Описание потребности (функции) электроплитки.

Обобщенное описание: нагревает воду в емкости до кипения.

Количественное описание: нагревает воду в емкости объемом 3—6 л от начальной температуры

10 °С до кипения за 15—30 мин.

3. Выбор прототипа и его описание. В качестве прототипа дана бытовая электроплитка (рис. 22), состоящая из нагревательной спирали 4, лежащей на теплоизоляционном огнеупорном блоке 5, который опирается на корпус 6. Электроэнергия подводится изолированным проводом 2 через разъем 1. Нагревательная спираль прикрыта защитным экраном 3 из тугоплавкого металла.

В качестве первого дополнительного прототипа примем такую же конструкцию электроплитки, только без защитного экрана 8. Второй дополнительный прототип в отличие от основного имеет регулируемую мощность, т. е. вода до кипения нагревается при максимальной мощности, что сокращает время Т_К, а затем устанавливается мощность для поддержания кипения.

4. Выявление недостатков прототипа. Потери теплоты при нагревании емкости с водой слишком большие, что приводит к низкому КПД (30—40 %). Требуется снизить потери теплоты и довести КПД до 60—80 % в соответствии с показателями других нагревательных приборов.

Время доведения воды до кипения от начальной температуры 10 °С в емкости объемом 3—6 л обычно составляет 30—60 мин. Требуется сократить это время до 15— 30 мин.

Для снижения трудоемкости приготовления пищи и потерь электроэнергии желательно иметь систему автоматического управления, которая после доведения воды до кипения поддерживает кипение (при минимальных затратах энергии) в течение заданного времени, после чего выключает подачу электроэнергии.

 

5. Выбор критериев качества. За критерий качества примем КПД электроплитки, повышение которого в значительной мере влияет на сокращение времени нагревания.

КПД электроплитки определяется по формуле h = Qn / Qo,

 

Таблица 22

Нагревание жидкости в емкости до кипения

Элементы	Функции
Обозначение	Наименование	Обозначение	Описание
Е0	Спираль	Ф0	Выделение теплоты и нагревание емкости с жидкостью (V1) до кипения
E1		Ф1	Снижение потерь теплоты от спирали (Е0) в окружающую среду (V4)
Е2		Ф2	Поддержка спирали (E0)
Е3	Корпус	Ф3	Передача нагрузки массы с жидкостью (V1) на стол (V8)
E4	Электропровод	Ф4	Подвод электроэнергии от разъема (E5) до спирали (Е0)
Е5	Разъем	Ф5	Соединение и разъединение электропровода (E4) с электросетью (V2)
Е6		Ф6	Повышение количества теплоты, передаваемой от спирали (E0) к емкости с жидкостью (V1)

 

Где: Qn — затраты энергии на нагревание воды от 10 до 100 °С; Qo — потребляемая за это время электроэнергия.

 

6. Разделение электроплитки (прототипа) на элементы.

Описание функции элементов приведено в табл. 8 и п. 4.2 гл. 4 (операция 6), а соответствующие им конструктивные функциональные структуры (ФС) — на рис. 10,11.

Построение улучшенных ФС. Представляется целесообразным ввести функциональные элементы, обеспечивающие повышение количества теплоты, передаваемой емкости с жидкостью, и снижение потерь теплоты в окружающую среду. Полифункциональный элемент Е3 (табл. 8) представляется перспективным для использования только при реализации функций Ф₃', Фз"', а для функции Фз'' — не вводить отдельно функционального элемента. Улучшенная ФС представлена в табл. 22 и на рис. 23. В табл. 22 не указаны названия новых элементов E1, E2, E6, поскольку пока неизвестно их точное название.

7. Составление морфологических таблиц. Рассмотрим пример заполнения морфологической матрицы на основе табл. 22. Анализ задачи показывает, что различные способы реализации функций Ф3, Ф4, Ф4 мало влияют на устранение недостатков прототипа и повышение критерия его качества. Поэтому, для этих функций мы не будем рассматривать альтернативные варианты реализации и не будем включать их в морфологическую таблицу. Результаты работы по заполнению морфологической матрицы приведены в табл. 23, где в 3-м и 4-м столбцах приведены представляющие интерес комбинации альтернатив с одинаковыми функциями.

