Системотехническое проектирование оружия и систем вооружения

Системотехническое проектирование оружия и систем вооружения

Конспект лекций

 

 

Пермь 2010

 

 

оглавление

стр.

 

Введение…………………………………………………………………………………………….. 4

Часть первая: теоретические основы инженерного творчества

1.Основные инвариантные понятия техники…………………………………………………….. 6

1.1.О принципах выбора понятий…………………………………………………………………. 6

1.2.Технический объект и технология…………………………………………………………….. 6

1.3.Иерархия описания технических объектов…………………………………………………… 7

1.4.Систематика задач поиска и выбора проектно-конструкторских решений……………….. 16

1.5.Окружающая среда технического объекта………………………………………………….... 18

1.6.Список требований…………………………………………………………………………….. 18

1.7.Критерии развития, показатели качества и список недостатков технического объекта…... 20

1.8.Модель технического объекта…………………………………………………………………. 20

2.Функционально-физический анализ технических объектов………………………………….. 22

2.1.Построение конструктивной функциональной структуры………………………………….. 22

2.2.Построение потоковой функциональной структуры……………………………………….... 27

2.3.Описание физического принципа действия………………………………………………….. 31

2.4.Обобщенные структуры различных технических объектов…………………………………. 33

2.5.Синтез физических принципов действия по заданной физической операции……………... 36

3.Критерии развития техники……………………………………………………………………... 42

3.1.Требования к выбору и описанию критериев развития технических объектов……………. 42

3.2.Функциональные критерии развития технических объектов………………………………. 43

3.3.Технологические критерии развития технических объектов……………………………….. 45

3.4.Экономические критерии развития технических объектов…………………………………. 47

3.5.Антропологические критерии развития технических объектов…………………………….. 50

Часть вторая: методы инженерного творчеcтва

4. Постановка и анализ задачи……………………………………………………………………… 52

4.1.Предварительная постановка задачи…………………………………………………………… 52

4.2.Уточненная постановка задачи………………………………………………………………..... 53

4.3.Составление морфологических таблиц………………………………………………………… 55

4.4.Выбор наиболее эффективных технических решений………………………………………… 56

4.5.Пример решения задачи………………………………………………………………………… 59

5.Автоматизированный синтез технических решений…………………………………………… 63

5.1.Использование многоуровневых морфологических таблиц…………………………………. 63

5.2.Построение И-ИЛИ-дерева технических решений……………………………………………. 64

5.3.Составление списка требований……………………………………………………………….. 69

5.4.Разработка модели оценки технических решений…………………………………………….. 71

5.5.Алгоритмы поиска решения на И-ИЛИ-дереве………………………………………………... 73

Приложение 1………………………………………………………………………………………… 75

Приложение 2………………………………………………………………………………………… 78

Приложение 4………………………………………………………………………………………… 85

Список литературы…………………………………………………………………………………... 101

 

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

 

АБИЗ — автоматизированный банк инженерных знаний

ИТ — инженерное творчество

ИТР — идеальное техническое решение

КПД — коэффициент полезного действия

МА — мозговая атака

НТП — научно-технический прогресс

ОС — окружающая среда

РЭА — радиоэлектронная аппаратура

САПР — система автоматизированного проектирования

СДС — синтез допустимой структуры

ТЗ — техническое задание

ТИЗ — творческая инженерная задача

ТО — технический объект

ТР — техническое решение

ТФ — техническая функция

УПП — универсальное пространство параметров

ФО — физическая операция

ФП — функция планирования

ФПД — физический принцип действия

ФС — функциональная структура

ФСА — функционально-стоимостной анализ

ФТЭ — физико-технический эффект

ФУ — функция управления

ФЭ — функциональный элемент

ШЛП — шаг локального поиска

ЭП — эвристический прием

ЭФ — энергетическая функция

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Место предмета в структуре общеинженерной подготовки

Получение и накопление знаний

Проектирование техники и технологии

 

техника

технология

Анализ

синтез

физическое моделирование

математическое моделирование

эвристическое моделирование

синтез физического принципа действия

синтез структуры

синтез параметров

 

 

В конспекте рассматриваются системотехнические методы автоматического проектирования импульсных тепловых машин и задачи, связанные с синтезом техники.

