Примеры описания ФЭ

Пример 1: (Поиск ФПД) (пишущего устройства) (для) (образования непрерывного следа) (в виде) (углубления) (на поверхности твердого тела.

Пример 2: (Поиск ФПД) (датчика постоянного тока) (для) (контроля тока) (в виде) (изменения омического сопротивления) (проводника).

Синтез ФПД технических систем. Выбор ФЭ для синтеза ФПД осуществляется сравнением заданного в ТЗ варианта описания Е из (28.9) с вариантами описаний В0, из (28.8) и описания G в (28.9) с описанием С в (28.8) в каждом ФЭ банка данных. Для обеспечения формального сравне­ ния Е и 5 е, используется иерархический словарь функций, фрагмент кото­ рого приведен в табл. 28.6. В словаре устанавливается иерархическая взаимосвязь между видом или формой реализации функции и описанием ее возможных частных функций. Словарь находится в памяти компьюте­ ра, и им рекомендуется пользоваться при составлении описаний 5е, и Е.

Перед операцией сравнения ЭВМ на основе описания Е с помощью слова­ ря получают его многовариантное описание в виде частных функций, по­ сле чего его сравнивают с описаниями BCJв банке данных по ФЭ.

где р —служебное слово «и»; у - служебная фраза «при условии, что»; ос­ тальные обозначения из (28.8), (28.9). Поскольку значения G и С, как пра­ вило, одинаковые, то вместо С в формуле (28.10) можно подставить G:

ФПД=(рDGaEi, oE2,..,aEkABniG§BcjXGyQ\>BcftGyQ....B'nGyQn), (28.11) где Ei, £2.... Ekотносится к различным ФЭ.

Решение задач синтеза ФПД. Приведенные формализованные представления описаний ФЭ, ТЗ и ФПД позволяют построить систему ав­ томатизированного синтеза ФПД с помощью банка данных по ФЭ в виде табл. 28.5. Такая система реализована для классов объектов пишущих уст­ ройств и датчиков постоянного тока. Фонд ФЭ для обоих классов ТС об­ щий и содержит 60 описаний ФЭ. Система позволяет получать, как из­ вестные ФПД, которые реализованы в конкретных объектах, так и новые, еще не используемые на практике.

Ниже приведены примеры распечаток описания некоторых ФПД пишущих устройств и датчиков постоянного тока, полученных с помощью ЭВМ. В примерах 1 и 2 использована форма описания (28.5), в примере 3 - форма (28.6). Описания ТЗ для этих примеров приведены выше.

Пример 1. (Для) (образования непрерывного следа) (на поверхности твердого тела Т2) (в виде) (углубления) (твердое тело Т1) (скользит) (по­ верхности твердого тела Т2) (и) (срезает слой частиц) (поверхности твер­ дого тела Т2) (при условии, что) (твердость тела Т1 больше, чем у Т2, на­ пряжения в Т2 в месте контакта больше разрушающих).

Пример 2. (Для) (контроля тока) (в проводнике) (в виде) (изменения омического сопротивления) (магнитное поле) (приложено) (к проводнику)

(и) (изменяет электрическое сопротивление) (проводника) (при условии, что) (магнитное поле приложено перпендикулярно к направлению тока).

Пример 3. (Для) (образования непрерывного следа) (на поверхности твердого тела Т2) (в виде) (канавки), (в виде) (слоя частиц) (твердое тело Т1) (скользит) (на поверхности твердого тела Т2) (и) (создает углубление) (на поверхности твердого тела Т2) (при условии, что) (температура тела Т1 выше температуры сгорания частиц тела Т2) (окрашивает) (поверх­ ность твердого тела Т2) (при условии, что) (сцепление частиц тела Т1 с частицами тела Т2 больше, чем сцепление между частицами тела Т1).

Хотя в таком описании имеются незначительные грамматические неточности, оно вполне понятно и доступно для проектанта.

Для класса задач, связанных с разработкой нестандартного оборудо­ вания для нужд машиностроения, подобную автоматизированную систему еще предстоит сформировать и освоить, т.к. степень взаимосвязанности отдельных функциональных элементов стуктуры значительно больше.

29. А в то м а ти з и р о в а н н ы й си н тез тех н и ч еск и х реш ен и й

29.1.Использование многоуровневых морфологических таблиц

Рассматриваемый метод предназначен для решения задач, связанных с выбором наиболее рациональных технических решений. В своей основе он представляет собой дальнейшее развитие метода морфологического анализа и синтеза технических решений, изложенного в гл. 21.

