Постановка цели и цель метода функционального конструирования

При этом двум переменным на входе А и В с символом А соответствует переменная с отрицанием ( - не А ) (инверсированная переменная), уравнению С = АВ (в соответствии с промышленным стандартом ФРГ, ДИН 66000: С = А V В) в форме алгебраической схемы соответствует операция "И", а уравнению С =А + В (в соответствии с промышленным стандартом ФРГ, ДИН 66000: С= A^B) в форме алгебраической схемы соответствует операция "ИЛИ".

Рис.2.3. Основные логические операции (Буля)

Прежние высказывания приводят к гипотезе, что должно было бы оказаться возможным представить все желаемые технические операции, которые, в конечном счете, должны быть реализованы в виде машин, приборов и аппаратов, в результате объединения приведенных основных операций (синтез функций). Действительно также обратное высказывание: все операции в машинах, приборах и аппаратах можно свести к названным основным физическим, алгебраическим и логическим операциям (анализ функций).

Качественная фаза конструирования завершается разработкой качественного проекта. Под этим понимают сборочный чертеж подлежащего разработке технического устройства в масштабе, который содержит все важные сведения о функции, размерах, форме, соответствии положения и числе отдельных узлов и элементов конструкции системы.

 

3. Количественное конструирование.

 

Разработка конструкторской документации заключается в подготовке технического и рабочего проекта, этот этап имеет обозначение по Коллеру - количественное конструирование.

Таким образом, предложенная Коллером последовательность операций позволяет перейти от постановки задачи к ее принципиальному решению.

Параметры, выявленные при разработке качественного проекта, измеряются в нижеследующем количественном процессе конструирования. Невозможно полностью отделить друг от друга процесс качественного и количественного проектирования, потому что практически невозможно создать ни одной детали, не установив, по меньшей мере, примерно, ее параметры. Следовательно, оба вида деятельности, как качественный, так и количественный процессы конструирования совершаются на практике до некоторой степени параллельно.

Количественный процесс подразумевает объединение "комбинированных" принципиальных решений, соответствующих отдельным элементарным функциям согласно структуре элементарной функции, в комплексные системы. Этот рабочий шаг, по мере необходимости, должен проводиться перед конструированием, так как отдельные элементы, по причине сильного взаимного влияния, неотделимые от своих смежных элементов, могут конструироваться рационально.

Машины, приборы и аппараты обычно состоят из большого количества функциональных элементов или узлов. Узел в большинстве случаев состоит из нескольких функциональных элементов. Под функциональным элементом здесь, по договоренности, должна пониматься техническая реализация элементарной функции. В предшествующих рабочих шагах, в общем, для каждой подфункции или элементарной функции получали несколько альтернативно применимых решений. Для того, чтобы сократить многообразие решений, было бы желательно иметь объективные критерии для определения, в зависимости от обстоятельств, самого оптимального решения для подфункции или элементарной функции. К сожалению, решение, рассматриваемое само по себе оптимальным, помимо исключений. в сочетании с существующей общей системой не всегда является самым оптимальным решением. Это означает, что во многих случаях сначала необходимо объединять в общую систему отдельные частичные решения, а затем, применительно к оптимальной пригодности, следует выбирать их для частного случая. Для систематического и непрерывного проведения комбинации отдельных частичных решений в соответствующую общую систему можно использовать комбинационную систематику, которая стала известной под названием "морфологический ящик".

Для того, чтобы излишне не завышать число возможных комбинаций, перед этим рабочим шагом следует выделять все альтернативы решений для отдельных подфункций или элементарных функций, о которых также при дискретном рассмотрении без сомнения можно сказать, что они не приведут ни к каким пригодным решениям. Остающиеся возможности решений при помощи ключевого слова записываются в комбинационную систематику, как это показано в табл. 3.1. В горизонтальном направлении в соответствующей строке записываются соответствующие возможности решений для подобной подфункции или элементарных функций. Число строк соответствует числу подфункций или элементарных функций, составляющих общую систему; число столбцов строки соответствует числу возможных решений для определенной функции.