 

Цели и задачи настоящей учебной дисциплины — обучение навыкам постановки и решения задач поиска (изобретения) новых, более эффективных конструкторско-технологических решений, в том числе решений, превосходящих мировой уровень.

 

Такие задачи возникают при разработке новых машин, приборов, технологического оборудования и технологий, при выполнении плановых работ по реконструкции и модернизации. Решение проблемы интенсивного развития экономики выдвинуло большое число дополнительных творческих инженерных задач, связанных с экономией трудовых ресурсов, сырья, материалов и энергии.

 

В настоящее время существует довольно большое число методов ИТ, которые условно можно разделить на две группы:

1. Эвристические методы технического творчества, основанные на использовании достаточно четко описанных методик и правил поиска новых технических решений. Эти методы начали разрабатывать еще с древних времен [9] (Сократ, Архимед); особое внимание им уделили выдающиеся ученые XVII—XVIII вв. Ф. Бэкон, Р. Декарт и Г. Лейбниц. Начиная с 40-х гг. нашего столетия резко возросли исследования и разработки по созданию и применению эвристических методов, методик, приемов, принципов, правил и т. п. В настоящее время известно более 100 эвристических методов, методик, подходов и их модификаций.

2. Компьютерные методы поискового конструирования, основанные на использовании ЭВМ в решении творческих инженерных задач. Эти методы начали разрабатывать и применять в 60-х годах Х1Х в. В настоящее время известны десятки различных подходов и методов поискового конструирования.

Обзор эвристических и компьютерных методов ИТ достаточно широко освещен в технической литературе.

Принимая во внимание довольно большое разнообразие методов ИТ и то, что их число продолжает расти (в силу молодости самой дисциплины), зададимся вопросом: Какому методу или каким методам рекомендуется в первую очередь обучать?

Как считают опытные педагоги и методисты, нецелесообразно обучать какому-либо одному методу или стараться освоить все имеющиеся подходы и методы. Студент или специалист на первом этапе или на первой ступени овладения методами ИТ должен научиться свободно пользоваться небольшим набором из трех — пяти методов. Дальнейшее повышение эффективности деятельности творчески работающего инженера связано с приобретением собственного опыта и расширением набора используемых методов и систем методов решения творческих инженерных задач.

 

Настоящий курс направлен на изучение трех эвристических методов:

1. метода мозговой атаки,

2. эвристических приемов,

3. морфологического анализа и синтеза

и трех компьютерных методов:

1. методы синтеза технических решений на И - ИЛИ графах,

2. синтеза физических принципов действия,

3. математического программирования — синтеза оптимальных структур и форм.

 

Имеются и другие эффективные методы и системы методов инженерного творчества:

метод синектики, метод контрольных вопросов, алгоритм решения изобретательских задач, специальные объектно ориентированные компьютерные методы синтеза и анализа конструкторско-технологических решений и др.

 

Какие принципиальные отличия имеют эвристические методы технического творчества и методы поискового конструирования?

В 1977 г. было проведено условное разделение между эвристическими и компьютерными методами (с помощью первых решают задачи технического творчества, с помощью вторых — задачи поискового конструирования). К задачам технического творчества были традиционно отнесены такие, при которых человек решает поставленную задачу способом «проб и ошибок» или с помощью эвристических методов без использования ЭВМ. К задачам поискового конструирования отнесены такие творческие инженерные задачи, которые человек решает с использованием ЭВМ.