С математической точки зрения суть метода состоит в том, что ин­ формацию о прототипах или известных технических решениях опреде­ ленного назначения представляют и записывают в виде И —ИЛИ-дерева (И - ИЛИ-графа). Варьируя на этом дереве конструктивные элементы и признаки, можно получить как известные, так и неизвестные (новые) ТР.

И - ИЛИ-дерево - это многоуровневая (иерархическая) морфологиче­ ская таблица. Метод синтеза технических решений на И - ИЛИ-графе отли­ чается от метода морфологического анализа и синтеза тем, что человек вы­ полняет только работу по составлению усложненной морфологической таб­ лицы с предварительной оценкой некоторых показателей качества ТР и их элементов. Компьютер выбирает в этой таблице по заданному списку требования, подходящие ТР, и формирует их иерархическое описание.

В связи с этим метод синтеза на И - ИЛИ-дереве ТР имеет следую­ щие преимущества по сравнению с традиционным методом морфологиче­ ского синтеза:

♦позволяет описывать ТР с любой степенью детализации;

♦обеспечивает в большой мере автоматическую оценку и сравне­ ние вариантов ТР, т.е. устраняет самый значительный недостаток морфологических методов;

♦автоматизирует описание синтезированных (выбранных) ТР на естественном языке или в виде графического эскиза.

Метод синтеза технических решений на И —ИЛИ-графе имеет об­ ласть наиболее эффективного применения. При значительном удалении от этой области метод становится малорентабельным. Наиболее эффективно применение метода к классам технических объектов, удовлетворяющих

следующим условиям:

1.Класс ТО должен иметь довольно большое трудно обозримое для специалистов число различных технических решений, которое продолжа­ ет расти, причем большинство ТР не в сильной степени отличаются друг от друга по функциональным структурам и принципам действия и могут быть объединены в общее И - ИЛИ-дерево.

2.ТО должны состоять из элементов, имеющих небольшое число взаимных функциональных и конструктивных связей и не имеющих жест­ ких конструктивных ограничений, исключающих или весьма затрудняю­ щих замену элементов другими альтернативными вариантами. К таким техническим объектам относятся рассредоточенные в пространстве по­ точные системы в виде технологических линий, измерительных или энер­ гетических систем и сетей и т.п. Использование метода затруднительно для ТО, состоящих из плотно скомпонованных, взаимно переплетающихся

ипроникающих друг в друга элементов, т.е. к большому числу нестан­ дартного оборудования.

Для использования метода синтеза ТР на И - ИЛИ-дереве (графе) необходимо выполнить следующую работу:

♦провести сбор, анализ и подготовку информации по интересую­ щему классу ТО;

♦ввести информацию в компьютер и отладить на ней пакет про­ грамм поиска и синтеза ТР.

Ниже изложены рекомендации по подготовке информации, алгорит­ мам и методике решения задач поиска рациональных ТР.

29.2.Построение И - ИЛИ-дерева технических решений

Вглаве 3 (п. 3.6) дано определение ТР; перечислены шесть групп конструктивных признаков; показано, что с помощью этих групп призна­ ков можно осуществлять многоуровневое иерархическое описание ТР. Рассмотрим подробнее методику такого описания.

Особенности групп конструктивных признаков. Их можно сформулировать следующим образом:

1. Функциональные элементы определяют главные конструктивн признаки. Для описания функциональных элементов используют их об­ щепринятые наименования.

2.Взаимное расположение элементов в пространстве характеризует расположение функциональных элементов относительно друг друга. Для описания этих признаков обычно используют слова: сверху, снизу, сзади, вставлен внутрь, размещен и т.п.

3.Взаимосвязь элементов определяет такие связи между функцио­ нальными элементами, которые обеспечивают их взаимную работу при функционировании ТО в целом. Связи могут быть самые различные: шар­ нирное соединение, трубопровод, лазерный луч и т.д.

4.Геометрическая форма элементов характеризует главный признак формы, например: квадратный, круглый, в виде параболоида, ребристый, спиральный и т.д.

5.Материал элементов обычно указывает наименование материала, его марку, главное свойство и т.д.

6.Соотношение параметров определяет принципиально важные раз­ меры, значения параметров и их соотношения.

7.Другие особенности конструктивного наполнения элементов мо­ гут характеризовать технический объект по физическому принципу дейст­ вия (пьезоэлектрический динамометр), виду используемой энергии (элек­ тропечь), технологическому способу изготовления (литой корпус), после­ довательности взаимодействия элементов во времени и т.д.

