3.2.7 Структуры конструкций эа
Структура конструкции образуется множеством элементов и связей между ними и определяет качественные свойства KS конструкции.
Основным свойством структур является их однозначное соответствие некоторому подмножеству качественных свойств конструкции KS. Причем каждой структуре соответствует определенный вид этого подмножества. Однако обратного однозначного соответствия подмножества KS и структуры конструкции не существует, т.е. одно и то же подмножество качественных свойств может принадлежать нескольким различным структурам конструкции. Отсюда вытекает задача выбора оптимальной структуры. Но из-за сложности этого вопроса не удается применить для его решения известные методы оптимизации. Поэтому выбор структуры конструкции из множества S конструктор до сих пор, в основном, производит на основании собственного опыта.
Классификация всего многообразия структур конструкций аппаратуры может быть проведена по различным признакам. Наиболее употребительные из них:
этап создания;
природа связей;
отношение между частями (субструктурами);
структурные признаки.
А. Классификация структур по этапам создания
По этому признаку все структуры конструкций ЭА делятся на подмножества исходных Sи, разрабатываемых Sр и производных Sпр структур. Причем S = Sи U Sр U Sпр .
Подмножество исходных структур Sи – это структуры, задаваемые или однозначно определяемые множеством требований Н. Элементами подмножества Sи могут быть структурные, функциональные, электрические и кинематические схемы разрабатываемой ЭА. Естественно, что ряд свойств этих элементов неизвестен и подлежит определению в процессе конструирования. Следовательно, Sи ∩ Sр ≠ Ø.
Подмножество Sр составляют как структуры, разрабатываемые в процессе конструирования, так и некоторые элементы подмножества Sи, исходная информация о которых является недостаточной для их производства. Элементами подмножества Sр являются: схема связей между элементами структуры, отдельные конструктивные элементы (детали, узлы, блоки и т.п.), а также геометрические, механические, тепловые и другие структуры. Наибольшее значение имеет геометрическая структура конструкции, т.к. именно она определяет основные геометрические размеры всей конструкции и ее отдельных частей, взаиморасположение этих частей и другие геометрические характеристики.
Получение геометрической структуры изделия является одной из главных задач конструирования. Выявление и организация геометрической структуры конструкции называется компоновкой конструкции. Компоновка выполняется одним из методов, приведенных в п. 3.2.6.
Геометрическая структура конструкции тесно переплетается с электрическими, магнитными, электромагнитными, тепловыми и другими связями, а также с оптической, кинематической и другими структурами. Поэтому правильная разработка геометрической структуры возможна только с учетом всех связей и структур конструкции. В подмножестве геометрических структур выделяются два класса структур: топологические структуры (на подложках микросхем или печатных платах) и объемные компоновочные структуры.
Подмножество Sпр составляют те структуры, которые не разрабатываются в процессе конструирования, а являются производными – вытекающими из подмножеств исходных и разрабатываемых структур. В качестве примеров можно привести производные структуры: структура центров тяжести отдельных частей конструкции, тепловую структуру, структуру помех и т.п.
Б. Классификация структур по природе связей
По
этому признаку все структуры конструкций
ЭА делятся по природе связей, т.е.
.
ЭлементамиSк
(подмножествами) множества S
являются: электростатические, магнитные,
электромагнитные, акустические,
статические, кинематические, оптические
и другие структуры.
В. Классификация структур по отношениям между структурами
По этому признаку все структуры конструкций ЭА делятся на подмножество сложных структур Sс и подмножество элементарных структур Sэ. Разница между ними состоит в том, что у сложных структур элементы имеют собственную структуру, а элементы элементарных структур не имеют собственной структуры. Можно записать Sс U Sэ = S, Sс ∩ Sэ = Ø. Следует учитывать, что такое деление является условным. Элементами подмножества Sс являются только структуры структур, функциональные структуры, геометрические структуры и т.д.
Г. Классификация структур по структурным признакам
В этом случае все структуры ЭА делятся по признаку направления действия связей. Разделение ведется на подмножество ориентированных Sо, неориентированных Sно и частично ориентированных Sчо структур, структур с обратными связями Sос и т.д. Причем Sо U Sно U Sчо = S, Sос S. Например, функциональная структура – ориентированная, конструкция блока (механическая структура) – неориентированная структура.
Для изображения структур используются структурные схемы, которые представляют условные графические изображения элементов конструкции и связей между ними (рис. 3.10).
Использование структурных схем позволяет проводить исследование наиболее общих свойств структур конструкций с целью выявления их общих закономерностей. Например, определение степени и близости связи отдельных элементов и выявление необходимости принятия тех или иных конструктивных решений, обеспечивающих оптимальную организацию этой связи. Структурные схемы ЭА обычно анализируются с использованием теории графов.
Основными задачами структурного анализа являются:
определение числа путей между различными вершинами графа;
анализ состава этих путей;
определение максимальных и минимальных путей.
Рисунок 3.10.
При исследовании влияния различных воздействий на конструкции и при установлении причинно-следственных зависимостей между отдельными параметрами конструкций исследуемые элементы и параметры представляются вершинами графа, а воздействия и причинно-следственные зависимости – ребрами (дугами) графа.