Если бы все задачи поискового конструирования одновременно можно было решать с помощью эвристических методов, то, конечно, не имело бы смысла их особо выделять. Однако, как показали не только теория, но и практика, множество задач технического творчества не включает в себя полностью множество задач поискового конструирования, а только пересекается с ним, т. е. существует некоторое подмножество задач поискового конструирования, которые человек не может решить без ЭВМ или решение их без машинной поддержки (при эквивалентном результате) вызывает значительные трудности.

 

 

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ

ЧАСТЬ ВТОРАЯ

Пример анализа функций бытовой электроплитки.

Разделение электроплитки-прототипа на элементы и описание их функций дано в табл. 8 (гл. 2), а изображение конструктивной ФС — на рис. 10.

Поиск улучшенной конструктивной ФС:

- при ответе на вопрос 1) введён «регулятор», который позволяет сократить время нагревания и далее поддерживать кипение при пониженном потреблении энергии;

 

 

Рис. 21. Улучшенный вариант конструктивной ФС бытовой электроплитки

 

-при ответе на вопрос 3) функция элемента Е4 (табл. 8) была передана элементу Е3, в результате чего вместо «огнеупорного элемента» появляется «огнеупорный несущий элемент». Добавлен также регулятор E5 с функцией Ф5 (изменение потребляемой мощности Е0 от электросети Vl), Улучшенная функциональная структура приведена на рис. 21.

 

Операция 7. Анализ функций вышестоящей по иерархии системы.

Почти всегда рассматриваемый ТО можно представить как элемент в другой, более сложной технической системе (например, деталь в узле, узел в машине, машина в технологической линии цеха и т. д.).

Для анализа необходимо:

1. Выделить вышестоящую по иерархии систему, в которой в качестве отдельных элементов (подсистем) выступают рассматриваемой ТО и другие смежные с ним объекты (другие ТО, окружающая среда, человек и т. д.).

2. Описать функции всех элементов, входящих в выделенную систему, и построить конструктивную ФС.

3. Выяснить возможность удовлетворения потребности, т. е.:

- можно ли выполнить функцию рассматриваемого ТО путем внесения изменений в смежные объекты;

- нельзя ли какому-либо смежному объекту частично или полностью передать выполнение функции рассматриваемого ТО;

- что мешает внесению необходимых изменений и нельзя ли устранить мешающие факторы.

4. Сформулировать по аналогии с операцией 5 задачу внесения изменений в смежные объекты.

 

Провести технико-экономическое сравнение первоначальной постановки задачи по операции 5 с задачей внесения изменений в смежные объекты. Если последняя задача более эффективна, то следует проработать ее по операциям 1—6.

 

Операция 8. Выявление причин возникновения недостатков.

Проводятся более углубленный анализ и изучение задачи в направлении выявления причин возникновения недостатков в прототипе, сформулированных при выполнении операции 4.

Следует сопоставить каждый недостаток и причину его возникновения и попытаться ответить на вопрос: можно ли полностью или частично избавиться от недостатка, исключив причину его возникновения?

 

Операция 9. Выявление и анализ противоречий развития.

Улучшение многих ТО связано с преодолением так называемых противоречий развития, которые могут иметь место в следующей типичной ситуации.

Улучшение какого-либо желаемого показателя ТО приводит к существенному ухудшению одного или нескольких других важных показателей (например, увеличение грузоподъемности моста приводит к увеличению расхода материалов; снижение помех от деформации антенны радиотелескопа приводит к резкому повышению стоимости антенны).

Возможно и другое противоречие развития, когда улучшение желаемого показателя ограничено некоторым фактором. Например, увеличение диаметра и частоты вращения бегуна и постава водяной мельницы в средние века ограничивалось прочностью и конструкцией деревянных водяных колес; возрастание быстродействия ЭВМ ограничено скоростью передачи сигналов внутри машины.

 

Операция 10. Уточнение списка прототипов и формирование идеального технического решения.

Операция 11. Улучшение других показателей ТО.

Операция 12. Уточненная постановка задачи.

