Реферат: Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной аппаратуры

         МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

                                  Для служебногопользования

                                  Экз. N _______

                                  На правах рукописи

                                  УДК 621.52/.646:658.5

                                                      

                     1БАТРАКОВ ВАСИЛИЙ БОРИСОВИЧ

          2СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕПРОЕКТИРОВАНИЕ

                 2ВАКУУМНОЙ КОММУТАЦИОННОЙАППАРАТУРЫ

        Специальность 05.27.07. — Оборудованиепроизводства

                                  электронной техники

        Специальность 05.13.12. — Системы автоматизации

                                  проектирования

    

                       Д и с с е р т а ц и я

       на соискание ученой степени кандидата техническихнаук

                                  Научный руководитель

                           кандидат технических наук,доцент

                                  Львов Борис Глебович

                          Москва — 1992

.

                              — 2 -

                            СОДЕРЖАНИЕ

Введение....................................................  4

1. Современное состояние работ по созданию вакуумной

   коммутационной аппаратуры… 10

   1.1. Анализ связей ВКА с оборудованием электронной

        техники. Основные требования, предъявляемые к ВКА… 10

   1.2. Функционально-структурный анализ ВКА… 15

   1.3. Структурно-конструктивная классификация ВКА… 28

   1.4. Аналитический обзор методов поискового

        конструирования… 30

   Выводы… 39

2. Системный анализ вакуумной коммутационной аппаратуры… 41

   2.1. Системная модель ВКА при функциональном и схемо-

        техническом проектировании… 41

   2.2. Функции и структура ВКА… 42

   2.3. Свойства ВКА и ее структурных составляющих… 55

   2.4. Цели проектирования ВКА… 62

   2.5. Уравнение функционирования и критерии оптималь-

        ности ВКА… 70

   Выводы…73

3. Разработка методологии схемотехнического ифункционального

   проектирования ВКА… 75

   3.1. Методические основы функционального и схемотех-

        нического проектирования ВКА…75

   3.2. Методика параметрического анализа конструкцийВКА… 76

   3.3. Методика синтеза структур ВКА… 80

   3.4. Синтез и кинематический анализ механизмов ВКА… 94

   3.5. Моделирование процесса функционирования ВКА.........109

   Выводы...................................................115

                              — 3 -

4. Создание новых конструкций ВКА на базе автоматизации

   схемотехнического и функционального проектирования.......118

   4.1. Программые средства анализа существующих конст-

        рукций ВКА..........................................118

   4.2. Программные средства синтеза и анализа структурВКА..121

   4.3. Структурно-функциональная модель САПР ВКА наэтапе

        схемотехнического и функциональногопроектирования...124

   4.4. Конструкции ВКА, разработанные на основесинтезиро-

        ванных структур.....................................128

   Выводы...................................................135

Заключение ..................................................137

Литература..................................................140

Приложения..................................................157

.

                              — 4 -

                            ВВЕДЕНИЕ

     Необходимость всесторонней интенсификации экономики нераз-

рывно  связана с ускорением научно-техническогопрогресса,  важ-

нейшими направлениями  которого  являются  создание  и освоение

принципиально новой техники и технологии,  автоматизацияи меха-

низация производства.  Выполнение этих задач  требует, в  част-

ности, развития вакуумной техники, оказывающейопределяющее вли-

яние на создание и производство изделий электроники ивсе  более

широко используемой в других отраслях промышленности.

     Разработка новых вакуумных технологий предъявляет квакуум-

ному оборудованию повышенные требования,  разнообразный именяю-

щийся диапазон значений которых обуславливаетнеобходимость  мо-

дернизации и разработки новых конструкций его элементнойбазы, в

частности,  вакуумной коммутационной аппаратуры (ВКА):клапанов,

затворов,  натекателей,  служащих для периодическогосообщения и

герметичного перекрытия вакуумных коммуникаций иуправления  ва-

куумным  режимом.  Конструкцией  и правильной эксплуатациейВКА,

являющейся неотъемлемой частью вакуумных систем (ВС),  в значи-

тельной степени определяется надежность работы вакуумноготехно-

логического оборудования.  (ВТО). Вместе с темтрадиционное про-

ектирование,   основанное  на  интуитивно-эмпирическом подходе,

исходя из уровня знаний конструктора,  не удовлетворяет вполной

мере ужесточившимся требованиям к созданию ВКА(например,  необ-

ходимости минимального воздействия потоков газовыделенияи  заг-

рязнений  на технологическую среду оборудованияпроизводства из-

делий электронной техники,  работе при температурах 600 — 800 К,

повышению показателей надежности в десятки раз и т.д.),что осо-

бенно заметно на примере цельнометаллической ВКА,показатели ка-

чества которой, начиная с начала 70-х годов по существуне улуч-

                              — 5 -

шаются. В связи с этим существующие конструкциигромоздки, имеют

небольшой  ресурс  и  наработку  на отказ.  Ситуацияосложняется

отсутвием единого научно обоснованного подхода к проектированию

ВКА,  что приводит к неоправданному ее многообразию,низкому ка-

честву конструкций и,  как следствие, к отказам ипростоям доро-

гостоящего оборудования при эксплуатации.  Кроме того, проявля-

ется тенденция к значительному уменьшению сроков проектирования

ВКА,  которая  наряду  с указанными факторами вызываетнеобходи-

мость автоматизации процесса проектирования.

