Разработка САППР вакуумных систем на начальных этапах проектирования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ технический университет На правах рукописи УДК 658.512 621.81 Для служебного пользования Экз. N 1КОЖЕВНИКОВ АЛЕКСЕЙ ИВАНОВИЧ 2РАЗРАБОТКА САПР ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ НА НАЧАЛЬНЫХ ЭТАПАХ 2ПРОЕКТИРОВАНИЯ Специальность 05.13.12

Системы автоматизации проектирования в промышленности Д и с с е р т а ц и я на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Львов Борис Глебович Москва - 1994 2 - СОДЕРЖАНИЕ Введение 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ВАКУУМНЫХ

СИСТЕМ 1. Вакуумные системы в технологическом оборудовании 2. Анализ работ по структурному синтезу 3. Анализ работ по автоматизации проектирования ВС 4. Анализ способов представления конструкторских знаний. 32 Выводы 2. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ 1. Системная модель ВС 2. Функции и структуры ВС 45 2.3.

Свойства и признаки ВС и ее структурных составляющих. 4. Цели проектирования ВС 5. Концептуальная модель знаний ВС 71 Выводы 3. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ 1. Структура основных проектных процедур САПР ВС 2. Методика синтеза ВС 3. Экспертная поддержка основных проектных процедур 92 3.4.

Методика извлечения знаний 5. Моделирование функционирования ВС 102 Выводы 4. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ 1. Структура программных средств САПР ВС 2. Программные средства синтеза и анализа ВС 3. Подсистема выявления экспертных знаний 117 -

3 - 4. Подсистема моделирования функционирования ВС 121 Выводы 124 Заключение 126 Литература 128 Приложения 144 4 - ВВЕДЕНИЕ Необходимость всесторонней интенсификации экономики неразрыв- но связана с ускорением научно-технического прогресса, важнейшими направлениями которого являются создание и освоение принципиально новой техники и технологии, автоматизация и механизация производс- тва.

Выполнение этих задач требует, в частности, развития вакуум- ной техники, оказывающей определяющее влияние на создание и произ- водство изделий практически всех отраслей промышленности. Широкое внедрение новых вакуумных технологий в различные от- расли промышленности предъявило к вакуумному оборудованию ВО разнообразный диапазон требований, который непрерывно расширяется и ужесточается. Наряду с этим существенное повышение сложности ВО, значительный рост объемов научно-технической информации

ставят конструктора в ситуацию, когда он становится не в состоянии тради- ционными методами прорабатывать конструкции с учетом последних достижений технического прогресса, что в конечном итоге приводит к несоответствию принимаемых им проектных решений уровню лучших ми- ровых образцов. Эти противоречивые факторы заставляют применять новые методы и средства труда конструктора, позволяющие повысить не только производительность труда разработчика, но и качество принимаемых проектных решений.

Наиболее перспективным выходом из рассматриваемой ситуации представляется автоматизация процесса проектирования ВО на всех стадиях разработки от технического предложения до выпуска рабочей документации. В настоящее время известен ряд работ в области САПР ва- куумных систем ВС . Но они малоэффективны при решении задач структурно-параметрического синтеза на начальных этапах проектиро 5 - вания, для которых характерны большая неопределенность исходных данных и знаний, необходимых

для разработки ВС, а также слабая структуризация рассматриваемой предметной области. В связи с этим невозможна полная формализация основных процедур проектирования, которым на верхних уровнях абстракции иерархического описания объ- екта присущи интуитивно-логические рассуждения и представление си- туаций на естественном языке. Решение поставленной проблемы осуществляется путем использо- вания в разрабатываемой САПР ВС подсистемы экспертной поддержки, реализующей не поддающиеся формализации процедуры

творческого про- цесса проектирования. При этом экспертная компонента САПР ВС поз- воляет автоматизировать процесс выявления знаний непосредственно из высококвалифицированных конструкторов с возможностью последую- щего использования полученных знаний при эксплуатации САПР пользо- вателями невысокой квалификации. Главная сложность здесь заключается в том, что конструирова- ние ВС является слабоструктурированной проблемой.

В связи с этим для ее решения необходима структуризация ВС и ее элементов, заклю- чающаяся в определении классов их принадлежности и нахождении опи- сывающих предметную область множеств признаков, свойств и их шкал. Решение поставленной проблемы требует разработки системной модели ВС как объекта проектирования. Введение такого высокого уровня абстракции модели связано с необходимостью

предварительного структурирования предметной области с использованием системного подхода как метода, учитывающего многообразие сложных взаимных связей и всесторонне раскрывающего все аспекты ВС, рассмотрение которых является необходимым и достаточным для реализации процесса проектирования. Изложенное определило цель настоящей работы, предусматриваю 6 - щей проработку научно обоснованной методологии автоматизированного проектирования ВС с использованием экспертных компонент поддержки, предусматривающих

формирование базы знаний непосредственным извле- чением знаний из экспертов вакуумного машиностроения. Всесторонний анализ показал, что поставленные проблемы вызы- вают необходимость решения следующих исследовательских задач - проведение концептуального анализа ВС - разработка системной модели ВС как объекта проектирования - выбор модели представления знаний о ВС, обеспечивающей эф- фективное формирование и манипулирование знаниями конструктора рассматриваемой

предметной области - выявление основных процедур начальных стадий проектирования ВС и необходимого состава знаний их экспертной поддержки - разработка принципов и методики структурно-параметрического синтеза ВС с использованием экспертной компоненты - построение концептуальной модели процесса выявления экс- пертных конструкторских знаний при формировании базы знаний интел- лектуальной САПР ВС - разработка математических моделей функционирования основных структурных элементов

ВС - создание комплекса программных средств автоматизации на- чальных этапов проектирования ВС, реализующих указанные принципы организации интеллектуальной САПР. На защиту выносятся - системная модель ВС как объекта проектирования - концептуальная модель процесса автоматизированного выявле- ния конструкторских знаний при наполнении базы экспертной поддерж- ки САПР - методика структурно-параметрического синтеза конструкций -

7 - ВС верхних иерархических уровней описания - концептуальная модель знаний в интеллектуальной САПР ВС - математические модели функциональных элементов ВС - структура интеллектуальной САПР ВС с системой экспертной поддержки основных процедур проектирования - программные средства выявления знаний и экспертного сопро- вождения структурно-параметрического синтеза ВС на начальных эта- пах проектирования 8 - 1. СОВРЕМЕННОЕ

СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ 1.1. Вакуумные системы в технологическом оборудовании. Использование вакуума как технологической среды находит широ- кое применение практически во всех отраслях промышленности. Трудно сейчас указать на какие-либо отрасли современной науки и техники, где бы не использовались достижения вакуумной техники и техноло- гии, которые охватывают широкую номенклатуру различного по назна- чению

оборудования, использующего вакуум в качестве технологичес- кой или рабочей среды см. рис. 1.1 . Основными элементами этого оборудования являются вакуумные средства откачки, коммутацион- но-регулирующая аппаратура, измерительная техника и ряд типовых функциональных устройств. Наибольшее развитие вакуумное оборудование получило в техно- логическом, аналитическом и научном оборудовании производства электронной техники ЭТ , что определяется высокой сложностью, прецизионностью и уникальностью

используемого оборудования. Повышение производительности, надежности, а также ужесточаю- щиеся требования к качеству изделий и технологической среды обус- ловили эволюционное развитие вакуумного оборудования ЭТ в направ- лении от установок периодического действия, требующих напуска ат- мосферы и перезагрузки рабочей камеры каждый технологический цикл, к установкам полунепрерывного и непрерывного действия, обеспечива- ющих частичное или полное совмещение рабочих и вспомогательных операций основного технологического

процесса 1,2 . Специфические особенности вакуумного оборудования позволяют обеспечить непрерыв- ность технологического процесса лишь с использованием шлюзовых 9 - Вакуумное технологическое и научное оборудование L T T Электронная техника 750 760 Химическая пром. L L Радио и связь 750 760 Металлургия L L Космическая техника 750 760

Авиация L L Материаловедение 750 760 Медицинская пром. L L Атомная техника 750 760 Пищевая промышлен. L L Физика эл. частиц 750 760 Легкая промышлен. L L Ядерная физика 750 760 Приборостроение L L Оборона 750 L 760 Транспорт L L Рис. 1.1. Основные отрасли науки и техники, использующие вакуумное технологическое и научное оборудование 10

- загрузочных систем 1 и дополнительных рабочих камер для проведе- ния вспомогательных операций, что влечет за собой существенное ус- ложнение структуры, а следовательно количественного и качественно- го состава элементной базы вакуумных систем ВС 1,3,4 . Таким образом, динамика развития вакуумного оборудования предполагает дальнейшее увеличение количества вакуумных рабочих камер, усложне- ния ВС и как следствие - переход от однокамерных к двух- и много-

камерным ВС с различными системами шлюзования см. табл. 1.1 . Многокамерные установки, несмотря на высокую стоимость и сложность, обладают рядом существенных преимуществ, обуславливаю- щих их широкое и повсеместное внедрение в производство 5 . Основ- ными достоинствами являются - высокая воспроизводимость технологического процесса, дости- гаемая установившимися условиями вакуумной среды и предварительной обработкой изделий во вспомогательных рабочих

камерах - высокая производительность процесса, обусловленная одновре- менным проведением различных технологических операций в отдельных камерах - возможность использования различных физико-химических воз- действий в вакуумно-изолированных камерах - увеличение выхода годных изделий за счет снижения влияния привносимой дефектности из-за отсутствия контакта с атмосферой при транспортировке изделий из одной рабочей камеры в другую - возможность автоматизации технологического процесса путем полного исключения ручных операций

из технологического цикла обра- ботки изделий - стабильность и надежность работы аналитических приборов при отсутствии их контакта с технологической средой рабочей камеры. Всесторонний анализ технологий и структурных схем различного 11 - Таблица 1.1. Структурная эволюция вакуумного технологического оборудования. T T T Группы Структурная схема оборудования Тип T 1 0 1 0 750 760

Т К L 750-760 ШК 750-760 Т К L L 4 0 4 0 4 0 750-760 ШК410 750-760 Т К 750-760 ШК420 750-764 0 4 0 L L L 4 0 4 0 4 0 760 ШК410 760 Т К 760 ШК420 764 0 4 0 L L L 4 0 4 0 -760 ШК410 -760 ТК410 760 760 ТК4n0 -760 ШК420 760 L L L L 4 0 4 0 ТК410 ТК4l0 L-T T L-T T ШК410 ШК410 ШК4l0

ШК4l0 L-T L-T L-T L-T - Р К L-T T T T ШК4m0 ШК4m0 ШК4n0 ШК4n0 L-T L-T L-T L-T 4 0 ТК4m0 4 0 ТК4n0 L L L Условные обозначения ТК4i0 - технологическая камера ШК4i0, ШК4i0 - шлюзовые камеры РК - распреде- лительная вакуумная камера 12 - оборудования 6-21 выявил широкий спектр диапазонов рабочих дав- лений вакуумных процессов, что позволило выделить основные типы вакуумного оборудования и условно

классифицировать его по ряду технологических признаков и назначению см. рис. 1.2 . Неотъемлемой частью вакуумного оборудования, во многом опре- деляющей присущие ему свойства, является вакуумная система, основ- ным функциональным назначением которой является обеспечение и под- держание на заданном уровне требуемых условий вакуумной среды. Технологический процесс, структура и состав вакуумного оборудова- ния определяют основные потребительские

свойства требования , предъявляемые к ВС в целом и отдельным технологическим камерам в частности. Желаемое целевое состояние проектируемой ВС задается в виде требований технического задания ТЗ на разработку. Пра- вильность и степень оптимальности принимаемых проектных решений во многом зависят от полноты и непротиворечивости исходного ТЗ на проектирование ВС. Именно на этапе формирования ТЗ на разработку 22,23 закладывается качество будущих проектных решений

- только правильное, корректное, обоснование требуемых выходных параметров ВС по основным целевым критериям позволит обеспечить эффективное и надежное функционирование системы. В связи с этим ТЗ на проектиро- вание ВС, включая в себя целый комплекс функциональных, эксплуата- ционных, производственных и конструктивных требований, обязательно должно содержать 24,25 - назначение, принцип работы и основные количественные харак- теристики реализуемого на

ВС технологического процесса - режим работы, временные характеристики подготовительных и рабочих циклов - требуемое давление остаточного газа и его парциальный сос- тав - диапазон возможных вариаций парциальных давлений компонен 13 - 7 0Давление Па 105-110 1 0-1 0-1 -TT 0-1 -TT 0-1 0-1 0-1 -TT 0-1 0-1 0-1 0-1 0-1 0-1 -TT 1 105-100 1 0-1 0-1 0-1 0-1 0-1 0-1 0-1 0-1 0-1 0-1 0-1 0-1 1 105-90 1 0 -

1 0-1 -TT 0-1 0-1 0 -1 0-1 0-1 -TT TT TT 1 105-80 1 0-1 0-1 0-1 0-1 0-1 0-1 -TT TT TT 1 105-70 -1 0 - 1 0 1 0- 1 0-1 TT 0- 1 1 0 1 0 1 0 1 105-60 1-TT 0 1 0 - 1 0-1 TT - 1 0 105-50 1 0 1 0-1 TT 1 0 1 0 105-40 1 TT TT TT 1 0 1 0 4 0 1 0 4 0 1 0 105-30 1TT 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 105-20 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 4 0 1 0 105-10 1 - 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 10500 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 4 0 10510 1 1 0 1 0 10520 1

Тип оборудования 10530 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Рис. 1.2. Диапазоны рабочих давлений основных типов ваку- умного технологического оборудования. Тип оборудования технологического процес- са 1 - сушка изоляционной бумаги 2 - изготов- ление газоразрядных приборов 3 - сублимационная сушка 4 - исследование материалов 5 - обезгажи- вание расплавленного метала 6

- молекулярная дистилляция 7 - исследования в области низких температур 8 - отжиг и прокаливание металла 9 - электроннолучевая плавка 10 - зонная плавка и выращивание кристаллов 11 - термоядерные реак- ции 12 - вакуумные спектрографы 13 - изготовле- ние электровакуумных приборов 14 - электронные микроскопы 15 - масс-спектрометры 16 - напыле- ние тонких пленок 17 - аппаратура по молекуляр- ным пучкам 18 - имитация космоса 19 - ускорите- ли частиц 14 - тов остаточных газов - источники, величина, парциальный состав

и кинетика газового потока в камере, требуемого для реализации технологического про- цесса - возможные конструктивные материалы камеры, внутрикамерных устройств и элементной базы ВС - характеристики тепловых и электромагнитных процессов - интенсивность и пространственно-временное распределение по- токов корпускулярного и электромагнитного излучений - способы измерения и управления ВС - требования автоматизации технологического процесса - условия эксплуатации климат, температура прогрева,

ориен- тация в пространстве, вибрации, механические нагрузки - стоимость, эксплуатационные расходы - параметры надежности - ограничения на отдельные типы элементной базы ВС - допустимые массо-габаритные характеристики - особые требования мягкая откачка и т.п Анализируя состав требований к ВС со стороны технологического процесса и значения свойств существующего парка вакуумного обору- дования можно выделить основные классификационные признаки разбие- ния

ВС на типы 24,26 А. Необходимая степень разрежения - форвакуумные ВС предельное остаточное давление 0.1 Па - высоковакуумные ВС диапазон остаточных давлений 105-50 7 0 0.1 Па - сверхвысоковакуумные ВС остаточное давление 105-50 Па 15 - Б. Состав остаточной среды - ВС с масляной остаточной средой - ВС с безмасляной остаточной средой.

В. Количество рабочих камер - однокамерные ВС - многокамерные ВС. Г. Тип газовой нагрузки - ВС с сосредоточенными параметрами по газовой нагрузке и средствам откачки - ВС с распределенными параметрами. Д. Газокинетический режим - статические ВС создание разряжения и отключе- ние ВС - динамические ВС непрерывная откачка Здесь также необходимо отметить некоторые структурные особен- ности, присущие

ВС как системе. Это, во-первых, динамичное измене- ние структуры ВС при функционировании результат коммутации ваку- умной арматуры и, во-вторых, дискретность свойств типового ряда основных структурных элементов ВС элементной базы . Основными элементами любой ВС, определяющими принадлежность ВС к тому или иному типу, являются вакуумные средства откачки, к которым со стороны

ВС предъявляются следующие основные требования 6,25 быстрота действия по воздуху и газам диапазон рабочих давлений предельное остаточное и парциальные давления газов наи- большее давление запуска насоса длительность пускового периода содержание в остаточной среде углеводородов, паров воды, кислорода и других активных газов длительность работы без профилактики масса и габариты стоимость, простота и надежность в эксплуатации. Выбор типа откачного средства является весьма сложным и от 16 - ветственным этапом процесса проектирования

ВС. Практика свидетель- ствует, что зачастую этот выбор осуществляется конструктором на основе использования метода аналогии, что не всегда обоснованно, и обусловлено наличием узко очерченных рамок стереотипного мышления конкретного проектировщика. Анализ показал 27 , что 90 вакуумных установок как отечественных, так и зарубежных содержат в качест- ве средств откачки диффузионный насос с высоковакуумной ловушкой и механический вращательный насос в форвакуумной магистрали.

Лишь у 30 от общего числа установок предусмотрена возможность комплекта- ции турбомолекулярными, криогенными или ионно-сорбционными насоса- ми по индивидуальным заказам, а комбинация криогенного и цеолито- вого насосов используется лишь в небольшом числе вакуумных устано- вок. Широкое использование диффузионных насосов обусловлено их низкой стоимостью, небольшими массой и габаритами, простотой и на- дежностью работы, а также повышенной устойчивостью функционирова- ния при быстро меняющихся

газовых нагрузках 16,20,28 . Однако, обеспечить полностью безмасляную вакуумную среду возможно лишь с использованием турбомолекулярных, криогенных и гетероионных насо- сов, обладающих более высокими стоимостью, избирательностью по га- зам и сложностью в эксплуатации. Правильный выбор откачных средств предполагает также комбинирование насосов различных типов 29 . Анализ типовых структурных схем ВС 1,6,7,9,10,15,17,19,21, 26,27,30-34 показал, что существуют функционально

обусловленные устойчивые сочетания различных типов откачных средств и элементной базы ВС например, диффузионный насос-ловушка спаренные цеолито- вые адсорбционные насосы высоковакуумный-форвакуумный насосы криогенный насос-защитные тепловые экраны и т.п Таким образом, структурный синтез ВС на качественном уровне может быть выполнен как комбинирование типовых последовательно-параллельных цепочек в - 17 - единую сетевую структуру

ВС. Все выше сказанное позволяет сделать вывод о том, что слож- ность и многообразие возможных структур ВС, большое число жестких и порой противоречивых требований к ВС и ограничений, накладывае- мых технологическим процессом, возможность использования формаль- ных представлений там, где заканчивается интуитивное мышление, проведение детального анализа как можно большего числа аналогов и прототипов ВС, стремление к повышению эффективности разработок и росту производительности

труда конструктора требуют перехода к ав- томатизированному проектированию ВС. 1.2. Анализ работ по структурному синтезу. Задача синтеза структуры технического объекта - наиболее от- ветственная и сложная для формализации процедура, качество реали- зации которой во многом определяет качество будущего изделия. Существующие САПР в большинстве случаев предполагают выполне- ние этапа синтеза человеком, а ЭВМ используется лишь для верифика- ции предлагаемых вариантов структуры.

Однако, можно выделить нес- колько наработанных подходов к автоматизации задачи структурного синтеза технического объекта ТО 34 перебор законченных структур отсутствие синтеза как такового наращивание базовой структуры ТО выделение варианта из обобщенной структуры транс- формация описаний. В алгоритмах синтеза используются, как правило, комбинации нескольких подходов. При этом улучшение структуры-прототипа ТО подразумевает пять основных операций - добавить новый элемент

или отношение - удалить элемент или отношение из структуры - 18 заменить элемент или отношение - объединить два и более элементов в один многофункциональный - разбить полифункциональный элемент на множество монофункци- ональных. Однако, применять процедуры объединения или разбиения необхо- димо чрезвычайно осторожно, поскольку совмещение функций элемен- тов, машин и механизмов в одном рабочем узле дает огромный эффект лишь там,

где это логически вытекает из структуры и назначения проектируемого изделия. Между тем, опыт проектирования показывает 36 , что слепая погоня за модной идеей совмещения функций по принципу лишь бы выбросить дает отрицательный результат - нерацио- нальные конструкции. Анализ работ с точки зрения методологии структурного синтеза 35-51,55 позволил провести обобщенную классификацию основных ме- тодов синтеза структуры рис.

1.3 . Построенная классификация выделяет следующие основные принци- пиальные подходы к задаче структурного синтеза ТО - полный перебор законченных структур-прототипов или вариан- тов структур, сгенерированных над множеством базовых структурных элементов. Подобный подход для реальных технических объектов тре- бует огромных вычислительных ресурсов и, как следствие, на началь- ных этапах проектирования не используются - декомпозиция задачи на ряд более простых задач с целью уменьшения размерности необходимого полного

перебора - использование эвристических фактов и правил, позволяющих проектировщику интуитивно выбирать удачные или наиболее рациональ- ные направления синтеза структуры без полного перебора всех аль- тернатив - анализ обобщенной интегральной гипотетической структуры объекта и выделение на его основе структурных элементов, обеспечи 19 - Методы синтеза структуры объекта L T T T Методы Эвристические перебора методы L L Методы

Интегрально-гипо- декомпозиции тетические методы L L Эволюционные методы L Рис. 1.3. Основные методы структурного синтеза 20 - вающих оптимальное функционирование синтезируемой системы - эволюционный синтез структуры путем коррекции исходного простейшего варианта эвристическими и или оптимизационными мето- дами. Всесторонний анализ существующих разработок в области синтеза структур реальных технических объектов позволил выявить несколько основных направлений развития

методологии синтеза структуры. Это, во-первых, методы поискового конструирования 35,37-42 , основанные на качественном синтезе структуры на уровне совмести- мости сопрягаемых структурных элементов по входным и выходным воз- действиям. Как правило, формализация данного метода предполагает представление вариантов технических решений в виде ориентированно- го графа 22 , в котором узлам соответствуют возможные варианты элементной базы, а дугам - возможные соединения их между собой ма- териальными связями рис.

1.4 . В данном случае задача структурного синтеза заключается в вы- делении на графе множества возможных путей из условия качественной и количественной совместимости взаимодействующих элементов, а так- же поиске оптимального варианта пути на графе технического ре- шения среди выделенных, обеспечивающего минимум целевой функции проектирования. Наличие лишь качественной совместимости элементов при отсутствии количественной предполагает решение этой проблемы оптимизационными методами расшивки узких мест структуры,

т.е. уве- личением количественного состава элементов соответствующего типа 43 . Разнообразные методы направленного поиска путей на графовой структуре полный направленный перебор, поиск в глубину и т.п. широко известны и детально описаны в литературе 37,39,41,44 . Однако, реализация известных методов поиска для сложных структур с 21 Тип 1 Тип 2 Тип 3 Тип m 1-TTT 0 1 0 1-TTT 1 01 11 0- 760 2 1 -

760 3 1 - -760 761 0m 11 0 1L -0 L L 1L - 1-TTT 0 1-TTT 0 1 2 - 761 02 21 0- 761 03 21 0- -760 760 m 2 L 1L -0 1L -0 L 4 0 4 0. .4 0 4 0 .4 0 1S410 - 760 2S420 - 760 3S430 - -760 760 mS4m0 L L L L L L L L Рис. 1.4. Граф вариантов технических решений i j - структурный элемент технического L объекта i - тип элемента, j - ва- риант i-го типа m - число типов функциональных элементов

S4i 0 - число возможных вариантов элемента i-го типа 1-TTT 1 0n k1 0 - элементы возможного варианта структу- 1L -0 ры ТО 22 - большим числом элементов весьма затруднительна в силу большой раз- мерности пространства поиска, что требует неприемлемо больших вы- числительных ресурсов. Выход из этой ситуации может быть найден лишь путем перехода от поэлементного синтеза схем к групповому. Структурные элементы здесь группируются в типовые блоки, а синтез выполняется на уровне этих неделимых

функциональных модулей. Такой подход позволяет существенно снизить вычислительные затраты и об- легчить стыковку элементов между собой 45,46 . Данный метод структурного синтеза достаточно прост для форма- лизации и практической реализации, исключительно прозрачен и поня- тен проектировщику, но вместе с этим обладает следующими серьезны- ми недостатками. Во-первых, из рассмотрения автоматически могут быть исключены потенциально лучшие структуры, элементы

которой имеют наиболее приемлемые значения свойств, но оказались не совместимыми друг с другом по количественным или качественным признакам. Подобное усе- чение множества возможных вариантов структур не всегда оправдано, поскольку посредством включения дополнительных согласующих узлов между несовместимыми элементами можно получить порой наиболее ра- циональную конструкцию ТО. И во-вторых, синтез объекта лишь на ос- нове его одноуровневого представления не гарантирует физическую

реализацию выбранного варианта структуры на нижних уровнях ее ие- рархии. Это говорит о необходимости использования системного под- хода к структурному синтезу. Широко известными являются также методы последовательного синтеза объектов, осуществляемые на основе двудольного графа, но- сящего название И-ИЛИ дерева 23,37 . На нем в виде вершин изобра- жаются структурные элементы, в качестве которых в зависимости от иерархического

уровня абстрагирования могут выступать функциональ- ные модули, узлы, детали или элементы деталей. На этом же графе - 23 - присутствуют вершины другого типа - признаковые вершины И ИЛИ. Ду- ги графа означают связи между структурными элементами. И-ИЛИ дерево - удобное средство представления всего множества технических решений и выбора на нем элементов, отвечающих требуе- мым значениям признаков. Дерево технических решений имеет одну корневую вершину,

расположенную на самом высоком иерархическом уровне членения объекта. Эта вершина обозначает всю общность зак- люченных в дереве технических решений группу, вид, класс, род. Для построения общего дерева используется три метода 47 - вначале по одному техническому решению строится дерево, а затем оно достраивается по другим техническим решениям - строятся деревья по всем техническим решениям, а затем они объединяются - множество технических решений разбивается на подмножества,

внутри каждого из которых строится дерево, а затем они объединяют- ся. Каждая комбинация вершин дерева одного иерархического уровня поддерево представляет структуру определенного варианта техни- ческого решения, который может быть или уже известным, или новым, определенным на множестве вершин прадерева. Углубленный анализ показывает, что данный метод представляет собой лишь иную формальную интерпретацию вышеописанных поисковых методов синтеза, и следовательно их использование приводит пример-

но к равноценным результатам. Еще один метод структурного синтеза, который является наибо- лее развитым и широко используемым, основан на оптимизационно-ими- тационном подходе 17,39,48-51 , предполагающим нахождение гло- бально-оптимальной структуры проектируемого объекта и значений пе- ременных на этой структуре, т.е. проведение структурно-параметри 24 - ческой оптимизации. Задачи структурной оптимизации при проектиро- вании имеют некоторые особенности 35 , а именно одновременное

присутствие как дискретных, так и непрерывных переменных, которое предполагает решение смешанных задач математического программиро- вания структурные преобразования влекут за собой изменение числа и характера переменных, а следовательно функций ограничений и це- лей. Постановка задачи структурной оптимизации начинается с опре- деления набора рассматриваемых переменных по следующей методике 35 выбор таких переменных, которые могли бы описать по возмож- ности все множество

рациональных структур выбор и анализ методов преобразования структур, пополняя на их основе подмножествами вновь синтезированных структур рассматриваемое вариантное прост- ранство, а следовательно - описывающий его набор переменных выбор вектора независимых переменных, варьируемых при поиске оптимальных структур разбиение вектора переменных на две составляющие, обес- печивающие соответственно изменение структуры и параметрическую оптимизацию в рамках заданной структуры.

При условии возможного разбиения общей структуры объекта на определенные устойчивые неварьируемые участки, для оптимизации применима упрощенная схема динамического программирования, предпо- лагающая в своей основе - расчленение структуры на части, расположенные на разных ступенях иерархии - локальная оптимизация в пределах каждой части, где примени- мы методы полного перебора - взаимоувязка полученных локальных решений путем их согласо- вания с общим критерием и системой ограничений.