По форме она излагается, как и предварительная постановка задачи в операции 5.

 

4.3. Составление морфологических таблиц

 

В данном разделе рассмотрена наиболее распространенная модификация метода морфологической комбинаторики, изложенная Цвикки и основанная на функциональном подходе. В качестве признаков берутся функции элементов (узлов, деталей) рассматриваемого ТО, а в качестве альтернативных вариантов – различные способы реализации каждой функции.

Ниже рассмотрен использование морфологического подхода к поиску улучшенных ТО.

 

Заготовка формуляра таблицы. Морфологическую таблицу строят на основе конструктивной ФС. Она состоит из нескольких столбцов, число которых обычно равно числу функциональных элементов. Заглавиями столбцов являются описания функций элементов.

 

В формуляре морфологической таблицы функции Фi лучше располагать в таком порядке, чтобы наиболее конструктивно связанные элементы Ei находились по возможности в соседних столбцах.

 

В процессе подготовки формуляра оценивают возможность и целесообразность заполнения альтернативными вариантами каждого столбца. Это связано с тем, что часто встречаются случаи, когда в ФС прототипа некоторые функциональные элементы или нельзя заменять альтернативными, или не имеет смысла их изменять. Для таких элементов (функций) в морфологической таблице не предусматривают отдельных столбцов.

Морфологическую таблицу иногда целесообразно строить не на основе ФС конкретного прототипа, а на основе обобщения ряда прототипов, выделяя в них характерные функциональные элементы и формулируя для них обобщенные функции, которые становятся заглавиями столбцов морфологической таблицы.

 

Заполнение морфологической таблицы. Альтернативные варианты исполнения или реализации функций в столбце будем обозначать через , где i— порядковый номер столбца-функции (i = 1, 2,...); k—порядковый номер альтернативного варианта в i-ом столбце (k = 1, 2,...).

 

В морфологическую таблицу сначала вносят элементы прототипа. Затем записывают возможные наиболее интересные и эффективные варианты. При подготовке таблиц могут быть использованы:

- собственные знания и результаты опроса специалистов;

- справочники и энциклопедии;

- словари технических функций;

- международный классификатор изобретений и патентные описания по интересующим рубрикам;

- каталоги выставок для поиска технических решений элементов, соответствующих уровню лучших мировых образцов.

 

При заполнении столбцов альтернативными вариантами рекомендуется использовать методы мозговой атаки и метод эвристических приемов. В последнем случае для каждого элемента с помощью эвристических приемов ищут улучшенные варианты его модификаций.

 

Выявление эффективных комбинаций альтернативных вариантов, принадлежащих одному столбцу. В каждом столбце путем объединения двух и более альтернативных вариантов выявляют эффективную (взаимоусиливающую) комбинацию со следующим свойством: она в значительно большей мере устраняет какой-либо недостаток (недостатки) или улучшает критерий качества, чем отдельные альтернативные варианты.

Такие эффективные комбинации записывают в столбец в качестве дополнительных альтернативных вариантов. Так, например, табл. 17(41) можно дополнить следующими альтернативами: для реализации Ф₁— (), () и др.; для Ф2 — (), () и др.; для Ф3, - () и др.

Если описания альтернативных вариантов в морфологической таблице недостаточно ясны, то для них выполняются графические эскизы или даются на отдельном листе дополнительные комментарии.

 

4.4.ВЫБОР НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

 

Определение числа возможных ТР. Выбрать из морфологической таблицы наиболее приемлемые или эффективные комбинации ТР нелегко из-за большого числа комбинаций. Поэтому сначала оценивают число возможных вариантов ТР, которые можно получить (синтезировать) на основе морфологической таблицы:

 

N == n₁ n₂... n_m, (21)

 

где n — число альтернативных вариантов в столбце; m — число столбцов.

