ТОПИН.Лекции, задания / ТОППиН_часть1 / глава 2_

44

Объекта воздействия – подмножество Qоб – они обусловлены размещением аппаратуры на объекте. Воздействия объекта могут быть электрические, магнитные, тепловые, механические, химические и пр.;

Окружающей среды воздействия – подмножество Qср=Z – они обусловлены природными условиями, в которых аппаратура эксплуатируется или хранится. Это могут быть воздействия температуры, давления, влажности, радиации, биологические, пыли и песка;

Оператора воздействия – подмножество Qоп – они обусловлены специфичностью взаимосвязи «человек – техника». К ним относятся: процесс техобслуживания и отклонения от него, ошибки оператора.

Причем: Qпр U Qоб U Qср U Qоп = Qвнеш

Qпр ∩ Qоб = Qпр ∩ Qср = Qпр ∩ Qоп = Qоб ∩ Qср = Qоб ∩ Qоп = Qср ∩ Qоп = Ø.

Деление на подмножества по характеру воздействий:

Жесткодетерминированные воздействия – подмножество Qжд – это воздействия любого типа, рода или вида, величина, характер и вид влияния которых на аппаратуру известны и допускают возможность точного расчета или экспериментального определения. К ним относятся: воздействия технологического процесса производства, процесса эксплуатации, ряд воздействий объекта и среды и т.п.;

Случайные воздействия – подмножество Qсл – это воздействия любого типа, рода или вида, величина, характер и вид влияния которых на аппаратуру заранее неизвестны или являются случайными величинами. К ним относятся: ряд производственных воздействий, воздействия объекта и окружающей среды.

Причем: Qжд U Qсл = Q, Qжд ∩ Qсл = Ø.

Основными видами воздействий на ЭА являются: воздействия электрических, магнитных, электромагнитных, тепловых, гравитационных и акустических полей, воздействия атмосферного давления (или окружающей жидкой среды), влажности, радиации (солнечной, космической и пр.), подвижности среды (ветры, ураганы), химические воздействия (агрессивные среды), биологические воздействия (плесень, грызуны, насекомые и пр.), воздействия пыли и песка, механические воздействия (удары, вибрации, линейные ускорения) и воздействия напряжений источников электропитания.

Отдельные виды воздействий являются элементами qв множества воздействий Q:

qв Q.

в 1

Все виды воздействий, кроме необходимых, оказывают на аппаратуру, как правило, дестабилизирующие воздействия, т.е. вызывают отклонение ее основных параметров от установленных значений, что может нару-

45

шить ее работу и, следовательно, привести к снижению качества (эффективности).

Влияние воздействий (факторов) на ЭА можно схематично представить в следующем виде (рис. 2.8).

2.6. Связи ЭА

Как в любой системе связи ЭА делятся на внешние и внутренние. Через эти связи осуществляются все воздействия на ЭА.

Внешние связи – это связи с внешней средой: объектом, естественной средой, оператором, производством, другими системами. Внешние связи могут быть прямыми и косвенными.

Прямая связь (рис. 2.9):

Рисунок 2.9.

Косвенная связь (рис. 2.10):

Объект

Оператор

Рисунок 2.10.

Внутренние связи (или отношения) – это связи между частями системы (элементами или подсистемами).

Как внешние, так и внутренние связи могут классифицироваться:

по виду – геометрические, кинематические, физические;

по природе – электростатические, магнитные, электромагнитные, акустические, механические (статические, кинематические, динамические), тепловые, оптические, энергетические и др.;

по полезности – полезные и вредные;

46

по характеру – детерминированные (функциональные) и стохастические (вероятностные).

Одна из квалификаций связей приведена на рис. 2.11 [22].

Рисунок 2.11.

Следует всегда помнить, что связи в данной конструкции определяют ее существо, ее свойства, а также отличие данной конструкции от других. Изменение связей приводит к изменению структуры изделия, его свойств и наоборот, изменение структуры приводит к изменению связей и свойств изделия. Все связи осуществляются через проводники и через физические поля. Через проводники осуществляются, как правило, необходимые связи, через поля, как правило, – паразитные связи. Физические поля предопределяются структурой и функционированием ЭА, а также ее конструкцией, внешними и внутренними воздействиями.

2.7. Моделирование, оценка качества и оптимизация ЭА и ее конструкции

Использование структурно-функционального подхода, т.е. решение задач синтеза и анализа, требует получения моделей структур и функций (рис. 2.1). В моделях показатели качества выражаются через параметры системы. При этом успешно решается задача оптимизации показателей качества – одно из основных положений системного подхода.