Недостатки данного метода заключаются в необходимости полной формализации процесса по каждому выделяемому участку структуры, а - 25 - также в субъективности критериев оптимальности, определяемых на основе регрессионного анализа предыдущего опыта конструирования объектов данного класса. С другой стороны, выбор проектного решения не всегда осущест- вим чисто математическими методами, что вызывает необходимость ис- пользования экспертных эвристических приемов синтеза, основные причины использования

которых заключаются в следующем 22,52,53 - отсутствие в полном объеме требуемой исходной информации при проектировании - отсутствие надежных единиц измерения для некоторых парамет- ров свойств объектов проектирования качественные признаки - необходимость в обосновании некоторых критериев оценки ка- чества проектирования и технологических ограничений - необходимость в проверке проектных решений, принятых на ос- нове аналитических методов - отсутствие единой целевой функции при проектировании, что вызывает

необходимость ранжирования проектных вариантов из конф- ликтного множества проектных решений. Следовательно, актуальной является задача формальной реализа- ции теории экспертного оценивания для ее большей однозначности и достоверности. На основании вышесказанного можно сделать вывод, что оптими- зационный подход к структурному синтезу детально проработан и в связи с этим находит широкое применение, однако в его основе лежат требования полной определенности функций и их значений, что делает его практически

не применимым на начальных этапах проектирования ТО, где всегда присутствует большая неопределенность. Таким образом, проведенный анализ различных подходов к зада- чам структурного синтеза и оптимизации показал практическое от 26 - сутствие приемлемых методов синтеза для начальных этапов проекти- рования ТО. Выход из сложившейся ситуации может быть найден на ос- нове комплексного совмещения вышеописанных методов структурного синтеза. Последовательная генерация структур, носящая итеррацион- ный характер 54

, должна осуществляться поисковыми методами на основе эвристических правил синтеза, учитывающих существующую не- определенность исходных данных, критериев, действий, функциональ- ных и логических зависимостей, с последующим выбором рациональной структуры оптимизационными методами. При этом в проектных задачах, подразумевающих получение еще не существующего объекта, и с учетом особенностей ВС наиболее приемлемым подходом к структурному синте- зу является выделение базовой структуры из обобщенной

модели с дальнейшей ее трансформацией на основе определенных эвристических правил генерации структуры. Следовательно, средства САПР, ориентированные на автоматиза- цию процедур структурного синтеза, в той или иной мере должны опи- раться на идеи и методы искусственного интеллекта 49,55 . Разнообразие систем искусственного интеллекта, используемых в САПР, в основном исчерпываются следующими основными типами - информационно-поисковые системы с диалоговым

интерфейсом на естественном языке - интеллектуальные пакеты прикладных программ для инженерных расчетов - интеллектуальные программно-методические комплексы для мо- делирования и анализа систем - экспертные системы. В системах структурного синтеза на начальных этапах проекти- рования целесообразным и логически обоснованным является использо- вание экспертных компонент в разрабатываемых САПР, формализация процедур которых осуществляется на основе формального представле 27 - ния коллективных

знаний группы высококвалифицированных экспертов о предметной области, к которой принадлежат синтезируемые объекты, и в частности, вакуумные системы. Следовательно, необходима разработка экспертной системы под- держки процедур синтеза проектируемого объекта, обеспечивающей эф- фективное формирование, хранение и обработку эвристических знаний конструкторов вакуумного машиностроения. 1.3. Анализ работ по автоматизации проектирования

ВС. Изучение вопросов, связанных с автоматизацией проектно-конс- трукторской деятельности, и в частности, с созданием САПР, показа- ло подробную проработку методических основ создания САПР, типовых структур подсистем САПР, правил построения и организации различных видов обеспечений САПР математического, программного, информаци- онного и других теоретических аспектов автоматизированного про- ектирования 23,49,56-58 . Большое внимание уделено и аппаратным средствам

САПР 57,59 . Однако, проблемы создания конкретных прик- ладных САПР достаточно полно решены лишь в областях электротехники и радиоэлектроники 60-62 . В разработке же САПР машиностроитель- ных объектов, к которым относятся и вакуумные системы, основной упор делается на автоматизацию отдельных процедур, автоматизиро- ванное проектирование отдельных элементов 63 , автоматизацию тех- нологической подготовки производства и изготовления конструктор- ской документации 64,67

. При этом отмечается сложность выработки единого универсального принципа конструирования технических объек- тов машиностроения, основанного во многом на трудноформализуемом творческом подходе 23,68 и неизбежность, в связи с этим, модифи- кации типовых структур их САПР 28 - Проблеме автоматизации проектирования ВС посвящено весьма незначительное число публикаций. Все они освещают лишь отдельные, хотя безусловно необходимые и важные аспекты этого процесса па- раметрический

синтез и оптимизация, моделирование течения газов по каналам различной конфигурации и распределения молекул в вакуумных объемах, вопросы графического отображения и документирования, вы- бор и анализ элементной базы ВС . К сожалению, этап структурного синтеза, от которого в наибольшей степени зависит качество будуще- го объекта практически полностью не проработан 69-81 . Достаточно полно наработаны и исследованы вопросы параметри- ческого синтеза и оптимизации по стоимостному

критерию принципи- альных схем ВС 77-81 . Однако, в рассматриваемых работах проекти- рование принципиальных схем предлагается осуществлять на основе жесткой структуры-прототипа, состоящей из фиксированного числа функциональных элементов ВС. Множество различных структур в данном случае формируется лишь заменой типоразмеров составных элементов схемы в пределах систематизированного ряда элементов данного типа, либо исключением определенных элементов из структуры. Подобный подход в большей степени относится к вопросам параметрического

синтеза и синтезом структуры, как таковым, не является. Следова- тельно, отсутствие возможности гибкого синтеза произвольной струк- туры проектируемой ВС позволяет говорить о ее оптимальности лишь с достаточной степенью условности, поскольку возможна только пара- метрическая оптимизация ее структурных элементов в рамках наперед заданной структурной схемы. Однако, наиболее существенным недостатком существующих разра- боток является отсутствие системного

подхода к проблеме проектиро- вания ВС, что означает отсутствие комплексного анализа ВС как объекта, являющегося неотъемлемой функциональной частью конкретной технической системы, находящейся в непрерывном взаимодействии с - 29 - факторами внешнего окружения. Необходимость проведения системного анализа подтверждается тем, что оптимизация структуры ВС лишь по стоимостному критерию, предлагаемая в ряде работ 77-81 , в подав- ляющем большинстве случаев

может привести к проектным ошибкам и, как следствие, разработке нерациональных с точки зрения экономи- ческой эффективности конструкций ВС. Это обусловлено тем, что учет, например, таких свойств технологического оборудования со- держащего ВС как ресурс, надежность, производительность, выход годных и т.п. может привести к тому, что экономически выгодней разработать более дорогостоящий вакуумный агрегат, обладающий большими быстродействием и ресурсом. В данном случае рост произво- дительности и надежности вакуумного

технологического или научного оборудования могут привести к значительному росту экономической эффективности использования более дорогого агрегата, чем дешевого, но менее производительного и надежного. Наиболее типично данный фактор проявляется в дорогостоящих технологиях микроэлектронного производства, где отказ в технологи- ческом процессе может привести к многомиллионным убыткам, не соиз- меримым со стоимостью вакуумной откачной системы. Таким образом, оптимизация при проектировании

ВС должна осуществляться на основе комплексного критерия оптимальности, учитывающего как свойства ВС, так и показатели качества вакуумного оборудования в целом 82 . Наибольшее число публикаций по вопросу автоматизации проекти- рования ВС посвящено проблеме моделирования процесса функциониро- вания ВС 69-73 . Однако и этот аспект полностью не проработан с точки зрения возможности эффективного использования

в составе САПР. Здесь выделяются несколько различных подходов к проблеме мо- делирования. Первым и наиболее типичным является алгоритмизация и программная реализация вакуумных расчетов по известным инженерным - 30 - методикам 83,84 . Данный подход весьма прост, прозрачен для поль- зователя проектировщика вакуумного оборудования , требует мини- мального объема исходной информации, но к сожалению, абсолютно не приемлем в САПР в силу своей структурной ограниченности.

Наиболее точными методами, позволяющими моделировать газовые процессы в системах любой конфигурации, являются имитационное мо- делирование методом Монте-Карло различных режимов течения газов по каналам произвольной формы 69,70,73 , а также различные методы двух- и трехмерного моделирования распределения молекул газовых компонентов в вакуумной системе 74 . Использование данных методов позволяет получить результаты моделирования, наиболее адекватные реальному

эксперименту. Однако, их прямое использование в действующих САПР весьма ог- раничено по ряду причин. Это, во-первых, необходимость создания сложнейших математических моделей геометрии вакуумного объема для каждой конкретной компоновочной схемы и режима работы вакуумного оборудования, что требует постоянного вмешательства высококвалифи- цированного инженера-математика на каждый случай использования САПР. Вторым, и не менее существенным недостатком данного подхода к моделированию,

является неприемлемо большие время получения ре- зультата до нескольких суток в сложных системах и требуемые вы- числительные ресурсы, на что в диалоговых САПР накладываются особо жесткие ограничения. К тому же, трудоемкость учета столкновений между молекулами газов не позволяет расчитывать на современных ЭВМ реальные вакуумные системы изучению поддаются лишь упрощенные случаи . С другой стороны, данные методы моделирования необходимо использовать в качестве

вспомогательных подсистем, что позволит осуществлять имитационное моделирование функционирования различных типовых и вновь появляющихся элементов ВС, результаты которого способствуют исследованию и созданию адекватных эмпирических функ 31 - циональных моделей элементной базы ВС, пригодных для использования в интерактивных САПР. Не менее интересными методами моделирования вакуумных процес- сов в системах произвольной структуры,

обладающими приемлемой эф- фективностью с точки зрения трудоемкости и времени получения ре- зультата, являются 71,72 . В их основу положена аналогия процес- сов, протекающих в вакуумных и электрических системах. Данный под- ход получил свое логическое завершение и практическую реализацию. Однако, получаемые на их основе результаты моделирования приемлемы лишь как первое приближение, поскольку основаны на большом числе условных допущений и упрощений.

Причиной этому является тот факт, что данные методы не позволяют учесть множество факторов, являю- щихся специфическими для реальных вакуумных систем, а именно га- зовыделение и поглощение газов всеми стенками вакуумного объема память многих материалов по газам, существенно влияющая на вид ма- тематической модели элемента напуск реакционных технологических газов, локальный нагрев и охлаждение отдельных частей ВС, а следо- вательно - неоднородность газового состава по рабочему объему

ВС. Существенным недостатком также является возможность получения с помощью электрической модели лишь частных решений дифференциальных уравнений, что накладывает свои ограничения на множество приемле- мых для рассмотрения структурных схем ВС. Существенной особенностью, затрудняющей создание САПР ВС, яв- ляется отсутствие многих количественных зависимостей между показа- телями качества ВС и проектными параметрами, а также слабая струк- туризация и формализация процессов проектирования,

для которых ха- рактерны логические рассуждения и описания ситуаций или объектов на естественном языке. Сложность создания подобных зависимостей заключается в необходимости проведения больших серий дорогостоящих - 32 - экспериментов, а также невозможности обработки эмпирических данных вследствие малых серий, а иногда уникальности, выпускаемого ваку- умного оборудования. Следовательно, решение проблемы автоматизации начальных этапов проектирования

ВС в большей степени базируются на интуитивно-эмпирическом подходе. Таким образом, детальный анализ накопленного опыта в области автоматизации проектирования ВС позволил сделать вывод, что устра- нить недостатки, препятствующие созданию эффективной САПР ВС, обеспечить структурно-параметрический синтез и моделирование ВС произвольной структуры с высокой степенью достоверности и опти- мальности, возможно лишь создав высокоинтеллектуальную

САПР, со- держащую в своем составе экспертные компоненты, которые позволяют формально представить и программно реализовать эмпирические зна- ния, а также эвристические правила и приемы, используемые высоко- квалифицированными специалистами при разработке вакуумного обору- дования в традиционном ручном проектировании. 1.4. Анализ способов представления конструкторских знаний. Эффективная экспертная поддержка разрабатываемой интеллекту- альной

САПР ВС невозможна без выбора рационального способа предс- тавления инженерных знаний конструктора данной предметной области. Можно сформулировать две группы требований к системе предс- тавления инженерных знаний 85 . Требования первой группы предпо- лагают универсальность, целостность и открытость системы предс- тавления знаний. Эта группа требований способствует повышению эф- фективности и высоким эксплуатационным характеристикам разрабаты- ваемой системы. Вторая группа требований регламентирует функцио- нальные

возможности системы и является определяющей при практичес- ком использовании САПР. Требования второй группы подразумевают - 33 - обеспечение следующих факторов - адекватности отображения предметной области, т.е. такого описания, при котором возможно моделирование любых процессов, про- исходящих в данной предметной области и существенных для выделен- ного класса задач - естественной формы описания предметной области в системе знаний, позволяющей создать удобный для человека интерфейс с вы- числительной

системой в процессе постановки и решения задач - многоуровневости описания предметной области, обеспечиваю- щего решение сложных задач проектирования, характеризуемых динами- ческим изменением системы знаний - сочетания процедурных и декларативных методов в одной сис- теме знаний, позволяющей, с одной стороны, достаточно просто опи- сать основные понятия и терминологию предметной области, а с дру- гой стороны, задать функциональные зависимости и конструкторские действия при принятии решений, характерных для

данной области. Различают два типа инженерных знаний, определяющих способы их формального представления декларативные и процедурные знания . Декларативный подход к описанию знаний более понимаем экспер- тами в конкретной предметной области, но вместе с тем требует соз- дания процедур поиска решений в зависимости от поставленных целей. Процедурный подход к представлению знаний позволяет достаточно просто получить требуемое решение, но вызывает необходимость до- полнительной работы эксперта по соответствующей интерпретации

предметной области. Он также менее нагляден по сравнению с декла- ративным. К декларативному способу представления знаний можно отнести логический метод и семантические сети. Типичным представителем процедурного способа являются продукционные системы. Фреймовый - 34 - способ представления знаний определенным образом сочетает в себе декларативный и процедурный подходы. Следовательно, выбор того или иного способа представления знаний во многом определяется информационной

спецификой описывае- мой предметной области и того класса задач, которые предстоит ре- шать с использованием создаваемой базы знаний. Анализ литературных источников позволил выделить минимальный состав знаний, необходимых конструктору при проектировании техни- ческих объектов практически любой предметной области - свойства объектов конструирования, окружения и пространс- твенно-временные соотношения между ними - условия синтеза объектов конструирования, содержащих описа- ния структурных элементов, образующих

синтезируемый объект, их ок- ружения, а также пространственно-временные отношения между ними и порядок этих отношений - зависимости между свойствами объектов конструирования всех уровней иерархии - зависимости между свойствами, объектами и пространствен- но-временными отношениями объектов. Среди основных форм традиционного представления конструктор- ских знаний можно выделить следующие текст, графическое изображе- ние, формулы и таблицы. Более подробный семантический анализ ос- новных форм

представления знаний выделяет конкретные виды конс- трукторских знаний таблица 1.2 . При углубленном рассмотрении основных видов и форм традицион- ного представления инженерных знаний можно выделить следующие их особенности - отсутствие универсальной теории, адекватно описывающей про- цессы конструирования, не позволяет сформулировать знания о пред- метной области в виде единой строгой математической модели и форме 35 - Таблица 1.2. Основные формы традиционного представления конструкторских

знаний. T T T N Формы Виды Содержание п п знаний знаний 1 Текст Описание Наиболее распространенный вид знаний, используемый для задания объектов, их свойств и отношений между свойствами. Утвержде- Является результатом анализа ние существующих закономерностей и содержит, как правило, условия синтеза объектов. Пример Описание отношений между объектами с конкретными числовыми значениями 2

Графи- Чертеж Отражает геометрические свойства ческое схема, объектов и или пространственные изобра- рисунок отношения между ними. жение График Содержит сведения об изменении свойств объектов в процессе прос- транственных и временных отношений Фотогра- Является иллюстративным материалом фия в конструировании. 3 Формула Теорети- Дает количественную оценку свойств ческая и отношений, а также отражает зависи- объективные закономерности взаимо- мость действия объектов.

Эмпири- Получается статистической обработ- ческая кой имеющихся экспериментальных завис. данных. 4 Таблица Наиболее естественная форма хране- ния эмпирических знаний об объектах, их свойствах и отношениях L - 36 - наиболее подходящей для машинной обработки - эмпирический характер большинства конструкторских знаний ограничивает возможность их обобщения, снижает степень их досто- верности и тем самым приводит к нечеткости знаний - зависимость количественных знаний от конкретных производс- твенных условий существенно

влияет на проектное решение для раз- личных производств - отсутствие научно-обоснованной систематизации и структури- зации при изложении знаний конструирования в учебниках и моногра- фиях - описание объектов и ситуаций на качественном языке, т.е. с использованием смысловой информации, которая не может быть предс- тавлена количественно - большой объем инженерных знаний, которые в различных источ- никах зачастую неодинаковы, дублируют, дополняют, а иногда и про- тиворечат друг другу - существование постоянного

процесса эволюции конструкторских знаний - преобладание декларативного характера описания знаний над процедурным - многозначность и многообразие терминов и отсутствие единс- тва по терминологическим вопросам. Многообразие и особенности видов и форм знаний конструирова- ния таковы, что невозможно указать единого способа представления знаний, эффективного для всех видов и форм знаний. Следовательно, наиболее целесообразным является смешанный способ представления знаний, в котором одновременно

присутствует декларативная и проце- дурная информации. Наиболее логичным с этой точки зрения представ- ляется способ организации знаний о предметной области в виде фрей 37 - мовых моделей, построенных над семантическими сетями, что позволя- ет эффективно сочетать в модели знаний следующие преимущества раз- личных систем представления высокий уровень структуризации знаний, позволяющий доста- точно просто описывать знания, содержащиеся в виде классификато- ров, иерархических

структур и древообразных схем - естественность формы иерархического представления и наг- лядность знаний, соответствующих семантике предметной области - высокие адаптационные свойства и гибкость базы знаний - объединение декларативного и процедурного способов предс- тавления знаний - возможность представления обобщенных знаний - возможность представления нечетких знаний о предметной об- ласти. Таким образом, актуальным является создание оригинальной сис- темы представления и манипулирования

конструкторскими знаниями, позволяющая реализовать в себе все вышеописанные принципы построе- ния системы знаний с учетом особенностей, присущих различным типам инженерных знаний. ВЫВОДЫ 1. Проанализированы характерные области и условия применения ВС в различных типах оборудования. Установлено, что в большинстве случаев конструктивная реализация ВС определяет основные функцио- нальные свойства технологического оборудования в целом.

2. Обоснована необходимость автоматизации начальных этапов проектирования ВС, во многом определяющих качество будущих проект- ных решений см. приложение 1 . 3. Проведен анализ и классификация различных подходов к - 38 - проблеме структурного синтеза. Установлено, что в условиях неопре- деленности функций практическое их использование на начальных эта- пах проектирования затруднено.

4. Определено, что с учетом особенностей ВС целесообразным является разработка интеллектуальной САПР ВС с экспертной системой поддержки основных процедур синтеза, предусматривающих выделение базовой структуры из обобщенной модели с последующей ее трансфор- мацией на основе определенных эвристических правил генерации. 5. Осуществлен анализ работ по автоматизации проектирования ВС. Вскрыты недостатки существующих разработок, заключающиеся в отсутствии системного подхода к проблеме

проектирования ВС и комп- лексного анализа ВС как неотъемлемой функциональной части конкрет- ной технической системы. 6. Определены особенности автоматизации проектирования ВС, заключающиеся в слабой структуризации и формализации предметной области и основных проектных процедур. 7. Вскрыты особенности представления инженерных знаний, зак- лячающиеся в эмпирическом характере большинства знаний и невозмож- ности представления конструкторских знаний о предметной области в виде единой строгой

математической модели. 8. Проведен анализ способов представления конструкторских знаний, показавший, что для вакуумного оборудования наиболее при- емлемым является фреймовая модель представления знаний, построен- ная над семантической сетью 39 - 2. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ 2.1. Системная модель ВС. Проведение целенаправленного рационального синтеза ВС, являю- щейся сложной многоуровневой иерархической системой, требует сис- темного подхода к анализу

ВС при проектировании, что позволяет учесть все многообразие взаимозависимых и часто противоречивых факторов 86 . Проведение концептуального анализа объекта проектирования предполагает разрешение ряда проблем, а именно - декомпозиция ВС на типовые функциональные элементы и модули ФМ - выявление свойств выделенных элементов, а также параметров и признаков их характеризующих - нахождение всех взаимосвязей свойств ВС и ее структурных элементов - построение на основе найденных зависимостей

свойств матема- тических моделей функционирования ВС в целом и ее ФМ в частности, существенных целей и критериев - выявление существенных для процесса извлечения знаний приз- наков и свойств описания объекта. Необходимость решения поставленных задач требует создания четко структурированного описания ВС в виде системной модели, всесторонне вскрывающей все необходимые для качественного проекти- рования аспекты ВС. Задача структурно-параметрического синтеза

ВС относится к начальным этапам процесса проектирования, на 70-80 формирующим облик будущего изделия 37 . Работа на начальных этапах ведется на - 40 - уровне технического предложения, не предусматривающего детальной проработки проектируемого объекта. Следовательно, достаточно рас- сматривать ВС в виде двухуровневой системы ВС - функциональные модули . Системная модель ВС, необходимая для выявления и раскрытия ее системных характеристик, а также отношений

между ними, в зависи- мости от поставленной цели описание, анализ или синтез объекта на начальных этапах проектирования может быть двух видов 87 - системная модель, описывающая ВС как объект проектирования ВС4о0 - системная модель ВС, как необходимая информация для процес- са проектирования ВС4п0 Системная модель описания ВС как объекта проектирования сов- мещает структурно-параметрическое

статическое-7S0 и функциональное динамическое-7F0 описания. Причем, функциональное описание 7F0 ВС полностью определя- ется ее структурно-параметрическим описанием 7S0 , поскольку функциональные свойства любого объекта напрямую зависят от струк- туры ТО, а также от значений свойств его структурных составляющих. И наоборот, функциональное описание объекта неоднозначно определя- ет его структурное описание, что

является основой развивающегося в конструировании функционального подхода. Следовательно, связь этих описаний представляет собой однозначное соответствие f 7S 0-76 F0. Формально двухуровневую системную модель для описания ВС можно представить в виде следующих соотношений 87 7 720 7 5k7S5i0 5k0I,5k0F,5k0S,5k0П,5k0Z,5k0C 5i6,0 6 0k 0,1 i 1,n4k0 ВС4о7 0 7 0 2.1 720 5k7F5i0 5k0W4вх0,5k0W4вых0,5k0Z5ф0,5k0G,5k0H,

T 5i6,0 k 0,1 i 1,n4k0 79 - 41 - где индексы k 0,1 - соответственно нулевой или первый уров- ни членения, представляющие ВС как целое или на уровне ее функцио- нальных модулей ФМ i - i-й ФМ, входящий в ВС на первом уровне членения n4k0 - число ФМ на данном уровне членения при k 0 - n4k0 1 I - множество имен ФМ F - множество функций ФМ S - множество структур

П - множество признаков, описывающих компоненты систем- ной модели на качественном уровне Z - множество свойств С - мно- жество отношений связи ВС ФМ с окружением W4вх 0- входные дейс- твия окружения на ВС ФМ W4вых 0- выходные действия системы ФМ на окружение Z5ф 0- состояние ВС ФМ , описывающее значения свойств объекта в данный момент времени

G - оператор выходов Н - опера- тор перехода Т - время. Первая строка системы отношений 2.1 описывает ВС и ФМ как целое, вторая строка дает системное описание функционирования ВС и ФМ как целостной структуры и как структурных составляющих. Множество признаков П представляет собой объединение следую- щих подмножеств

П 4f0П 7u0 4s0П 7u0 4z0П 7u0 4c0П , где 4f0П - множество функциональных признаков 4s0П - множество структурных признаков, характеризующих отношения 4z0П - множество признаков свойств объекта 4c0П - множество признаков связей. Оператор выходов определяется следующим образом G T 7 0 Z5ф0 7 0 W4вх0 -760 W4вых0 , т.е. он позволяет определить параметры выходных процессов по параметрам начального состояния и входных действий. Оператор переходов представляет собой отображение

Н T 7 0 Z5ф0 7 0 W4вх0 -760 Z5ф 0 , 5tо t т.е. определяет состояние ВС подсистемы в момент времени t по параметрам начального состояния t4o0 4 0и входных воздействий 42 - Таким образом, с помощью этих операторов можно построить раз- личные уравнения функционирования, зная содержание компонентов Z5ф0, W4вх0, W4вых0 и отношения между ними. Графическое представление двухуровневой системной модели, объединяющей статическое структурное и функциональное

описания ВС как объекта проектирования приведено на рис. 2.1. Системная модель, представляющая информацию о ВС, необходимую для процессов проектирования и конструирования ВС4п0 имеет не- сколько иной вид. Это связано с тем, что установить функциональные зависимости операторы выходов и перехода для еще не существую- щего объекта не представляется возможным, поскольку предполагается

вообще говоря, что структура объекта не известна. Однако, сущест- вуют необходимые ресурсы известные прототипы, типовые структурные элементы , которые служат основой для модернизации и синтеза новых решений при проектировании ВС. Следовательно, существует возмож- ность раскрытия неизвестных операторов выходов и переходов через функциональные элементы ВС на основе информации из системной моде- ли, описывающей ВС как объект модель ВС4о0 . Таким образом, для формирования требуемых зависимостей сис- темная модель

проектирования должна содержать еще компоненты, ха- рактеризующие структуру процесса функционирования ВС S4ф0 , а также все взаимосвязи между элементами, их свойствами и свойствами окружения, что позволяет построить уравнения проектирования и функционирования, на основе которых осуществляется синтез проекти- руемой системы. Для выбора наилучшей структуры из множества синтезированных или прототипа ВС необходимо введение в модель критериев, позволяю- щих оценить эффективность принимаемых проектных

решений. На основе вышесказанного системная модель ВС, как необходимая информация для процессов проектирования и конструирования ВС 43 - 20-й уровень -7 70 7 70 77 0 77 0 77 0 770 77 0 77 0 77 0 77 0 77 0 77 0 77 0 77 0 7 7 o 5o0O 77 0 7 0 7 7 5o0C 77 0 7 0 7 7 г T 77 0 5o0I ВС 7 0 7 0 7 7 77 0 7 0 7 0 7 7 77 0 7 0 7 0 5o7S0 7 0 7 0 7 7 L 77 0 7 0 Структурно-параметрическое 7 0 7 7 описание 77 0 7 0 7 0 7 7 7 0

Функциональное 77 0 7 0 описание 7 0 7 7 77 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 7 5 0 5o7F0 77 0 7 0 7 0 7 21-й уровень0 7 0 7 0 7 7 - 77 0 77 0 77 0 770 77 0 77 0 77 0 77 0 770 77 0 7 0 7 7 0 7 0 4 o7 0 7 0 7 4o7 0 770 7 0 7 0 7 7 510O5i0 7 0 510O5j0 7 0 77 0 7 0 7 7 510C5i7 0 7 510C5j7 0 770 7 0 7 0 7 7 г T г T 77 0 7 0 7 7 0 510I5i0 7 0 7 0 7 0 510I5j0 5 7 0 77 0 7 0 7 7 5 0 77 0 7 0 7 7 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 7 0 7 0 7 7 517S5i0 517S5j0 77 0 7 0 7 7 0 7 0L 7 0 7 0 7 0 7 0L 7 0 7 7 0 7 0 7 7 4o0 7 0 41 i 0 41 i 0 41 j 0 7 0 4o W4вх0 W4вх 0 W4вых0 4 0 W4вых0 4 0W4вых 760 7 0 760 7 517F5i7 0 760 7777 0 760 7 517F5j7 0 76 0 76 L 510W5j0 L 77 0 7 0 7 7 0L - 5вх0L -7 7 0 7 0 7 7

L 77 0 77 0 77 0 770 77 0 77 0 77 0 77 0 770- 77 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 7 L 77 0 7 0 7 0 7 7 L - 77 0 7 0 7 7 L 770 7 70 77 0 77 0 77 0 770 77 0 77 0 77 0 77 0 77 0 77 0 770 - Рис. 2.1. Двухуровневая системная модель ВС 44 - должна иметь следующий вид 87 7 0 5k0L5i0 , k 0,1 i 1,n4k0 72 720 7 5k7S5i0 5k0I,5k0F,5k0ТО5 0,5k0A,5k0G,5k0U,5k0П,5k0Z,5k0C,5k0W,5k0 Q 5i6, 72 ВС4п7 0 7 0 k 0,1 i 1,n4k0 2.2 72 720 5k7F5i0 5k0W4вх0,5k0W4вых0, 5k 17F5i0 ,5k0S4ф0,5k0Z5ф0, 5k 10Z5ф0

,5k0Z4ф, 725 0 5 i 790 5k0Z4о0,5k0R,T 5i6,0 k 0,1 i 1,n4k0 где L - множество целей проектирования ВС ФМ на k-ом иерархическом уровне ТО5 0- множество известных ТО на k-ом уровне членения ВС A - множество абстрактных функциональных элементов G - множество геометрических элементов, однозначно соответствующих абстрактным

U - множество отношений между элементами следова- ния, совместимости, включения и т.д. W - множество соответ- ствий, определяющих уравнения проектирования, конструирования и функционирования Q - множество соответствий, оценивающих эффек- тивность проектируемого объекта 5k 17F5i0 - множество системных мо- делей функционирования на следующем k 1 - ом уровне членения ВС ФМ S4ф0 - структура процесса функционирования объекта 5k 10Z5ф0 5 0- множество состояний технических

подсистем Z4ф 0- множест- во свойств, характерных для процессов функционирования Z4o 0-4 0мно- жество свойств окружающей среды эксплуатации R - множество усло- вий существования и прекращения процесса смысл других обозначений был раскрыт ранее. Проблема структурирования и формализации описания ВС выдвига- ет в качестве основной задачи выявление логических, регрессионных или функциональных зависимостей

между свойствами ВС и его функцио- нальных элементов, а также взаимосвязей их параметров и требований с условиями внешнего окружения. Построенная системная модель позволяет перейти к формализации - 45 - установленных отношений, используя широко известный аппарат мате- матического анализа, дискретной математики и математической логи- ки, для проведения структурно-параметрического синтеза конструкции ВС. Методика этого процесса основана на детальном раскрытии и на- полнении конкретным содержанием всех

компонентов системной модели, а также трансформации ее на этой основе в соответствующую в за- висимости от поставленных целей концептуальную модель ВС 88 . Поскольку концептуальная модель КМ , являясь обобщением мно- жества математических моделей, описывает целые классы ТО, то формирование КМ должно осуществляться коллективом независимых экс- пертов, взаимно дополняющих и уточняющих друг друга. Т.е. КМ - это абстрактное обобщение частных

КМ различных разработчиков одной предметной области 89 . Разработанная таким образом КМ в дальней- шем должна являться общей для всех специалистов, которые на основе экспертных знаний настраивают ее на конкретные условия данного ок- ружения. 2.2. Функции и структуры ВС. 2.2.1. Функции ВС. Основным компонентом, являющимся ядром системной модели ВС см. выражение 2.1 и характеризующим назначение технического объекта любого уровня иерархии, является

выполняемая ТО функция. Понятие функции F объекта определяется двояким образом, как потребительская - F4п 0и техническая - F4т 0функции ТО 35,87 . Потребительская функция F4п 0- это производимое ТО действие, приводящее к реализации интересующей человека потребности, т.е. назначение ТО. Техническая функция F4т 0- описывает внутрисистемные действия - 46 - между элементами ТО, приводящие к реализации его потребительской функции

F4п 0путем преобразования некоторого входного воздействия, т.е. однозначно описывается в виде оператора выходов F4т0 T 7 0Z5ф 7 0 W4вх 0-76 0W4вых0. Развивая работу 35 , описание потребительской функции любого ТО, и в частности ВС, можно представить в виде четверки множеств следующего вида F D, X, H, 4f0П4 0 2.3 где D - множество действий, производимых ВС и приводящих к желаемому результату X - множество объектов операндов , на ко- торые эти действия

направлены H - множество особых условий и ог- раничений выполняемых действий 4f0П - множество функциональных признаков, позволяющих конкретизировать и иерархически структури- зовать описание функции ВС ФМ . В конкретном описании функции ТО любого уровня могут отсутс- твовать компоненты H и 4f0П при условии, что их значения не лимити- рованы или информация о них очевидна и однозначно вытекает из зна- чений D и X. Реализация обобщенной потребительской функции

ВС 5о0F - форми- ровать вакуумную среду определенного состава - через ее техничес- кую функцию позволила на основе признака сложность функции и всестороннего анализа опыта конструирования разработчиков ВС раз- личных отраслей выделить множества действий - D D5i0, i 1,9 , операндов - X X5i0, i 1,9 и окружения - H H5i0, i 1,9 таблица 2.1 , характеризующих девять рабочих функций первого иерархического уровня 5o0F 510F5i0,

i 1,9 . Дальнейшее разбиение понятия функции ВС признаком значи- мость формирует два подмножества рабочих функций - основные 510F4o 0и 4i вспомогательные 510F4в0 510F 510F4о0 7u 510F4в0, где 510F4о0 510F4о0, i 1,5 47 - Таблица 2.1. Описание обобщенной функции ВС. T T К о м п о н е н т ы ТО N T T T п п D X H П 1 Удалять Газы и пары Из вакуумного 4f0П объема - значимость - важность.

2 Разобщать Полости эле- Вакуумно-гер- П4d0 и сообщать ментов ВС метично - способ дей- ствия 3 Напускать Газы и пары В из вакуум место дей- и ной среды ствия выпускать дозированным - степень потоком действия - характер ВС 4 Сообщать Полости эле- Вакуумно-гер- 7 0действия ментов ВС метично - режим дей- ствия. 5 Содержать Технологичес-

Вакуумно-гер- П4x0 кие элементы метично - тип операн- да 6 Улавливать Газы и пары Между эле вид операн- ментами ВС да - состояние 7 Измерять Газы и пары Давление в операнда. вакуум. среде П4h0 - вид среды 8 Передавать Энергию В вакуумную - температура среду среды - характерис- 9 Удалять Газы и пары Из материала тика среды. в вак. объем

L - 48 - 4i 510F4в0 510F4в0, i 6,9 таблица 2.2 . Множество основных функций 510F4о 0первого уровня иерархии задает принцип функционирования и общую структуру ВС. Вспомогательные функции 510F4в 0способствуют улучшению качества реализации основных и подключаются в функциональную структуру ВС только по мере необхо- димости. Таким образом, глобальные функциональные признаки сложность и значимость позволяют осуществить декомпозицию

обобщенной пот- ребительской функции ВС по уровням иерархии описания. Конкретизация описательной формулировки функции любого уровня членения, а также составление подробного словаря функций ВС и ее ФМ осуществляются на основе анализа эволюционного развития ВС см. п. 1.1 путем разбиения понятия функции признаками действия - П4d0, операнда - П4x 0и объектов окружения, характеризующих условия выпол- няемых действий -

П4h0. Конкретное описание функции на данном уровне ее иерархии определяется вектором значений указанных признаков в пространстве П4d 7 0П4x 7 0П4h0. Практически на всех уровнях функциональной конкретизации ВС используются следующие множества инвариантных признаков П4d0, П4x0, П4h0 П4d 0 способ действия, место действия, степень действия, ха- рактер действия, режим действия 2.4 П4x0 тип операнда, вид операнда, состояние операнда

П4h0 вид среды, температура среды, характеристика среды . Конкретные множества признаков, используемых для функциональ- ного описания, сформированы на базе инвариантных и представляют собой модификацию множеств 2.4 . Множества существенных признаков П4d0, П4x0, П4h 0и их значений для функций первого уровня функциональной иерархии ВС 510F5i0, i 1,9 представлены в таблице П.2 приложения 2.