 

Сокращение числа альтернативных вариантов в столбцах и числа столбцов. Наиболее эффективные ТР из множества всех возможных вариантов можно выбрать путем последовательного сокращения этого множества за счет отбрасывания наименее эффективных и наименее перспективных ТР. Первое сокращение проводят для выполнения неравенства N £ Nоб.

где N вычисляется по формуле (21); Nоб — некоторое обозримое число возможных вариантов ТР. Для относительно простых технических объектов, для которых сравнение двух любых вариантов ТР занимает в среднем не более 10 с, можно принять Noб = 10 000. Для сложных объектов Noб = 1000. Если по формуле (21) получают N > Noб, то в каждом столбце проводят сравнительный анализ альтернативных вариантов для выявления среди них наилучших и наихудших по степени удовлетворения основным требованиям, по степени снижения недостатков прототипа и улучшения его критериев качества. Отбрасывая наихудшие альтернативные варианты в каждом столбце, можно добиться N £ Nоб.

Другой путь уменьшения числа N заключается в сокращении числа столбцов в морфологической таблице. При этом среди всех столбцов (функциональных элементов) выделяют главные или основные, которые решающим образом влияют на эффективность и качество изделия, а также самые второстепенные и малозначащие функциональные узлы, которые можно исключать.

 

Сокращение множества возможных вариантов ТР путем исключения наихудших комбинаций элементов. В морфологической таблице, имеющей N £ Nоб, можно последовательно по разным правилам синтезировать (составлять) варианты ТР и сравнивать их между собой для выбора наилучших. Однако такой способ, несмотря на его простоту, является весьма трудоемким. Поэтому здесь предлагается более экономная процедура сокращения числа вариантов.

При выполнении этой процедуры образуют различные альтернативные комбинации из нескольких элементов и исключают из них наихудшие. К наихудшим комбинациям относятся нереализуемые или несовместимые комбинации, трудно реализуемые и наиболее дорогие по затратам комбинации,

 

 

а также комбинации, в наименьшей мере устраняющие недостатки прототипа или улучшающие критерий качества и т. п. Опишем эту процедуру, используя абстрактный пример (абстрактную морфологическую табл. 17/41).

1. В исходной морфологической табл. 17/41 выбираем два столбца, имеющих наименьшее число альтернативных вариантов, и образуем из их элементов все возможные парные комбинации (табл. 18/42). Пусть в нашем абстрактном примере обе комбинации—допустимые и равноценные, потому ни одну из них не относим к наихудшим и не исключаем.

2. Выбираем из табл. 17/41 следующий столбец с наименьшим числом альтернатив— столбец Ф2. С помощью вариантов этого столбца и допустимых комбинаций из табл. 18/42 образуем все возможные комбинации из трех элементов (табл. 19/43). Сравнительный анализ этих комбинаций позволил три из них отнести к наихудшим и исключить.

3. Выбираем из табл. 17/41 — следующий столбец с наименьшим числом альтернатив — столбец Ф1 и с помощью оставшихся допустимых комбинаций из табл. 19/43 образуем все возможные комбинации из четырех элементов (табл. 20/44). Поскольку комбинации легко образуются мысленно, то их не обязательно выписывать в клетках таблицы. В табл. 20/44 на основе сравнительного анализа зачеркнуты клетки с наихудшими комбинациями.

По аналогии с п. 1—3 образуем таблицы вариантов до последнего столбца, имеющего наибольшее число альтернатив. В последней таблице (после исключения наихудших) остается множество допустимых вариантов ТР. Если допустимых вариантов окажется довольно много, то проводят сокращение по дополнительным наиболее важным показателям (надежность, расход энергии или дефицитных материалов, трудоемкость и т. д.).

 

Выбор наиболее эффективных вариантов ТР. Множество допустимых вариантов ТР, полученное после сокращения множества возможных вариантов ТР путем исключения наихудших комбинаций элементов, упорядочивают по критерию качества от лучших к худшим. При равных или близких значениях критерия качества в упорядочиваемых вариантах учитывают степень устранения недостатков в прототипе. После упорядочивания выбирают 3—5 наиболее эффективных вариантов ТР для дальнейшей проработки.

