; - масса; -
габариты; - расположение осей вала или штока; - вид и нап-
равление движения.
Взаимосвязи свойств ФМ отражены в таблице 2.4. При этом +1 -
означает увеличение параметра в столбце при увеличении параметра в
строке; -1 - уменьшение параметра в столбце при увеличении пара-
метра в строке.
К основным параметрам свойств ФМ - ввод движения в вакуум -
относятся: - передаваемое усилие; - передаваемый крутящий
- 62 -
момент; - частота вращения; - величина перемещения; -
скорость перемещения; - надежность; - ресурс; - ремонто-
пригодность; - предел применения по вакууму; - температура
прогрева; - натекание через уплотнение; - воздействие на
состав остаточной среды; - простота изготовления; - простота
сборки; - стоимость; - габариты; - масса; - материал
уплотнения; - расположение осей вала или штока; - вид и нап-
равление передаваемого движения.
Взаимосвязи свойств ФМ отражены в таблице 2.5.
Основными параметрами свойств ФМ - уплотнительная пара -
являются: - герметичность; - усилие герметизации; - тем-
пература прогрева; - ресурс; - наработка на отказ; - пре-
дел применения по вакууму; - воздействие на состав остаточной
среды; - удобство замены УП; - ремонтопригодность; - воз-
можность работы в агрессивных средах; - трудоемкость изготовле-
ния; - наличие дефицитных и драгоценных материалов; - стои-
мость; - стоимость; - точностные характеристики элементов
УП; - размер проходного сечения; - габариты; - масса;
- материал уплотнителя; - геометрия уплотнителя.
Взаимосвязи свойств ФМ отражены в таблице 2.6.
Большой интерес представляет также анализ связей свойств, ха-
рактеризующих ВКА в целом со свойствами ее основных ФМ. Указанные
связи существенных параметров ВКА и ее ФМ отражены в таблице 2.7 и
позволяют формировать альтернативные пути изменения свойств ВКА в
зависимости от требований ТЗ.
2.4. Цели проектирования ВКА.
Важной системной характеристикой, описывающей процесс проек-
тирования ВКА, является цель проектирования (компонент в выра-
- 66 -
жении (2.2)).
Желаемое целевое состояние ВКА, которым должна обладать син-
тезируемая конструкция, задается техническими требованиями в ТЗ.
Однако самой цели как движущей силы процесса конструирования ВКА в
ТЗ не содержится, т.к. среди существующих конструкций возможно на-
личие аналога, отвечающего заданным техническим требованиям.
Исходя из выражения (2.1), конкретную конструкцию, реализую-
щую заданную функцию и имеющую фиксированную структуру ,
опишем определенным набором параметров:
(2.13)
где - множество имен свойств ВКА; - множество параметров
свойств ВКА; - множество значений параметров свойств ВКА; =
= , - номер рассматриваемой конструкции; - число существую-
щих конструкций ВКА.
ТЗ, в свою очередь, есть ни что иное, как подобное описание
требуемой конструкции:
(2.14)
где , , - соответственно требуемые имена свойств ВКА, пара-
метры свойств и их значения.
Поиск аналогов осуществляется сравнением характеристик
свойств выражения (2.13) для различных с соответствующими зна-
чениям выражения (2.14). Эквивалентность имен ( и ) и парамет-
ров свойств ( и ), а также выполнение условия означает,
что конструкция под номером является аналогом для данного ТЗ. В
противном случае, когда ни одна из известных конструкций ВКА не
удовлетворяет ТЗ по одному или нескольким параметрам свойств, мож-
но говорить о возникновении потребительских целей проектирования,
как необходимости изменения значений параметров ВКА или ее струк-
турных составляющих, которые в общем случае представимы в виде:
(2.15)
- 67 -
где - множество параметров ВКА, не удовлетворяющих требованиям
ТЗ, - множество отношений типа "изменить".
Наличие взаимосвязей свойств ВКА со свойствами ее структурных
составляющих (см. п. 2.3) обуславливает возможность достижения
требуемых значений параметров ВКА за счет изменения свойств ее ФМ,
приводящего к изменению структуры ВКА, и определяет проектную цель
в виде:
(2.16)
Очевидно, что для достижения необходимых значений соот-
ветствующих параметров свойств ВКА - целей, необходимо выявить
связанные с ними ФМ ВКА и параметры их свойств, которые, в свою
очередь, становятся целями (подцелями) и требуют выявления связан-
ных с ними параметров подсистем нижнего уровня. Выявленная иерар-
хия образует дерево целей проектирования, для построения которого
используются таблицы связей параметров свойств.
Следует отметить, что зачастую достижение общей цели проекти-
рования ВКА требует рассмотрения примитивных целей - изменения па-
раметров элементарных свойств деталей, вызывая необходимость чле-
нения ВКА до соответствующего уровня.
Сложность взаимосвязей свойств ВКА и свойств ее ФМ затрудняет
построение обобщенного дерева целей, поэтому его целеообразно фор-
мировать для конкретной ситуации.
Исходя из вышесказанного, в качестве объекта проектирования
принята наиболее сложная и наименее проработанная группа устройств
- сверхвысоковакуумная цельнометаллическая ВКА. Анализ патентных
источников класса , отражающих случаи конкретного проектирова-
ния ВКА, позволил выделить основные компоненты множества : -
"уменьшить (понизить)"; - "увеличить (повысить)"; - "обеспе-
чить (расширить)"; - "исключить".
Выберем цель проектирования: - "уменьшить потребляемую
- 68 -
мощность" и на основе анализа таблиц связей параметров свойств
(таблицы 2.3 - 2.7) построим дерево целей, представленное на рис.
2.8, где - свойства ВКА в целом; , = 1,6 - свойства соот-
ветствующих ФМ ВКА; , = 1,5 - структуры ФМ ВКА.
Построенное дерево целей позволяет выявить существенные от-
носительно поставленной цели параметры, являющиеся ее подцеля-
ми: . При этом путь на дереве до выбранной подцели
условно можно считать задачей проектирования.
Реализация подцелей приводит к возникновению вспомогательных
функций . Причем вспомогательных функций может быть несколько,
выполняемых совместно или в определенной последовательности. Цель
может порождать и несколько альтернативных вспомогательных функ-
ций, каждая из которых, в свою очередь, может быть исполнена раз-
личными способами действий. Проанализируем одну из подцелей рис.
2.8: "уменьшить предел текучести материала уплотнителя". Данная
цель может принципиально быть реализована двумя путями: заменой
материала или поиском уменьшения имеющегося материала. Рассмот-
рим второй путь. Изучив физическую природу текучести, можно выде-
лить причины, от которых она зависит: температура материала, нали-
чие дислокаций в материале и оксидной пленки на его поверхности,
определяющие соответственные вспомогательные функции: - "нагре-
вать уплотнительную пару", - "перемещать дислокации в материале
уплотнителя", - "удалить оксидную пленку с поверхности уплот-
нителя".
Реализация функций может осуществляться традиционными путями
либо с использованием известных физико-технических эффектов.
Появление вспомогательных функций, которым могут быть постав-
лены в соответствие определенные ФМ, приводит к изменениям в
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21