Группа альтернатив принципиальных решений, состоящая, соответственно, из одной альтернативы в каждой строке, дает черновой набросок для соответствующей общей системы. Если n1, n2, n3... и т.д. число вариантов решений, расположенных в соответствующих строках (1, 2, 3 и т.д.), то теоретически получаются комбинации, отличные одна от другой

N n1·n2·n3·...·nn

Каждая из этих комбинаций представляет возможный черновой набросок для соответствующей общей системы. Необходимо от случая к случаю проверять, какие комбинации практически целесообразны и какие нет.

Возможная комбинация 
(черновой набросок)

Таблица 3.1.Комбинационная систематика (морфологический ящик)

При помощи такой систематики какие-либо альтернативы решений, в принципе, можно систематически комбинировать в комплексные системы. Так, например, по подобной схеме альтернативы эффекта и носителей эффекта можно объединять в принципиальные решения или уже существующие элементы конструкций в узлы, узлы в машины, или машины и приборы в еще более комплексные системы. Для проведения рабочего шага получается. таким образом, следующее:

  Различные черновые наброски технических систем получают в результате комбинирования подходящих элементов посредством комбинационной систематики согласно таблице 3.1. В частности, по правилам этой матрицы альтернативы эффекта и альтернативы носителей эффектов можно комбинировать в различные принципиальные решения, альтернативы функциональных элементов в узлы, альтернативы узлов - в машины, или альтернативы машин, приборов или аппаратов в более комплексные системы.

Из множества возможных комбинаций, которые дает этот метод, по мере возможности, следует выбирать самое оптимальное решение или самые оптимальные решения для данного случая. Следовательно, результатом этого рабочего шага является, лучше всего, выходящий черновой набросок для технической системы, подлежащей разработке. Степень реализации, которая достигнута в этой стадии, соответствует степени реализации принципиального решения. В последующих рабочих шагах отдельные элементы конструируются с учетом их взаимных связей и объединяются в масштабе проекта. В последующих разделах еще подробнее остановимся на необходимых для этого видах деятельности.

 

Заключение

 

Метод функционального конструирования, предложенный Р.Коллером, основан на полном абстрагировании от конструктивных особенностей объекта. Внимание концентрируется на анализе функций, которые этот объект должен выполнять. При реализации уточняется основная функция объекта, которую представляют в виде совокупности элементарных парных (прямых и обратных) операций (излучение — поглощение, увеличение — уменьшение, соединение — разъединение, объединение — разделение и т.д.). Метод также предусматривает применение математических и логических операций. Выделение элементарных операций позволило осуществлять комбинаторный поиск их возможных носителей для воспроизведения основных функций конструируемых объектов.

  К достоинствам метода можно отнести:

- удачное структурирование фонда физических эффектов,

- удобное для поиска новых принципов действия технических систем и реализующих их технических решений.

Недостатки метода:

- отсутствие критериев для выбора наилучших вариантов среди множества возможных, для большинства "основных операций" нет указателей физических эффектов, отсутствуют также указатели химических, геометрических и биологических эффектов;

- неоднозначность синтеза функциональной структуры, многовариантность действий, зависящих от субъективных факторов;

- необходимость рассмотрения очень большого числа вариантов.

В соответствии с вышеуказанным можно сделать вывод, что метод пригоден при автоматизированном поиске конструкций для реализации новых технических решений [2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1. Половинкин А.И., Вершинина Н.И., Зверева Т.М. Функционально-физический метод поискового конструирования. Учебное пособие - Иваново: ИЭИ, 1983.

2. Koller R. Konstructionsmethode fьr den Mashinen-, Gerдte- und Apparatebau. Berlin - Heidelberg - New-York: Springer -Verlag, 1976