Если упорядочение и выбор наиболее эффективных вариантов ТР вызывает затруднения, то рекомендуется воспользоваться таблицей сравнения вариантов, в которой дается обзорная сравнительная расчетно-экспертная оценка вариантов. Фрагмент такой сравнительной оценки для одного аппарата приведен в табл. 21.

Таблица 21

Сравнительная оценка вариантов

Показатели сравнения	Варианты ТР
S1	S2	S3
Затраты меди, кг	26,2	21,5	34,0
Трудоемкость сборки	Высокая	Средняя	Низкая
КПД	0,89	0,92	0,94
Внешний вид	Некрасивый	Красивый	Удовлетворительный

 

 

Оформление предварительных эскизов ТР и их описание. Для выбранных выше вариантов дают краткое их описание с приведением схем и эскизов, как это принято в патентных описаниях.

После составления предварительных эскизов проводят более детальную конструкторскую проработку найденных ТР с учетом дополнительного списка требований (надежность работы, удобство обслуживания, трудоемкость изготовления, расход энергии и дефицитных материалов, общая стоимость и т. д.). При этом отдельные наиболее важные и сложные элементы могут быть рассмотрены и проработаны по данной методике в соответствии с рекомендациями, приведенными выше.

Дополнительные рекомендации по дальнейшей проработке полученных ТР даны в прил. 5 (этапы 5—7).

Замечание 1. Если в морфологической табл. 17/41 полифункциональные элементы выполняют одновременно несколько функций, то для них иногда целесообразно составлять отдельно наборы

альтернативных средств реализации каждой функции или меньшего числа функций. После этого для получения более эффективных вариантов ТР нужно попробовать заменить полифункциональные элементы на элементы, реализующие отдельные функции или меньшее число функций.

Замечание 2. При решении задач методом морфологического анализа и синтеза часто имеет большой практический смысл использовать только готовые элементы. В этих случаях морфологическая таблица заполняется наименованиями только стандартных, унифицированных и серийно производимых элементов, для которых известны такие показатели, как стоимость, масса и т. д. Синтезируемые в этой таблице допустимые варианты, как правило, легко и быстро изготовляются и осваиваются на практике. Наилучший вариант - легко выбирать по суммарным показателям стоимости, массы и т. п.

 

4.5.ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ

 

1. Описание проблемной ситуации. Описание выполняется по этапам.

Этап 1. Индивидуальные бытовые электроплитки имеют низкий КПД (30—40 %) и по сравнению с газовой плитой чрезмерно большое время Т_К доведения до кипения воды с начальной температурой 10—20 °С.

Этап 2. Необходимо создать электроплитку с КПД 60—80 % и временем Т_К не большим, чем у газовой плитки.

Этап 3. Низкий КПД связан с большими потерями теплоты, идущей на нагревание элементов плитки и окружающего пространства. Большое время Т_К обусловлено в первую очередь с предварительным нагреванием элементов плитки и ее низким КПД.

Этап 4. Устранение указанных недостатков электроплитки позволит получить значительную экономию электроэнергии и времени на приготовление еды, а также заменить менее гигиеничные и более опасные газовые плитки на электроплитки.

 

 

Рис. 22. Бытовая электроплитка

 

ПОРЯДОК РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

 

Порядок решения задач поиска рациональных ТР показан на рис. 32.

 

Пользователь с помощью общего списка требований, вызванного на экран дисплея, формирует техническое задание: список требований к искомому ТР и значения требований.

По введенному заданию ЭВМ синтезирует (находит на И-ИЛИ-дереве допустимые ТР и определяет их число).