На рисунке 2.1. фактически представлен процесс создания системы. Необходимо отметить, что требуется создавать также модели производных

47

структур – физических полей (тепловых, электромагнитных и пр.). Структуры физических полей определяются конструкцией ЭА. Но с другой стороны оптимизация функционирования аппаратуры может потребовать изменения конструкции аппаратуры (установка тепловых, электромагнитных и пр. экранов, введение системы охлаждения).

Модели могут быть математическими и физическими. Математические модели структур, функций и физических полей предпочтительнее физических, так как они позволяют заменить продолжительное и дорогостоящее экспериментирование с макетами серией расчетов на ЭВМ.

При составлении моделей следует учитывать, что одни системы функционируют в дискретном времени, другие – в непрерывном. Поведение системы может быть детерминированным и стохастическим. В принципе функционирование может иметь дискретно-непрерывный характер. Кроме того, системы могут иметь конечное число состояний и множество состояний. Поэтому для составления математических моделей используется весьма разнообразный математический аппарат, который изучается в соответствующих дисциплинах. Для описания структур и функционирования используются: дифференциальные и разностные уравнения, теория множеств, теория графов, булева алгебра, теория вероятностей, марковские процессы, теория массового обслуживания и пр. Для описания физических полей используется аппарат математической физики. В сложных системах различные элементы могут описываться разными математическими моделями.

Моделирование является основным методом проектирования. В качестве моделей также используются:

–чертеж – как символическая модель конструкции;

–функциональная и принципиальная схемы – как символические модели процесса;

–опытный образец – как полная натурная (физическая) модель;

–частичные конструктивные модели: массо-габаритная, тепловая

ит.п.

Критерием качества ЭА, как и для систем, является эффективность (см. 1.9), которая определяет степень соответствия системы своему назначению. Специфические черты системного подхода к оценкам эффективности проявляются, прежде всего, в том, что сравнение систем производится не по отдельно взятым параметрам, а в целом по совокупности параметров.

Но во многих случаях качество ЭА характеризуется частными критериями качества, которые оцениваются частными целевыми функциями (форма 1, см. 1.10). Удобно, если среди этих показателей имеется показатель, который со всей очевидностью определяет качество изделия. Например, для бортовых устройств очевидными показателями могут служить масса, потребляемая мощность и т.п.

48

В случае, когда качество аппаратуры должно оцениваться значениями ряда показателей, удобно использовать целевую функцию 3-й формы

(см. 1.10).

Для оценки по совокупности параметров можно использовать суммирование показателей качества (целевые функции 1-й и 3-й форм), взятых с

k

некоторыми весовыми коэффициентами i Fi ( yi ) , где I – весовые ко-

i 1

эффициенты, определяемые на основе экспертных оценок.

Выбор результирующего критерия эффективности определяется конкретными требованиями к разрабатываемой ЭА.

Примерная схема обеспечения эффективности ЭА может быть следующей (рис. 2.12) [22].

Рисунок 2.12.

Важнейшим моментом в оптимальном проектировании является формулирование и обоснование критерия оптимальности. Оптимизация ЭА проводится путем нахождения экстремума основной целевой функции при ограничениях, накладываемых на внутренние параметры ak и воздей-

ствия qв.

Выбор критерия оптимальности упрощается, если в качестве него используется очевидная целевая функция, зависящая от одного параметра yi. Тогда на все остальные выходные параметры накладываются ограничения. В противном случае, если качество оценивается целым рядом техни- ко-экономических показателей, приходится решать задачу многокритериальной оптимизации, что представляет определенные трудности.

49

Для решения задач оптимизации используются многочисленные методы оптимизации. Метод оптимизации всегда выбирается, исходя из особенностей функции, связывающей выходной параметр с другими параметрами, и вида ограничений, накладываемых на параметры и воздействия.

Вопросы для самоконтроля

1.Как обеспечивается качество ЭА.

2.От чего зависит качество ЭА.

3.Какие требования предъявляются к ЭА.

4.Какие рассматриваются подмножества требований.

5.Что такое унификация, нормализация, стандартизация.

6.Чем характеризуется технологичность конструкции.

7.Дайте определение конструкции.

8.Как классифицируются воздействия на ЭА.

9.Как классифицируются связи ЭА.