     Одним из выходов из сложившейся ситуации являетсяразработ-

ка и применение новых развивающихся методикпроектирования, поз-

воляющих  генерировать множество различных техническихрешений и

проводить целенаправленный их поиск и выбор,  исходя  из техни-

ческого задания (ТЗ),  имеющего жесткие и иногда полярныетребо-

вания.

     Изложенное определило цель настоящей работы, которой явля-

ется создание научно обоснованной методологии схемотехнического

и  функционального  проектирования ВКА,  направленной нарешение

проблем проектирования ВКА,  с конкретной реализацией ввиде но-

вых  конструкций ВКА и программно-информационныхсредств,  пред-

назначенных для анализа, синтеза и моделирования работыВКА.

     Принципиально функциональное  и схемотехническоепроектиро-

вание ВКА, заключающееся в синтезе и анализе ВКА на этапетехни-

ческого  предложения  и  содержащее оценку свойств ВКА наоснове

исследования процессов ее функционирования,  генерацию и  выбор

принципиальных технических решений, определяющихструктуру ВКА с

учетом специфики ее функционирования в  составе конкретной  ВС,

можно представить в виде последовательности: цельпроектирования

— функция — устройство (элементная структура),  котораяобуслав-

ливает  необходимость  формального  описания структур, функций,

                              — 6 -

свойств, объектов для определения проектных целей в видеизмене-

ния структур ВКА и определения связей свойств ВКА дляпостроения

этих структур.

     Более детально  модель  процесса  проектирования ВКАна на-

чальных стадиях можно представить в виде алгоритма, укрупненная

блок-схема которого приведена на рис. 1.

     Согласно представленной блок-схемы,  ТЗ на разработку  ВКА

определяется требованиями к ВС,  являющейся для ВКАобъектом бо-

лее высокого уровня,  а начальным этапом создания  ВКА является

поиск  аналогов.  Это объясняется нецелесообразностьюразработки

новой конструкции ВКА при наличии среди  существующих вариантов

ВКА конструкции,  полностью удовлетворяющей предъявленнымтребо-

ваниям.

     В случае отсутствия аналогов необходимопроанализировать ТЗ

для выявления заведомо завышенных требований с целью их смягче-

ния.  Если данная процедура не приводит к нахождениюаналога, то

переходят к поиску прототипа — конструкции ВКА, наиболее  полно

соответствующей  требованиям ТЗ.  Сравнение параметроввыбранной

конструкции ВКА с требуемыми (ТЗ) позволяет сформировать потре-

бительские  цели проектирования ВКА в виде необходимостиизмене-

ния соответствующих значений параметров ВКА или  ее структурных

составляющих.

     Цели и критерии позволяют конструктору осуществлятьнаправ-

ленный поиск и синтез технических решений ВКА.  Исходя изцелей,

определяют необходимые функции и функциональные модули, их реа-

лизующие.  Вводя соответствующие отношения срединайденных функ-

циональных модулей, получают возможные структуры ВКА, изкоторых

с  помощью  критериев  выбирают  структуру,  наиболееотвечающую

предъявленным требованиям ТЗ  (происходит  достижение проектной

цели).

                              — 8 -

     Отсутствие среди известных удовлетворительной функциональ-

ной  структуры или появление новых функций для достиженияпотре-

бительской цели проектирования ВКА приводит кнеобходимости син-

теза  физического  принципа действия ВКА,  являющегосяэтапом ее

функционального проектирования,  появлению новых функциональных

модулей и повторению этапов схемотехнического проектированияВКА

для синтеза ее оптимальной элементной структуры.

     Анализ приведенного алгоритма проектированияпоказал,  что,

помимо отмеченного отсутствия системного описания ВКА, удобного

для  постановки задач схемотехнического и функциональногопроек-

тирования,  достижение   поставленной   цели  осложнено   также

отсутствием исследований процесса функционирования ВКА спозиций

схемотехнического проектирования;  формального описанияструктур

ВКА  и процесса их синтеза;  формализованных научнообоснованных

методов принятия решений при конструировании ВКА,  чтопозволило

сформулировать следующие основные задачи,  подлежащиерешению:

— проведение системного анализа ВКА;

— разработка системной модели процесса  проектированияВКА;

— разработка методики и математических моделей процессапроекти-

рования ВКА на уровне  формирования  ее  структурных схем;

— построение и исследование модели функционирования ВКА;

— разработка  формализованных  методов  выбора икритериев опти-

мальности при структурном синтезе ВКА;

— разработка комплекса программных средств автоматизацииначаль-

ных этапов проектирования ВКА;

— разработка новых конструкций ВКА на основеиспользования  соз-

данного методического и информационно-программногообеспечений.