 

Рис. 32. Решение задач поиска рациональных ТР

Если это число оказывается слишком большим и необозримым, то пользователь усиливает наиболее выигрышные требования и тем самым сужает множество допустимых ТР. В противном случае ослабляет менее важные требования или исключает их из технического задания.

В результате нескольких таких итераций удается получить небольшое (обозримое) число допустимых ТР и затем выбрать из них наилучшие варианты.

 

5.3. СОСТАВЛЕНИЕ СПИСКА ТРЕБОВАНИЙ

Наряду с информацией, содержащейся в И-ИЛИ-графе, вторым важным информационным фондом является общий список требований для всего интересующего класса ТО. Этот список должен соответствовать всему множеству ТР, представленных в И-ИЛИ-дереве, т. е. общий список требований должен обеспечивать формирование технических заданий (частных списков требований) для выбора (синтеза) любого ТР из И-ИЛИ-дерева. Под техническим заданием подразумевается совокупность требований, оговаривающих необходимую степень выполнения функций объектом и его элементами при заданных условиях и ограничениях.

 

 

Общий список требований в первую очередь включает:

· набор требований, относящихся к выполнению функций ТО и его элементов (в эту группу входит большинство требований списка);

· требования, касающиеся других групп критериев развития техники (см. гл. З): технологические, экономические, антропологические и др.

Общий список требований целесообразно разделить на две группы:

1. обязательные требования, невыполнение которых приводит к прекращению функционирования ТО (нулевой или отрицательный результат функционирования);

2. дополнительные требования, невыполнение которых приводит к ухудшению эффективности и работоспособности ТО.

 

В частных технических заданиях требования также разделяются на обязательные и дополнительные. При этом обязательные требования позволяют выявить допустимые ТР, а дополнительные — выбрать из допустимых наилучшие решения.

Следует заметить, что граница между обязательными и допустимыми требованиями условная. Одни и те же требования для различных условий использования ТО и различных технических заданий могут быть как обязательными, так и дополнительными.

Формула описания функциональных требований изложена в п. 1.3 гл. 1 и п. 2.1 гл. 2. Описание других требований должно быть кратким, четким и исчерпывающим.

Каждое требование должно иметь определенный диапазон значений. Нужно стремиться к тому, чтобы этот диапазон имел количественное выражение (например, масса прибора от 2,5 до 6 кг или не более 3 кг, обслуживающий комплекс – не более 5 человек).

Если количественная оценка значений требований затруднительна, то диапазон значений может быть выражен через шкалу порядка (например, трудоемкость сборки прибора: высокая, средняя, низкая). Иногда приходится ограничиться только шкалой наименований (например, цвет упаковки: зеленый, синий, желтый).

При формировании технического задания набор требований можно записать в виде

 

(22)

 

где:I₁, I₂,..., I_h—формулировки требований; а₁, а₂..., а_к — уровень выполнения соответствующих требований.

 

При составлении общего списка требований и частных технических заданий рекомендуется дополнительно руководствоваться п. 1.6. гл. 1 по составлению списков СТ1— СТ5; гл. 4 и прил. 2 (этапы 1—4); государственными стандартами, техническими условиями, техническими заданиями на разработку, актами испытаний и эксплуатации близких или аналогичных ТО, а также патентами и авторскими свидетельствами.

Поскольку трудоемкость разработки модели оценки вариантов ТР в сильной степени зависит от числа требований в общем списке, то рекомендуется брать небольшое число требований, не включать в общий список те требования, которые не оказывают существенного влияния на выбор более рациональных ТР и легко выполняются в последующей конструкторской проработке.

В табл. 26 приведен фрагмент из общего списка требований по классу ТО «чайники для кипяче-

ния воды».

