CC BY
6
ФОРМАЛИЗОВАННЫЙ СИНТЕЗ НОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ЗАДАЧИ КОНСТРУИРОВАНИЯ АГРЕГАТА «ЭЛЕКТРОКЛАПАН - РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ» Тимохин И.Н.
Тимохин Илья Николаевич - магистрант, кафедра стрелково-пушечного вооружения, Тульский государственный университет, г. Тула
Рассматриваются вопросы формализации синтеза произвольных, в том числе и новых технических решений двухфункционального агрегата, способного выполнять одновременно функции двух однофункциональных устройств: пускоотечного электроклапана (ПОК) - и регулятор давления (РД).
Подготовка альтернативных вариантов устройств и агрегатов с заданными функциональными свойствами осуществляется на начальной стадии процесса проектирования посредством информационного поиска известных и структурного синтеза новых технических решений.
Задача структурного синтеза является информационной и относится к области поискового конструирования, под которым понимают процесс подготовки и обработки информации с целью получения новой информации в виде технических решений конструируемых объектов [1]. Решение этой задачи может быть неформализованным и формализованным.
Традиционные неформализованные методы основаны на анализе разработчиком всех известных аналогов и прототипов объекта, эвристическом преобразовании внутренних элементов, оценке синтезированных вариантов и патентовании новых технических решений.
В работе [2] на основе принципа универсальности были рассмотрены вопросы эвристического синтеза агрегата ПОК-РД, используя в качестве аналога РД и в качестве прототипа ПОК, которые построены с помощью возможно большего числа одинаковых функционально завершенных элементов, способных выполнять свои специальные функции. Синтезированный агрегат имеет существенные отличительные конструктивные признаки по сравнению с другими агрегатами [3,4] и на него была подана заявка на изобретение, принятая к рассмотрению по существу.
Применение эвристических методов требует хорошего знания рассматриваемой предметной области и оказывается весьма трудоемким, даже при наличии информационно-поисковых систем, хранящих графические изображения известных технических решений. Поэтому представляется целесообразной формализация синтеза явных модульных структур объекта с последующим их преобразованием при необходимости к реальному виду с помощью типовых эвристических приемов.
Модульная структура представляет собой упорядоченную совокупность унифицированных (модульных) функционально завершенных элементов (модулей), способных выполнять функции электромеханических преобразователей, газовых (гидравлических) распределителей, двигателей и других, способных стыковаться между собой при синтезе произвольных технических решений. Соединяемые контакты модулей описываются в символьной форме с помощью функциональных признаков (ф-признаков), отражающих протекающие в модулях физические процессы: повышение (П) или сброс (С) давления в рабочей полости, направление движения штока наружу (Н) из корпуса или внутрь (В) и т.п. [1].
Процедура выявления модульной структуры эвристически синтезированного агрегата ПОК-РД реализована путем разбиения объекта на отдельные элементы, анализа их ф-признаков и замене элементов на унифицированные модули. Анализ модульной структуры позволил определить сочетания ф-признаков соединяемых
I 13 I
внутренних модулей, обеспечивающих направленный синтез как известных, так и новых вариантов агрегата ПОК-РД.
Для формализации структурного синтеза используется компактное неявное представление семейства альтернативных вариантов агрегата ПОК-РД с помощью морфологической математической модели, построенной с использованием аппарата формальной порождающей грамматики: матрицы соединяемых контактов внутренних модулей и вектора соответствия несоединенных контактов модулей и контактов объекта в целом. Морфологическая модель приведена в удобной для синтеза табличной форме.
Строки таблицы соответствуют семействам внутренних модулей с одинаковыми ф-признаками. На пересечении строк и столбцов матрицы указываются, ф-признаки соединяемых контактов модулей. В отдельном столбце таблицы указываются элементы вектора соответствия контактов модулей и контактов агрегата. Если в каждой строке зафиксировать один вариант исполнения модуля, то таблица будет описывать структуру одного варианта агрегата с определенным набором модулей. Множества таких наборов составят морфологическое множество вариантов всего семейства. Синтез вариантов можно, осуществлять посредством полного перебора всех или ограниченного перебора наиболее рациональных модулей, входящих в элементную базу предприятия, отрасли или в состав лучших мировых образцов систем пневмогидроавтоматики.
В качестве иллюстрации в работе рассмотрен синтез фрагмента явных модульных структур агрегата ПОК-РД, полученных путем частичного перебора распределителей и двигателей в пределах своих семейств. При преобразовании модульных структур к реальному виду исключаются стенки, разделяющие расположенные рядом и сообщенные между собой полости, выполняется сообщение полостей через отверстия в штоках, и используются другие типовые эвристические приемы. Анализ этого фрагмента показывает, что предложенная формализация обеспечивает синтез произвольных, т.е. как известных, так и новых, в том числе патентоспособных технических решений агрегатов ПОК-РД, на которые после их преобразования с помощью типовых приемов могут быть поданы заявки на изобретения.
Список литературы
1. Александров В.С., Илюхин А.С. Газоструйные исполнительные устройства систем автоматического управления. Тула: ТулПИ, 1988. 100 с.
2. Зуйков В.А., Сальников Е.В. Поисковое конструирование агрегата «пускоотсечное устройство — регулятор давления» / Приборы и управление: Сб. статей молодых ученых. Вып. 5 // Под общ. ред. Е.В. Ларкина. Тула. ТулГУ, 2007. С. 36-41.
3. Александров А.В., Александров В.С., Зуйков В.А. и др. Исследование функционирования регулируемогогазодинамического исполнительного устройства // Известия ТулГУ. Серия: Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Вып. 3. Системы управления. Том 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. С. 13-25.
4. Александров А.В., Александров В.С., Зуйков В.А. и др. Параметрический синтез регулируемого газодинамического исполнительного устройства // Известия ТулГУ. Серия: Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Вып. 3. Системы управления. Том 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. С. 25-33.
I 14 I