Большая мощность множества конкретных функциональных формули 49 - Таблица 2.2. Рабочие функции первого уровня иерархии ВС. T T T Функция N Соподчиненные функции Соответствующий п п класс ТО - ФМ Основные. 1 510F510 - удалять газы и пары из Насосы 5о0 вакуумного объема 2 510F520 - разобщать и сообщать гер-

Вакууумная 5o0 метично полости элеметов ВС коммутационная аппаратура 3 510F530 - напускать и выпускать газы 5o0 и пары в из вакуумной среды Натекатели дозированным потоком 4 510F540 - сообщать полости элементов Коммуникации 5o0 ВС 5o0F 5 510F550 - содержать вакуумно-герме- Рабочие 5o0 тично элементы технологи- камеры ческого процесса Вспомогательные . 6 510F560 - улавливать газы и пары

Ловушки 5в0 между элементами ВС 7 510F570 - измерять давление газов и Вакууметры 5в0 паров в вакуумной среде 8 510F580 - передавать энергию в Вводы 5в0 вакуумную среду 9 510F590 - удалять газы и пары из Нагреватели 5в0 материала в вакуумный объем L - 50 - ровок в пространстве признаков 4f0П 7 0П4d 7 0П4x 7 0П4h 0даже для первого иерархического уровня членения ВС вызывает необходимость использо- вания методов комбинаторного

анализа и, как следствие, не позволя- ет привести в работе полный перечень функций этого этапа. В качестве примера формирования представим детализацию ос- новной функции 510F51 0 удалять газы и пары из вакуумного объема , 5о конкретизируя ее формулировку следующим набором значений признаков см. табл. П.2 приложения 2 41 П4d 0 Способ действия механический, химический, физико-химичес- кий, электрофизический 42 П4d 0 Место действия непосредственного действия, удаленное от объекта 43

П4d 0 Степень действия низкий вакуум, высокий вакуум, сверхвы- сокий вакуум 44 П4d0 Характер действия удалять, связывать 45 П4d 0 Режим действия непрерывный, кратковременный, повтор- но-кратковременный 41 П4x0 Тип операнда газы, пары, газо-паровая смесь 42 П4x0 Вид операнда химически активный, инертный, агрессивный 43

П4x 0 Состояние операнда вязкостный режим, молекулярно-вязкост- ный режим, молекулярный режим 44 П4x0 Характеристика операнда масляный, безмасляный 41 П4h 0 Температура среды прогреваемая, непрогреваемая, охлаждае- мая 42 П4h0 Электромагнитные возмущения есть, нет 43 П4h0 Вибрации есть, нет . 41 1 Подставляя значения признаков в абстрактную функцию

F4o 0 уда- лять газы и пары из вакуумного объема , имеем одно из описаний следующего вида непрерывно удалять механическим способом удален 51 - ную химически активную газо-паровую смесь в молекулярном режиме течения до достижения в непрогреваемом объеме безмасляного высоко- го вакуума при отсутствии электромагнитных возмущений и допусти- мости небольшой вибрации , что соответствует ТО турбомолекулярный высоковакуумный насос . Вводя другие значения признаков из признакового пространства

П4d 7 0П4x 7 0П4h 0 получают все множество конкретных описаний абстракт- 41 1 ной функции F4o0, а также множество соответствующих им ТО сущест- вующих или еще не созданных . Таким образом можно генерировать пространство возможных функциональных описаний ТО и анализировать соответствие качественных описаний существующих ТО их виду. Подобное разбиение признаками базовых рабочих функций позво- ляет сформировать иерархическое

дерево функций ВС, как необходимо- го средства для поиска и анализа технических решений. Графически дерево функций представляет собой двудольный граф, имеющий в своем составе вершины двух типов рис. 2.2 вершины И , описывающие отношения включения множества функций более низкого уровня 5 i 10F5j0, j 1,n4l0 в описание соответствующей функции надуровня 5i0F5l0, где n4l 0- общее число соподчиненных функций рабочей функции 5i0F5l0, а так- же вершины

ИЛИ , характеризующие варианты конкретизированного описания функции текущего уровня родо-видовые отношения 5i0F5l0 4i l 4j0F , j 1,k4li 0 , где k4li 0- число конкретных описаний функции, полученных разбиением функции 5i0F5l 0признаками 4f0П, П4d0, П4x0, П4h0. При этом, путь по графу от вершины И до терминальной вершины типа ИЛИ на данном уровне определяет конкретный ТО воплощения функции 5i0F5l0. В свою очередь, свойство функции соответствовать определенным объектам

используется при поиске семейств и классов ВС ФМ , ко- торые различаются присваиваемыми им именами т.е. существует од- нозначное соответствие между классом, описываемым именем объектов 52 - -7 70 7 70 77 0 77 0 77 0 770 77 0 77 0 77 0 77 0 77 0 77 0 77 0 77 00-й уровень7 0 7 7 77 0 7 0 7 0 7 7 Обобщенная функция ВС 4о0 5o0F 77 0 7 0 7 0 7 7 77 0 7 7 сложность -760 750- 77 0 1-й уровень 7 7 77 0 7 7 410 420 410 420 410 420 410 420 410 410 5 0 410 460 4 10 470 77 0 41x0F4o5 41n0F4o5 4110F4o5 0 410F4o0 F4o0 5 0 F4в5 4 0 410F4в0 7 7 77 0 5o0 5o 0 5o0 5o0 5 0 5o0 5o0 4 5o0 7 7 77 0 410 420 410 420 410 420 410 420 410 420 7 0 410 470 4 10 470 7 7 41y0F4o0 5 41m0F4o5 4120F4o5 0 420F4o0

F4o0 5 0 F4в5 0 4 20F4в0 77 0 7 0 7 7 5o0 5o 0 5o0 5o0 5 0 5o0 5o0 4 0 5o0 5 0 77 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 7 77 0 7 0 7 0 7 7 410 420 410 450 410 490 4 0 77 0 4k0F4o0 F4o0 F4в0 4 0 7 7 77 0 5o0 5 0 5 0 5o0 5o0 4 0 7 7 77 0 410 410 420 410 410 7 7 П4h0 П4x0 П4d0 П4d0 П4d0 77 0 7 7 7 0 7 0 77 0 7 7 7 0 Основные базовые Вспомогательные 770 функции функции7 7 7 0 770 77 77 2Начальные этапы проектирования7 0 7 7 L 770 7 70 77 0 77 0 77 0 770 77 0 77 0 77 0 77 0 77 0 77 0 770 -

2-й уровень 427 417 0 7 4o7 4o0 427 410 F4o0 4 0 4 0F4в 4о Рис. 2.2. Фрагмент функционального дерева ВС 4о0 - вершины типа И 4о0 - вершины типа ИЛИ 53 - I см. выражения 2.1 , 2.2 и его функцией F см. таблицу 2.2 . Таким образом, построенное дерево функций позволяет выделить конкретные группы из классов ФМ ВС, соответствующие уточненным значениям функций 510F5i0 при двухуровневом

анализе ВС . Следовательно, функциональный подход к проблеме проектирова- ния ВС позволяет абстрагироваться от мыслительных стереотипов, связанных с конкретным объектным воплощением ФМ, определить необ- ходимые объекты и их свойства для формирования модели функциониро- вания ТО, а также проводить поиск технических решений на функцио- нально-логическом уровне, придавая конкретное объектное содержание функциям лишь на заключительных этапах процесса синтеза

ВС. 2.2.2. Структуры ВС. Процесс проектирования ВС на начальных стадиях формально представляет собой создание, поиск и преобразование различных ас- пектов структур ВС 87 . В связи с этим актуальной является зада- ча определения полного множества структур различного вида на каж- дом уровне иерархии ВС см. выражения 2.1 , 2.2 , необходимо- го и достаточного для отображения синтеза

ВС как процесса поиска и выбора структуры, обладающей качественной определенностью функ- цией и требуемым набором значений свойств. В общем случае структуру ВС на верхних уровнях иерархического членения можно описать следующим множеством видов структур S S5 0, U5s0 , где S5 0- множество структур откачных модулей ВС структурных единиц , представляющих собой устойчивую совокупность вакуумного средства откачки и необходимого

набора ФМ, обеспечивающих достиже- ние и поддержание требуемых вакуумных условий форвакуумные, высо- ковакуумные модули и их комбинации U5s 0- множество отношений свя 54 - зи временных и или пространственных откачных модулей. Причем, S5 0 имеет семь аспектов описания S5 0 S4d0, S4ф0, S4а0, S4м0, S4в0, S4п0, S4г0 , 2.5 где S4d0, S4ф0, S4а0, S4м0, S4в0, S4п0, S4г0 4 0- соответственно структура действий, функциональная, абстрактная,

морфологическая, вариант- ная, пространственная, и геометрическая структуры. Признаковое описание структурных элементов ВС, а также мно- жество отношений между этими элементами определяют конкретный вид структуры ВС, каждую из которых можно представить следующим обоб- щенным выражением 5n0 5n0 5n 8а0x 8е0 y4i0 7L0 PQ x,y4i0 7 0V PR y4i0,y4j0 760 8е7 m 0 PS x,7m0 2.6 4i 10 4i 10 4i 1 4j i 1 где PQ - предикат, означающий, что объект x состоит из мно- жества элементов y4i0, i 1,n

PR - предикат, означающий, что между элементами y4i 0и y4j 0существует отношение, имеющее в различных видах структур разную сущность PS - предикат, означающий, что объект x имеет структуру S, описываемую матрицей смежности7 0 7m0 . В общем случае структуры различного вида характеризуются так- же определенными типами, которые в порядке возрастания сложности разделяются на последовательные, параллельные, параллельно-после- довательные, последовательно-параллельные, иерархические, сетевые

и смешанные. Как отмечалось в главе 1, ВС может иметь любой из пе- речисленных типов структур, причем более жестким и разнообразным требованиям, предъявляемым к ВС, соответствует как правило более сложный тип структуры. Таким образом, начальные стадии проектирования ВС подразуме- вают последовательный синтез и преобразование структур S, т.е. конкретизацию концептуальной модели

ВС см. выражения 2.1 , 2.5 первых двух иерархических уровней членения - 55 - 5 k0S4d0 -765 k0S4ф0 -765 k0S4а0 -765 k0S4м0 -765 k0S4в0 -765 k0S4п0 -765 k0S4г0, k 0,1 . Структура действий S4d 0 D, U5d 0 состоит из множества выпол- няемых ВС или откачным модулем действий и отношений следования U5d0, указывающих на порядок действий. Структура S4d 0строится в том слу- чае, когда конструктора не

удовлетворяют известные функциональные структуры и он ищет новые S4ф0. На рис. 2.3 представлен мультиграф множества базовых типовых 4 структур откачного модуля ВС S4d0, где D4i0, i 1,9 - действия, реали- зующие обобщенную функцию ВС см. табл. 2.1 . Причем, реальная структура S4d 0ВС, характеризующая типовой алгоритм функционирования данного класса технологического оборудования, как правило, включа- ет в себя несколько взаимосвязанных

фрагментов из множества типо- 4 вых структур S4d 0 данное замечание справедливо и для всех остальных видов структур . Предпосылкой генерации всевозможных функциональных структур S4ф 0из структуры S4d 0является отсутствие в последней какой-либо ин- формации о входах, выходах и операндах. Функциональная структура S4ф 0может быть представлена в виде S4ф 0 F, U5ф 0 , где F - множест- во рабочих функций

ВС U5ф 0- множество отношений следования. S4ф0, как правило, строится исходя из дерева функций ВС, представленного 4 на рис. 2.2. Сформированное множество базовых структур S4ф 0типового модуля откачки, граф которого топологически совпадает с графом 4 структур S4d0, представлен на рис. 2.3. Здесь 510F5i0, i 1,9 - множество рабочих функций первого уровня членения ВС см. табл. 2.2 . Поскольку в общем случае ВС имеет сложную структуру смешанно- го типа, включающую

в себя на функциональном уровне множество ти- 4 повых структурных фрагментов S4ф 0откачных модулей, то построение обобщенного мультиграфа всевозможных структур S4ф 0для ВС в целом рис. 2.5 представляется возможным лишь с использованием средств 56 - D415 0 510F510 4о5 o D425 0 510F520 D495 0 510F590 4о5 o 5в0 5о D435 0 510F530 D485 0 510F580 4о0 5о o 5в 4о0 4о D475 0 510F570

D445 0 510F540 5в0 5o 5о о D465 0 510F560 D455 0 510F550 5в0 5o 4 0 4 Рис. 2.3. Множество типовых базовых структур S4d 0 S4ф0 откачно- го модуля ВС. T1T 4 0 4 f0 41 70 1 S4фв0 U450 4о0 F4в0 1 4 0 4 0 4 1 6 0 4 0 4 1 2 0 4 0 4 0 1 1 0 41 10 4 0 4f0 4 0 F4в0 4 0 4f 0 4 0 F4о0 4 f0 1-TTTT0 1TTTT 0 410 481 1 0

F4o0 4о0 U410 4о0 U420 4о0 U430 4о0 4о0 F4в1 1 0 4f0 4 0 4 0 4 0 1 41 50 4 0 1 0 4 f1 1 0 U460 4 0 4 0 4 0 4 0 1 0 F4о0 1 0 U441 1 0 410 440 1 0 1 1 0 F4о0 4о0 1- 0 1 - 1 0 4f0 1 0 4 1 4 1 0 4f1 1 0 U480 1 0U471 1 0 410 420 4 1 4 0 4 0 1 41 40 1 1 0 F4о0 4о0 4 1 4 0 4 1 0 F4о о0 1 1 0 4f0 1 0 1 1 0 U490 1 0 1 1-TTTT T0 1T-4 0 4f1 1 0 1 0 410 440 1 0 4 0 4 0 U4101 1 0 1 0

F4о0 4о0 4f1 0 1 1 0 1 0 U4111 0 4 0 41 41 41 21 0 1 1 0 1L 4f1 0 1 -0 4f0 4 0 F4о 0 4f1 4 0 F4о 0 1 1 0 4o0 U4120 4о0 U4130 4o0 U4140 4о0 1 1 41 30 410 410 4 0 4 0 4 0 4 0 1 1 0 F4o0 F4о0 4 0 4 0 4 0 1 0 1 0 1 0 4 1 0 1 0 1 0 S4фф1 0 1L 0 Рис. 2.4. Граф функциональной структуры S4ф0 типовой ВС 26 4 0 1 0 4 S4фв0, S4фф 0- соответственно, функциональные структуры высоковакуумного и форвакуумного

откачных модулей 57 - вычислительной техники. В качестве примера на рис. 2.4 представлен граф S4ф 0реальной структуры типового варианта ВС оборудования нане- сения тонких пленок методом термического испарения 26 . Данный граф является подмножеством обобщенного мультиграфа функциональных структур ВС см. рис. 2.5 . В свою очередь, каждой рабочей функции

F5i 0структуры S4ф 0можно поставить в соответствие некий реализующий ее обобщенный родовой элемент - функциональный модуль, являющийся абстрактным объектом A5i0, который обладает неким набором общих свойств и имеет множество вариантов своего исполнения, наследующих общие свойства данного ФМ и отличающихся от него оригинальными свойствами. Таким образом, абстрактная структура S4a 0 A, U5a 0 имеет множество взаимосвязан- ных родовых элементов

A A5i0 см. выражение 2.2 , исполняющих функции F5i0 , а также множество отношений связи U5a0. Установим требуемое взаимнооднозначное соответствие F5i 750-76 0A5i см. табл. 2.2 510F51 0- функция вакуумного средства откачки 5o 510A51 0- множество типов вакуумных насосов 510F52 0- функция вакуумной 5o коммутационной аппаратуры 510A52 0- множество типов ВКА 510F53 0- функ- 5o ция 5 0вакуумного5 0 натекателя 5 0 510A53 0- множество5 0 типов натекателей 510F54 0-

функция вакуумной коммуникации 510A54 0- множество типов комму- 5o никаций трубопроводов, распределительных камер 510F55 0- функция 5o рабочей камеры 510A550 - множество типов вакуумных рабочих камер 510F56 0- функция вакуумной ловушки 510A56 0- множество типов вакуумных 5в ловушек 510F57 0- функция вакууметра 510A57 0- множество типов вакуумет- 5в ров 510F58 0- функция вакуумного ввода 510A58 0- множество типов вакуум-

5в ных вводов 510F59 0- функция нагревателя 510A59 0- множество типов наг- 5в ревателей. На рис. 2.6 показан граф структуры S4a 0приведенного выше примера S4ф0 см. рис. 2.4 . Структура S4a 0является основой для построения морфологической структуры S4м 0ВС, которую, как отмечалось выше см. п. 2.1 , на 58 - 770 770 F510 F590 4o0 F520 770 4o0 4o0 77 4s0 U4120

F584o0 4o0 F530 4o0 4o0 770 F570 7 0 5 0 F540 77 770 770 4o0 4o0 4 F560 F550 4 0 F510 S4ф20 F590 4o0 F520 L 770 T 770 770 4o0 4o0 770 7 .4 s F584o0 4o0 F530 . U42n . 4o0 4o0 770 F570 F540 770 7 4o0 4o0 4 0 770 770 F560 F550 4 0 S4ф10 F510 L 770 770 F590 4o0 F520 77 4о7 4о7 7 F584o0 4o0 F530 4s0 U41n0 4o0 4o0 770 F570 F540 77 4o0 4o0 4

F560 F550 4 0 S4фn0 L 770 770 Рис. 2.5. Обобщенный мультиграф функциональных структур S4ф0 ВС в целом 59 - начальных этапах проектирования необходимо и достаточно предста- вить в виде двухуровнего дерева. Морфологическая структура S4м0 A 7u0 B , U410 7u0 U420 имеет два подмножества5 0вершин A A5i0 - типы ФМ вершины И и B B5i0 - множество вариантов техни- ческого исполнения типов

A5i 0 вершины ИЛИ , а также два подмно- жества отношений U410 - отношения включения между элементами A5i0 U420 - родовидовые отношения между элементами множеств A и B. Структура S4м 0ВС в виде двудольного дерева представлена на рис. 2.7, где Н - вакуумный насос ВКА - вакуумная коммутационная аппаратура Нт - вакуумный натекатель Ком - вакуумная коммуника- ция

К - рабочая камера Л - ловушка В - вакууметр Вв - ва- куумный ввод Нг - нагреватель 4о0 - вершины И 4о0 - вершины 41 i 0 4 1 i ИЛИ 4s0П4j 0- значения структурных признаков 4s0П , характеризующих j-е варианты исполнения i-го типа абстрактных элементов на первом иерархическом уровне членения. Замена в структуре S4a 0на основе сформированного

S4м 0абстракт- 4i ных элементов A5i 0конкретными вариантами их исполнения B4j 0образует вариантную структуру S4в 0 B, U5в 0 , где U5в 0- конкретные отношения 4i соединения между вариантами исполнения B4j0 4 0 в отличие от абстракт- ных отношений связи U5d0, U5ф0, U5a0, U5м 0. При этом декартово произве-

4i дение 720S4в72 0 П B4j 0определяет множество всевозможных вариантов ре- 5i,j шений при проектировании ВС. Мощность множества всевозможных вариантных структур S4в 0ВС ве- лико и не поддается оценке, поэтому в качестве иллюстрации на рис. 2.8 приведен граф возможного варианта структуры S4в0, где вершины 510B51 0- диффузионный высоковакуумный насос 510B51 0- механический 51 2 вращательный насос 510B520 - высоковакуумный шиберный затвор 51 510B520, 510B52 0-

электромеханический вакуумный клапан 510B53 0- натека- 520 530 51 тель с ручным приводом 510B55 0- вакуумная камера 510B54 7 510B54 0- 510 51 4 60 - T1T 4 0 4 a0 4о1 70 1 S4ав0 4 0 4 0 4 1 6 0 4 0 4 1 2 0 4 0 U450 A 1 4 0 4a0 4 0 A 4 0 4a 0 4 0 A 4 a0 1-TT0 1T0 1TTTT 0 410 481 1 0 41 10 4о0 U410 4о0 U420 4о0 U430 4о0 4о0 A 1 1 0 A 4a0 4 0 4 0 4 0 1 41 50 4 0 1 0 4 a1 1 0

U460 4 0 4 0 4 0 4 0 1 0 A 1 0 U441 1 0 410 440 1 0 1 1 0 A 4о0 1- 0 1 - 1 0 4a0 1 0 4 1 4 1 0 4a1 1 0 U480 1 0U471 1 0 410 420 4 1 4 0 4 0 1 0 41 40 1 1 0 A 4о0 4 1 4 0 4 1 0 A 4о0 1 1 0 4a0 1 0 1 1 0 U490 1 0 1 1-TTTT T0 1T-4 0 1 1 0 1 0 410 440 4о0 4a1 0 4a1 1 0 1 0 A U4111 0 4 0 41 41 41 21 0U4101 1 0 1L 4a1 0 1 -0 4a0 4 0

A 4 0 4a1 4 0 A 4 0 1 1 0 4o0 U4120 4о0 U4130 4o0 U4140 4о0 1 1 41 30 410 410 4 0 4 0 4 0 4 0 1 0 4 0 1 0 A A 4 0 4 0 4 0 1 0S4аф1 0 1L 0 Рис. 2.6. Граф абстрактной структуры S4а0 типовой ВС 26 . T T 2Уровень 00 о ВС 41 i 1 i0 4s0П 4s0П4j 2Уровень 10 о о B4110 Множество вариантов о Н о о B41k0 - насосов L 4 0о4 0о B4210 Множество вариантов о ВКА о о B42l0 - ВКА L 4 0о4 0о

B4310 Множество вариантов о Нт о о B43m0 - натекателей L о о B4410 Множество вариантов о Ком о о B44n0 - коммуникаций L о о B4510 Множество вариантов о К о о B45p0 - рабочих камер L о о B4610 Множество вариантов о Л о о B46q0 - ловушек L о о B4710 Множество вариантов о В о о B47r0 - вакууметров

L о о B4810 Множество вариантов о Вв о о B48s0 - вводов L о о B4910 Множество вариантов о Нг о о B49t0 - нагревателей L Рис. 2.7. Морфологическая структура S4м0 ВС 61 - различные виды вакуумных трубопроводов 510B56 0- азотная вакуумная 51 ловушка 510B570 - тепловой вакууметр 510B580 - контактный ввод дви- 51 1 жения . Отличие структур S4в 0и S4a 0 см. рис.

2.6 состоит в том, что элементы в S4в 0имеют конкретные имена вместо абстрактных в S4а0, а абстрактные отношения связи заменены на конкретные отношения сое- динения. Пространственная структура S4п 0представляет собой развитие ва- риантной структуры S4в0, отражающая компоновку ВС в пространстве S4п 0 B, U5п 0 , где U5п 0 410U5п 7u 420U5п 7u 430U5п 0- множество пространс- твенных отношений, представляющее

собой объединение отношений трех типов взаимного расположения 410U5п0, принадлежности 420U5п 0и направле- ния ориентации 430U5п0. Эти отношения имеют следующие множества значений 410U5п 0 параллельное, соосное, перпендикулярное, симметричное, сверху, снизу, справа, слева, спереди, сзади 420U5п0 внутреннее, внешнее 430U5п 0 по l4x0, по l4y0, по l4z0, против l4x0, против l4y0, против l4z 0 , где l4x0, l4y0, l4z0 - оси декартовых координат. Множество структур S4п 0для выбранного варианта

S4в 0определяется множеством значений U5п0. Конкретное описание пространственных отно- шений между элементами множества B определяется вектором значений отношений из пространства 410U5п 7 420U5п 7 430U5п0. Причем множество конк- ретных пространственных отношений, характеризующих структуру S4п0, должно быть не противоречивым с точки зрения физической реализации данной структуры отсутствие возможных пересечений в пространстве графических образов элементов

ВС, ограничения на пространственное расположение отдельных элементов . Граф одного из вариантов пространственной структуры рассмат- риваемого примера ВС см. рис. 2.8 представлен на рис 2.9, где 62 - T1T 4 0 4 в0 41 70 1 S4вв0 U450 4о0 B410 1 4 0 4 0 4 1 6 0 4 0 4 1 2 0 4 0 4 0 1 1 0 41 10 4 0 4в0 4 0 B410 4 0 4в 0 4 0 B410 4 в0 1-TTTT0 1TTTT 0 410 481 1 0

B410 4о0 U410 4о0 U420 4о0 U430 4о0 4о0 B411 1 0 4в0 4 0 4 0 4 0 1 41 50 4 0 1 0 4 в1 1 0 U460 4 0 4 0 4 0 4 0 1 0 B410 1 0 U441 1 0 410 440 1 0 1 1 0 B410 4о0 1- 0 1 - 1 0 4в0 1 0 4 1 4 1 0 4в1 1 0 U480 1 0U471 1 0 410 420 4 1 4 0 4 0 1 41 40 1 1 0 B420 4о0 4 1 4 0 4 1 0 B43 о0 1 1 0 4в0 1 0 1 1 0 U490 1 0 1 1-TTTT T0 1T-4 0 4в1 1 0 1 0 410 440 1 0 4 0 4 0 U4101 1 0 1 0

B420 4о0 4в1 0 1 1 0 1 0 U4111 0 4 0 41 41 41 21 0 1 1 0 1L 4в1 0 1 -0 4в0 4 0 B44 0 4в1 4 0 B43 0 1 1 0 4o0 U4120 4о0 U4130 4o0 U4140 4о0 1 1 41 30 410 410 4 0 4 0 4 0 4 0 1 1 0 B410 B420 4 0 4 0 4 0 1 0 1 0 1 0 4 1 0 1 0 1 0 S4вф1 0 1L 0 Рис. 2.8. Граф вариантной структуры S4в0 типовой ВС 26 T1T 4 0 4 п0 41 70 1 S4пв0 U450 4о0 B410 1 4 0 4 0 4 1 6 0 4 0 4 1 2 0 4 0 4 0 1 1 0 41 10 4 0 4п0 4 0

B410 4 0 4п 0 4 0 B410 4 п0 1-TTTT0 1TTTT 0 410 481 1 0 B410 4о0 U410 4о0 U420 4о0 U430 4о0 4о0 B411 1 0 4п0 4 0 4 0 4 0 1 41 50 4 0 1 0 4 п1 1 0 U460 4 0 4 0 4 0 4 0 1 0 B410 1 0 U441 1 0 410 440 1 0 1 1 0 B410 4о0 1- 0 1 - 1 0 4п0 1 0 4 1 4 1 0 4п1 1 0 U480 1 0U471 1 0 410 420 4 1 4 0 4 0 1 41 40 1 1 0 B420 4о0 4 1 4 0 4 1 0 B43 о0 1 1 0 4п0 1 0 1 1 0 U490 1 0 1 1-TTTT

T0 1T-4 0 4п1 1 0 1 0 410 440 1 0 4 0 4 0 U4101 1 0 1 0 B420 4о0 4п1 0 1 1 0 1 0 U4111 0 4 0 41 41 41 21 0 1 1 0 1L 4п1 0 1 -0 4п0 4 0 B44 0 4п1 4 0 B43 0 1 1 0 4o0 U4120 4о0 U4130 4o0 U4140 4о0 1 1 41 30 410 410 4 0 4 0 4 0 4 0 1 1 0 B410 B420 4 0 4 0 4 0 1 0 1 0 1 0 4 1 0 1 0 1 0 S4пф1 0 1L 0 Рис. 2.9. Граф пространственной структуры S4п0 типовой

ВС 26 63 - множество пространственных отношений между элементами описывается тройками следующего вида U5п0 соосно, внешняя, по l4z0 , i 1,5 5i U5п0 соосно, внешняя, против l4z0 U5п0 сверху, внешняя, по l4z0 56 7 U5п 0 справа, внешняя, по l4x 0 U5п 0 соосно, внешняя, по l4x0 , 58 i i 9,11,12,14,18 U5п 0 соосно, внешняя, против l4x0 , i 10,13 . 5i Таким образом, исходя из весьма абстрактных описаний

структу- ры ВС получено ее конкретное описание в виде некоторой понятийной семантической модели, в которой каждый структурный элемент и от- ношения имеют конкретные имена в терминах, понятных разработчику вакуумного оборудования. Дальнейшая задача состоит в преобразовании этой модели в гра- фическую структуру ВС на основе функции соответствия понятия эле- мента его графическому образу компонент G в выражении 2.2 . Любой реальный объект ВС отождествляется конструктором с некоторым концептом, который

описывается графической структурой. Графический образ ВС как целостного ТО получают компоновкой структур ФМ на ба- зе S4в0 и S4п0. Геометрическая структура S4г 0введена для реализации на ЭВМ разработанных моделей структур в виде схем или чертежей и явно конструктором не описывается. Следующим этапом концептуального анализа

ВС как объекта про- ектирования является определение состава и взаимосвязей ее свойств, проявляющихся при взаимодействии ВС с окружением. 2.3. Свойства и признаки ВС и ее структурных составляющих. Важным этапом построения концептуальной модели ВС как объекта проектирования 87 является определение свойств Z см. выражения 2.1 , 2.2 64 - Свойства ВС характеризуются параметрами и признаками 4z0П, а также их

значениями. Причем значение признака - это качественная характеристика свойства объекта, в то время как значение параметра имеет количественное выражение. На основании того, что свойства ВС проявляются при ее взаимо- действии с окружением, возникает необходимость конкретизации свойств ВС путем анализа состава окружения, т.е. всего не принад- лежащего ВС множества технических систем, но связанного с ней и оказывающего на нее существенное влияние.

Окружение ВС описывается следующим набором компонент 5k0O 5k0O410 5k0O4i0 5k0O490 , 2.7 где соответственно k - рассматриваемый уровень иерархическо- го членения ВС 5k0O41 0- управляющие объекты человек, робот, ЭВМ 5k0O42 0- эксплуатация на всех стадиях существования ВС 5k0O43 0- взаимо- действующие сопряженные ТО 5k0O44 0- производство 5k0O45 0- технологи- ческий процесс, которому способствует ВС 5k0O46 0- изготавливаемое посредством технологического процесса в

ВС изделие 5k0O47 0- источник энергии 5k0O48 0- режимы функционирования 5k0O49 0- окружающая среда эксплуатации. Взаимодействие ВС с окружением порождает множество связей 5k0C, определяющих в свою очередь то или иное свойство ВС 49 5k0C 7u0 5k0ВС 7 0 5k0O4i0 5k0C 5k0C4i0, i 1,9 . 5i 1 На рис. 2.10 показан мультиграф связей ВС с окружением, поз- воляющий выявить множество соответствующих свойств ВС. Описание свойств ВС любого уровня иерархии представляет собой множество троек вида

Z5i0 I5i0, P5i0, 4z0П5i0 , i 1,n, 2.8 где n - общее число свойств ТО I5i0 - имя свойства Z5i0 4i P5i 0 P5i 0 , 4z0П 4z0П4j 0 - множества параметров и признаков, ха- 5j рактеризующих свойство Z5i0 65 - 5k0O41 о 5k0O490 5k0O42 4o0 4 0 5k0C410 4o 5k0C490 5k0C42 5k0C480 5k0ВС 5k0O480 5о0 5о0 5k0O43 5o0 5k0C43 5k0C470 5k0C44 5k0O470 5о0 4о0 5k0O44 5k0C460 5k0C45 4o0 4о 5k0O460 5k0O45 Рис. 2.10. Мультиграф связей ВС с окружением. 4f0Z 5о0 5о0 4h0Z 4k0Z 5o 0 5 0 4 5 0 5о0 4p0Z Рис. 2.11. Мультиграф связей между классами свойств

ВС 66 - С точки зрения проектирования наиболее важным является приз- нак класс , отражающий взаимодействия ВС с окружением, в которых проявляется рассматриваемое свойство. Разбиение свойств данным признаком позволяет сгруппировать их по следующим основным клас- сам функциональные, эксплуатационные, производственные и конс- 4o o o o труктивные свойства ВС 4f0Z, 4h0Z, 4p0Z, 4k0Z соответственно . 4o Основными функциональными свойствами 4f0Z

ВС являются произво- дительность, предельный вакуум и состав остаточной среды. 4o Основными свойствами 4h0Z являются надежность, ремонтопригод- ность, сохраняемость и эргономичность. 4o Производственные свойства 4p0Z ВС проявляются во взаимодействии с производством. С точки зрения конструирования к ним относятся технические и экономические свойства, основными из которых являют- ся трудоемкость, материалоемкость, энергоемкость.