 

Рис. 23. Улучшенная функциональная структура электроплитки

 

Таблица 23

Морфологическая таблица вариантов электроплитки

Ф0 — выделение теплоты и нагревание воды в емкости до кипения	Ф2 — поддержка нагревательного элемента	Ф6 — повышение количества теплоты, передаваемой от нагревательного элемента емкости жидкостью	Ф1 — снижение потерь теплоты в окружающую среду
А — спираль	А — теплоизоляционный огнеупорный материал	А — криволинейное зеркало, отражающее тепловой поток на дно емкости	А — материалы с малой теплопроводностью и объемной массой для теплоизоляции плитки и ее внешних элементов
А — металлическая пластина с высоким омическим сопротивлением	А — легкая огнеупорная решетка из изоляционного материала	А — изолированный нагревательный элемент, от которого передается теплота к стенкам емкости через материал с высокой теплопроводностью (медь и др.)	А — зеркало в виде легкого цилиндрического вертикального кожуха вокруг емкости и плитки для отражения тепловых излучений
А — спираль в баллоне с инертным газом	А — спираль в жестких трубках из изоляционного материала	А — тепловые трубки между нагревательным элементом и дном емкости	А — то же с крышкой над емкостью
	А — подвеска на изолированных металлических крючках	А — вертикальный цилиндрический кожух вокруг емкости и плитки, обеспечивающий конвекционный обмен нагретого воздуха со стенками емкости А = (A, А)	А — то же с наружной тепловой изоляцией зеркального кожуха А = (А, А)

 

 

8. Выбор наиболее эффективных ТР. В соответствии с табл. 23 число возможных вариантов ТР электроплитки составляет N == 3 × 4 × 5 × 5 = 300. Поскольку N < 10⁴, то сокращение альтернатив в столбцах проводить не нужно.

Сокращение множества возможных вариантов ТР. В соответствии с указаниями методики строится табл. 24/48, в которой исключаются наихудшие комбинации. Затем заполняется табл. 25/49, с помощью которой устраняются наихудшие комбинации (зачеркнуты двумя линиями). Поскольку осталось много допустимых вариантов, то для них проводится сравнительная оценка и из них исключаются худшие (зачеркнуты одной чертой).

Строится итоговая таблица, в которой сначала устраняют явно худшие варианты (зачеркнуты двумя линиями). Оставшиеся варианты сравниваются между собой с использованием также дополнительных показателей сравнения (надежность, трудоемкость изготовления, стоимость). Исключенные при этом варианты зачеркиваются в итоговой таблице.

Было принято во внимание, что отражательный кожух А вполне может одновременно выполнять функцию конвекционного кожуха А (см. табл. 22).

Выбор наиболее эффективных вариантов ТР. Формально в итоговой таблице осталось десять вариантов, относящихся к трем строкам. Если в решении А сделать легко съемную крышу, чтобы пользователь мог его преобразовывать в решение А (см. табл. 23), то по существу решение А реализует одновременно возможности А и А в строках 1, 5, 7 итоговой таблицы. Таким образом, для более детальной проработки предлагается три варианта (см. табл. 23):

 

ТР1=(А, A, A, A),

ТР2=(А, A, A, A),

ТРЗ==(А, А, A, А).

 

Рис. 24. Улучшенное техническое решение электроплитки

 

9. Оформление предварительных эскизов ТР и их описание.

Полученное ТР1 изображено на рис. 24, где емкость с жидкостью (кастрюля) 3 устанавливается на несущем каркасе 4. Нагрев осуществляется спиралью 8, которая крепится на тонкой непроводящей решетке 5. Часть теплоты излучения, ушедшая от спирали вниз, отражается сферическим зеркалом 7 и задерживается дополнительно слоем теплоизоляционного материала 6. В дополнение к плитке для ограничения потоков теплоты, уходящих в стороны от кастрюли и вверх, придается легкий металлический полый цилиндр 1 с зеркальной внутренней поверхностью. Сверху на цилиндр надевается крышка 2.

ТР2 отличается от ТР1 тем, что спираль 8 помещается в жестких трубках из изоляционного материала (кварцевое стекло), которые заменяют собой решетку 5.

ТРЗ отличается от ТР1 тем, что спираль 8 поддерживается металлическими крючками, изолированно укрепленными в стенках 4.

 

 

5. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СИНТЕЗ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

 

5.1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МНОГОУРОВНЕВЫХ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ ТАБЛИЦ

 

Рассматриваемый метод предназначен для решения задач 5-го типа (см. п. 1.4 гл. 1), связанных с выбором наиболее рациональных технических решений (ТР). В своей основе он представляет собой дальнейшее развитие метода морфологического анализа и синтеза ТР, изложенного в ранее.