 

Таблица 26

Фрагмент списка требований к чайникам для кипячения воды

№	Наименование требования	Значения
	Нагревание воды до 100 °С за время	<3 мин, 3—10 мин 10—20 мин >20 мин
	Обеспечение хранения и нагревания воды емкостью	1—6 л
	Обеспечение переноса чайника рукой и выливания воды	Да, нет
	Вид используемой энергии для нагревания	Химическая, электрическая, солнечная
	Местоположение источника тепла	Вне емкости, внутри
	Масса чайника	0,1—3 кг
	Срок службы	0,1 год 1—3 года 10 лет

 

5.4. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

 

На основе И-ИЛИ-дерева ТР и общего списка требований разрабатывается модель оценки синтезируемых ТР, которая позволяет ЭВМ сравнивать различные варианты ТР, выбирать ТР, удовлетворяющие заданному списку требований, а также наилучшие ТР. Модель оценки вариантов ТР основывается на вычислении значений требований (показателей) И-вершин, которые выражают связь между списком требований и конструктивными признаками в И-ИЛИ-дереве.

Показатели И-вершин вычисляются через показатели их преемников (элементов и признаков, объединяемых И-вершиной). При этом рекомендуется использовать пять способов свертки и вычисления показателей.

1. Свертка СУММА используется в тех случаях, когда значение показателя И-вершины определяется суммой значений показателей ее преемников (например, при вычислении массы, стоимости, трудоемкости изготовления и т. п.). Так масса чайника складывается из массы его элементов.

2. Свертка МИНИМУМ и МАКСИМУМ применяется в тех случаях, когда значение показателя И-вершины определяется исходя из минимального или максимального значения показателей ее преемников. Например, для вычисления максимальной производительности технологической линии необходимо взять минимальное значение из множества значений максимальных производительностей оборудования на каждой из операций.

Требование эстетичности для чайника определяется сверткой МИНИМУМ значения по этому показателю для крышки, емкости, ручки и носика, т. е. красота чайника будет определяться минимальной оценкой показателя одного из его элементов.

3. Свертка СРВЗВ (средневзвешенное) используется в тех случаях, когда значение показателя

И-вершины определяется через взвешенные значения показателей ее преемников и когда степени влияния показателей элементов на показатель И-вершины значительно различаются. Так, для чайника время нагревания воды на 30 % зависит от размера емкости и на 70 %—от источника теплоты.

4. Свертка КЛАСС (классификационная) применяется в тех случаях, когда значения показателей ее преемников не имеют значения, т.е.в данном случае применяется шкала наименований (например, форма ручки чайника: круглая, эллиптическая, квадратная и т. д.).

Ниже приведены способы вычисления всех типов сверток.

В формулах приняты обозначения: К — значение требования (показателя) для рассматриваемой И-вершины; Xi,..., Хn — показатели преемников, участвующих в свертке; a_i — веса преемников.

При описании и кодировании модели И-вершины присваивается номер (шифр) вершины и составляется список моделей для отдельных требований. Модель для требования включает его номер, тип свертки или значение требования (для данной вершины), список номеров преемников данной вершины.

К модели оценки ТР относятся также таблицы совместимости вершин И-ИЛИ-дерева. Эти таблицы предназначены для указания вершин (элементов и признаков), которые не могут появиться в описании ТР одновременно.

Таблицы совместимости составляют для каждой пары ИЛИ-вершин, которые могут войти в одно ТР и не все преемники которой совместимы между собой.

Возможны случаи несовместимости по геометрической форме (например, круглое отверстие не может сопрягаться с квадратным элементом), по материалу (нельзя сопрягать некоторые металлы между собой, некоторые пары металл-пластмасса), по виду используемой энергии (переменный и постоянный ток) и т. д.

Для построения таблиц совместимости необходимо попарно просматривать все ИЛИ-вершины и отмечать несовместимые вершины.

Результаты просмотра оформляются в виде табл. 27,

где: Аi; — преемник ИЛИ-вершины А; Вj — преемник ИЛИ-вершины В;

Фрагмент таблицы совместимости для элемента чайника «источник теплоты» дан в табл. 28.

 

Таблица 27

Форма таблиц совместимости