4o Конструктивные свойства 4k0Z ВС проявляются при взаимодействии структурных составляющих ВС и во многом определяются конструктором. Мультиграф связей между классами свойств ВС представлен на рис. 2.11. Количественно все классы свойств ВС описываются значениями соответствующих наборов параметров функциональных, эксплуатацион- ных, производственных или конструктивных , приведенных в таб- лице П.2 приложения.

Свойства ВС 5o0Z определяются свойствами ее структурных сос- тавляющих ФМ первого уровня членения 510Z , во многом отличающи- мися от свойств, присущих ВС в целом, что обусловлено изменением состава окружения ФМ4i 0по сравнению с ВС. При этом свойства ФМ4i 0ВС описываются аналогичным образом 510Z5i0 510Z5i0, 510Z5i0, 510Z5i0, 510Z5i0 , 2.9 5f 0 5 h 0 5p 0 5 k - 67 - где 510Z5i 0- множество свойств i-го

ФМ 510Z5i0, 510Z5i0, 510Z5i0, 510Z5i 0- со- 5f 0 5 h 0 5p 0 5 k ответственно множества функциональных, эксплуатационных, произ- водственных и конструктивных свойств i-го ФМ i 1,9 - индекс принадлежности соответствующему ФМ ВС см. табл. 2.2 . Основные параметры свойств структурных составляющих ВС предс- тавлены в таблице П.3 приложения 2. Взаимосвязи существенных пара- метров

ВС и ее структурных элементов представлены в виде графов рис. П.1-П.10 и таблицы П.4 приложения 2. Инвариантные значения признаков 4z0П, описывающие параметры свойств ВС и ее функциональных модулей приведены в таблице П.3. 2.4. Цели проектирования ВС. Важной системной характеристикой, описывающей процесс проек- тирования ВС, является цель проектирования компонент L в выраже- нии 2.2 .

Желаемое целевое состояние ВС, которым должна обладать синте- зируемая конструкция, задается техническими требованиями в ТЗ. Од- нако самой цели как движущей силы процесса конструирования ВС в ТЗ не содержится, т.к. среди существующих конструктивных воплощений ВС ТО5 0 в выражении 2.2 возможно наличие аналога, отвечающего заданным техническим требованиям. Исходя из выражения 2.1 , конкретную конструкцию, реализую- щую заданную функцию

F и имеющую фиксированную структуру S, опишем определенным набором параметров T4k0 I, P, h 4k0 2.10 где I - множество имен свойств ВС P - множество параметров свойств ВС h - множество значений параметров свойств ВС k 1,n - номер рассматриваемой конструкции n - число существующих кон- струкций ВС 68 - ТЗ, в свою очередь, есть ни что иное, как подобное описание требуемой конструкции

ТЗ I5 0, P5 0, h5 0 2.11 где I5 0, P5 0, h5 0 - соответственно требуемые имена свойств ВC , пара- метры свойств и их значения см. табл. П.4 приложения 2 . Поиск аналогов осуществляется сравнением характеристик свойств выражения 2.10 для различных k с соответствующими зна- чениям выражения 2.11 . Эквивалентность имен I4k 0и I5 0 и парамет- ров свойств P4k 0и P5 0 , а также выполнение условия h4k7.0 h5 0 7.0 - отношение не

хуже означает, что конструкция под номером k является аналогом для данного ТЗ. В противном случае, когда ни од- на из известных конструкций ВC не удовлетворяет ТЗ по одному или нескольким параметрам свойств, можно говорить о возникновении пот- ребительских целей проектирования, как необходимости изменения значений параметров ВC или ее структурных составляющих, которые в общем случае представимы в виде

L410 T, И 2.12 где T - множество параметров ВC, не удовлетворяющих требованиям ТЗ И - множество отношений типа изменить . Рассматриваемая исходная конструкция в данном случае является прототипом. Наличие взаимосвязей свойств ВC со свойствами ее структурных составляющих см. п. 2.3 обуславливает возможность достижения требуемых значений параметров ВC за счет изменения свойств ее ФМ, приводящего к изменению структуры

ВC, и определяет проектную цель в виде L420 S, И 2.13 Очевидно, что для достижения необходимых значений соот- ветствующих параметров свойств ВC - целей, необходимо выявить связанные с ними ФМ ВC и параметры их свойств, которые, в свою очередь, становятся целями подцелями и требуют выявления связан 69 - ных с ними параметров подсистем нижнего уровня.

Выявленная иерар- хия образует дерево целей проектирования, для построения которого используется таблица связей параметров свойств см. табл. П.4 . Анализ литературных источников , отражающих случаи конкретно- го проектирования ВС 1-35 , позволил выделить основные компоненты множества И И410 - уменьшить понизить И420 - увеличить по- высить И430 - расширить И440 - создать И450 - изменить . Цель проектирования

L , сформулированная на основе требований ТЗ как необходимость изменения соответствующих параметров свойств 5o0Z выбранной конструкции-прототипа ВС, позволяет на базе свя- зей параметров свойств таблица П.4, рис. П.1 - П.10 сформиро- вать дерево целей, инвариантный фрагмент которого представлен на рис. 2.12 , где 5o0Z - свойства ВС в целом 510Z5i0 , i 1,9 - свойства соответствующих ФМ ВС 5o0S - структура ВС в целом 510S5 0 , i 1,n -

5i структуры откачных модулей ВС 510S5i0 , i 1,9 - структуры типы ФМ ВС. Сложность структуры, а также взаимосвязей свойств ВС и свойств ее ФМ затрудняют построение обобщенного дерева целей. Его целеообразно формировать для каждой конкретной ситуации с исполь- зованием возможностей вычислительной техники. Построенное дерево целей позволяет выявить существенные от- носительно поставленной цели

L параметры, являющиеся ее подцеля- ми L L4i0 . При этом путь на дереве до выбранной подцели условно можно считать задачей проектирования. Реализация подцелей часто приводит к возникновению вспомога- тельных функций F4в0 . Причем вспомогательных функций может быть несколько, выполняемых совместно или в определенной последователь- ности. Цель может порождать и несколько альтернативных вспомога- тельных функций, каждая из которых, в свою очередь, может быть исполнена различными способами действий.

Появление вспомогательных 70 - L цель проектирования 4o Проектные цели L420 Потребительские цели L410 20-й уровень 5o0S 4o 0 4 o0 5o0Z 21-й уровень 41 0 4 1 S410 S4n 4o 0.4 0.4 0.4 o 4o510Z514 o510Z524 0.4 0.4 0.4 o510Z59 4o0 510S510 4 o510S524 0 .4 0.4 0. 4 o510S59 22-й уровень 4o520S514 0 4 o520S524 0 .4 0.4 0. 4 o520S5k4 0 4o520Z514 o520Z524 0.4 0.4 0.4 o520Z5k Рис. 2.12. Инвариантный фрагмент дерева целей проектирования

ВС 71 - функций, которым могут быть поставлены в соответствие определенные ФМ F4в7560 A , приводит к изменениям в структуре ВС. Таким образом, отношения между подцелью и головной целью по- рождают множество функций, способствующих ее реализации, и позво- ляя сформировать уточненную S4ф 0, являются основой получения ориги- нальных проектных решений 90,91 .

2.5. Концептуальная модель знаний ВС. Необходимость создания эффективно функционирующей высокоин- теллектуальной САПР ВС выдвигает на первый план решение задач фор- мирования и представления знаний о предметной области в виде кон- цептуальной модели. В данном аспекте формирование инженерных знаний представляет собой преобразование информации, полученной от экспертов в виде фактов и правил их использования, в форму, приемлемую для машинной обработки. С этой целью к настоящему времени созданы и используют- ся в действующих системах

различные модели представления знаний. Наиболее широкое распространение получили модели представления знаний в виде семантических сетей, систем продукций, фреймовых и логических моделей 92 . Выбор рационального способа представле- ния знаний о предметной области является центральной проблемой построения любой интеллектуальной САПР. Представление знаний в интеллектуальной САПР ВС подразумевает четкое разграничение экспертных конструкторских знаний об объекте проектирования

модели предметной области и эвристических знаний правил и методов , используемых проектировщиком при выполнении им основных проектных процедур над моделями предметной области. Модель представления знаний о предметной области для процес 72 - сов пректирования и конструирования ВС формируется на основе ана- лиза системной модели ВС см. п. 2.1 , иерархически структурирую- щей предметную область.

Основой построения системы знаний служит функциональное дере- во ВС 93 , уточняемое признаковым разбиением до конкретного функционального описания на различных уровнях иерархического чле- нения объекта см. табл. П2, рис. 2.2 . Сопоставление элементов функционального дерева с видовым мно- жеством структур ВС позволяет построить концептуальную модель базы знаний, наиболее полно представляющую все множество

имеющихся зна- ний об объекте проектирования, его структуре, свойствах, а также отношениях их характеризующих. Укрупненная структурная схема орга- низации конструкторских знаний о ВС показана на рис. 2.13. Данная система с точки зрения теории построения баз знаний представляет собой фреймовую модель, построенную над семантической сетью. При этом все взаимосвязи между фреймами слотами организованы в от- дельном фрейме связей, позволяя

тем самым использовать механизм присоединенных процедур для обработки различных типов связей таб- лицы, формулы и т.п. на базе возможностей известных аппаратов об- работки фреймов и баз данных язык FRL, CLIPPER и т.п Формируе- мая модель предусматривает инвариантность представления и обработ- ки знаний на всех уровнях иерархии, что обеспечивает операционную гибкость и высокие адаптационные свойства системы. Нулевой иерархический уровень базы знаний представляет инфор- мацию о свойствах и поведении объекта

в целом. Следующий уровень иерархии характеризует свойства его структурных составляющих см. рис. 2.7 . Каждый уровень декомпозиции объекта в свою очередь раз- делен на четыре горизонтальных подуровня плоскости детализации описания ранжированным множеством признаков см. табл. П2 , кото- рые организуются в локальные признаковые фреймы. Введенные четыре 73 74 - плоскости конкретизации описания

ТО определяют объект проектирова- ния на данном иерархическом уровне в терминах соответственно функ- ций ТО, его типов, конструктивных вариантов и геометрических обра- зов им соответствующих. Причем признаковое разбиение функции по- рождает множество типов родовых элементов, данную функцию выполня- ющих, а декомпозиция типов - множество конструктивных воплощений устройств данного типа. Конкретному конструктиву ТО однозначно со- ответствует его геометрический образ.

Описание любого ТО структурного элемента вне зависимости от положения в структуре знаний представляется в виде фрейма свойств его характеризующих. Пример подобного фрейма представлен на рис. 2.14. Фрейм свойств должен содержать информацию о свойствах объекта параметры, признаки и их значениях см. табл. П3 , а также об алгоритме функционирования данного объекта устройства . Данный подход воплощает в себе принцип необходимости сочетания структур- но-параметрического и функционального

описаний объекта см. рис. 2.1 . Все фреймы свойств объектов устройств в модели знаний о ВС имеют инвариантную структуру. Связи объектов в рамках горизонтального иерархического уровня устанавливаются автоматическим наследованием свойств между поду- ровнями, присущим фреймовой организации информации и, следователь- но, в дополнительном определении не нуждаются. Иерархические же связи между объектами разных уровней можно разделить на две группы - структурные связи,

описывающие отношения включения объектов различных горизонтальных уровней - взаимосвязи их свойств. При этом, структурные связи в различных плоскостях детализа 75 - Т И П В С T T Свойства Параметры признаки Значения -T 1 2 . N - Алгоритм функ- Параметры действия Значения ционирования -T 1 2 . M L - Рис 2.14. Фрейм свойств типа ВС. ции уровня функция, тип, конструктив, геометрия характеризуют

соответствующие типы структур объекта на рассматриваемом уровне иерархии - S4ф, 0S4а, 0S4в, 0S4п, 0S4г, 0детально описанные в п. 2.2.2. Межуровневые связи свойств объектов могут иметь весьма раз- личный вид представления формулы, таблицы, семантичесие и логи- ческие утверждения и т.п Это требует формирования взаимосвязей свойств в виде отдельного фрейма, что предусматривает при необхо-

димости возможность подключения процедур обработки соответствующе- го типа отношений. Фрейм отношений свойств объектов в общем случае имеет вид, представленный на рис. 2.15. В множестве отношений связей свойств выделены две группы - подмножество взаимосвязей свойств для одного объекта - подмножество межуровневых взаимосвязей свойств объектов в вертикальных плоскостях иерархического членения объектов на рис. 2.13 76 -

Взаимосвязи свойств объектов T Отношения свойств, характе- Отношения свойств объектов ризующих один объект различных уровней иерархии L T T T 1-й уровень T 0-й уровень L Уровень типов Уровень функций T 1 Объект 1 Объект 1 - T 2 Объект 2 1 Отношение 1 процедура 2 Отношение 2 процедура L процедура - L L L Рис. 2.15.

Структура фрейма взаимосвязей свойств объектов 77 - Взаимоотношения свойств каждого объекта организуются в виде фреймов связей для соответствующего иерархического уровня. Каждому объекту сопоставляются соответствующие множества взаимосвязей его свойств и типовых процедур обработки требуемых типов отношений. При этом подмножество отношений связи проектных свойств объекта с фазовыми функциональными переменными выходными параметрами дейс- твия характеризуют модель

функционирования описываемого объекта. Организация фреймов для межуровневых взаимосвязей свойств различных объектов для всех уровней одинакова. Здесь ведущим явля- ется объект более высокого уровня, для которого определяются связи его свойств со свойствами структурных элементов нижнего уровня. Различным видам отношений соответствуют процедуры их обработки табличных, аналитических, логических, графических и т.п Все фреймы отношений наполняются конкретным содержанием в процессе извлечения знаний

из экспертов, интерпретируя соответс- твующие абстрактные взаимосвязи свойств, представленные в виде графов на рис. П1-П10 и табл. П4 приложения 2. Взаимодействие ВС ФМ с окружением, описанное в п. 2.3, представляется в модели знаний отдельным фреймом, слоты которого определяют процедуры обработки воздействий на объекты соответству- ющих компонентов окружения 5k0О4i 0 см. рис. 2.10 . ВЫВОДЫ. 1. На основе системного подхода к анализу

ВС с позиций решае- мых задач разработаны инвариантные относительно введенных уровней членения системные модели ВС как объекта конструирования и проек- тирования, являющиеся основой создания методики извлечения знаний, синтеза и моделирования ВС 78 - 2. Сформировано множество базовых и вспомогательных функций ВС, отмечена необходимость функционального анализа для эволюции ВС. Рассмотрена взаимосвязь функции и структуры ВС, определено множество структур

ВС, необходимое и достаточное для отображения процесса функционального и схемотехнического проектирования. 3. Исследованы взаимосвязи ВС и ее структурных составляющих с окружением и произведена структуризация выявленных свойств. На ос- нове исследования взаимосвязей параметров свойств ВС и ее струк- турных составляющих сформированы соответствующие таблицы связей см. приложение 2 . 4. Введено понятие цели проектирования ВС и показана связь целей проектирования с генерацией вспомогательных

функций и струк- турой ВС. На основе анализа разработанных таблиц связей параметров свойств ВС определена структура дерева целей проектирования ВС. 5. На основе системной модели ВС разработана концептуальная модель знаний ВС, которая представляет собой фреймовую организацию предложенной структурированной информации о ВС, позволяющую под- системе экспертной поддержки эффективно формировать и манипулиро- вать знаниями

конструктора данной предметной области. Проведенный системный анализ ВС позволяет перейти к разработ- ке методик и формализации основных этапов функционального и схемо- технического проектирования ВС 79 - 3. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ 3.1. Структура основных проектных процедур САПР ВС. Логическая структура предлагаемой САПР ВС основана на широко известных принципах теории управления 94

. Она достаточно инвари- антна и может быть использована практически в любой предметной об- ласти. Укрупненная структурная схема рис. 3.1 включает в себя следующие основные функциональные блоки подсистема синтеза ВС СВС подсистема моделирования функционирования ВС произвольной структуры МФВС модуль формирования исходных данных ТЗ ФИД модуль формирования и модификации базы знаний

ФБЗ подсистема обработки и управления знаниями ОУБЗ база знаний и база данных БЗ БД 95 . В основе системы лежит следующий итерационный алгоритм ее функционирования. Начальным этапом является формирование полного и непротиворечивого ТЗ на разработку ВС блок ФИД . На основе сформированных требований ТЗ и имеющихся в базе типовых алгоритмов функционирования и принципиальных схем данного класса вакуумного

оборудования формируется прототип структуры проектируемой ВС блок СВС . Результаты проведенного моделирования функционирова- ния заданной структурной схемы ВС блок МФВС позволяют на осно- ве имеющихся эвристических знаний о предметной области БЗ БД выработать определенные порождающие правила и управляющие воздейс- твия ОУБЗ , способствующие корректировке текущей структуры

ВС блок СВС и получению следующего приближения синтезируемой структуры. Итерационный процесс направленного синтеза заканчивает- ся при достижении приемлемого варианта структуры ВС, имеющего наи- большее соответствие свойств ВС с требованиями, лимитируемыми ТЗ 80 - г г 750 760 Обработка 760 Синтез ВС базы 1 0 750 1 0 знаний L - L - 7 0 7 г 7 0 7 Формирование г исходных 750 760

База знаний данных 1 0 данных L - L - 7 0 7 7 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 г 7 0 г Моделирование 750 7 0 Формирование L функциониро- и модификация вания ВС 760 базы знаний L - L - 7 г Документирование L - Рис. 3.1.8 0Укрупненная структурная схема интеллектуальной САПР ВС 81 - а также экстремальное значение комплексного технико-экономического критерия качества, учитывающего

факторы внесистемного окружения. Выбор и параметрическая оптимизация элементной базы ВС, а также их структурных связей являются функцией подсистемы СВС. Модуль фор- мирования и модификации знаний ФБЗ позволяет решить ряд необ- ходимых задач. Это, во-первых, возможность разрешения возникающих в процессе функционирования системы критических ситуаций, реакция на которые не предусмотрена в имеющейся базе знаний.

В данном слу- чае управление передается модулю ФБЗ и проектировщику предлагается выступить в качестве эксперта для пополнения базы недостающими знаниями. Таким образом, блок ФБЗ полностью реализует в себе воз- можности СУБЗ и СУБД, а также интеллектуальный интерфейс извлече- ния экспертных знаний и интеллектуальной поддержки информационных банков. Данный концептуальный подход к проблеме автоматизированного синтеза

ВС позволяет не только устранить все вышеуказанные объек- тивные трудности в этой области, но и формально представить и практически реализовать основные трудноформализуемые процедуры творческого процесса проектирования путем использования экспертных компонент в САПР ВС. Практическая реализация разрабатываемой интеллектуальной САПР ВС подразумевает углубленную теоретическую, методологическую и формальную проработку основных проектных

процедур синтеза, форми- рования обработки базы знаний и моделирования см. рис.3.1 , обес- печивающих возможность эффективного функционирования системы 82 - 3.2. Методика синтеза ВС. Процесс синтеза ВС на начальных этапах проектирования фор- мально является последовательным поиском, созданием и преобразова- нием различных структур ВС см. п. 2.2.2 , что в общем случае мо- жет быть представлено в виде, показанном на рис.

3.2. Здесь три различных пути синтеза соответствуют ситуациям, возникающим при решении конкретной задачи проектирования, а именно - требованиям ТЗ отвечает известный аналог ВС - требованиям ТЗ частично отвечает известный прототип ВС с возможностью его дальнейшей модификации - известные технические решения не удовлетворяют предъявлен- ным требованиям и необходим синтез оригинального ТО.

Необходимо отметить, что структура S4d 0строится лишь в том случае, когда конструктора не удовлетворяет ни одна из известных функциональных структур и необходим синтез принципиально нового технического решения. Укрупненный алгоритм, представляющий собой детализацию струк- туры модуля синтеза ВС см. рис. 3.1 и описывающий основные этапы и информационные связи подсистемы синтеза, представлен на рис. 3.3. Начальный этап синтеза подразумевает формирование

ТЗ на осно- ве данных о процессах в вакуумном технологическом или научном обо- рудовании, являющимся для ВС объектом более высокого уровня блок 1, рис. 3.3 . Исходная информация об оборудовании должна со- держать данные о количестве и структурных связях технологических камер рабочих и вспомогательных , шлюзовых загрузочных устройств, а также диапазоны значений параметров требуемых свойств, характе- ризующих вакуумную технологическую среду в каждом вакуумном объеме.

Первым этапом собственно синтеза ВС является поиск аналогов на основе сформированных требований ТЗ на ВС блок 2, рис. 3.3 83 - 2АНАЛОГ0 750 Найден аналог L L E E L П440 П450 2ТЗ0 760 2ПРОТОТИП0 760 S4в 0 760 S4п 0 760 2S4г0 750 Найден прототип L L L L L П410 П420 П430 П440 П450 S4d 0 760 S4ф 0 760 S4a 0 760 S4в 0 760

S4п 0 760 2S4г0 750 Новое решение L Рис. 3.2. Процесс синтеза ВС на начальных стадиях проектиро- вания. где E - процедура выбора аналогов и прототипов L - правила формирования соответствующих типов структур на основе целей проектирования П4i0, i 1,5 - правила соответствующих преобразо- ваний 84 - г 1 Формирование ТЗ на ВС Вакуумный тех. процесс, окружение

L - L г T Синтез 2 ВС нет Поиск есть L аналога ВС 3- 4 Поиск оптимального Анализ нет варианта аналога возможности L T коррекции 6 ТЗ Поиск 1 прототипа да 7- Выбор оптимального - 5- 1 варианта прототипа Коррекция L ТЗ L 8- Формирование потребительской цели проектирования L T 9- Формирование алгоритма функ- ционирования ВС

L T T Цикл по 10- S5 0 Синтез структуры действий ВС L T 11- Синтез функциональной структуры ВС L T 12- Синтез абстрактной структуры ВС L T 13- Синтез вариантной структуры ВС L T 14 нет Множество да S4в 0 пусто 15 нет Отсутствие да L недопустимых S4в0 L L - г 16 Моделирование ВС L -

Рис. 3.3. Алгоритм синтеза структуры ВС 85 - Наличие данного этапа объясняется нецелесообразностью разработки новой конструкции ВС при наличии среди существующих вариантов ВС конструкции, полностью удовлетворяющей предъявленным требованиям. При этом условие существования аналога формально записывается в следующем виде 5n m l n m l 8е0 x 8е0 I4i 8е0 P4ij 8е0 h4ijk 0 7L4 0Pr410 x,I4i0 7L4 0Pr410 x,

P4ij0 4 7L4 0Pr410 x,h4ijk0 4ТО5 4 i 1 j 1 k 1 i 1 j 1 k 1 3.1 5n0 4 0 4 5m4 5l4 7L4 0Eq I4i0,I 7L4 0Eq P4ij0,P4j0 4 7L4 0Pr420 h4ijk0,h4k0 760 Pr430 x 4i 1 0 4 j 1 k 1 где ТО5 0- множество существующих конструкций ВС I,P,h - со- ответственно множества имен свойств ВС, параметров свойств и их значений I5 0,P5 0,h5 0- соответственно имена, параметры и значения параметров

свойств, регламентируемых ТЗ Pr41 0- предикат, означаю- щий отношение принадлежности Eq - предикат, означающий отношение эквивалентности Pr42 0- предикат, означающий отношение не хуже Pr430 - предикат, означающий, что конструкция х является аналогом. При нахождении множества возможных аналогов ВС процесс проек- тирования завершается процедурой оптимизации для выбора рациональ- ного варианта конструкции

ВС блок 3, рис. 3.3 на основе эксперт- ного критерия качества, формируемого в блоке создания и модифика- ции базы знаний см. рис. 3.1 посредством системы предпочтений лица, принимающего решение 96 . Отсутствие аналогов вызывает необходимость более детального анализа ТЗ для выявления возможности смягчения лимитирующих требо- ваний блоки 4,5, рис. 3.3 . Если данная процедура не приводит в конечном итоге к нахождению аналога ложность

Pr420,Pr43 0в выражении 3.1 , то переходят к поиску прототипа - конструкции или класса ВС, наиболее полно соответствующих требованиям ТЗ блоки 6,7, рис. 3.3 86 - Анализ соответствия параметрических свойств выбранного прото- типа с требованиями ТЗ позволяет сформулировать потребительские цели проектирования L ВС блок 8, рис. 3.3 в виде необходимости изменения соответствующих значений параметров

ВС I4i0, P4ij0, h4ijk 0в выражении 3.1 или структурных составляющих. Данная информация выводится с помощью правил на основе знаний об объекте проектиро- вания, хранящихся в базе знаний системы. Найденный прототип проектируемой ВС однозначно определяет ти- повой алгоритм ее функционирования, характерный для данного класса оборудования и включающий в себя минимальное необходимое число операционных воздействий.

Типовой алгоритм функционирования на ос- нове циклограммы технологических операций задана в ТЗ , целей проектирования L, а также порождающих эвристических правил синте- за, связывающих технологические процессы в оборудовании с функцио- нальными действиями ВС, преобразуется в требуемый алгоритм функци- онирования создаваемой конструкции ВС блок 9, рис. 3.3 . Выделяя действия D и отношения следования между ними, из сформированного алгоритма

функционирования синтезируется структура действий S4d 0 см. п.2.2.2 проектируемой системы блок 10, рис.3.3 . Причем на начальном этапе синтеза в качестве первого приближения принимается одномодульная конфигурация ВС, т.е. анализируется воз- можность реализации ВС в виде одного откачного модуля со структу- рой S5 0 см. выражение 2.5 . Анализ выявленных рабочих функций ВС см. п. 2.2.1 позволяет преобразовать сформированную структуру действий

S4d 0в функциональ- ную структуру S4ф0, включающую в себя минимально необходимый состав рабочих функций ВС, а на ее основе, используя однозначное соот- ветствие функции обобщенному родовому элементу - абстрактную структуру S4a0 ВС блоки 11,12, рис. 3.3 87 - Правила, реализующие данные преобразования П41 0и П42 0 на языке логики предикатов выглядят следующим образом 5n 0 5 n n n П410 8а0 S4d0 8е0 D5i0 8е0 F5j 0 7L 0Pr S4d0,D5i0 7

L0 5 0PQ410 D5i0,F5j0 i j 5 0 76 4S0 4 i 1 0 4j 1 0 5 4i 1 0 4i,j 1 5n0 3.2 760 8е0 S4ф0 7L0 Pr S4ф0,F5j0 4S 0 4j 1 5n 0 5 n n n П420 8а0 S4ф0 8е0 F5i0 8е0 A5j 0 7L 0Pr S4ф0,F5i0 7 L0 5 0PQ420 F5i0,A5j0 i j 5 0 76 4S0 4 i 1 0 4j 1 0 5 4i 1 0 4i,j 1 5n0 3.3 760 8е0 S4a0 7L0 Pr S4a0,A5j0 , 4S 0 4j 1 где n - общее число элементов в структурах

S4d0, S4ф0, S4a0 Pr - предикат, означающий отношение включения PQ41 0 PQ420 - преди- каты, описывающие взаимнооднозначные соответствия D750-760F F750-760A D - множество действий F - множество функций A - множество родо- вых элементов D D5i0 F F5i0 A A5i0 . Формирование вариантной структуры S4в 0проектируемой

ВС блок 13, рис. 3.3 подразумевает параметрический выбор вариантов испол- нения структурных составляющих ФМ , что влечет за собой проведе- ние необходимых проектных расчетов для выработки частных техничес- ких заданий на ФМ первого уровня иерархии ВС. Формализация выбора вариантов структурных составляющих ВС 97-101 выполнена на осно- ве разработанных с учетом морфологии ВС S4м0 таблиц соответствия см. табл. П5 приложения 2 и представляет собой по существу широ- ко используемую

в теории экспертных систем задачу распознавания образа объекта по значениям его свойств и признаков правило П430 4k0 5n 0 5 m n 4k5 m4 k П430 8а0 5 0B4l0 8е0 7m4i0 8е0 7m4j5 0 7L 0П B4l0,7m4i0 7 L0 5 0P B4l0,7m4j0 5 0 76 B5k0 4 5 4i 1 0 4j 1 0 5 4i 1 0 4j 10 3.4 4k k 760 8е0 A5k0 По B4l0,A4 0 , A где n m - число параметров признаков , характеризующих - 88 - множество вариантов воплощения B5k0 П P - предикаты, означающие,

4k что конкретный вариант B4l 0рассматриваемого ФМ имеет значение приз- нака параметра 7m4i 0 7m4j0 По - предикат, означающий принадлежность 4k B4l 0классу ТО A5k0 B5k 0- множество вариантов исполнения ФМ класса A5k0 A - множество классов абстрактных родовых элементов ФМ ВС. При синтезе множества S4в 0возможно получение пустого множест- ва, что означает невозможность

осуществления требуемых ТЗ вакуум- ных условий одним откачным модулем со структурой S5 0. В данном слу- чае формируется частное техническое задание на дополнительный мо- дуль. При этом требования к первому модулю смягчаются соответству- ющим образом. Данный процесс предполагает анализ критичных пара- метров ТЗ не удовлетворенных в конечном итоге и выработку на их основе локальных потребительских целей, что

влечет за собой необ- ходимость коррекции общей структуры действий S4d 0ВС, состоящей из 4i структур S4d 0откачных модулей, а также повторение на этой основе этапов 8-14, рис.3.3 алгоритма синтеза уже для большего числа откачных модулей. Данная процедура предусматривает использование экспертных знаний в виде порождающих правил реакции на соответс- твующую проектную ситуацию. Формируемое на основе правила

П43 0множество всевозможных вари- антов структур S4в 0подвергается анализу на совместимость элементов и оптимизации для ранжирования структур S4в 0по признаку рациональ- ность . Наиболее рациональной считается структура, обладающая мак- симальным значением критерия оптимальности и полной совместимостью качественной и количественной элементов. Качественная совместимость элементов в конкретном варианте 4i структуры

S4в 0формально на языке предикатов проверяется в соответ- ствии с правилом - 89 - 5n 0 5 0 5n 0 5 4 5n n 8а0 x4i 8е0 x4j5 8е0 П4k5 8е0 П4l5 0 7a0 x4i0,x4j0 7L b0 x4i0,П4k0 7L0 7b0 x4j0,П4l0 4B5i 4 0 4B5j4 0 4k 1 0 4l 1 0 4 5 4k 1 0 4 0 4l 1 3.5 5n 7L0 Eq410 П4k0,П4l0 k l 76 g410 x4i0,x4j0 , 4k,l 1 где П4k0, П4l 0 k,l 1,n - множества качественных признаков, описывающих входные и выходные свойства сопрягаемых

ФМ 7a 0- преди- кат, означающий отношение следования между ФМ 7b 0- предикат, озна- чающий отношение принадлежности признаков к ФМ Eq41 0- предикат, означающий отношение эквивалентности между признаками 7g41 0- преди- кат, означающий качественную совместимость сопрягаемых ФМ. Параметрическая количественная совместимость структурных 4i элементов в структуре S4в 0 формально представляется следующим обра- зом 5n 0 4k5 0 5n 4 l5 0 5 4 5n 4k 5

n4 l 8а0 x4i 8е0 x4j5 8е0 W4вых5 8е0 W4вх5 0 7a0 x4i0,x4j0 7L b0 x4i0,W4вых0 7L0 7b0 x4j0,W4вх0 4B5i0 4 0 4B5j4 0 4k 1 0 4l 1 0 4 0 4 5 4k 1 0 4 0 4 l 1 3.6 5n4 k l 7L0 Eq420 W4вых0,W4вх0 k l 76 g420 x4i0,x4j0 , 4k,l 1 где W4вх0, W4вых 0- соответственно значения параметров входных и выходных свойств ФМ ВС Eq42 0- предикат, означающий отношение между значениями параметров 7g42 0- предикат, означающий количест- венную совместимость сопрягаемых ФМ. Причем отношения совместимости образуют следующее множество 4l 7g 0 4m7g4t0

B4i0,B4j0 , где l 1,4 - индекс, означающий соответственно отношение функ- циональной, параметрической, эксплуатационной и технологической совместимости m 1,n - номер сопряжения в структуре t 1,2 - ин- декс, означающий, соответственно качественную или количественную совместимость. Структуры с несовместимыми элементами требуют введения допол 90 - нительных функций в структуру S4ф 0 т.е. согласующих элементов для устранения несовместимости блок 14, рис.