 

С математической точки зрения суть метода состоит в том, что информацию о прототипах или известных ТР определенного назначения представляют и записывают в виде И-ИЛИ-дерева (И-ИЛИ-графа).

 

Варьируя на этом дереве конструктивными элементами и признаками, можно получить как известные, так и неизвестные (новые) ТР. И-ИЛИ-дерево—это многоуровневая (иерархическая) морфологическая таблица. Метод синтеза ТР на И-ИЛИ-графе отличается от метода морфологического анализа и синтеза тем, что человек выполняет только работу по составлению усложненной морфологической таблицы с предварительной оценкой некоторых показателей качества ТР и их элементов. ЭВМ 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 следующие преимущества по сравнению с традиционным методом морфологического синтеза:

- позволяет описывать ТР с любой степенью детализации;

- обеспечивает в большой мере автоматическую оценку и сравнение 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 ТР на И-ИЛИ-графе имеет область наиболее эффективного применения. При значительном удалении от этой области метод становится малорентабельным. Наиболее эффективно применение метода к классам ТО, удовлетворяющим следующим условиям.

 

1.Класс ТО должен иметь довольно большое трудно обозримое для специалистов число различ- ных ТР, которое продолжает 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 жестких конструктивных ограничений, исключающих или весьма затрудняющих замену элементов другими альтернативными вариантами. К таким ТО относятся рассредоточенные в пространстве поточные системы в виде технологических линий, измерительных или энергетических систем и сетей и т. п. Использование метода затруднительно для проектирования ТО, состоящих из плотно скомпонованных, взаимно переплетающихся и проникающих друг в друга элементов.

 

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

- провести сбор, анализ и подготовку информации по интересующему классу ТО;

- ввести информацию в ЭВМ и отладить на ней пакет программ поиска и синтеза ТР.

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

 

5.2. ПОСТРОЕНИЕ И-ИЛИ-ДЕРЕВА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

 

В п. 1.3 гл. 1 дано определение ТР, перечислены шесть групп конструктивных признаков, показано, что с помощью этих групп признаков 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 конструктивные признаки. Рекомендации по разделению ТО на элементы даны в п. 2.1 гл. 2. Для описания функциональных элементов используют их общепринятые 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 функциональными элементами, которые обеспечивают их взаимную работу при работе ТО в целом. Связи могут быть самые различные: шарнирное 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 размеры, значения параметров и их соотношения.

7. Другие особенности конструктивного исполнения элементов могут характеризовать ТО по физическому принципу действия (пьезоэлектрический динамометр), виду используемой энергии (электропечь), технологическому способу изготовления (литой корпус), последовательности 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 изображают 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.

3. Если некоторые элементы 2-го уровня недостаточно детально (полно) описывают ТР, то для них следует выполнить работу, аналогичную п. 2, и т. д.

Примеры построения иерархических деревьев для четырех вариантов чайников (рис. 25) показаны на рис. 26—29.

Рис. 25. Конструкция чайников: а — обыкновенного; б — электрического;

в — чайника-кофейника; г — без крышки

 

 

Рис. 26. Представление чайника в виде иерархического дерева

Обратим внимание на то, что дерево описания отдельного ТР имеет только И-вершины, обозначенные на рис. 26,27/57,28,29 точками. И-вершины показывают, что ТО — чайник состоит из емкости и крышки, носика, ручки и т. д. Таким же перечислением соединены вершины 2-го уровня. В связи с этим такие деревья, описывающие отдельные ТР, называют также И-деревом.

 

 

 

 

Рис. 28. Представление чайника-кофейника в виде иерархического дерева

 

 

Рис. 29. Представление чайника без крышки в виде иерархического дерева

 

Объединение нескольких отдельных деревьев ТР в одно общее И-ИЛИ-дерево.

 

Для машинного синтеза рациональных и новых ТР необходимо 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, характеризующие 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 наиболее близких по строению и выполняемым функциям. Будем считать, что ТР, представленные на рис. 26—29, 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. 30 показан самый типичный случай. Обратим внимание на то, что повторяющиеся у разных ТР признаки на И-ИЛИ-дереве указываются только один раз. За счет этого достигается значительная экономия 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» (рис. 30) сначала идет вершина ИЛИ, обозначенная буквой В, которая позволяет описать также вариант чайника без крышки, а затем вершина И, обозначенная буквой А. При этом, поскольку во всех четырех вариантах ТР признак «круглая» повторяется, то он указан один раз и не имеет альтернативных вариантов.

