Реферат: Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной аппаратуры
бавляются, изымаются или заменяются различные ФМ, что позволяет
ограничивать рассматриваемое число структур при практическом про-
ектировании.
Предложенные принципы формирования требуемых видов структур
позволяют построить множество всевозможных структур, включающее и
недопустимые в смысле работоспособности. В связи с чем возникает
- 76 -
задача выделения из данного множества допустимых и рациональных
структур ВКА, удовлетворяющих ТЗ, и нахождение среди них оптималь-
ной.
С учетом изложенного модель процесса проектирования ВКА можно
представить в виде:
(3.2)
где - процедура выбора прототипов (ПР); - цели проектиро-
вания; - множество допустимых функциональных структур; ,
- соответственно, множества вариантных обобщенных и рациона-
льных структур; , , - соответственно, допустимые,
рациональные и оптимальная элементные структуры; , = 1,7 -
правила соответствующих преобразований.
Выражение (3.2) описывает в общем виде методику функциональ-
но-схемотехнического проектирования ВКА и определяет основные за-
дачи, требующие решения для ее конкретизации:
- разработка методики параметрического выбора аналогов и прототи-
пов по значениям требований ТЗ;
- разработка и формализация правил синтеза и преобразования ука-
занных структур и процедур структурной оптимизации.
3.2. Методика параметрического анализа конструкций ВКА.
Необходимость поиска аналога или выбора прототипа (см. рис.1)
при разработке новой ВКА требует проведения сравнительного анали-
за конструкций ВКА для их оценки и выявления конструкции, наибо-
лее полно отвечающей предъявленным требованиям ТЗ. Сложность
проблемы заключается в многономенклатурности ВКА, различиях в ее
структуре, наборах и значениях параметров. Для решения этой зада-
чи разработана методика параметрического выбора [125], включающая
следующие этапы выбора оптимальной конструкции: построение матри-
- 77 -
цы значений параметров качества существующих вариантов
конструкций ВКА; определение вектора параметров качества, регла-
ментируемых предъявленными требованиями (ТЗ); разработка пара-
метрической модели конструкции, удовлетворяющей ТЗ - "идеальной"
конструкции; формирование допустимого диапазона варьирования
значений параметров качества; определение весовых коэффициентов
параметров качества; выявление вариантов конструкций, удовлетворя-
ющих ТЗ по значениям параметров качества; построение матрицы
нормированных значений параметров качества выявленных вариантов и
идеальной модели; вычисление интегрального критерия качества; вы-
бор наилучшей конструкции. При этом вначале может быть произведен
выбор типа ВКА согласно (3.13) (см. п. 3.3).
Искомая конструкция ВКА должна удовлетворять некоторому набо-
ру параметров, определяемых предъявленными требованиями ТЗ:
(3.3)
где - число регламентируемых ТЗ параметров качества.
В свою очередь, каждая из существующих конструкции ВКА
описывается своим полным набором параметров:
(3.4)
где - номер рассматриваемого варианта конструкций ВКА ( ,
- число существующих вариантов конструкций), - число пара-
метров качества ( ).
Каждый из параметров обладает собственным коэффициентом
весомости, который определяется отраслевыми документами на показа-
тели качества, либо экспертными методами (например, методом парных
сравнений).
Значения параметров качества известных конструкций составля-
ют матрицу (3.5):
(3.5)
- 78 -
Идеальная параметрическая модель ВКА описывает некий гипоте-
тический объект, обладающий наилучшими значениями всех парамет-
ров качества одновременно:
Построение этой модели можно осуществлять либо выбором из матрицы
(3.5) наилучших значений соответствующих параметров, либо синтезом
предельно достижимых значений параметров качества, исходя из
условий, определяемых ТЗ. Это может быть и конструкция,
описываемая просто параметрами ТЗ. При этом параметры, нерегла-
ментируемые ТЗ, из рассмотрения исключаются.
Допустимым считается диапазон варьирования показателей ка-
чества между значениями, определяемыми векторами и :
и (3.6)
На основе набора параметров на базе отношений типа "не хуже"
(<, >, = ) из матрицы (3.5) осуществляется выбор конструкций ВКА,
удовлетворяющих ТЗ. При этом возможны 3 случая: ТЗ соответствует
несколько конструкций ВКА; ТЗ соответствует одна конструкция
ВКА; ТЗ не удовлетворяет ни одна конструкция ВКА (т.е. аналоги
отсутствуют).
В первом случае для выбора наилучшей конструкции ВКА среди
конкурирующих вариантов используют интегральный критерий (2.19), а
для нормирования параметров качества - выражение (2.20).Проведя
нормирование матрицы, образованной из параметров качества иде-
альной модели ВКА и параметров качества конструкций ВКА, удовлет-
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].
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21