3.3 , что решается с ис- пользованием экспертных знаний о предметной области из базы данных системы. При возникновении ситуации, когда по формулам 3.5 и 3.6 выявляется несовместимость входных и выходных параметров свойств сопрягаемых структурных элементов ВС, необходимо включение вспомо- гательного функционального элемента, согласующего эти параметры, что формально записывается следующим образом 5n 4l5 0 5n 4m5 0 5 n 4p5 0 5n4 q 8а0 x4i0 8а0 x4j0 8е0 x4k0 8е0

W4вх0 5 0 5 8е0 W4вых0 8е0 W4вх0 8е0 W4вых 4B5i 0 4B5j 0 4B5k4 0 4l 1 5 j0 5 4m 1 0 5i0 4p 1 0 5k0 4q 15 k 5n 4m5 0 5n 0 5 4l5 n4 0 4 p 7 0 7a0 x4i0,x4j0 7 L b0 x4i0,W4вых0 7L b0 x4j0,W4вх0 7L b0 x4k0,W4вх0 4m 1 5i4 0 4l 1 0 4 5j4 p 15 0 5 k 5n0 4q 5n4 0 4 m 0 4l 7L b0 x4k0,W4вых0 V - Eq420 W4вых0 ,W4вх0 m l 4q 15 k4 m,l 15 i 0 5 j 5n4 5 4 m p0 4 5n4 0 4 q l 7L0 Eq420 W4вых0 ,W4вх0 m p 7L0 Eq420 W4вых0 ,W4вх0 4m,p 15 i 0 5 k0 4l,q 15 k 0 5 j 544 r 544 r

q l 76 L0 7g420 x4i0,x4k0 7L0 7g420 x4k0,x4j0 7 a0 x4i0,x4k0 7 a0 x4k0,x4j0 4r 1 r 1 4рац Критерий оптимальности для выбора рациональной структуры S4в 4i из множества сформированных структур S4в 0 формируется пользова- телем по каждому классу технологического оборудования в отдельно- сти в блоке создания и модификации базы знаний см. рис. 3.1 на основе системы предпочтений. Процесс ранжирования структур и выбор 4рац из них наиболее рациональной

S4в 0 завершается блок 15, рис.3.3 при отсутствии во множестве S4в 0недопустимых структур имеющих не- 4рац совместимые элементы . Окончательный выбор структуры S4в0 выполня- ется пользователем с учетом экспертных правил П440,П450 формирова- ния структур S4п0, S4г0, а на их основе из базы данных системы произ 91 - водится выбор конкретных типоразмеров для каждого структурного 4рац элемента

S4в 0. Причем, процедура выбора конкретных конструктивных вариантов исполнения ФМ полностью аналогична соответствующей про- цедуре для этапа выбора типа вариантной структуры см. выраж. 3.4 и подразумевает анализ параметрической совместимости эле- ментов и оптимизацию по комплексному стоимостному критерию, форми- руемому экспертами при наполнении базы знаний. Данный этап является заключительным для синтеза ВС на первом иерархическом уровне членения проектируемого

объекта. Следующим шагом функционирования системы является имитационное моделирование работоспособности синтезируемого варианта ВС блок 16, рис. 3.3 . Анализ результатов моделирования может поставить новые локальные потребительские цели при неверном функционировании , что влечет за собой требования изменения структуры действий добавление новых функций и соответствующих им функциональных модулей , либо коррек- цию ТЗ при недопустимости изменения структуры. Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о наличие

большого числа экспертных процедур на каждом этапе синтеза, а также необхо- димости гибкого изменения содержания базы знаний под каждое конк- ретное окружение пользователем, абсолютно не знакомым с теорией экспертных систем и методами представления знаний. Этим обусловле- на необходимость включения в структуру разрабатываемой САПР специ- ализированного модуля формирования и извлечения знаний из экспер- тов, функционирующего

исключительно в терминах предметной области проектировщика вакуумного оборудования 92 - 3.3. Экспертная поддержка основных проектных процедур. Экспертные конструкторские знания о процессе проектирования ВС процедурные знания формируются в соответствии с поставленными потребительскими целями на основе концептуальной модели знаний о предметной области декларативных знаний конструктора .

Данная операция предусматривает динамическое формирование дерева целей см. п. 2.4 , на базе которого формулируются основные эвристи- ческие правила и приемы требуемых управляющих воздействий конс- труктора при соответствующих видоизменениях описания формируемого проектного решения. Множество сформированных правил процедурных знаний включаются в библиотеку эвристических приемов основных проектных процедур. Проектные процедуры составляют алгоритмически жесткое ядро

САПР, настраиваемое соответствующими знаниями экспертов. Состав необходимых экспертных знаний поддержки определяется функциональ- ным назначением конкретной процедуры САПР. Основные проектные процедуры начальных стадий проектирования любого объекта описываются фреймом следующих инвариантных задач - выработка потребительской цели проектирования - структурно-параметрический синтез - анализ и оптимально-компромиссный выбор - пространственная компоновка объекта - моделирование

функционирования ТО. Каждая задача проектирования распадается на множество частных подзадач, которые в свою очередь, определяют соответствующий сос- тав необходимых для ее функционирования экспертных знаний. Состав подзадач основных процедур проектирования и экспертных знаний их поддержки представлены в таблице 3.1. Информационный интерфейс между инвариантными задачами блока 93 - Таблица 3.1. Основные проектные процедуры и экспертные знания их поддержки.

T Проектная процедура подзадачи Экспертные знания поддержки 1.Выработка потребительских целей и подцелей дерева целей -T T 1.1. Формирование потребитель- Правила формирования целей ской цели на основе сопо- проектирования. ставления реальных свойств ТО с требованиями ТЗ. 1.2. Определение множеств су- Правила и процедуры выде- щественных свойств и приз- ления существенных свойств. наков. 1.3. Формирование ТЗ ЧТЗ на Правила формирования

ТЗ ЧТЗ основе поставленной цели. по поставленной цели 2. Структурно-параметрический синтез -T T 2.1. Синтез алгоритма функци Правила формирования мно- онирования объекта. жеств структурных элемен- тов. 2.2. Синтез S4d0 Правила синтеза структур Правила преобразования 2.3. Синтез S4ф0. структур при реализации потребительских целей.

2.4. Синтез S4a0. 2.5. Синтез S4в0 3. Анализ и выбор. -T T 3.1. Поиск аналогов и прототи Правила поиска и формиро- пов. вания множеств аналогов и прототипов База данных существующих конструктивных вариантов Таблицы решений. 3.2. Структурно-параметрическая - Методы оптимизации. оптимизация и выбор рацио Правила формирования кри- нального варианта. териев оптимальности -

Правила выявления противо- речивых критериев Правила формирования диа- пазонов варьирования. L 94 - Продолжение таблицы 3.1. T Проектная процедура подзадачи Экспертные знания поддержки 4. Пространственная компоновка. -T T 4.1. Формирование S4г0 Геометрическая база данных ТО ФМ Геометрические образы структурных элементов Правила синтеза простран- ственных структур

Правила анализа на прост- 4.2. Формирование S4п0. ранственную совместимость Правила преобразования структур Правила формирования мно- жеств элементов простран- ственных структур 5. Моделирование функционирования. -T T 5.1. Формирование математичес Правила формирования функ- ких моделей функциональных циональных, табличных, элементов. графических и др. зависи- мостей, связывающих фазо- вые и проектные перемен- ные.

5.2. Формирование математичес Методы формирования общей кой модели ВС на основе математической модели ВС частных макромоделей эле- из макромоделей элементов. ментов и данных о струк- туре ВС. 5.3. Решение общей математичес База численных методов кой модели объекта в ре- решения систем уравнений. альном масштабе времени. L 95 - ми САПР и поддерживающими их экспертными компонентами обеспечива- ет оперативный доступ к необходимым

знаниям на любом шаге выполня- емого алгоритма проектирования ВС. Наполнение процедурных экспертных знаний конкретным содержа- нием можно осуществить автоматически или с участием эксперта на основе сформированных концептуальных знаний о конкретной предмет- ной области инженерной деятельности. Если данный процесс невозмо- жен при недостаточной полноте сформированных концептуальных зна- ний , то знания извлекаются из конструктора непосредственно в про- цедурной форме в виде готовых

экспертных правил . 3.4. Методика извлечения знаний. Решение проблемы приобретения знаний, необходимых для напол- нения и обогащения экспертной системы, является одним из узких мест при разработке любой интеллектуальной системы. В настоящее время для этого практически не существует автоматизированных мето- дов. Известные попытки 102 создания систем извлечения экспертных знаний ориентированы в основном на решение

задач, структура проб- лем которых множества свойств, признаков и решений считается из- вестной и поэтому, к задачам проектирования, где присутствует большая неопределенность знаний, исходных данных и функций объек- тов, практически не приемлемы. Важным недостатком существующих систем является также то, что методы их построения не гарантируют полной классификации каждого исследуемого объекта, а чаще всего подобная задача вообще не ставится. Очевидно, что постановка зада- чи классификации не возможна без

проведения предварительной струк- туризации предметной области на основе системной модели см. главу 2 96 - В существующих экспертных системах MYSIN, TEIRESIAS, ROGET, SEEK, RULEMASTER, TIMM и т.п. формирование базы знаний осущест- вляется на основе заранее сформулированных цепочек логических рас- суждений эксперта 103 или на конкретных практических примерах. Такие системы требуют использования либо инженера по знаниям между специалистом и программистом, либо

эксперту приходится решать не свойственные для него задачи синтеза своих знаний и представления их в виде логических правил, лексика и аксиоматика которых не всегда ему понятны. Известно также, что способность эксперта представлять свои знания в виде четких правил процедурных знаний всегда ограничена. Следовательно, для достижения большей психологической и эрго- номической совместимости конструктора и автоматизированной системы для выявления знаний необходим диалог с пользователем в привычных

для него категориях предметной области, с последующей возможностью автоматического формирования системой требующихся экспертных пра- вил. В данном случае, с целью исключения возможности дублирования, противоречивости или незамкнутости формируемой базы знаний, диалог эксперта с системой должен быть пассивным, принуждающим его отве- чать на конкретные вопросы. При этом, алгоритм опроса эксперта оп- ределен логикой декомпозиции объекта проектирования по уровням ие- рархии, а также множествами классов объектов, их свойств и взаи-

мосвязями свойств. На основании вышеизложенного логично заключить, что извлече- ние экспертных знаний из конструктора предпочтительно хотя и не обязательно выполнять в декларативной форме в терминах его пред- метной области с возможностью последующей автоматической трансфор- мации системой полученных знаний к процедурному виду, необходимому для функционирования интеллектуальной системы 97 - Процесс извлечения декларативных знаний предполагает, во-пер- вых, формирование концептуальной модели

знаний объекта проектиро- вания и, во-вторых, наполнение ее экспертом конкретным содержанием на основе анализа предъявляемой ему информации. При этом необходи- мо помнить, что запрашиваемая информация должна быть дозированной обозримой по объему и функционально ориентированной направлен- ной на решение конкретной задачи . Подобная постановка проблемы требует проведения декомпозиции задачи формирования знаний, структуризации необходимой информации и определения порядка ее предъявления.

Данный подход на любом уровне иерархического членения объекта проектирования подразумевает выполнение следующих основных этапов при диалоге с экспертом. А. Определение множеств структурных элементов объекта расс- матриваемого уровня иерархии. Б. Определение состава свойств каждого структурного элемента и его окружения. В. Формирование множеств отношений между свойствами и выявле- ние истинных отношений.

Этап А - формирование множеств структурных элементов различ- ных уровней морфологического дерева - осуществляется на основе иерархии предлагаемых эксперту классификационных признаков. Данная процедура предусматривает выбор конструктором признаков разбиения рассматриваемого уровня описания объекта из множества, предложен- ного системой табл. П2 приложения 2 , установление их иерархии признаки действия 76 0операнда 76 0среды окружения 76 0и

т.п а также определение множеств возможных значений каждого признака. Морфологическое дерево ВС, как основа построения концептуальной модели знаний, формируется признаковым разбиением описания каждого - 98 - структурного элемента см. п. 2.3 , что в свою очередь определяет фреймовую структуру формируемой базы знаний. Этап Б - определение состава свойств структурных элементов и его окружения - распадается по группам

параметров окружения в об- щем случае на четыре подэтапа определение, соответственно, функ- циональных, эксплуатационных, производственных и конструктивных свойств объектов. В зависимости от уровня абстракции типа струк- туры множество групп свойств описания объекта соответствующим об- разом усекается. Подобное разбиение продиктовано логикой восприя- тия конструктором предметной области, а также требованиями умень- шения размерности предъявляемой эксперту информации.

Исходными данными здесь являются множества свойств описания объектов различных уровней иерархии, которые предъявляются экспер- ту системой для анализа см. табл. П3 приложения 2 . При этом, по- рядок предоставления информации эксперту определяется отношением частичного порядка групп свойств объекта. Следующим шагом конс- труктор обязан выделить подмножества существенных свойств в каждой группе. При возникновении затруднений эксперт имеет возможность воспользоваться средствами

соответствующей служебной процедурой и с ее помощью ранжировать множества свойств и признаков объекта, а также шкалы их значений. Сформированная информационная база яв- ляется основой наполнения фреймов свойств объектов и окружения принятой модели знаний ВС. Этап В - формирование множеств отношений между свойствами - осуществляется на основе синтеза экспертом соответствующих таблиц связей свойств объектов различных уровней иерархии.

Каждая взаи- мосвязь в дальнейшем конкретизируется конструктором до реальной зависимости при условии ее наличия - аналитической, логической, табличной. Причем, реальная зависимость может описывать отношения - 99 - двух и более параметров одновременно. На данном этапе определяются фреймы взаимосвязей свойств объектов и окружения формируемой моде- ли знаний ВС см. рис.

2.13 . Процесс диалога конструктора с системой для каждого вышеопи- санного этапа формирования декларативной базы знаний зависит от уровня абстракции объекта и определяется системной моделью процес- са выявления экспертных знаний. Модель, детально описывающая конк- ретную последовательность операций взаимодействия системы с проек- тировщиком, представляет собой сложную и достаточно объемную ин- формационную структуру, включающую в себя множество устойчивых ин- вариантных блоков.

Типовой фрагмент модели, который используется практически на всех уровнях иерархии ВС, легко проиллюстрировать на примере опи- сания процесса диалогового взаимодействия эксперта с системой при наполнении базы знаний типов вакуумных средств откачки - ФМ410 см. рис. 2.13 . Реальный диалог в данном случае подразумевает следующую пос- ледовательность действий эксперта. а . Выбор и ранжирование классификационных признаков объекта по следующим основным

группам см. табл. П2 приложения 2 - признаки действия П4d0 способ действия место действия степень действия характер действия режим действия признаки операнда П4x0 тип операнда вид операнда состоя- ние операнда характеристика операнда признаки окружения П4h0 температура среды электромагнит- ные возмущения вибрации. б . Определение множеств возможных значений по каждому приз- наку, например см. табл.

П2 приложения 2 - способ действия механический химический физико-химичес 100 - кий электрофизический и т.п. в . Автоматическая генерация полного пространства значений признаковых описаний П4d7 0П4x7 0П4h0 , характеризующих формируемые типы рассматриваемого функционального модуля. Элементы пространства составляют множество описательных фор- мулировок, например следующего вида Непрерывно удалять механи- ческим способом удаленную химически активную газо-паровую смесь в молекулярном

режиме течения до достижения в непрогреваемом объеме безмасляного высокого вакуума при отсутствии электромагнитных воз- мущений и допустимости невысокой вибрации . г . Анализ соответствия сформированных качественных описаний типов и существующей традиционной классификации конструктивных ва- риантов ТО. Выявление и формулировка типов, ранее не охваченных классификацией. д . Выделение основных групп свойств описания типа ФМ, харак- теризующих различные аспекты его окружения

см. п. 2.3 функцио- нальные 4f0Z , эксплуатационные 4h0Z , производственные 4p0Z , конс- труктивные свойства 4k0Z . е . Определение состава групп свойств, рассматриваемого типа ФМ, например см. табл. П3, приложения 2 - функциональные свойства быстрота действия по газовым сос- тавляющим предельное остаточное давление наибольшее рабочее дав- ление наибольшее давление запуска время запуска устойчивость к перегрузкам эксплуатационные свойства необходимость регенерации после откачки

наличие электромагнитных возмущений и т.д. ж . Ранжирование свойств по критерию важность и выделение на его основе подмножества существенных свойств в каждой группе 4f0Z, 4h0Z, 4p0Z, 4k0Z 101 - з . Определение шкал и диапазонов варьирования значений выбранных свойств. Формирование на их основе окончательной струк- туры фреймовой модели знаний рассматриваемого уровня иерархии см. рис. 2.13 . и . Наполнение сформированной информационной структуры фрей- ма свойств конкретными

значениями параметров свойств выявленных типов ФМ. к . Построение таблиц взаимосвязей слотов сформированных фреймов свойств со свойствами объектов более высокого уровня ие- рархии. л . Интерпретация экспертом установленных отношений свойств до конкретных зависимостей аналитических, логических или таблич- ных при помощи соответствующей сервисной процедуры. Описанный фрагмент диалога является характерным для системной модели выявления экспертных знаний и

на конкретном примере показы- вает практическое воплощение инвариантных принципов этапы А,Б,В наполнения конструкторской базы знаний ВС. При этом, на всех эта- пах диалога эксперту предоставлены широкие возможности по выбору и корректировке предлагаемых системой альтернатив. Таким образом, последовательное выполнение трех вышеописанных этапов для каждого уровня иерархического членения объекта заверша- ет формирование базы знаний о предметной области в виде деклара- тивной информационной

модели ВС. Трансформация знаний к процедур- ному виду, пригодному для оперативного использования системой, яв- ляется функцией соответствующей подсистемы синтеза процедурных знаний. В свою очередь, подсистема экспертной поддержки основных про- цедур проектирования см. п. 3.3 также требует наполнения. Данная операция требует от администратора системы инженера по знаниям - 102 - предварительной формализации основных эвристических правил прие- мов и занесения их средствами

стандартной СУБЗ в библиотеку соот- ветствующей процедуры проектирования. Действия эксперта на данном этапе заключаются в последова- тельной оценке и выборе из библиотек наиболее приемлемых и эффек- тивных с его точки зрения эвристических приемов выполнения соот- ветствующих проектных процедур. 3.5. Моделирование функционирования ВС. На начальных этапах проектирования ВС, где имеется большая неопределенность функциональных зависимостей, знаний и исходных данных, строгое

математическое моделирование процессов функциони- рования исследуемого объекта практически не применимо. В данной ситуации, когда анализируемая система еще не сущест- вует, аналитическое описание исследуемого процесса отсутствует, а проведение реальных экспериментов требует больших материальных и временных затрат, наиболее целесообразным является использование системы имитационного моделирования. Известные системы имитационного моделирования, ориентирован- ные на анализ функционирования дискретных,

дискретно-непрерывных и непрерывных систем, могут лишь частично использоваться для модели- рования ВС, поскольку не позволяют учесть ряд существенных особен- ностей, присущих реальным вакуумным процессам газовыделение и га- зопоглащение, напуск реакционных газов, локальный нагрев и охлаж- дение ВС, неоднородность газового состава по объему системы и т.п В частности, использование дискретных систем Симула,

Симс- крипт, Аспол, GPSS 104 при моделировании ВС могут применяться лишь на метауровне, т.е. на уровне обмена информацией между эле 103 - ментами без анализа физических процессов в них. Данное упрощение приводит к недопустимому снижению точности моделей. В свою оче- редь, большинство дискретно-непрерывных Недис, GASP, Слам, Сим- фор 105,106 и непрерывных систем

COSMO, Динамо 107 дают возможность учета физических особенностей процессов, но базируются на глобальном одноуровневом представлении объектов, позволяющем производить лишь параметрический анализ и оптимизацию системы без учета ее структуры. Методика синтеза ВС на начальных этапах проектирования см. п. 3.1 , предусматривающая нахождение рационального проектного ре- шения на каждом уровне иерархии путем последовательных итераций, подразумевает конкретизацию математических моделей элементов поня- тиями,

не учтенными на предшествующих уровнях. Проблема неопределенности математического описания моделей элементов на верхних уровнях иерархии объектов разрешается на ос- нове использования аппаратов дисперсионного и регрессионного ана- лиза эмпирических знаний конструктора, доопределяя тем самым упро- щенные аналитические зависимости, применяемые конструктором в тра- диционном ручном проектировании. При двухуровневом анализе ВС, в качестве первого приближения использовались математические модели функциональных

элементов, представленных многополюсниками и описы- ваемых системами дифференциальных уравнений первого порядка с рас- читываемыми переменными коэффициентами табл. 3.2 . Неизвестные коэффициенты моделей расчитываются по известным инженерным методи- кам 83,84 , которые позволяют отрабатывать в процессе моделирова- ния практически любые управляющие воздействия. При этом, реализация итерационного подхода к синтезу

ВС долж- на обеспечивать формирование, сравнение, модификацию и накаплива- ние математических моделей функциональных элементов для различных 104 - Таблица 3.2. Математические модели функциональных элементов ВС первого уровня иерархии. T T T ФМ Число Математическая 4 0Расчетные параметры полюс. модель 7 0S 1-P4о0 P , P P4з0 S4н0 7 0 Насос 790 0 , P P4з0 dP 4 0 однопо-

1 V4н0 S4н0P Q Q4газ0 0 S4н0 - быстрота действия dt 4 0 P4о0 - предельное оста- люсный точное давление P4з0 - давление запуска. Q4газ 0- поток газовы- деления V4н0 - объем насоса. 4 0 dP 4 0 Вакууметр 1 4 0V4в0 Q 04 0 V4в0 - объем вакууметра. 4 0dt 4 0 Натека- 1 Q Q4нап0 Q4нап0 - напускаемый тель поток газа. dP 4 0

Насос 7 0 V4н0 Q410 Q420 Q4газ0 0 720 dt 4 0 Q4газ0, V4н0 - см. для двух- 2 7 0 однополюсного насоса 720 полюсный 790 S4н770P Q410 0 dP 4 0 Q4газ0 - поток газовыде- Ловушка, 7 0 V770 Q410 Q420 Q4газ0 0 ления 720 dt 4 0 U - проводимость, как трубопро- 2 7 0 функция от давле- 720 ния, вида газа, вод, ВКА 790

U770P410 Q410 - U770P420 0 температуры и гео- метрии ФМ V - объем ФМ. dP 4 0 7 0 V4к0 7S0Q4i 0 4 0Q4газ0 0 Q4газ0 - поток газовыде- Камера 1 6 720 dt 4 0 ления 7 0 720 V4к0 - объем камеры. 790 P41 0 P420 P460 L Примечание. Фазовые переменные моделей Q, Q4i0 - газовые потоки в полюсах

ФМ P, P4i0 - давление газа на полюсах ФМ 105 - моментов итерации 108,109 . Модель ВС каждого последующего уровня иерархии уточняется включением новых более сложных подмоделей. Та- ким образом, необходимо включение в систему имитационного модели- рования средств, обеспечивающих оперативную корректировку и уточ- нение доопределение математических моделей объектов ВС. Используемый объектно-ориентированный подход к моделированию

ВС основан на расширении средств существующих СУБД и обеспечивает использование новой информационной технологии при создании имита- ционных моделей рассматриваемой предметной области 110-112 . Про- цесс описания моделей в нем представляется в виде структур данных и способов манипулирования над ними. Причем, соединение аппаратов имитационного моделирования и СУБД позволяет решить задачи как ис- пользования методов искусственного интеллекта при интерпретации

результатов моделирования, организации управления экспериментом и построения банка моделей. В данном подходе математические модели функциональных элементов формируются и модифицируются на основе базы знаний об объектах предметной области см. п. 2.3 . Таким образом, программная реализация объектно-ориентирован- ного подхода должна предусматривать средства описания моделей лю- бого ФМ в терминах сформированной базы знаний

ВС, проведения ими- тационного эксперимента и накапления банка данных моделей. При этом, формирование и модификация модели любого ФМ подразумевает выделение из базы знаний отношений связи фазовых переменных и про- ектных параметров данного структурного элемента. Изменение модели сводится к выявлению отношений более низкого уровня абстракции ТО, либо к манипуляциям над отношениями базы знаний.

В свою очередь, непременным условием при создавании банка моделей должно быть обеспечение их модификации без перепрограммирования. Формирование модели ВС и управление процессом моделирования - 106 - осуществляется на основе системы планирования эксперимента авто- матного типа. При этом, описание внутреннего представления моделей ФМ осуществляется на языке имитационного моделирования в его опе- раторной форме.

Формирование общей модели ВС на основе ее структу- ры и банка моделей ФМ, а также управление процессом имитации осу- ществляется в диалоге с пользователем на проблемно-ориентированном языке рассматриваемой предметной области. Язык имитационного моделирования, используемый для внутренне- го представления программ имитации функционирования, в операторной форме представляет собой следующую последовательность операторов. Ini no,maxin,maxp,ni,nou,nta , где no - количество элементов моделируемой

схемы maxin - об- щее количество входов элементов, входящих в схему maxp - общее количество параметров элементов, входящих в схему ni - число вхо- дов схемы nou - число выходов схемы nta - число тактов моделиро- вания. Характеристики моделируемой схемы ВС задаются следующей пос- ледовательностью операторов. Declare a n ,b n ,c m a i t b i k c j r где n - число входов элемента r - начальное значение внут- реннего параметра m - число внутренних параметров.

Каждый элемент схемы определяется следующей конструкцией. Defobj nclass,a,b,c,d , где nclass - имя класса элементов вакуумной системы pump1 однополюсный насос , vacuummetr вакуумметр , pump2 двуполюсный насос , valve клапан , pipe трубопровод , сhamber камера a 107 - массив типов входных полюсов b - массив входных полюсов с - мас- сив внутренних параметров объекта d - номер входа схемы, с кото- рым соединен выход элемента.

Здесь 7 0 .T. истина , если входной полюс элемента - вход схемы, a i 7 790 .F. ложь , в противном случае. 7 0 номер входа, если входной полюс элемента - вход схемы, b i 7 790 номер элемента Такая конструкция встречается в описании модели столько раз, сколько элементов содержится в схеме. Declare d l d q p Definp ninp,d , где d - массив значений входов схемы l - количество тактов p - значение входа на такте q ninp - номер входа схемы.

Эта конс- трукция встречается столько раз, сколько входов у схемы. В резуль- тате ее определяется вход схемы. Сause nta,kta,sc1,sc2,deb , где nta - начальный такт kta - количество тактов выполнения модели sc1 - шаг выдачи реального времени sc2 - интервал между выдачей тактов deb - управление отладчиком 7 0 .T. истина , если выполнение идет в режиме отладки, deb7 0 7 790 .F. ложь , в противном случае. Данный оператор осуществляет запуск модели на выполнение.

Используемый диалоговый интерфейс языка имитации ориентирован на пользователя, умеющего описывать модель в терминах имитации, но не являющегося программистом, и позволяет формировать общую модель ВС, последовательно вводя информацию, определяющую структуру моде- лируемой системы 108 - Конечный пользователь взаимодействует с системой моделирова- ния на проблемно-ориентированном уровне языка моделирования и име- ет возможность манипулировать процессом моделирования в привычных терминах

предметной области. Реализация этого уровня основывается на средствах системы управления базой знаний. Таким образом, проектировщик имеет возможность эффективного формирования моделей ВС произвольной структуры, а также диалогово- го управления процессом моделирования в реальном масштабе времени. Для подготовленного пользователя, владеющего аппаратом языка ими- тации описываемой системы, доступны также средства формирования и модификации моделей функциональных элементов банка данных любого

уровня иерархии. ВЫВОДЫ. 1. Разработана логическая структура предлагаемой САПР ВС, ос- нованная на итерационном алгоритме целенаправленного синтеза, обеспечивающем формализацию основных трудноформализуемых процедур творческого процесса проектирования путем использования в системе экспертных компонент поддержки задач принятия решений. Описано ин- формационное взаимодействие основных проектных процедур системы.