В результате для группы близких ТР получают единое И-ИЛИ-дерево, как показано на рис. 30.

 

3. И-ИЛИ-деревья, построенные для отдельных групп ТР, объединяют в одно общее И-ИЛИ-дерево ТР. При этом для упрощения общего дерева и наибольшего сжатия информации обо всем классе ТР рекомендуется 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 облегчает составление и развитие И-ИЛИ-дерева и повышает грамотность описания ТР.

 

При создании терминологического словаря целесообразно использовать рубрики указателей классов изобретений, энциклопедий, технические словари, стандарты на терминологию.

 

Словарь лучше всего оформлять в виде таблицы, содержащей четыре столбца со следующими заглавиями:

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

- наименование элемента;

- возможные конструктивные признаки элемента;

- эскиз ТР элемента; эскизы значительно облегчают просмотр и «чтение» И-ИЛИ-деревьев, а также служат исходной информацией для составления эскизов синтезированных ТР и разработки программ для автоматизированного выполнения чертежей.

 

Расширение множества возможных ТР. Общее И-ИЛИ-дерево в первую очередь представляет интерес как средство компактного представления и хранения информации о многих известных ТР, а также неизвестных, которые могут быть получены путем комбинирования элементов и признаков известных ТР. Однако, как показывает опыт, И-ИЛИ-деревья, построенные на основе только известных ТР, часто содержат мало новых патентоспособных ТР. Поэтому И-ИЛИ-дерево, полученное на основе известных ТР, рекомендуется расширять и дополнять для повышения в нем доли новых патентоспособных ТР. Такое расширение и дополнение ведется, во-первых, на основе изучения самых последних патентов и авторских свидетельств по функционально близким ТО и их элементам, во-вторых - с помощью метода и фонда эвристических приемов.

 

На рис. 31 показан фрагмент дерева, который имеет дополнения для емкости по сравнению с рис. 30. При этом признак «разделена перегородкой на две части» потребует для элемента «носик» ввести альтернативу «два носика».

 

Рис. 30. Общее И-ИЛИ-дерево, построенное на основе И-деревьев,

представленных на рис. 26—29:

А: И-вершины; В: ИЛИ-вершины

 

 

Рис. 31. Пример расширения И-ИЛИ-дерева

 

 

После составления общего И-ИЛИ-дерева необходимо проконтролировать правильность построения. При этом следует руководствоваться тем, что И-ИЛИ-дерево должно обеспечивать хранение всех известных ТР. При таком контроле берут любое ТР в виде И-дерева и определяют, можно ли его получить из общего И-ИЛИ-дерева путем исключения ИЛИ-вершин.

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

Приемники вершины В	Преемники вершины А
А1	А2
B1	Х11	Х12
В2	Х21	Х22	...
...	…	...	...

 

Таблица 28

Фрагмент таблицы совместимости для источников теплоты

 

Источник теплоты	Расположение
вне емкости	внутри емкости
Газовая плита
Дровяная печь
Электрический ток

 

 

5.5. АЛГОРИТМЫ ПОИСКА РЕШЕНИЯ НА И-ИЛИ – ДЕРЕВЕ

 

Поиск ТР осуществляется в два этапа. На первом этапе сужается область поиска за счет удаления из общего И-ИЛИ-дерева вершин, которые заведомо не могут удовлетворить техническому заданию искомого ТР. На втором этапе на «урезанном» И-ИЛИ-дереве выбирают допустимые и оптимальные ТР.

 

Алгоритм выполнения первого этапа. Он состоит из следующих шагов.

 

Шаг 1. Из списка требований технического задания выбирают те, для которых тип свертки во всех промежуточных вершинах одинаков и входит в перечень табл. 29.

Шаг 2. Просматриваются все вершины И-ИЛИ-дерева, которые имеют оценки по списку требований, сформированному в шаге 1. Для этих вершин проверяются ограничения и индуцированные ограничения (из задания на поиск). Вершины, для которых какое-либо ограничение не выполняется, помечаются как временно удаленные из И-ИЛИ-дерева.

Шаг 3. Просматриваются вершины И-ИЛИ-дерева в порядке от концевых вершин к корню. При этом если:

1) у какой-либо И-вершины хотя бы один преемник оказывается помеченным как временно удаленный, то эта вершина также помечается как временно удаленная;

2) у какой-либо ИЛИ-вершины все преемники помечены как временно удаляемые, то эта вершина также помечается как временно удаляемая.

 

Таблица 29