Представление отдельного ТР в виде иерархического дерева. При описании ТР в виде иерархического дерева необходимо выполнить

следующее:

1. Изучить ТО или ТР, разделить его на функциональные элементы, представляющие интерес для рассматриваемой задачи и присвоить им, по возможности, общепринятые наименования. Эти названия элементов изо­ бражают в виде вершин 1-го уровня иерархического дерева под названием

рассматриваемого ТО.

2. Для каждого функционального элемента 1-го уровня определить существенные (для решаемой задачи) конструктивные признаки, которые изображают в виде вершин 2-го уровня. Среди этих вершин могут быть как перечисленные признаки 2-7, так и наименования функциональных элементов, на которые имеет смысл разделить рассматриваемый элемент.

Рис. 29.5. П редст авление чайника без кры ш ки в виде иерархического дерева

Обратим внимание на то, что дерево описания отдельного техниче­ ского решения имеет только И-вершины, обозначенные на рис. 29.2-29.5 точками. И-вершины показывают, что ТО - чайник - состоит «из емкости, и крышки, и носика, и ручки» и т.д., таким же перечислением соединены вершины 2-го уровня. В связи с этим такие деревья, описывающие отдель­ ные ТР, называют также И-деревом.

Объединение нескольких отдельных деревьев ТР в одно общее И - ИЛИ-дерево. Для машинного синтеза рациональных новых ТР необходи­ мо представить по интересующему классу ТО все наиболее интересные и существенно отличающиеся ТР в виде одного обобщенного дерева ТР. Эта цель достигается построением И - ИЛИ-дерева, которое, помимо вершин И, образующих различные структуры отдельных ТР, содержит вершины ИЛИ, объединяющие альтернативные элементы и признаки, ха­ рактеризующие индивидуальные особенности каждого ТР.

Построение общего И - ИЛИ-дерева выполняется в следующем порядке: 1. Все множество отобранных ТР, для которых построены И-деревья, разбивают на несколько групп, каждая из которых состоит из ТР, наибо­ лее близких построению и выполняемым функциям. Будем считать, что

ТР, представленные на рис. 29.2-29.5, принадлежат к одной группе.

2. Для каждой группы берут отдельные элементы, относящиеся к 1-му иерархическому уровню, и строят для них свои И - ИЛИ-деревья, где И-вершина объединяет характерные элементы и признаки 2-го уровня, а ИЛИ-вершины —альтернативные элементы и признаки. Так, для элемента «емкость» на рис. 29.6 показан самый типичный случай. Обратим внима­ ние на то, что повторяющиеся у разных ТР признаки на И - ИЛИ-дереве указываются только один раз. За счет этого достигается значительная эко­ номия в запоминании и хранении информации о большом фонде ТР.

Наряду с типичными случаями для элементов «емкость» и «носик» могут иметь место различные отклонения. Так, для элемента «крышка» (см. рис. 29.6) сначала идет вершина ИЛИ, обозначенная буквой В, кото­ рая позволяет описать также вариант чайника без крышки, а затем верши­ на И, обозначенная буквой А. При этом поскольку во всех четырех вари­ антах ТР признак «круглая» повторяется, то он указан один раз и не имеет альтернативных вариантов.

В результате для группы близких ТР получают единое И - ИЛИ-де­ рево, как показано на рис. 29.6.

3. И - ИЛИ-деревья, построенные для отдельных групп ТР, объеди­ няют в одно общее И —ИЛИ-дерево ТР. При этом для упрощения общего дерева и наибольшего сжатия информации обо всем классе ТР рекоменду­ ется особое внимание уделять единой терминологии, т.е. конструктивные элементы и признаки, одинаковые по функциям и содержанию, следует называть одинаково.

Если И - ИЛИ-дерево объединяет десятки и сотни вариантов ТР, то нужно создавать специальный терминологический словарь, который облег­ чает составление и развитие И —ИЛИ-дерева и повышает грамотность опи­ сания ТР. При создании терминологического словаря целесообразно исполь­ зовать рубрики указателей классов изобретений, энциклопедии, технические словари, стандарты на терминологию. Словарь лучше всего оформлять в ви­ де таблицы, содержащей четыре столбца со следующими заглавиями.

♦описание функции элемента (узла, детали и т.д.);

♦наименование элемента;

♦возможные конструктивные признаки элемента,

♦эскиз ТР элемента.