2. Обоснована необходимость углубленной теоретической, мето- дологической и формальной проработки основных процедур синтеза, формирования обработки базы знаний и моделирования функционирова- ния ВС. 3. Предложена обобщенная модель синтеза ВС, представляющая собой упорядоченную последовательность необходимых действий конс- труктора, позволяющих в зависимости от конкретной задачи проекти- рования достичь поставленной цели 109 - 4. Разработан алгоритм синтеза структуры

ВС, обеспечивающий генерацию и нахождение удовлетворяющего ТЗ технического решения. Предложены основные правила генерации, преобразования и выбора синтезируемых структур ВС. 5. Определены основные проектные процедуры начальных стадий проектирования ВС и состав необходимых для эффективного функциони- рования экспертных знаний их поддержки. 6. Сформулированы основные принципы диалогового взаимодейс- твия с конструктором при формировании экспертной

базы знаний. Оп- ределены этапы, последовательность действий и порядок предъявления информации эксперту при работе с подсистемой выявления экспертных конструкторских знаний. 7. Проанализированы недостатки известных методов моделирова- ния функционирования объектов, обосновано использование объект- но-ориентированного похода в имитационном моделировании ВС. Разра- ботаны математические модели основных функциональных элементов

ВС и описание на языке имитационного моделирования системы общей мо- дели ВС первого уровня иерархического членения 110 - 4. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ 4.1. Структура программных средств САПР ВС. Практическая реализация интеллектуальной САПР ВС, содержащей формализуемые и эвристические программные

процедуры, предполагает эффективное информационное взаимодействие разрабатываемой эксперт- ной компоненты с традиционными подсистемами САПР 113-115 . Струк- тура создаваемого программного обеспечения во многом определяется возможностью формализации модельного представления объекта проек- тирования и основных проектных процедур. Проектные процедуры системы составляют алгоритмически жесткое ядро, гибко настраиваемое соответствующими знаниями экспертов. Состав необходимых экспертных знаний поддержки определяется функ-

циональным назначением конкретной процедуры САПР. На рис. 4.1 укрупненно показаны основные программные модули системы, каждый из которых в свою очередь, представляется более тонкой структурой. Логическая организация программных средств, содержащих экспертную компоненту поддержки, предусматривает вклю- чение в жестко организованную структуру программного обеспечения ядра САПР ВС эвристической подсистемы, обладающей свойствами адаптации к условиям применения в зависимости

от взаимодействующе- го с ней модуля основной структуры. Обеспечение указанного взаимодействия основных проектирующих подсистем блоки 1-6, рис. 4.1 с экспертной компоненты их под- держки является функцией системы управления, формирующей на основе метазнаний методического обеспечения о процессе проектирования блок 16, рис. 4.1 задание на использование процедур ядра САПР 111 -

4 0 2Ядро САПР0 4- 4 0 4 4 0 1- 3- 5- 4 4 0 Формирование Анализ и вы- Моделирование 4 4 0 цели проектир. бор объектов функциониров. 4 4 0 L L L 4 4 0 4 4 0 2- 4- 6- 4 4 0 Синтез Оптимизация Пространстве- 4 4 0 объектов нная компон. 4 4 0 L L L 4 4L 1 4 0 2Экспертная компонента0 4- 0 1 0 4 0 2Сервис0 4- 4 0 4 0 1 0 4 0 4 4 0 7- 8- 4 0 1 0 4 0 11- 4 4 0

Выявление Формирование 4 1 4 0 Диалоговый 4 4 0 экспертных процедурных 4 0 1 0 4 0 интерфейс 4 4 0 знаний знаний 4 0 1 0 4 0 L 4 4 0 L T L T 1 0 4 4 0 3-T 0 12- 4 4 0 3 0 2 Система 3 0 Графические 4 4 0 3 0 2управления3 0 средства 4 4 0 7 0 7 0 3L -0 L 4 4 0 9- 10- 1 0 4 4 0 Манипулирова- Формирование 4 0 1 0 4 0 13- 4 4 0 ние знаниями 750 моделей 4 0 1 0 4 0 Средства 4 4 0 и данными объектов 4 1 4 0 документир.

4 4 0 L T L 4 0 1 0 4 0 L 4 4 0 4 0 1 0 4 0 4 4L 0 4 0 1 0 4L 5 1 4 0 4 0 2База знаний0 2 0 2данных0 4 4 0 4 4 0 4 4 0 14 15 4 4 0 С У Б З С У Б Д 4 4 0 L T L T 4 4 0 4 4 0 16- 17- 4 4 0 Метазнания БЗ 4 4 0 о процессе предметной 7 0 4 4 0 проектир. области 19- 4 4 0 L L База 4 4 0 7 0 данных 4 4 0 18- L 4 4 0 БЗ экспертного сопро- 4 4 0 вождения проектных 4 4 0 процедур 4 4 0 L 4 4 0 4 4L

Рис. 4.1. Структура программных средств САПР ВС 112 - реализуя тем самым текущий маршрут проектирования см. рис. 3.2 . Подсистемы ядра выполняют функции, отличающиеся от традицион- ных лишь спецификой их применения в САПР ВС. При этом, формирова- ние и динамическая модификация ТЗ на разработку ВС осуществляется в процессе итерационного синтеза подсистемой формирования цели проектирования блок 1, рис. 4.1 . Решение задачи структурного и параметрического синтеза объектов любого уровня иерархии,

удовлет- воряющих требованиям сформированного ТЗ, выполняет соответствующая проектная процедура САПР блок 2, рис. 4.1 . В данном случае сог- ласованное функционирование подсистем ядра 3 и 4 рис. 4.1 позво- ляет осуществить многовариантный анализ и оптимально-компромиссный выбор на его основе с учетом комплексного критерия качества, тео- ретически и экспериментально разработанному для данного класса технических объектов. Анализ работоспособности синтезированного объекта и выявление соответствия

выходных характеристик ТО требо- ваниям технического задания осуществляет подсистема имитационного моделирования функционирования ВС блок 5, рис. 4.1 . Геометричес- кий образ проектируемого объекта формирует система пространствен- ной компоновки блок 6, рис. 4.1 . Совместимость данных сгруппированных по разделам программных модулей различного назначения достигается путем использования еди- ной системы управления САПР ВС. Управление процессом проектирова- ния осуществляется проектантом через диалоговый интерфейс

системы блок 11, рис. 4.1 , обеспечивающий реализацию сценария диалога в терминах предметной области. Центральным блоком экспертной компоненты САПР ВС является подсистема манипулирования знаниями и данными блок 9, рис. 4.1 , обеспечивающая выполнение следующих основных функций - анализ на полноту и непротиворечивость базы знаний данных - обработка запросов от подсистем на необходимые операции - 113 - СУБЗ СУБД блоки 14, 15, рис. 4.1 по генерации, занесению и моди- фикации требуемых знаний и данных

на любом шаге маршрута пректиро- вания - работа с базами моделей, методов и критериев качества. Формирование информационной базы осуществляет подсистема вы- явления знаний блок 7, рис. 4.1 , которая обеспечивает порядок предъявления эксперту необходимой для анализа информации в соот- ветствии с системной моделью извлечения знаний см. п. 3.4 , а также формирует соответствующие запросы к подсистемам манипулиро- вания блок 9 и диалогового

взаимодействия блок 11 . Отсутствие в базе знаний сопровождения блок 18 необходимых экспертных правил поддержки выполняемой проектной процедуры влечет за собой запрос системы управления к модулю формирования процедур- ных знаний блок 8 на генерацию соответствующих правил конструи- рования. При этом, процедурные знания формируются путем трансфор- мации имеющихся в базе декларативных знаний об объектах предметной области блок 17 к необходимому для использования процедурному виду.

Информационное обеспечение САПР ВС 116,117 реализовано в базе знаний данных экспертной компоненты и содержит библиотеки маршрутов блок 16 и объектов проектирования блок 17 , библиоте- ки эвристических процедур и данных блок 18 , которые администри- руются средствами СУБЗ СУБД от сеанса к сеансу и от пользователя к пользователю. База данных математических моделей объектов различных уровней иерархии

ВС формируется пользователем в автоматизированном режиме на основе построенной БЗ предметной области при помощи соответс- твующей подсистемы экспертной компоненты блок 10, рис. 4.1 , поз- воляющей установить взаимосвязи входных и выходных характеристик - 114 - объекта с его конструктивными проектными параметрами. Управление информационным обеспечением осуществляется либо на стандартных языках управления знаниями

данными СУБЗ СУБД, либо за счет запросов, генерируемых подсистемой манипулирования знаниями и данными блок 9, рис. 4.1 . Сервисные средства САПР ВС реализуют удобную форму диалога проектировщика с системой блок 11 и позволяют получать стандарт- ную форму представления результатов проектирования блоки 12, 13 в соответствии с требованиями единой системы конструкторской доку- ментации 118-120 . 4.2. Программные средства синтеза и анализа ВС. Ведущее место в системе автоматизированного проектирования

ВС занимают подсистемы структурно-параметрического синтеза и анализа, процесс функционирования которых реализует алгоритм синтеза ВС, детально изложенный в п. 3.2 см. рис. 3.3 . Следует отметить, что предлагаемая методология синтеза может быть положена в основу практической реализации программного про- дукта для различных устройств разрабатываемого вакуумного оборудо- вания 100,121,122 . Логическое взаимодействие основных подсистем ядра

САПР ВС и экспертной компоненты при этом будет инвариантным вне зависимости от типа, иерахического уровня абстракции описания, а также предметной области использования рассматриваемого техни- ческого объекта. Структура информационных связей основных модулей системы, участвующих в реализации процедур синтеза и анализа, представлена на рис. 4.2 блоки пронумерованы в соответствии с рис. 4.1 . Акти- визацию функционирования модулей осуществляет система управления 115 -

1 - 760 Формирование цели проектирования L 7 0 7 0 7 А Б В Г LT- LT- LT- LT- 7 0 7 2 - 3 - Синтез 750 Д 760 Анализ и выбор объектов L объектов L L 7 0 7 0 7 0 7 5 Моделирование L - 7 0 - Е Ж L 7 0 7 0 L - 4 З Оптимизация И LT- L LT- 7 0 - К L LT- 7 0 7 0 7 0 7 14 15 С У Б

З С У Б Д L T 7 0 7 0 7 16 - 18 - 19 Метазнания о процессе База знаний экспертного База проектирования сопровождения проектных данных L процедур L L Рис. 4.2. Информационные взаимосвязи подсистем при синтезе и анализе ВС - i - функции системы управления САПР ВС. LT 116 - СУ . На рис. 4.2 соответствующие функции СУ обозначены буквами русского алфавита

А - К . Взаимодействие подсистем определяется текущим маршрутом проектирования и осуществляется следующим обра- зом. На основе исходных данных о вакуумном технологическом процес- се формируется потребительская цель проектирования ВС, а на ее ос- нове - соответствующее ТЗ на разработку блок 1, рис. 4.2 . Необ- ходимые правила генерации дерева целей, описывающего различные альтернативы их достижения, извлекаются из базы знаний экспертного сопровождения блок 18, рис.

4.2 после соответствующего запроса системы управления функция А на рис. 4.2 . Выбор возможных пу- тей реализации поставленных целей см. рис. 3.2 осуществляется системой управления на основе метазнаний о процессе проектирования блок 16, рис. 4.2 . Поиск аналогов или прототипов ВС ФМ , полностью или частично удовлетворяющих предъявленным ТЗ требованиям, является одной из функций модуля анализа и выбора объектов блок 3, рис.

4.2 . Зап- рос правил выбора при этом осуществляет соответствующая функция системы управления функция И , рис. 4.2 . Ранжирование выбранных альтернативных вариантов с целью выявления наиболее рационального из них выполняет подсистема оптимизации блок 4, рис. 4.2 по функциональному запросу Ж , рис. 4.2 системы управления. Частичное смягчение требований ТЗ в случае пустого множества поиска возможных аналогов, а также формирование

частных потреби- тельских целей и ТЗ на модификацию выбранного прототипа осущест- вляет подсистема формирования целей проектирования блок 1, рис. 4.2 , которая инициируется по соответствующему запросу системы уп- равления функция Г СУ . Локальные цели модернизации найденного прототипа определяют - 117 - связь Б , рис. 4.2 дальнейший маршрут проектирования, предпола- гающий проведение последовательного синтеза структур различного типа см. рис. 3.2 . Подсистема синтеза при этом блок 2, рис.

4.2 генерирует множество возможных структур объектов различных уровней иерархии ВС. Доступ к базовому множеству элементов и соот- ветствующим правилам формирования структур см. п. 3.2 осущест- вляется через систему управления З , рис. 4.2 . Анализ синтезированного множества допустимых структур объекта блок 3, функциональная связь Д с целью выявления из него раци- онального варианта блок 4, связь

Е выполняется на базе комп- лексного функционально-стоимостного критерия качества. Методы оп- тимального поиска и сформированные критерии содержит база знаний, взаимодействующая с подсистемой оптимизации через СУ связь К , рис. 4.2 . Оценка работоспособности выбранного оптимально-компромиссного варианта синтезируемой ВС подсистема моделирования - блок 5 поз- воляет при неверном функционировании системы сформулировать соот- ветствующие локальные потребительские цели связь

В , рис. 4.2 , инициирующие очередной виток итерационного синтеза объекта с целью улучшения получаемого проектного решения. При этом, централизован- ная организация системы позволяет проектировщику осуществлять опе- ративное управление процессом проектирования на любом этапе выпол- няемого алгоритма синтеза ВС. 4.3. Подсистема выявления экспертных знаний. Программные средства выявления экспертных знаний из высокок- валифицированных экспертов см. рис. 4.1, блок 7 представляют со- бой функционально законченную

подсистему САПР ВС 123 , обеспечи 118 - вающую формирование декларативной базы инженерных знаний см. рис. 4.1, блок 17 начальных этапов проектирования ВС. Знания о предметной области представляются в соответствии с концептуальной моделью знаний см. рис. 2.13 в виде иерархической структуры фреймов, построенных над семантической сетью. Логическая структура информационного взаимодействия функцио- нальных модулей подсистемы показана на

рис. 4.3. Методика выявле- ния знаний, описанная в п. 3.4, реализуется здесь подсистемой уп- равления на базе системной модели, составляющей метазнания экс- пертной компоненты САПР ВС. Декларативная база знаний о предметной области создается пос- ледовательным формированием и наполнением фреймов концептуальной модели знаний рассматриваемой предметной области см. рис. 2.13 . Данный процесс повторяется на всех уровнях иерархии

ВС для каждого горизонтального подуровня декомпозиции описания объека функция, тип, конструктив, геометрия - см. рис. 2.13 . На первом этапе формирования декларативной базы знаний выпол- няется структурирование информации о классах ТО рассматриваемого уровня. Данная функция, выполняемая модулем классификации объектов блок 1 , рис. 4.3 , предусматривает следующую последовательность операций при взаимодействии с экспертом см. п. 3.4 - выбор и ранжирование классификационных признаков объекта из системной базы знаний системы

метазнания о процессе проектирова- ния - рис. 4.3 определение множеств возможных значений каждого классифика- ционного признака рассматриваемого ТО - генерация признакового пространства классификации - анализ соответствия полученных описаний и существующей классификации ТО, а также выявление ранее не описанных классов 119 - 2 Выявление экспертных знаний 0 2Сервис0 - 1 Классификация

Диалоговый объектов 2 0 интерфейс L T 2 0 L 7 0 7 0 2 0 L 2 0 2 2 0 2 Определение 2 0 2 свойств 2 0 2 L T 2 0 2 7 0 7 0 2 0 2 3 2 0 3-T 5 0Выявление5 0сущест- 2 3 0 2Подсистема3 венных свойств 2 0 3 0 2управления3 L T 2 0 3L - 7 0 7 0 2 0 2 4 2 0 2 Формирование 2 0 2 фреймов свойств 2 0 2 L T 2 0 2 7 0 7 0 2 0 2 5 2 0 2 Формирование фрей- 2 0 2 мов взаимосвязей 2

L 2 L 7 0 2 2 2 7 2 Манипулирование знаниями и данными L T 2База знаний0 2 0 2данных0 С У Б З С У Б Д L T L T Метазнания БЗ База о процессе предметной данных проектир. области L L L L Рис. 4.3. Логическая структура подсистемы выявления экспертных знаний 120 - При этом, описательные формулировки, предъявляемые эксперту для анализа, формируются в терминах предметной

области проектанта функция диалогового интерфейса системы . Проведенная классификация позволяет подсистеме манипулирова- ния знаниями и данными сформировать фрагмент базовой структуры фреймовой модели знаний рассматриваемого уровня иерархии. Следующим этапом диалогового взаимодействия подсистемы с экс- пертом является определение состава свойств объектов построенной фреймовой структуры блок 2, рис.

4.3 . Выделение множеств свойств осуществляется по основным группам функциональные, эксплуатацион- ные, производственные и конструктивные на базе информации, содер- жащейся в системной базе знаний о предметной области. В данном случае эксперту предоставляется возможность выбора свойств из числа предлагаемых системой , которые по его мнению наилучшим об- разом характеризуют описываемый объект. Выявление существенных свойств из сформированных множеств вы- полняет соответствующий функциональный

модуль блок 3, рис. 4.3 . При этом, методы ранжирования свойств по критерию важность сос- тавляют метазнания системы. Упорядоченные по значимости описательные множества свойств объектов доопределяются значениями шкал и диапазонов варьирования параметров блок 4, рис. 4.3 . Сформированные подобным образом множества свойств и шкал их значений являются исходной информацией для системы манипулирования знаниями, которая позволяет построить окончательную структуру фреймовой

модели декларативной базы знаний ВС рассматриваемого уровня иерархии. Наполнение сформированной информационной структуры конкретны- ми значениями параметров свойств осуществляется экспертом через систему диалогового взаимодействия. Процесс выявления знаний завершается формированием фрейма - 121 - взаимосвязей свойств объектов различных уровней иерархии блок 5, рис.

4.3 . Данная процедура требует от эксперта последовательного построения бинарных таблиц отношений свойств, а также их интерпре- тации до конкретных зависимостей аналитических, логических или табличных . Конкретный вид взаимосвязи формируется экспертом при помощи соответствующей функции модуля 5 в диалоговом режиме вза- имодействия. Таким образом, последовательная инициализация подсистемой уп- равления вышеописанных функциональных модулей для всех уровней ие- рархии

ВС предоставляет эксперту возможность формирования полной и непротиворечивой декларативной базы знаний, обеспечивающей эффек- тивную поддержку основных процедур пректирования разрабатываемой интеллектуальной САПР ВС. 4.4. Подсистема моделирования функционирования ВС. Используемый проблемно-ориентированный подход к построению программных средств имитационного моделирования 124 позволяет, используя привычную для проектировщика терминологию, оценить рабо- тоспособность синтезируемой

конструкции ВС, легко настраиваясь при этом на конкретное окружение рассматриваемой предметной области. Структурные связи основных модулей подсистемы моделирования укрупненно показана на рис. 4.4. Базовым программным модулем, выполняющим функции монитора системы, является подсистема управления ПУ процессом моделирова- ния. Основной функцией ПУ является обеспечение информационного взаимодействия блоков подсистемы, а также - через диалоговый ин- терфейс - системы и проектировщика.

Исходными данными для имитации являются описания структуры 122 - 2Моделирование0 2Сервис0 - 1 Интерпретатор Диалоговый директив 2 0 интерфейс конструктора 2 0 L L-T 2 0 2 0 Графические 2 0 средства 2 0 L 2 2 0 Коррекция 2 0 Средства модели ВС 2 0 документир. L-T T 2 0 L 2 0 L 2 0 2 7 0 2 0 2 3 2 0 2 5 0Формирование 2 0 2 имитационной 2 0 2 модели

ВС 2 0 2 L T T 2 0 3-T 2 3 0 2Подсистема3 2 0 3 0 2управления3 7 0 2 0 3L - 4 2 0 2 Программа-имитатор 2 0 2 L T 2 L 2 2 2 2 2База знаний0 2 0 2данных0 7 0 7 0 7 0 С У Б З С У Б Д L T L T БЗ экспертного БЗ База сопровождения предметной данных проектных проц. области L L L L Рис. 4.4. Структура подсистемы имитационного моделирования функционирования ВС 123 - ВС, свойств ее структурных составляющих и алгоритма ее функциони- рования плана эксперимента

. Необходимая для этого информация оп- ределяется в результате функционирования процедур синтеза и анали- за ВС см. рис. 4.2 и передается в подсистему моделирования при ее инициализации. Связь пользователя с ЭВМ осуществляется через проблемно-ориентированный язык манипулирования моделями, описание которых в виде словаря понятий, набора параметров и их функцио- нальных взаимосвязей, формируется на базе знаний об объектах исс- ледуемой предметной области.

Оперативное управление процессом моделирования выполняется конструктором через интерпретатор директив блок 1, рис. 4.4 . При этом, изменение структуры моделируемой системы, коммутация состоя- ний активности элементов, а также варьирование значений описываю- щих их конструктивных параметров, осуществляется пользователем при взаимодействии с модулем коррекции модели ВС блок 2, рис. 4.4 . Имитационная модель функционирования

ВС произвольной структу- ры формируется на основе композиции макромоделей функционально за- конченных элементов, доопределенных конкретными значениями проект- ных параметров описываемой системы блок 3, рис. 4.4 . Соответс- твующие правила генерации математической модели ВС содержатся в базе знаний экспертного сопровождения процедуры моделирования. Действия, выполняемые любым структурным элементом объектом в модели

ВС, программно реализованы в виде соответствующих присое- диненных процедур фреймов взаимосвязей свойств базы знаний о пред- метной области см. рис. 2.15 . Таким образом, построение общей имитационной модели ВС осу- ществляется на основе использования множества описанных в базе знаний моделирующих элементов с учетом исходных данных о структуре ВС и информации об условиях использования элементов в каждом узле

- 124 - моделируемой схемы. Библиотека моделей функциональных структурных элементов со- держит макромодели типовых устройств, представленных проектировщи- ком в описании базы знаний рассматриваемой предметной области. Библиотека формируется в автоматическом режиме при функционирова- нии соответствующей подсистемы экспертной компоненты САПР ВС см. блок 10, рис. 4.1 . Набор элементов, используемых в качестве компонент, может быть расширен средствами соответствующих

функций СУБЗ СУБД. В сис- тему могут включаться новые элементы или, наоборот, исключаться те из них, необходимость в использовании которых отпала. При этом, разные пользователи могут создавать и работать с различными под- множествами библиотеки моделей имитационной системы. Генерация программы имитации и ее запуск осуществляются под- системой моделирования автоматически. Анализ работоспособности синтезируемой ВС осуществляется программой-имитатором блок 4, рис.

4.4 в реальном масштабе времени, позволяя тем самым проекти- ровщику визуально наблюдать за протекающими в системе вакуумными процессами и, при необходимости, оперативно на них реагировать. Наглядное представление результатов моделирования в виде гра- фиков, таблиц или текстовой документации осуществляют соответству- ющие сервисные программные средства см. рис. 4.4 . ВЫВОДЫ. 1. Разработана структура программных средств

САПР ВС, реали- зующих вышеизложенный подход к интеллектуализации процесса автома- тизированного проектирования вакуумных систем. Выделены основные проектирующие модули системы и описаны принципы их информационного - 125 - взаимодействия. 2. Создан комплекс программных средств структурно-параметри- ческого синтеза и анализа, реализующий предлагаемый алгоритм син- теза конструкций ВС. 3. Предложены программные средства формирования базы знаний конструирования

ВС, обеспечивающие выявление знаний непосредствен- но из высококвалифицированных экспертов в процессе пассивного диа- лога. Приведена логическая структура взаимодействия основных прог- раммных модулей системы. 4. Представлено описание подсистемы имитационного моделирова- ния функционирования ВС произвольной структуры. Показано функцио- нальное взаимодействие основных процедурных блоков и экспертной компоненты системы. 5. Сформулированы основные принципы диалогового взаимодейс- твия пользователя в

процессе эксплуатации САПР ВС. 6. Отмечено, что разработанное программное обеспечение инва- риантно по отношению к предметной области и после предварительной настройки может быть использовано практически в любой сфере инже- нерной деятельности 126 - ЗАКЛЮЧЕНИЕ Выполненный комплекс теоретических, исследовательских и прак- тических работ и полученные на их основе результаты позволяют сде- лать следующие выводы 1.

На основе анализа требований и эволюции вакуумного техно- логического оборудования выявлена потребность автоматизации на- чальных этапов проектирования ВС. Показана необходимость примене- ния новых подходов к построению САПР конструирования, предусматри- вающих включение экспертных компонент поддержки основных проектных процедур структурно-параметрического синтеза ВС. 2.

Проведен концептуальный анализ ВС, позволивший разработать инвариантные относительно введенных уровней членения системные мо- дели ВС как объекта конструирования и проектирования, которые яв- ляются основой создания методики выявления экспертных знаний, структурно-параметрического синтеза и моделирования ВС. На основе системного анализа выполнена структуризация предметной области, позволившая сформировать классы принадлежности объектов и выделить описывающие их множества свойств и признаков.

3. Предложена обобщенная модель структурно-параметрического синтеза ВС, представляющая собой упорядоченную последовательность необходимых действий конструктора, приводящих к достижению постав- ленной цели проектирования. 4. Разработана методика непосредственного выявления знаний из высококвалифицированных экспертов, представляющая конструктору возможность диалогового формирования базы знаний подсистемы экс- пертной поддержки

САПР рассматриваемой предметной области. 5. Сформирована концептуальная модель знаний, обеспечивающая возможность эффективного формирования и манипулирования знаниями - 127 - подсистемой экспертного сопровождения САПР ВС. 6. Выявлены основные проектные процедуры начальных стадий проектирования ВС, а также состав необходимых для эффективного функционирования

САПР экспертных знаний их поддержки. 7. Предложена логическая структура создаваемой САПР ВС, поз- воляющая реализовать основные трудноформализуемые процедуры твор- ческого процесса проектирования на основе использования в системе экспертных компонент поддержки принимаемых конструктором решений. 8. Разработаны математические модели функционирования базовых структурных элементов ВС, являющиеся основой проведения имитацион- ного моделирование протекающих вакуумных процессов в

ВС произволь- ной структуры. 9. Создан комплекс программных средств, обеспечивающих реали- зацию указанного подхода к автоматизации основных этапов синтеза на начальных этапах проектирования ВС. Результаты работы внедрены в НПО Вакууммашприбор г. Моск- ва , в НИИ точного машиностроения г. Зеленоград и Московском го- сударственном институте электроники и математики 128 -

ЛИТЕРАТУРА 1. Блинов И.Г Мелехин Ю.Я Панфилов Ю.В. Процессы и обору- дование для нанесения тонких пленок в вакууме. Уч. пособие М. Изд. МИЭТа, 1987 72 с. 2. Одиноков В.В. Шлюзовые системы в вакуумном оборудовании. Уч. пособие М. Высшая школа, 1981 55 с. 3. Вакуумные системы и применяемые в них материалы и компонен- ты

Murakami Yoshio Синку Journal of Vacuum Society of Japan 1987 30, N2 с. 964 - 967. 4. Оборудование для обработки в вакууме. Заявка 643170 Япония, МКИ54 0С23 С14 56 Дзе Хидэтака, Ватанабэ Осаму, Окумура Ка- цуя К.К. Токуда сэйсакусе, К.К. Тосиба N5o062, -188029 Кокай токке кохо 1989 с.

391 - 396. 5. Thin film deposition apparatus including a vacuum transport mechanism. Пат. 4763602 США, МКИ540 С23 С14 00 Madan Arun, Roeden Bolko Von Glasstech Solar Inc N5o018617. Опубл. 18.08.1988. НКИ 118 719. 6. Данилин Б.С. Вакуумные технологические процессы и оборудо- вание микроэлектроники М. Машиностроение, 1987 71 с. 7. Sharma J.K.N. Vacuum systems for ion implantation equipment

Solid State Technol V. 17, N5o012, 1974. 8. Тихонов А.Н. Особенности проектирования вакуумных систем современного микрозондового оборудования. Межвузовский сборник. Электронное машиностроение, робототехника, техно- логия ЭВП М. МИЭМ, 1984 с. 123 - 128. 9. Попов В.Ф. Ионно-лучевые установки Л. Энергоиздат, 1981 136 с. 10. Попов В.Ф Горин Ю.Н.

Процессы и установки электронно-ион 129 - ной технологии М. Высшая школа, 1988 255 с. 11. Фигнер А.И. Высоковакуумная техника. Сборник Электроника и ее применение М. 1978. 12. Ивановский Г.Ф Петров В.И. Ионно-плазменная обработка ма- териалов М. Радио и связь. 1986 232 с. 13. Данилин Б.С Киреев

В.Ю. Применение низкотемпературной плазмы для травления и очистки материалов М. Энергоато- миздат, 1987 264 с. 14. Микролитография второй половины 80-х годов ЦНИИ Элект- роника , вып. 21, 1985 5 с. 15. Пипко А.И. Вакуумно-термическое оборудование в производстве изделий электронной техники М. Машиностроение,1986 55с. 16. Ковалев Л.К. Вакуумное оборудование для производства тон- копленочных

структур квантовой электроники. Обзоры по ЭТ, серия 11 Лазерная техника и оптоэлектроника 1982, вып. 2 886 83 с. 17. Симонов В.В Корнилов Л.А Шашелев А.В Шокин Е.В. Обо- рудование ионной имплантации М. Радио и связь, 1988 184 с. 18. Блинов И.Г Кожитов Л.В. Оборудование полупроводникового производства

М. Машиностроение, 1986 264 с. 19. Денисов А.Г Кузнецов Н.А Макаренко В.А. Оборудование для молекулярно-лучевой эпитаксии. Обзоры по ЭТ, серия 7 Технология, организация производства и оборудование 1981, вып. 17 828 52 с. 20. Данилин Б.С. Получение тонкопленочных элементов микросхем М. Энергия, 1977 136 с. 21. Панфилов Ю.В Рябов В.Т

Цветков Ю.Б. Оборудование произ- водства интегральных схем и промышленные роботы М. Ра 130 - дио и связь, 1988 320 с. 22. Сысоев В.В. Автоматизированное проектирование линий и комп- лектов оборудования полупроводникового и микроэлектронного производства М. Радио и связь, 1982 120 с. 23. Быков В.П. Методическое обеспечение САПР в машинострое- нии ,

Л. Машиностроение, Ленингр. отд 1989 255 с. 24. Саксаганский Г.Л. Основы расчета и проектирования вакуумной аппаратуры М. Машиностроение, 1978 76 с. 25. Вакуумная технология Oshima chuhei Хэмэн кагаку J. Surface Sci. Soc. Jap 1989 10, N5o010 c. 884 - 890. 26. Минайчев В.Е. Вакуумное оборудование для нанесения пленок

М. Машиностроение, 1978 60 с. 27. Введенский В.Д Рязанкин В.П Салищев Г.С. Современные установки для нанесения оптических покрытий в вакууме мето- дами термического испарения. Оптико-механическая про- мышленность 1987, N5o09 с. 47 - 54. 28. Diffusion, cryogenic and turbo pumping European Semicon- ductor Design and Production Assembly 1989 11,

N5o01 c. 28. 29. Today s ultrahigh vacuum limits Sci. e. tech. Bernardini M. Vuoto Sci. e. tech 1989 19, N5o02 p. 50 - 52. 30. Проспект фирмы RIBER Франция . Молекулярно-лучевая эпи- таксия 1977 5 p. 31. Проспект фирмы VARIAN США . Молекулярно-лучевая эпитак- сия 1978 4 р. 32. Проспект фирмы Leybold-Heraeus ФРГ . UHV - Aut damp- funlage

PU-450 1978 4 p. 33. Котельников Ю.Н. Автоматизация вакуумно-технологических процессов и оборудования М. Машиностроение,1987 55с 131 - 34. Норенков И.П Маничев В.Б. Основы теории и проектирования САПР Учебник для втузов М. Высшая школа,1990 335 с. 35. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества Учебное пособие для студентов втузов М. Машиностроение,

1988 368 с. 36. Андреев Л.В. О совместительстве в мире конструкций. Маши- ностроитель 1991 N5o04 c. 6 - 9. 37. Автоматизация поискового конструирования искусственный ин- теллект в машинном проектировании . Под. ред. Половинкина А.И М. Радио и связь, 1981 344 с. 38. Батищев Д.И. Поисковые методы оптимального проектирования М. Советское радио,

1975 216 с. 39. Остапенко О.Г. Анализ и синтез линейных радиоэлектронных цепей с помощью графов Аналоговые и цифровые фильтры М. Радио и связь, 1985 280 с. 40. Половинкин А.И. Методы инженерного творчества Волгоград, 1984 365 с. 41. Вермишев Ю.Х. Методы автоматического поиска решений при проектировании сложных технических систем М. Радио и связь, 1982 152 с. 42.

Батищев Д.И. Поисковые методы оптимального проектирования М. Советское радио, 1975 216 с. 43. Масленников П.Н Сысоев В.В. Оптимизация структуры линий полунепрерывного производства при их проектировании Во- ронеж ВГУ, 1979 108 с. 44. Райцын Т.Н. Синтез систем автоматического управления мето- дом направленных графов Л. Энергия, 1970 96 с. 45. Тащина А.Г Бродянский

В.М Синявский Ю.В. Принципы син- теза и оптимизации схем криогенных установок на основе - 132 - группировки их элементов. Труды МЭИ. Исследование и со- вершенствование теплоэнергетических и криогенных систем 1975, вып. 249 с. 100 - 107. 46. Тащина А.Г. Алгоритм автоматизированного синтеза схем крио- генных установок. Труды МЭИ 1978, вып. 386 с. 149 - 154. 47. Дворянкин

А.М Половинкин А.И Соболев А.Н. Методы синте- за технических решений М. Наука, 1977 104 с. 48. Цвиркун А.Д. Основы синтеза структуры сложных систем М. Наука, 1982 200 с. 49. Корячко В.П Курейчик В.М Норенков И.П. Теоретические основы САПР М. Энергоатомиздат, 1987 400 с. 50. Цвиркун А.Д Акинфиев В.К. и др. Имитационное моделирова- ние в задачах синтеза структуры

сложных систем Оптимизаци- онно-имитационный подход М. Наука, 1985 173 с. 51. Волчкевич Л.И Кузнецов Н.А. Выбор оптимальной структуры многопозиционных автоматов электронной промышленности. Электронная техника, Сер. 7. Технология, организация произ- водства и оборудование. Вып. 3 82 1977 с. 61 - 74. 52. Добров Е.М Ершов Ю.

В Левин Е.И Смирнов Л.П. Эксперт- ные оценки в научно-техническом прогнозировании Киев Наукова думка, 1974 160 с. 53. Бешелев С.Д Гурвич Ф.Г. Математико-статистичекие методы экспертных оценок М. Статистика, 1980 263 с. 54. Бажин И.И Беренгард Ю.Г Гайцгори М.М. и др. Автоматизи- рованное проектирование машиностроительного гидропривода.

Под ред. Ермакова С.А М. Машиностроение, 1988 312 с. 55. Чичварин Н.В. Экспертные компоненты САПР М. Машиностро- ение, 1991 240 с 133 - 56. Аветисян Д.А Башмаков И.А Геминтер В.И. и др. Системы автоматизированного проектирования Типовые элементы, мето- ды и процессы М. Издательство стандартов,

1985 179 с. 57. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем М. Высшая школа, 1980 311 с. 58. Норенков И.П. Системы автоматизированного проектирования Принципы построения и структура. Кн. 1 М. Высшая школа, 1986 127 с. 59. Жук Д.М Мартынюк В.А Сомов П.А. Технические средства и операционные системы.

САПР. Кн. 2 Минск Высшая школа, 1988 156 с. 60. Кулон Ж Л Сабоннадьер Ж К. САПР в электротехнике М. Мир, 1988 208 с. 61. САПР в радиотехнике. Справочник. Под ред И.П. Норенкова М. Радио и связь, 1986 368 с. 62. Ильин В.Н Фролкин В.Г Бутко А.И. и др. Автоматизация схемотехнического проектирования

М. Радио и связь, 1987 368 с. 63. Dow M.R. Algoritms for integrated calculation models and drafting in building services pipework design. Computer - aided design Vol. 19 N5o09 1987 p. 479 - 484. 64. Капустин Н.М Васильев Г.Н. Автоматизация конструкторского и технологического проектирования. САПР. Кн. 6 Минск Вышэйшая школа, 1988 191 с. 65.

Керимов З.Г Багиров С.А. Автоматизированное проектирова- ние конструкций М. Машиностроение, 1985. 66. САПР изделий и технологических процессов в машиностроении. Справочник. Под ред. Аллик Р.А Л. Машиностроение 134 - 1986 319 с. 67. Челищев Б.Е Боброва И.В Гонсалес-Сабатер А. Автоматиза- ция проектирования технологии в машиностроении

М. Маши- ностроение, 1987 264 с. 68. Дризовский Л.М Киселева Э.В Буторина Т.С. Состояние и перспективы развития САПР. Приборы и системы управления. N5o011, 1983 с. 15 - 17. 69. Малиновский Э.В Жилнин В.С. Расчет методом Монте-Карло пропускной способности цилиндрических труб при молекулярном режиме течения газа.

ЭТ Сер. 4 Электровакуумные и газоразрядные приборы Научно-технический сборник ЦНИИ Электроника 1989 Вып. 2 с. 45. 70. Малиновский Э.В. Влияние шероховатости поверхности стенок каналов на их пропускную способность при молекулярном режи- ме течения газа. ЭТ Сер. 4 Электровакуумные и газо- разрядные приборы Научно-технический сборник ЦНИИ Электроника 1990 Вып.

1 с. 72 - 75. 71. Yoshimura Nagamitsu. Vacuum Circuit Composed of Elements with Characteristic Values Corresponding to Those of High Vacuum System. IONICS, Ion Sci. and Technol 1985, N5o0112, p. 23 - 28. 72. Yoshimura Nagamitsu. Analysis of Pressure Distributions based on Vacuum Circuits. IONICS,

Ion Sci. and Technol 1984, N5o027, p. 471 - 473. 73. Разработка способов расчета вакуумных систем произвольной геометрии НТО НИИ ПМК при ГГУ им. Н.И. Лобачевского. Горький, 1983 23 с. N5o0ГР. 01821000681. 74. Моделирование вакуумной системы методом конечных разностей. Itoh Akiko, Nakazava Masaru, Ueda Sinjiro. Синку,

Journal - 135 - of Vacuum of Society of Japan , 1987, 30, N5o05, p. 420-424. 75. Сырчин В.К Ручнов С.В. Моделирование и расчет шлюзовых систем вакуумного технологического оборудования. Сборник научных трудов МИЭТа Моделирование и расчет элементов и устройств технологического оборудования микроэлектроники М. изд. МИЭТа, 1985 с. 9 - 21. 76. Arbel Ami, Shapira Yoran. A dicision framework for evalua- ting vacuum pumping technology.

Journal of Vacuum Science and Technology , 1986, 4, N5o02, p. 230 - 236. 77. Разработка основных методов построения функциональных ин- формационно-проектирующих систем узлов машиностроения и приборостроения Отчет о НИР ЛПИ Руководитель Л.Н. Роза- нов N5o0ГР. 01880027791 Л 1989 361 с. 78. Розанов Л.Н Дзельтен Г.П Печатников

Ю.М. Автоматизация проектирования принципиальных вакуумных схем. Вакуумная техника и технология, 1991, N5o01, с. 8 - 11. 79. Розанов Л.Н Щемев В.В Печатников Ю.М. Автоматизация проектирования вакуумных агрегатов. Автоматизация проек- тирования в машиностроении Межвузовский сборник Л. ЛПИ, 1987 с. 45 - 48. 80. Розанов Л.Н Печатников

Ю.М Донская М.М. Подсистема ав- томатического проектирования вакуумных агрегатов. Автома- тизация проектирования в машиностроении Межвузовский сбор- ник Л. ЛПИ, 1987 с. 48 - 53. 81. Розанов Л.Н. Автоматизация проектирования вакуумных агрега- тов. Тезисы докладов ВНТК Состояние и перспективы раз- вития вакуумной техники , ч.1 Казань, 1991 с. 6 - 7. 82. Кожевников А.И Батраков

В.Б Львов Б.Г. Структурно-пара- метрический синтез вакуумных систем технологического обору 136 - дования. Тезисы доклада ВНТК Состояние и перспективы развития вакуумной техники Вакуум-91 , ч.1 Казань 1991 с. 53 - 54. 83. Пипко А.И Плисковский В.Я Пенчко Е.А. Конструирование и расчет вакуумных систем М. Энергия, 1979 504 с. 84. Розанов Л.Н. Вакуумная техника

Учебник для вузов по спец. Вакуумная техника М. Высшая школа, 1990 320 с. 85. Любарский Ю.Я. Интеллектуальные информационные системы М. Наука, 1990 232 с. 86. Тамм Б.Г Пуусепп М.Э Таваст Р.Р. Анализ и моделирование производственных систем М. Финансы и статистика, 1987 191 с. 87. Львов Б.Г.

Основы теории технических систем М. МИЭМ, 1991 136 с. 88. Кожевников А.И Батраков В.Б Барашкова Г.Н. Формирование концептуальных моделей объекта в САПР вакуумной коммутаци- онно-регулирующей аппаратуры. Тезисы доклада ВНТС САПР в машиностроении Ульяновск 1990г с. 59. 89. Арменский Е.В Львов Б.Г Митрофанов С.А. Стратегия пост- роения концептуальной модели технического

объекта. Межву- зовский сборник Методы моделирования и оптимизации в САПР конструкторско-технологических работ М. 1989 с. 3-6. 90. А.с. N5o01514998 СССР . Сверхвысоковакуумный затвор с элект- ромеханическим приводом. Кожевников А.И Батраков В.Б Львов Б.Г Павлова Т.С Самойлов Ю.С Опубл. в Б.И. N5o038, 1989. 91. А.с. N5o01566156

СССР . Сверхвысоковакуумный затвор. Кожев- ников А.И Батраков В.Б Барашкова Г.Н Львов Б.Г Опубл. в Б.И. N5o019, 1990 137 - 92. Ревунов Г.И Самохвалов Э.Н Чистов В.В. Базы и банки данных и знаний М. Высшая школа, 1992 367 с. 93. Кожевников А.И Львов Б.Г Батраков

В.Б. Построение базы знаний проектирования вакуумного оборудования. Тезисы доклада ВСС Проектирование и эксплуатация баз данных и баз знаний Симферополь, 1991 с. 43. 94. Поспелов Д.А. Логико-лингвистические модели в системах уп- равления М. Энергоиздат, 1981 231 с. 95. Кожевников А.И Львов Б.Г Батраков В.Б. Интеллектуализа- ция САПР вакуумных систем.

Вакуумная техника и техноло- гия, 1993, N5o01, т. 3, с. 19 - 23. 96. Кожевников А.И Батраков В.Б Львов Б.Г. Метод автомати- зированного выбора оптимального конструктивного варианта детали. Тезисы доклада Московской городской НТК Автома- тизация производственных процессов и управление качеством М. 1986 с. 38. ДСП. 97. Кожевников А.И Львов Б.Г Шиленко

Е.С. Автоматизирован- ный выбор высоковакуумных насосов М. МИЭМ, 1988 20 с. 98. Кожевников А.И Батраков В.Б Львов Б.Г. Автоматизирован- ный выбор элементной базы вакуумных систем. Тезисы докла- да отраслевой НТК Автоматизация конструкторской и техноло- гической подготовки производства в условиях ГПС Ужго- род 1988 с. 19 - 26. 99. Кожевников

А.И Батраков В.Б Львов Б.Г. и др. Разработка ППП выбора и оценки элементной базы ВС структурного синте- за и кинематического анализа механизмов ВКРА. В кн. Ав- томатизация конструкторской и технологической подготовки ГПС НТО МИЭМ, N5o0 ГР. 01840047751. Деп. ВНТИЦ. Инв. N5o 02890021379 М. 1988 с. 17 - 36. ДСП 138 - 100.

Кожевников А.И Батраков В.Б Львов Б.Г. Формализация проектирования вакуумных манометров на этапе выбора ФПД. Тезисы доклада II ВСМУиС Датчики, преобразователи информа- ции систем измерения, контроля и управления - Симферополь 1990 с. 36. 101. Кожевников А.И. Формализация выбора вакуумных шлюзовых сис- тем. Тезисы доклада ВНТК Состояние и перспективы разви- тия вакуумной техники Вакуум-91 , ч.2 Казань 1991 с. 82 - 83. 102. Ларичев

О.И Мечитов А.И Мошкович Е.М Фуремс Е.М. Выявление экспертных знаний процедуры и реализации М. Наука, 1989 128 с. 103. Элти Дж Кумбс М. Экспертные системы концепции и примеры М. Финансы и статистика, 1987 191 с. 104. Шрайбер Т.Дж. Моделирование на GPSS М. Машиностроение, 1980 590 с. 105. Азаров С.С Шамшур А.В. Моделирование непрерывных и диск- ретных систем с использованием пакета

GASP-IV ИК АН УССР - Киев 1973 36 с. 106. Прицкер Б. Введение в ИМ и язык СЛАМ - М. Мир, 1987 644с. 107. Киндлер Е. Языки моделирования М. Энергоатомиздат, 1985, 288 с. 108. Кожевников А.И Львов Б.Г Батраков В.Б. Моделирование функционирования вакуумных систем произвольной структуры. Межвузовский сб. научных трудов Автоматическое обору- дование и технология производства изделий

электронной тех- ники М. МИЭМ, 1991 с. 48 - 51. 109. Кожевников А.И Львов Б.Г Батраков В.Б. Автоматизация моделирования функционирования вакуумных систем произволь 139 - ной структуры. Тезисы доклада ВШС Пути повышения интел- лектуализации САПР Симферополь, 1991 с. 50. 110. Солодовников И.В. Языки, программное обеспечение и органи- зация систем имитационного моделирования

М. Машиност- роение, 1982 48 с. 111. Солодовников И.В. Системы имитационного моделирования как структуры данных. Приборостроение. Т. ХХХI, N5o08, 1988 с. 8-12. 112. Солодовников И.В. Реализация систем планирования средства- ми баз данных. Автоматизированные системы управления и приборы автоматики, вып.

95 Харьков, Вища школа, 1990 с. 124-129. 113. Кожевников А.И Львов Б.Г Батраков В.Б. и др. Разработка программных средств автоматизации проектирования вакуумных систем оборудования электронной техники НТО МИЭМ, N5o0 ГР. 01920005471. Деп. ВНТИЦ. Инв. N5o0 02920005913 М. 1991 53 с. 114. Кожевников А.И Львов Б.Г Батраков

В.Б. и др. Программ- ные средства автоматизированного проектирования вакуумных систем НТО МИЭМ, N5o0 ГР. 01900042547. Деп. ВНТИЦ. Инв. N5o 0291044 М. 1990 48 с. 115. Кожевников А.И Львов Б.Г Батраков В.Б Витушкин П.И. САПР вакуумных систем оборудования производства изделий электронной техники. Тезисы доклада ВССМУС Разработка и оптимизация САПР и

ГАП изделий электронной техники на базе высокопроизводительных мини и микро ЭВМ Воронеж 1989 с. 176. 116. Кожевников А.И Львов Б.Г. и др. Разработка информационно- го и программного обеспечений САПР вакуумного оборудования 140 - В кн. Разработка САПР вакуумного оборудования и САПР систем автоматизированного управления ,

НТО МИЭМ, N5o0 ГР. 01890052063. Деп. ВНТИЦ. Инв. N5o0 02900008823 М. 1989. с. 8 - 34. ДСП. 117. Кожевников А.И Львов Б.Г Батраков В.Б. Информацион- но-программное обеспечение автоматизации проектирования ва- куумных систем. Тезисы доклада ВНТК Информационное и программное обеспечение САПР Ужгород 1990. с. 16 - 17. 118. Кожевников А.И

Батраков В.Б Витушкин П.И. Автоматизиро- ванная система графического изображения принципиальных схем. Тезисы доклада XIV МГНТК, посвященной дню Радио, Союз НИО СССР М. 1988. 119. Кожевников А.И Батраков В.Б. и др. Программные средства отображения принципиальных схем вакуумных систем с исполь- зованием графопостроителей. Тезисы доклада ВСНТК Автома- тизация проектирования и конструирования в электронном ма- шиностроении

М. 1988. с. 38 - 39. ДСП. 120. Кожевников А.И Львов Б.Г Батраков В.Б Павлова Т.С. Автоматизация конструкторских работ при проектировании ВКРА. Тезисы доклада ВНТК Информационное и программное обеспечение САПР М. 1989 с. 101. 121. Кожевников А.И Львов Б.Г Батраков В.Б Петров Ю.А. Разработка ППП синтеза и анализа механизмов вакуумно-комму- тационной аппаратуры

НТО КнАПИ и МИЭМ. N5o0 ГР 01880018619 Деп. ВНТИЦ. Инв. N5o0 02890019044 М. 1989 262 с. 122. Кожевников А.И Львов Б.Г Батраков В.Б. и др. Подсистема параметрического выбора и анализа ВКРА В кн. Автоматиза- ция конструкторской и технологической подготовки ГПС НТО МИЭМ. N5o0 ГР 01840047751. Деп. ВНТИЦ. Инв.

N5o - 141 - 02880012444 М. 1987 с. 22 - 31. ДСП. 123. Кожевников А.И Львов Б.Г. и др. Разработка программных средств формирования базы знаний проектирования вакуумных систем НТО МГИЭМ ТУ .5 0N5o0 ГР 01940000737 М. 1993 88 с. 124. Кожевников А.И Львов Б.Г Солодовников И.В. и др. Анализ и выбор инструментальных программных средств информационной системы поддержки решений

НТО МГИЭМ ТУ . N5o0 ГР 01940000736 М. 1993 - 56 с. 125. Havenstein A Schwarzzkopf W. Arbeitsbereich Konstruktion, VDI-Z, 1984, N5o020, s. 753 - 759. 126. Kissling U. Praxisgerechte maschinenbauberechnungen auf Computer. Techn. Rdsch 1979, N5o039, s. 90 - 93. 127. Klein

B. CAP, CAD, CAM im Konstruktionsbereich. Maschi- nenbau , 1988, 17, s. 13 - 27. 128. Martin L.R. CAD CAM An Even Fuller Menn Anead. Manuf. Eng. USA , 1987, 99, N5o06, p. 43 - 49. 129. Hales H.L. Producibility and Integration a Winning Combination. Manuf. Eng. USA ,

1987, 99, N5o02, p. 14 - 18. 130. Parthier U. CAE auf PC - Basis Electronik - CAD bei MBB. Hard and Soft, 1987, N5o011-12, p. 26 - 27. 131. Тэцуо И Идзуми М Норихито К. Современное состояние при- менения САПР АСТПП. Дзудок гидзюцу, Mech. Autom , 1987, 19, N5o06, с.

89 - 93. 132. Kunne B Jorden W. Kosteneigparung durch systematische Verwendung von Halbzeugen. Konstruktion, 1988, 40, N5o06, s. 239 - 244. 133. Darrow B. CAD CAM the best is yet to come. Des. News 142 - 1987, 43, N5o020, p. 74 - 78. 134. Linke S. Ingenieurdatenbank fur die Unterstutz und von

Entwicklung und Konstruktion. ZwF , 1987, 82, N5o011, s. 632 - 636. 135. Hohne Gunter. Verbindung von Konstruktionsmethoden und CAD im Konstruktionsprozess. Maschinenbautechnik, 1988, 37, N5o03, s. 122 - 124. 136. Profil, CAD - Konstruktion in der Blechverarbeitung. Blech, Rohre, Profile, 84, N5o06, 1987, s.

476 - 477. 137. Аветисян Д.А. Основы автоматизированного проектирования электромеханических преобразователей М. Высшая школа, 1988 271 с. 138. Интеллектуальные системы автоматизированного проектирования больших и сверхбольших интегральных схем. Под. ред. Ми- щенко В.А М. Радио и связь, 1988 272 с. 139. Шпур Г Краузе Ф.Л. Автоматизированное проектирование в машиностроении

М. Машиностроение, 1988 648 с. 140. Григоренко В.П Дерменжи П.Г Кузьмин В.А Мнацаканов Т.Г. Моделирование и автоматизация проектирования силовых полупроводниковых приборов М. Энергоатомиздат, 1988 280 с. 141. Егер С.М Лисейцев Н.К Самойлович О.С. Основы автомати- зированного проектирования самолетов М. Машиностроение, 1986 232 с. 142. Автоматизация проектирования оптико-электронных приборов.

Под. ред. Лазарева Л.П М. Машиностроение, 1986 216с. 143. Практикум по автоматизации проектирования оптико-механичес- ких приборов. Под. ред. Малинина В.В М. Машинострое- ние, 1989 272 с 143 - 144. Общеотраслевые методические материалы по определению эконо- мической эффективности систем автоматизированного проекти- рования в проектных, проектно-конструкторских и технологи- ческих организациях, в основном

производстве и капитальном строительстве М. ГКНТ, 1985 57 с. 145. Типовые нормы времени на разработку конструкторской доку- ментации М. ЦБНТ при НИИтруда 144 - 2П Р И Л О Ж Е Н И Я 145 - 2Приложение 1. Обоснование эффективности автоматизированного синтеза ВС на начальных этапах проектирования. Несмотря на очевидные преимущества реализации

САПР, их внед- рение осуществляется весьма медленно. Причем, проблема состоит не только в трудностях создания САПР машиностроительных объектов, но и в рентабельности САПР. Высокая стоимость программно-технических средств и значительное время, затрачиваемое собственно конструкто- ром в диалоге с ЭВМ, делают систему малоэффективной, особенно в отечественных конструкторских

бюро, в которых отношение стоимости машинного часа работы к среднечасовой заработной плате конструкто- ра очень велико. В связи с этим возникают задачи рационального распределения функций между проектировщиком и ЭВМ, выявления сос- тава проектных процедур, обеспечивающих рентабельность системы, максимальной степени автоматизации всех проектных операций. Так проведенный анализ использования САПР на машиностроитель- ных предприятиях ФРГ 125 показал, что в основном

ЭВМ используют- ся при автоматизации проектно-конструкторских расчетов 48-78 предприятий , составлении спецификаций конструкций 45-65 , в то же время автоматизация чертежно-графических работ используется лишь на 18 предприятий. В работе 126 делается вывод, что для большинства мелких и средних предприятий ЭВМ недоступна из-за больших затрат на программное и техническое обеспечение. Вместе с тем в 127 показано, что затраты на САПР окупятся за счет сокра- щения сроков внедрения нововведений,

обеспечивая высокую конкурен- тоспособность предприятия 146 - Прогноз развития САПР в США до 2000 г. 128 определяет сни- жение стоимости программно-технических средств на порядок и широ- кое использование САПР с трехмерной машинной графикой на основе экспертных систем и систем искусственного интеллекта, обеспечиваю- щих получение сложных конструкторских решений пользователями с ми- нимальной подготовкой. В работах 129-136 , посвященных анализу применения

САПР за рубежом, отмечается, что существенным фактором внедрения САПР на предприятиях является ее рентабельность и в свя- зи с этим выделяется состав экономически выгодных проектно-кон- структорских работ концептуальное и эскизное проектирование тех- нических объектов автоматизация чертежных работ проведение кон- структорских проектных и поверочных расчетов внесение оперативных изменений в техническую документацию хранение и поиск информации документирование результатов конструирования.

Таким образом, целесообразность автоматизации синтеза техни- ческих решений, и в частности вакуумных систем, требует экономи- ческого обоснования, что особенно актуально в условиях перехода предприятий страны на новые экономические отношения. Анализ работ 54,56,137-143 , посвященных созданию САПР тех- нических систем, показал на серьезные трудности, возникающие при расчете эффективности разработки САПР. Это связано со сложностью определения таких показателей эффективности, как изменение себес- тоимости

проектирования, повышение качества проектирования, уро- вень автоматизации проектно-конструкторских работ, условное сокра- щение численности конструкторов, работающих в проектно-конструк- торской организации, и др. Вместе с тем в указанных работах на декларативном уровне вскрыты основные источники экономической эффективности автоматиза- ции проектирования - повышение производительности труда конструктора, основанное - 147 - на значительном ускорении процессов поиска, обработки и выдачи ин- формации, существенной экономии

времени выполнения расчетных опе- раций, увеличении скорости выполнения чертежно-графических работ, формирования текстовой документации и внесения изменений в доку- ментацию, замене экспериментальных исследований и макетирования моделированием на ЭВМ, исключении или существенном уменьшении до- работок проекта - повышение качества разрабатываемых проектов, основанное на использовании методов многовариантного проектирования и оптимиза- ции для поиска рациональных вариантов и принятия решений, повыше- нии доли

творческого труда за счет автоматизации рутинных работ, повышении качества проектно-конструкторской документации, высокой точности и возможности проведения любых расчетов, совершенствова- нии управления процессом разработки проектов. Повышение качества проектирования приводит к уменьшению объ- ема испытаний при доводке опытных образцов, а также экономии в процессе производства и эксплуатации технического объекта за счет ускорения периода освоения изделий, экономии производственных ре- сурсов, обеспечения высокой

технологичности, сокращения времени ввода в эксплуатацию, улучшения эксплуатационных качеств. Внедрение методов автоматизированного проектирования создает сопутствующие факторы повышения эффективности разработок - систематизация проектно-конструкторских работ - повышение качества проектирования специалистами невысокой квалификации за счет использования в САПР коллективного опыта вы- сококвалифицированных разработчиков - унификация и стандартизация проектно-конструкторских реше- ний и элементной базы проектирования.

В настоящее время эффективность использования САПР определя 148 - ется в соответствии с методикой 144 . К общим показателям эконо- мической эффективности САПР относятся годовая экономия - Э, годо- вой экономический эффект - Э4год0, срок окупаемости - Т4ок0. Годовая экономия от использования САПР получается в сферах проектирования, производства спроектированных объектов и использования результатов

производства. В работе 66 на основе методики 144 рассмотрены методы определения уровней автоматизации проектирования и расче- та экономической эффективности использования САПР. В основу определения экономической эффективности САПР положе- но сопоставление технико-экономических показателей ручного и ав- томатизированного способов проектирования. Годовой экономический эффект Э4год0 определяется по формуле

Э4год0 Э7 0-7 0 7D0К К4l0 7 7 0Е4н 0, П.1 где Э - общая годовая экономия от использования САПР, т.руб. год 7D0К - дополнительные капитальные затраты в проектирова- нии, связанные с соединением и внедрением рассматриваемой САПР, т.руб. год К4l 0- производственные затраты на создание оцениваемой САПР, т.руб. Е4н 0- нормативный коэффициент сравнительной экономи- ческой эффективности капитальных вложений, 1 год. Э 7 D0С Э4к 0 Э4соц0 , П.2 где 7D0С - снижение себестоимости проектирования в расчетном

году, т.руб. год Э4к 0- годовая экономия от повышения качества про- ектных решений в расчетном году, т.руб. год Э4соц 0- годовая эконо- мия общественных фондов потребления и затрат социально-культурного и бытового назначения, т.руб. год. Основным источником предполагаемой годовой экономии при авто- матизации начальных стадий проектирования является снижение себес- тоимости 7D0С, поскольку расчет составляющих Э4к 0и Э4соц 0весьма зат- руднителен из-за того, что проектируемый с помощью средств автома- тизации

объект еще не существует 149 - Следовательно, учитывая П.2 выражение П.1 можно предста- вить в виде Э4год0 7D0С - 7D0К К4l0 7 7 0Е4н 0 П.3 Срок окупаемости Т4ок0 расчитывается по формуле 1 Т4ок0 , П.4 Е4р где Е4р 0- расчетный коэффициент общей экономической эффектив- ности, определяющий экономию, полученную на 1 рубль капитальных затрат. Э Е4р0 П.5 7D0К

К4l Система считается достаточно эффективной при условии Е4р0 7.0 Е4н0 П.6 Найдем условие эффективности автоматизации начальных стадий проектирования технического объекта. Полагая Э 7D0С и учитывая ус- ловие П.6 приведем выражение П.5 к следующему виду 7D0С 7.0 Е4н0 , П.7 7D0К К4l 7D0С 5р0С -5а0С5 0, П.8 7D0К 5а0К -5р0К , П.9 где 5р0С, 5а0С - соответственно себестоимость при традиционном и автоматизированном

проектировании 5а0К, 5р0К - соответственно капи- тальные затраты при автоматизированном и традиционном способах проектирования. Себестоимости 5р0С и 5а0С определяются следующими выражениями 5р0С З5к 775 р0Т5 0, П.10 5а0С 5 0З5к 0 5 0З5э 0 5 775 а0Т , П.11 где З5к 0- усредненная среднечасовая заработная плата конструк- тора, руб. час З5э 0- стоимость часа машинного времени, руб. час 5р0Т,

5а0Т - нормы времени на разработку соответственно при традицион 150 - ном и автоматизированном проектировании, час. Стоимость часа машинного времени 0,18 770 Ц4э З5э7 0 З5а0 , П.12 Т4ф где Ц4э 0- цена ЭВМ, руб. Т4ф 0- годовой фонд работы ЭВМ и кон- структора при работе в интерактивном режиме они совпадают , час З5а 0- среднечасовая заработная плата обслуживающего персонала

ЭВМ, руб. час. Капитальные затраты 77 7 0 К4э7 0 7 0 5а0Т 5а0К 720 7 7 0Ц4э0 4 0 Ц41770 V4э0 720 770 , П.13 79 0n4к7 0 700 Т4ф где К4э 0- коэффициент, учитывающий дополнительные капитальные затраты на транспортировку, монтаж и ввод в действие ЭВМ и вспомо- гательного оборудования в укрупненных расчетах - К4э7 01,21 n4к 0- число конструкторов, одновременно использующих

ЭВМ учитывая современную ориентацию на персональную технику - n4к 0 1 Ц41 0- стоимость 1 м530 здания, руб. м530 V4э0 - объем, занимаемый ЭВМ, м53 с учетом того, что персональная ЭВМ расположена на рабочем месте конструктора и не требует для себя дополнительной площади - V4э0 0 . Таким образом, выражение П.13 принимает вид 5а0Т 5а0К 1,21 770 Ц4э0 770 П.14

Т4ф Капитальные затраты при традиционном проектировании определя- ются из выражения П.15 5р0Т 5р0К Ц410 770 V4к0 770 4 0,4 0 П.15 Т4ф где V4к0 - объем здания, занимаемый рабочим местом конструктора. Предварительные затраты К4l0 определим как 5а0Т К4l0 Ц4п0 770 , П.16 Т4ф - 151 - где Ц4п 0- стоимость информационно-программного обеспечения,руб.

Учитывая выражения П.8 - П.12 , П.14 - П.16 запишем отно- шение П.7 в следующем виде 5р0Т 770 З5к0 - 5а0Т 770 З5к0 З5э0 7 0 7.0 1 , П.17 7 0 5а0Т 5р0Т 5а0Т 7 720 1,21770Ц4э770 - Ц41770V4к770 Ц4п770 720 770 0,15 790 Т4ф0 Т4ф0 Т4ф0 70 где Е4н0 принято равным 0,15. 5р0Т Введем коэффициент7 a 0 ,

П.18 5а0Т показывающий во сколько раз производительность автоматизированного труда конструктора больше производительности его труда традицион- ным способом. Подставив коэффициент 7a 0в выражение П.17 получим оконча- тельный вид отношения для оценки эффективности автоматизации про- ектных работ 7a0 - 1 770З5к0 - З5э0 770 Т4ф 7.0 1 П.19 0,15 770 1,21770Ц4э0 - Ц41770V4к77a0

Ц4п0 Для оценки целесообразности автоматизации процесса синтеза вакуумных систем необходимо означить все неизвестные величины в выражении П.19 . Основную сложность вызывает определение норм времени 5а0Т и 5р0Т, которые в первом приближении можно оценить ис- пользуя дифференцированные нормативы трудоемкости, используемые в машиностроении 145 . Содержание работ по синтезу технических решений на начальных стадиях проектирования определяется стадией технического предложе- ния конструкторской разработки технического

объекта, его слож- ностью и техническим заданием. Укрупненные виды работ, выполняемые на этапе проработки технического предложения для синтеза вакуумных схем, а также значения соответствующих им типовых норм времени приведены в таблице П.1 152 - Таблица П.1. Нормы времени основных стадий проектирования вакуумных систем на стадии Техническое предложение 145 5 0. T T T T N Основные этапы

Объем 5р0t4i0 5а0t4j0 п п ед. час час 1 Научно-исследовательские и 1,3775р0Т опытно-конструкторские работы 2 Разработка ТЗ А4 3 0,08 3 Рассмотрение технической доку- А4 1 0,02 ментации и выдача предложений 4 Разработка принципиальных, А1 80,1 3 структурных, функциональных схем 5 Проведение технических А4 6,8 0,08 расчетов 6 Составление пояснительной А4 6,8 0,01 записки 7

Разработка чертежей общего А1 115 5 вида 8 Разработка эскизной конструк- А4 2,26 торской документации 9 Разработка чертежей деталей А4 1,96 0,5 10 Составление спецификаций А4 1,7 0,04 11 Сверка подлинника с оригиналом А4 0,15 чертежа 12 Сверка и исправление доку- А4 0,15 ментов 13 Проведение работ по унификации А4 4 14

Разработка текстовой докумен- А4 5,75 0,1 тации 15 Испытание и отладка опытного 1,1775р0Т 0,5 образца 16 Корректировка документации 1,35775р0Т 0,04 после испытаний образца Итого 5р0Т 457,4 5а0Т 9,37 L 5 0Примечание. Трудоемкость указана по средней группе сложности на единицу объема каждой стадии проектирования т.е. рассматрива- ется удельная трудоемкость 153 -

Основываясь на данных таблицы П.1 из выражения П.18 опреде- ляем значение коэффициента 7a0 7S0 5р0t4i5 р0Т 457,4 7a0 48,8 7S0 5а0t4j5 а0Т 9,37 Учитывая современный уровень цен и данные нормативных источ- ников приняты следующие значения требуемых величин З5к0 2,25770105-20 770 З4min0 руб. час З5э0 2,5770105-20 770 З4min0 руб. час Т4ф0 2000 час Ц4э0 200 770 З4min0 руб.

Ц410 0,25 770 З4min0 руб. м530 V4к0 3 м530 Ц4п0 50 770 З4min0 руб. где З4min0 - минимальная месячная заработная плата. Подставляя все известные значения в П.19 получаем 48,8 - 1 7702,25770105-2770З4min0 - 2,5770105-2770З4min0 770 2000 5,5 7.0 1 0,15 770 1,21770200770З4min0 - 0,25770З4min770377048,8 50770З4min0 Таким образом, выполнение отношения

П.19 убеждает в целесо- образности проведения автоматизации начальных этапов синтеза тех- нических решений при проектировании вакуумных систем 154 - 2Приложение 2. Взаимосвязи свойств и признаков функциональных модулей ВС. Таблица П.2. Множества существенных признаков П4d, 0П4x, 0П4h 0первого уровня функциональной конкретизации

ВС. T T N Функция П Р И З Н А К И T T п 510F5i0 Действия П4d0 Операнда П4x0 Окружения П4h0 п класс T T T ФМ Признак Значения Признак Значения Признак Значения - -механи газы -прогрева- ческий емая Способ -химичес- Тип - пары Темпе- дей- кий опе- ратура -непрогре- ствия -физикохи- ранда - газо- среды ваемая мический паровая -электро- смесь. -охлажда- физичес- емая. кий.

1 510F510 5o0 -непосред- -химически L Место ственного Вид активный Элек есть дей- действия опе- -инертный тромаг- 510D510 ствия -удаленное ранда -агрессив- нитные - нет. удалять от ный. возму- объекта. щения 510X510 газы и -низкий -вязкост- пары вакуум ный режим Степень -высокий Состо- -молеку- Вибра есть 510H510 дей- вакуум яние лярновяз- ции вакуум- ствия -сверхвы- опе- костный

- нет. ный сокий ва- ранда режим объем куум. -молеку- лярный режим. ФМ Харак- -удалять Харак- -масляный тер терис- НАСОСЫ дей- -связывать тика -безмасля- ствия опе- ный. ранда -непрерыв- ный Режим -кратко- дей- временный ствия -повторно- кратко- временный L 155 - Продолжение таблицы П.2. T T N Функция П Р И З Н А К И T T п 510F5i0 Действия П4d0 Операнда П4x0

Окружения П4h0 п класс T T T ФМ Признак Значения Признак Значения Признак Значения - -механи- ческий -соосное -химически Способ -физикохи- Взаим- Вид активная дей- мический ное -несоосное среды -инертная ствия -электро- поло- -агрессив- физичес- жение -угловое. ная. кий. 2 510F520 -непосред- -низкий -прогрева- 5o0 Место ственного Глубина -высокий Темпе- емая L дей- действия вакуума -сверхвы- ратура -непрогре-

ствия -опосредо- сокий. среды ваемая 510D520 ванно. -охлажда- разоб- емая. щать и сооб- -низкий щать вакуум Перепад -низкий Элек есть Степень -высокий давле- -высокий тромаг- 510X520 дей- вакуум ний в -сверхвы- нитные - нет. полости ствия -сверхвы- поло- сокий. возму- ВС сокий ва- стях щения куум. 510H520 вакуум- -ручной ный Тип -электро- объем энергии механи- Вибра есть привода ческий ции -магнитный - нет. -пневмати-

ФМ ческий. ВКА -непрерыв- ный Режим -кратко- дей- временный ствия -повторно- кратко- временный L 156 - Продолжение таблицы П.2. T T N Функция П Р И З Н А К И T T п 510F5i0 Действия П4d0 Операнда П4x0 Окружения П4h0 п класс T T T ФМ Признак Значения Признак Значения Признак Значения - -механи газы ческий -прогрева-

Способ -физикохи- Тип - пары Темпе- емая 3 510F530 дей- мический опе- ратура -непрогре- 5o0 ствия -электро- ранда - газо- среды ваемая L физичес- паровая -охлажда- кий. смесь. емая. 510D530 напус- -непосред- -химически кать и Место ственного Вид активный Элек есть выпус- дей- действия опе- -инертный тромаг- кать ствия -опосредо- ранда -агрессив- нитные - нет. ванно. ный. возму- 510X530 щения газы и пары -ручной -вязкост-

Тип -электро- ный режим 510H530 энергии механи- Состо- -молеку- Вибра есть вакуум- привода ческий яние лярновяз- ции ный -магнитный опе- костный - нет. объем -пневмати- ранда режим ческий. -молеку- лярный режим. ФМ -непрерыв- НАТЕКА- ный Харак- -масляный ТЕЛИ Режим -кратко- терис- дей- временный тика -безмасля- ствия -повторно- опе- ный. кратко- ранда временный T -низкий 4 510F540 вакуум -соосное -химически 5o0

Степень -высокий Взаим- Вид активная L дей- вакуум ное -несоосное среды -инертная 510D540 ствия -сверхвы- поло- -агрессив- сообщать сокий ва- жение -угловое. ная. 510X540 куум. полости 510H540 вак.об. -низкий -прогрева- Глубина -высокий Темпе- емая ФМ вакуума -сверхвы- ратура -непрогре- сокий. среды ваемая КОММУ- -охлажда- НИКАЦИИ емая. L 157 - Продолжение таблицы

П.2. T T N Функция П Р И З Н А К И T T п 510F5i0 Действия П4d0 Операнда П4x0 Окружения П4h0 п класс T T T ФМ Признак Значения Признак Значения Признак Значения - -механи- 5 510F550 ческий -соосное -химически 5o0 Способ -физикохи- Взаим- Вид активная L дей- мический ное -несоосное среды -инертная 510D550 ствия -электро- поло- -агрессив-

содер- физичес- жение -угловое. ная. жать кий. 510X550 -низкий -прогрева- технол. Степень вакуум Темпе- емая элемент дей- -высокий ратура -непрогре- ствия вакуум среды ваемая 510H550 -сверхвы- -охлажда- вакуум. сокий ва- емая. объем куум. ФМ Харак- -разъемное тер КАМЕРА дей- -неразъем- ствия ное T T -механи газы -прогрева- ческий - пары емая 6 510F560

Способ -физикохи- Тип - газо- Темпе- -непрогре- 5в0 дей- мический опе- паровая ратура ваемая L ствия -электро- ранда смесь среды -охлажда- физическ. емая. 510D560 улавли- -непосред- -химически Элек- вать Место ственного Вид активный тромаг есть дей- действия опе- -инертный нитные 510X560 ствия -удаленное ранда -агрессив- возму нет. газы и от объек. ный. щения пары -низкий -вязкост-

510H560 вакуум ный режим вакуум- Степень -высокий Состо- -молеку- Вибра есть ный дей- вакуум яние лярновяз- ции объем ствия -сверхвы- опе- костный - нет. сокий ва- ранда режим куум. -молеку- ФМ лярный режим. ЛОВУШКИ Режим -непрерыв. Харак- -масляный дей- -кратковр. терис- -безмасля- ствия -повторно- тика ный. кратков. опер-да L 158 - Продолжение таблицы П.2.

T T N Функция П Р И З Н А К И T T п 510F5i0 Действия П4d0 Операнда П4x0 Окружения П4h0 п класс T T T ФМ Признак Значения Признак Значения Признак Значения - -абсолют газы -прогрева- 7 510F570 ного дей пары емая 5в0 Способ ствия Тип - газо- Темпе- -непрогре- L дей- -косвен- опе- паровая ратура ваемая ствия ного дей- ранда смесь среды -охлажда-

510D570 ствия. емая. изме- рять -низкий -химически Элек- давлен. Степень вакуум Вид активный тромаг есть дей- -высокий опе- -инертный нитные 510X570 ствия вакуум ранда -агрессив- возму нет. газы и -сверхвы- ный. щения пары сокий ва- куум. 510H570 вакуум. -вязкост- объем ный режим - есть Состо- -молеку- Вибра- ФМ яние лярновяз- ции - нет. опе- костный ВАКУУ- ранда режим

МЕТРЫ -молеку- лярный режим. T -механи- -электри- -низкова- 8 510F580 ческий ческая куумная 5в0 Способ -электро- Тип энергия Вид -высокова- L дей- физический опе- -магнитная среды куумная ствия -пневмати- ранда энергия -сверхвы- 510D580 ческий. -механич. соковаку- переда- энергия. умная. вать -непосред- -прогрева- Место ственного -малая емая 510X580 дей- действия

Мощ- Темпе- -непрогре- энергию ствия -опосредо- ность -высокая. ратура ваемая ванно. среды -охлажда- емая. 510H580 вакуум. -непрерыв- Элек- объем ный тромаг есть Режим -кратко- нитные ФМ дей- временный возму нет. ствия -повторно- щения ВВОДЫ кратко- временный Вибра есть ции - нет. L 159 - Продолжение таблицы П.2. T T N Функция П Р И З Н А

К И T T п 510F5i0 Действия П4d0 Операнда П4x0 Окружения П4h0 п класс T T T ФМ Признак Значения Признак Значения Признак Значения - -механи- -низкова- ческий - газы куумная Способ -электро- Тип - пары Вид -высокова- 9 510F590 дей- физический опе газо- среды куумная 5в0 ствия -химичес- ранда паровая -сверхвы- L кий. смесь соковаку- умная.

510D590 удалять -непосред- -химически -прогрева- из ма- Место ственного Вид активный емая териала дей- действия опе- -инертный Темпе- -непрогре- ствия -удаленное ранда -агрессив- ратура ваемая 510X590 от ный. среды -охлажда- газы и объекта. емая. пары -непрерыв- -вязкост- 510H590 ный ный режим вакуум. Режим -кратко- Состо- -молеку- Элек есть объем дей- временный яние лярновяз- тромаг- ствия -повторно-

опе- костный нитные - нет. ФМ кратко- ранда режим возму- временный -молеку- щения НАГРЕ- лярный ВАТЕЛЬ режим. Харак- -масляный Вибра есть терис- ции тика -безмасля нет. опе- ный. ранда L 160 - Таблица П.3. Основные параметры свойств ВС и ее структурных составляющих. T T Параметры свойств Признаки Т О T T T Об. Параметр Зна- Тип Улучш. чим. знач. 1 2 3 4 5 6 4o0 Эффективная скорость откачки по 4f0Z410 газовым составляющим

кол В С 4o0 4f0Z420 Предельное остаточное давление кол - 4o0 4f0Z430 Наибольшее рабочее давление - кол 4o0 4f0Z440 Наибольшее давление запуска - кол 4o0 Масс-спектрометрический состав 4f0Z450 остаточной среды кол - 4o0 Время достижения предельного 4f0Z460 давления кол - 4o0 4h0Z410 Средний ресурс кол 4o0 4h0Z420 Наработка на отказ - кол 4o0 4h0Z430

Среднее время восстановления - кол - 4o0 Периодичность профилактических 4h0Z440 ремонтов - кол - 4o0 4h0Z450 Допускаемая температура прогрева кол 4o0 4h0Z460 Потебляемая мощность - кол - 4o0 4h0Z470 Затраты на эксплуатацию - кол - 4o0 4p0Z410 Трудоемкость изготовления - кол - 4o0 4p0Z420 Коэффициент унификации - кол L - 161 - Продолжение таблицы

П.3. T T T T T 1 2 3 4 5 6 4o0 4p0Z430 Стоимость кол - 4o0 4p0Z440 Экономическая эффективность - кол 4o0 4k0Z410 Диаметр условного прохода кол - 4o0 4k0Z420 Масса кол - 4o0 4k0Z430 Габариты кол - 410 410 Быстрота действия по газовым ФМ410 4f0Z410 составляющим кол ваку- 410 410 умный 4f0Z420

Предельное остаточное давление кол - насос 410 410 4f0Z430 Наибольшее рабочее давление кол 410 410 4f0Z440 Наибольшее давление запуска кол 410 410 4f0Z450 Время запуска отключения - кол - 410 410 4f0Z460 Устойчивость к перегрузкам - кач неопр. 410 410 Необходимость регенерации после 4h0Z410 откачки - кач неопр. 410 410 4h0Z420 Наличие электромагнитных возмущений - кач неопр.

410 410 4h0Z430 Наличие вибраций - кач неопр. 410 410 4h0Z440 Допускаемая температура прогрева - кол 410 410 4h0Z450 Средний ресурс кол 410 410 4h0Z460 Наработка на отказ - кол 410 410 4h0Z470 Среднее время восстановления - кол - L - 162 - Продолжение таблицы П.3. T T T T T 1 2 3 4 5 6 410 410 Периодичность профилактических 4h0Z480 ремонтов - кол -

410 410 4h0Z490 Потребляемая мощность - кол - 410 410 4h0Z4100 Затраты на эксплуатацию - кол - 410 410 4p0Z410 Трудоемкость изготовления - кол - 410 410 4p0Z420 Коэффициент унификации - кол 410 410 4p0Z430 Стоимость кол - 410 410 4p0Z440 Экономическая эффективность - кол 410 410 4k0Z410 Диаметр условного прохода кол - 410 410 4k0Z420 Масса кол -

410 410 4k0Z430 Габариты кол - 410 420 ФМ420 4f0Z410 Проводимость кол 410 420 В К А 4f0Z420 Натекание кол - 410 420 4f0Z430 Быстрота срабатывания кол 410 420 4h0Z410 Предел применения по вакууму - кол - 410 420 4h0Z420 Допустимая частота включения - кол 410 420 4h0Z430

Возможность работы в любом положении - кач неопр. 410 420 4h0Z440 Возможность аварийного срабатывания - кач неопр. 410 420 4h0Z450 Допускаемая температура прогрева кол L - 163 - Продолжение таблицы П.3. T T T T T 1 2 3 4 5 6 410 420 4h0Z460 Средний ресурс кол 410 420 4h0Z470 Наработка на отказ - кол 410 420 4h0Z480 Среднее время восстановления - кол -

410 420 Периодичность профилактических 4h0Z490 ремонтов - кол - 410 420 4h0Z4100 Потребляемая мощность кол - 410 420 4h0Z4110 Затраты на эксплуатацию - кол - 410 420 4p0Z410 Трудоемкость изготовления - кол - 410 420 4p0Z420 Коэффициент унификации - кол 410 420 4p0Z430 Стоимость кол - 410 420 4p0Z440 Экономическая эффективность - кол 410 420 4k0Z410

Диаметр условного прохода кол - 410 420 4k0Z420 Масса кол - 410 420 4k0Z430 Габариты кол - 41 20 Взаимное расположение осей 4k0Z440 проходных отверстий кач неопр. 410 430 ФМ430 4f0Z410 Максимальный регулируемый поток кол нате- 410 430 катель 4f0Z420 Минимальный регулируемый поток кол - 410 430 4f0Z430 Быстрота срабатывания кол 410 430 4h0Z410

Предел применения по вакууму - кол - L - 164 - Продолжение таблицы П.3. T T T T T 1 2 3 4 5 6 410 430 4h0Z420 Возможность работы в любом положении - кач неопр. 410 430 4h0Z430 Допускаемая температура прогрева кол 410 430 4h0Z440 Средний ресурс кол 410 430 4h0Z450 Наработка на отказ - кол 410 430 4h0Z460 Среднее время восстановления - кол - 410 430 Периодичность профилактических 4h0Z470 ремонтов - кол -

410 430 4h0Z480 Потребляемая мощность кол - 410 430 4h0Z490 Затраты на эксплуатацию - кол - 410 430 4p0Z410 Трудоемкость изготовления - кол - 410 430 4p0Z420 Коэффициент унификации - кол 410 430 4p0Z430 Стоимость кол - 410 430 4p0Z440 Экономическая эффективность - кол 410 430 4k0Z410 Диаметр условного прохода кол - 410 430 4k0Z420 Масса кол -

410 430 4k0Z430 Габариты кол - 410 440 ФМ440 4f0Z410 Поток газовыделения кол - комму- 410 440 ника- 4f0Z420 Натекание кол - ции 410 440 4f0Z430 Проводимость кол L - 165 - Продолжение таблицы П.3. T T T T T 1 2 3 4 5 6 410 440 4h0Z410 Допускаемая температура прогрева кол 410 440 4h0Z420

Средний ресурс кол 410 440 4h0Z430 Наработка на отказ - кол 410 440 4h0Z440 Среднее время восстановления - кол - 410 440 Периодичность профилактических 4h0Z450 ремонтов - кол - 410 440 4h0Z460 Затраты на эксплуатацию - кол - 410 440 4p0Z410 Трудоемкость изготовления - кол - 410 440 4p0Z420 Стоимость кол - 410 440 4p0Z430 Экономическая эффективность - кол 410 440 4k0Z410

Диаметр условного прохода кол - 410 440 4k0Z420 Масса кол - 410 440 4k0Z430 Габариты кол - 410 450 ФМ450 4f0Z410 Поток газовыделения кол - рабо- 410 450 чая 4f0Z420 Натекание кол - камера 410 450 4h0Z410 Предел применения по вакууму кол - 410 450 Воздействие на состав остаточной 4h0Z420 среды - кач неопр.

410 450 Периодичность профилактических 4h0Z430 ремонтов - кол - 410 450 4h0Z440 Допускаемая температура прогрева кол L - 166 - Продолжение таблицы П.3. T T T T T 1 2 3 4 5 6 410 450 4h0Z450 Средний ресурс кол 410 450 4h0Z460 Наработка на отказ - кол 410 450 4h0Z470 Затраты на эксплуатацию - кол - 410 450 4p0Z410 Трудоемкость изготовления - кол -

410 450 4p0Z420 Стоимость кол - 410 450 4p0Z430 Экономическая эффективность - кол 410 450 4k0Z410 Диаметр условного прохода кол - 410 450 4k0Z420 Масса кол - 410 450 4k0Z430 Габариты кол - 410 450 Площадь поверхности, обращенной 4k0Z440 в вакуум кол - 410 450 4k0Z450 Материал 4 0 - кач неопр. 410 460 ФМ460 4f0Z410 Поток газовыделения кол - ловуш- 410 460 ка 4f0Z420

Натекание кол - 410 460 4f0Z430 Проводимость кол 410 460 4h0Z410 Допускаемая температура прогрева - кол 410 460 4h0Z420 Средний ресурс кол 410 460 4h0Z430 Наработка на отказ - кол 410 460 4h0Z440 Среднее время восстановления - кол - L - 167 - Продолжение таблицы П.3. T T T T T 1 2 3 4 5 6 410 460 Периодичность профилактических 4h0Z450 ремонтов - кол -

410 460 4h0Z460 Затраты на эксплуатацию - кол - 410 460 4p0Z410 Трудоемкость изготовления - кол - 410 460 4p0Z420 Стоимость кол - 410 460 4k0Z410 Диаметр условного прохода кол - 410 460 4k0Z420 Масса кол - 410 460 4k0Z430 Габариты кол - 410 470 ФМ470 4f0Z410 Диапазон измеряемого давления кол вакуу-

410 470 метр 4f0Z420 Относительная погрешность измерения - кол - 410 470 4f0Z430 Быстрота действия - кол 410 470 Коэффициент относительной 4f0Z440 чувствительности по газам - кол 410 470 4h0Z410 Наличие электромагнитных возмущений - кач неопр. 410 470 4h0Z420 Средний ресурс кол 410 470 4h0Z430 Наработка на отказ - кол 410 470 4h0Z440 Потребляемая мощность - кол -

410 470 4h0Z450 Затраты на эксплуатацию - кол - 410 470 4p0Z410 Трудоемкость изготовления - кол - 41 70 4p0Z420 Коэффициент унификации - кол L - 168 - Продолжение таблицы П.3. T T T T T 1 2 3 4 5 6 410 470 4p0Z430 Стоимость кол - 410 470 4p0Z440 Экономическая эффективность - кол 410 470 4k0Z410 Масса кол - 410 470 4k0Z420 Габариты кол - 410 480

ФМ480 4f0Z410 Передаваемое усилие момент кол ввод 410 480 4f0Z420 Величина перемещения поворота кол 410 480 Скорость перемещения 4f0Z430 частота вращения кол 410 480 4h0Z410 Допускаемая температура прогрева кол 410 480 4h0Z420 Натекание через уплотнение кол - 41 80 Воздействие на состав остаточной 4h0Z430 среды - кач неопр. 410 480 4h0Z440 Средний ресурс кол 410 480 4h0Z450

Наработка на отказ - кол 410 480 4h0Z460 Затраты на эксплуатацию - кол - 410 480 4p0Z410 Трудоемкость изготовления - кол - 41 80 4p0Z420 Коэффициент унификации - кол 410 480 4p0Z430 Стоимость кол - 410 480 4p0Z440 Экономическая эффективность - кол 41 80 4k0Z410 Расположение осей вала или штока - кач неопр. L - 169 -

Продолжение таблицы П.3. T T T T T 1 2 3 4 5 6 41 80 Вид и направление передаваемого 4k0Z420 движения кач неопр. 410 480 4k0Z430 Масса кол - 410 480 4k0Z440 Габариты кол - 410 490 ФМ490 4f0Z410 Максимальная полезная мощность кол нагре- 410 490 ватель 4f0Z420 Время выхода на рабочий режим - кол -

410 490 4f0Z430 Максимальная температура нагрева кол 410 490 4h0Z410 Средний ресурс кол 410 490 4h0Z420 Наработка на отказ - кол 410 490 4h0Z430 Затраты на эксплуатацию - кол - 410 490 4p0Z410 Трудоемкость изготовления - кол - 410 490 4p0Z420 Стоимость кол - 410 490 4p0Z430 Экономическая эффективность - кол 410 490 4k0Z410 Масса кол - 410 490 4k0Z420 Габариты кол - L Условные обозначения существенный несущественный мак- симизируемый

минимизируемый параметр кол кач - количественный ка- чественный параметр 170 - 4o 4f0Z41 4o0 4о o 4k0Z430 4f0Z42 4o0 4 0 4o 4o0 4o 4k0Z420 5о0 5о0 4f0Z45 4o0 4o 4k0Z410 5о0 5о0 4f0Z46 4o0 4o0 4 0 4 0 4o o 4p0Z430 4h0Z41 4o 4o 4h0Z45 Рис. П.1. Граф связей существенных параметров свойств ВС. 41 1 4f0Z41 410 410 4о 1 1 4k0Z430 4f0Z42 4o0 4 0 4o 410 410 41 1 4k0Z420 5о0 5о0 4f0Z43 410 410 41 1 4k0Z410 5о0 4о0 4f0Z44 4o0 4о 410 410 41 1 4p0Z430 4h0Z45 Рис. П.2. Граф связей существенных параметров свойств

ФМ410 - насос 171 - 41 2 4f0Z41 410 420 4о 1 2 4k0Z440 4f0Z42 4о0 5о 41 2 410 420 4f0Z43 4k0Z430 4о 5о 4о 1 2 410 420 4о0 4h0Z45 4k0Z42 4о 1 2 410 420 5о 0 4h0Z46 4k0Z41 4o0 4o 410 420 41 2 4p0Z430 4h0Z410 Рис. П.3. Граф связей существенных параметров свойств ФМ420 - ВКА. 41 3 4f0Z41 410 430 4о 1 3 4k0Z430 4f0Z42 4o0 4 0 4o 410 430 41 3 4k0Z420 5о0 5о0 4f0Z43 410 430 41 3 4k0Z410 5о0 5о0 4h0Z43 410 430 4o0 4 0 4 0 4o 1 3 4p0Z430 4h0Z44 4o 41 3 4h0Z48 Рис. П.4. Граф связей существенных параметров свойств ФМ430 - натекатель 172 - 41 4 4f0Z41 410 440 4о 1 4 4k0Z430 4f0Z42 4o0 4 0 4o 410 440 41 4 4k0Z420 5о0 5о0 4f0Z43 410 440 41 4 4k0Z410 5о0 4о0 4h0Z41 4o0 4о 410 440 41 4 4p0Z420 4h0Z42

Рис. П.5. Граф связей существенных параметров свойств ФМ440 - коммуникации. 41 5 4f0Z41 410 450 4о 1 5 4k0Z450 4f0Z42 4о0 5о 41 5 410 450 4h0Z41 4k0Z440 4о 5о 4о 1 5 410 450 4о0 4h0Z44 4k0Z43 4о 1 5 410 450 5о 0 4h0Z45 4k0Z42 4o0 4o 410 450 41 5 4k0Z410 4p0Z42 Рис. П.6. Граф связей существенных параметров свойств ФМ450 - рабочая камера 173 - 41 6 4f0Z41 4о 410 460 41 6 4k0Z430 4f0Z42 5о0 5о 410 460 41 6 4k0Z420 5о0 4 0 5o0 4f0Z43 410 460 5о 0 4 5 о4 1 6 4k0Z410 4h0Z42 4o 41 6 4p0Z42 Рис. П.7. Граф связей существенных параметров свойств

ФМ460 - ловушка. 41 7 4f0Z41 4о 410 470 41 7 4k0Z420 5о0 5о0 4h0Z42 410 470 4o0 4 0 4o 1 7 4k0Z410 4p0Z43 Рис. П.8. Граф связей существенных параметров свойств ФМ470 - вакууметр 174 - 410 48 4f0Z41 410 480 4о 1 8 4k0Z440 4f0Z42 4o0 4 0 4o 410 480 41 8 4k0Z430 5о0 5о0 4f0Z43 410 480 41 8 4k0Z420 5о0 5о0 4h0Z41 410 480 4o0 4 0 4 0 4o 1 8 4p0Z430 4h0Z42 4o 41 8 4h0Z44 Рис. П.9. Граф связей существенных параметров свойств ФМ480 - ввод. 41 9 4f0Z41 4о 410 490 41 9 4k0Z420 4о0 4о0 4f0Z43 410 490 41 9 4k0Z410 5о0 5о0 4h0Z41 4o 41 9 4p0Z42

Рис. П.10. Граф свяэей существенных параметров свойств ФМ490 - нагреватель 175 - Таблица П.4. Таблица связей существенных свойств ВС со свойствами ее ФМ. T T T T T T T T T T ВС 4o0 4o0 4o0 4o0 4o0 4o0 4o0 4o0 4o0 4o0 ФМ 4f0Z410 4f0Z420 4f0Z450 4f0Z460 4h0Z410 4h0Z450 4p0Z430 4k0Z410 4k0Z420 4k0Z430 T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 410 410 ФМ410 4f0Z410 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 ваку-

410 410 умный 4f0Z420 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 насос 410 410 4f0Z430 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 410 410 4f0Z440 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 410 410 4h0Z450 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 410 410 4p0Z430 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 410 410 4k0Z410 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 410 410 4k0Z420 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 410 410 4k0Z430 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 410 420 ФМ420 4f0Z410 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 410 420 В К А 4f0Z420 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 410 420 4f0Z430 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 410 420 4h0Z450 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 410 420 4h0Z460 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 410 420 4h0Z410 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 410 420 4p0Z430 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 L - 176 - Продолжение таблицы П.4. T T T T T T T T T T T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 410 420 4k0Z410 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 410 420 4k0Z420 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 410 420 4k0Z430 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 41 20 4k0Z440 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 410 430 ФМ430 4f0Z410 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 нате- 410 430 катель 4f0Z420 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 410 430 4f0Z430 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 410 430 4h0Z430 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 410 430 4h0Z440 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 410 430 4h0Z480 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 410 430 4p0Z430 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 410 430 4k0Z410 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 410 430 4k0Z420 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 410 430 4k0Z430 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 410 440

ФМ440 4f0Z410 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 комму- 410 440 ника- 4f0Z420 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 ции 410 440 4f0Z430 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 410 440 4h0Z410 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 L - 177 - Продолжение таблицы П.4. T T T T T T T T T T T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 410 440 4h0Z420 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 410 440 4p0Z420 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 410 440 4k0Z410 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 410 440 4k0Z420 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 410 440 4k0Z430 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 410 450 ФМ450 4f0Z410 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 рабо- 410 450 чая 4f0Z420 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 камера 410 450 4h0Z410 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 410 450 4h0Z440 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 410 450 4h0Z450 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 410 450 4p0Z420 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 410 450 4k0Z410 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 410 450 4k0Z420 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 410 450 4k0Z430 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 410 450 4k0Z440 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 410 450 4k0Z450 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0

ФМ460 410 460 4f0Z410 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 ловуш- ка 410 460 4f0Z420 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 L - 178 - Продолжение таблицы П.4. T T T T T T T T T T T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 410 460 4f0Z430 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 410 460 4h0Z420 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 410 460 4p0Z420 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 410 460 4k0Z410 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 410 460 4k0Z420 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 410 460 4k0Z430 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 410 470 ФМ470 4f0Z410 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 ваку- 410 470 уметр 4h0Z420 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 410 470 4p0Z430 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 410 470 4k0Z410 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 410 470 4k0Z420 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 410 480 ФМ480 4f0Z410 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ввод 410 480 4f0Z420 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 410 480 4f0Z430 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 410 480 4h0Z410 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 410 480 4h0Z420 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 410 480 4h0Z440 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 410 480 4p0Z430 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0

L - 179 - Продолжение таблицы П.4. T T T T T T T T T T T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 41 80 4k0Z420 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 410 480 4k0Z430 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 410 480 4k0Z440 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 410 490 ФМ490 4f0Z410 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 нагре- 410 490 ватель 4f0Z430 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 410 490 4h0Z410 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 410 490 4p0Z420 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 410 490 4k0Z410 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 410 490 4k0Z420 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 L - 180 - Таблица П5. Фрагмент таблицы соответствия для выбора типа высоковакуумного насоса ФМ410 . T T T T T T T Тип ФМ410 Диффу- Бустер Крио-

Магни- Ионно- Испар. Турбо- Значен. зионн. ный генный тораз. геттер геттер молек. параметров насос насос насос насос насос насос насос T 1 - 10 1 0 0 1 0 0 0 10 - 100 1 0 0 1 0 0 0 100 - 500 1 0 1 1 0 0 1 410 410 4f0Z410 500 - 1000 1 1 0 1 0 0 1 1000 - 5000 1 1 0 1 1 1 1 5000 -277010540 1 1 0 0 1 1 0 277010540-177010550 1 0 0 0 1 1 0 105-40 1 1 1 1 1 1 1 105-50 1 0 1 1 1 1 1 105-60 0 0 1 1 1 1 1 410 410 4f0Z420 105-70 0 0 1 1 1 1 1 105-80 0 0 1 1 1 1 0 105-90 0 0 1 0 0 1 0 105-100 0 0 1 0 0 0 0 105-10- 105-30 1 1 1 0 0 0 1 105-30- 105-50 1 0 1 1 0 0 1 410 410 4f0Z430 105-50- 105-70 0 0 1 1 1 1 1 105-70- 105-90 0 0 1 1 1 1 0 105-90-105-110 0 0 1 0 0 1 0 200 - 20 1 1 0 0 0 0 0 410 410 20 - 1 1 1 0 1 1 0 1 4f0Z440 1 -

0.1 1 1 0 1 1 0 1 105-10- 105-30 1 1 1 1 1 1 1 L