     На защиту выносятся:

     1. Системные  модели  ВКА  и  процесса еефункционального и

схемотехнического проектирования.

                              — 9 -

     2. Методика и математические моделифункционально-схемотех-

нического проектирования ВКА.

     3. Математические  модели  ВКА  на этапахфункционального и

схемотехнического проектирования.

     4. Методика  и математическая модель оценкиконструкций ВКА

и ее структурных составляющих.

     5. Результаты исследования математической моделифункциони-

рования ВКА и критерии оптимальности конструкций ВКА.

     6. Новый класс ВКА переменной структуры иконструкции ВКА.

.

                              — 10 -

     I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО СОЗДАНИЮ ВАКУУМНОЙ

                  КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ

     I.I. Анализ связей ВКА с оборудованием электронной

          техники. Основные требования, предъявляемые к

          ВКА.

     Вакуум как  рабочая среда технологических процессови научных

исследований находит возрастающее применение в различных отраслях

промышленности.  При этом основным потребителемэлементов, средств

и систем вакуумной техники является электронная техника, предъяв-

ляющая наиболее жесткие, зачастую противоречивые и труднореализу-

емые требования к создаваемым ВС.

     Используемое в  электронной технике вакуумноетехнологическое

и научное оборудование,  интервалы рабочих давленийосновных типов

которого  приведены  на рис.  I.I.,  по величине рабочегодавления

можно условно разделить на три группы: 1) установки срабочим дав-

лением  до  5  10   Па;  2)  установки  с  рабочим давлением до 1

10   Па; 3) оборудование с рабочим вакуумом выше 1 10  Па.

     Как правило,  получение  вакуума в оборудованиипервой группы

достигается применением паромасляных диффузионных насосовс ловуш-

ками,  позволяющими  исключить наличие углеводородныхсоединений в

рабочей среде;  герметизация разъемных  соединений осуществляется

резиновыми  прокладками  [I  — 5].  Подобные установкиотносятся к

непрогреваемым системам,  длительность откачки  которых определя-

ется,  в основном,  десорбцией паров воды [6 — 8].Дополнительными

требованиями к установкам данного типа могут служитьнеобходимость

получения определенного спектра остаточных газов [9, 10],исключе-

ние привносимой дефектности на изделие электронной техники [11  -

15], высокая (до 1600 К) температура в рабочей камере иповышенные

                              — 11 -

требования к надежности работы из-за значительного экономического

ущерба в случае отказа [16 — 18].

     Оборудование второй группы [19 — 24]  обеспечивает получение

более низких парциальных давлений остаточных газов. Вданной груп-

пе оборудования,  в основном, используют безмасляные(турбомолеку-

лярные,  магнито-  и  электро-разрядные  насосы) икомбинированные

средства откачки [25 — 27]. В качестве уплотненийразъемных соеди-

нений применяются металлические прокладки и прокладки,изготовлен-

ные из термостойкой резины [28, 29]. Как правило,установки второй

группы  прогреваются  до  400  -  650  К (оборудованиедля откачки

электровакуумных приборов частично до  950  К),  имеют достаточно

большое время достижения рабочего давления (от 5 до 20часов) [19,

30 — 33] и более жесткие требования к привносимой на изделие  де-

фектности [34].

     К третьей группе оборудования принадлежат уникальныесистемы-

ускорители  заряженных  частиц  [35 — 38],  камеры длякосмических

исследований и ряд технологических установок  и  научных приборов

[39,  40].  Их отличие от вакуумных систем второй группысостоит в

необходимости предварительной обработки и очистки материалов  для

вакуумных систем, длительном времени прогрева и откачки,использо-

вании только металлических уплотнителей в  разъемных соединениях.

При этом время существования высокого вакуума в рабочемобъеме мо-

жет длиться месяцами и годами [29, 41 — 43].

     Общим требованием ко всем группам вакуумногооборудования яв-

ляется автоматизация технологических процессов и научногоэкспери-

мента [44 — 46].

     В свою очередь, требования к вакуумному оборудованиюформиру-

ют требования к его элементной базе,  в том числе к ВКА, которая,

являясь неотъемлемой частью ВС вакуумного оборудования (например,

только в одно- и двухкамерных установках числокоммутационных уст-

                              — 12 -

ройств колеблется от 5 до 10, достигая 15 [20, 47]), вомногом оп-

ределяет его выходные характеристики. Так,производительность обо-

рудования  первой  и  второй  групп  определяется  не только  его

конструкцией  (однопозиционные  установки периодическогодействия,

установки полунепрерывного действия со шлюзовыми камерами,  уста-

новки и линии непрерывного действия и др.),  но исокращением вре-

мени достижения рабочего давления, зависящим, вчастности, от про-

водимости ВКА [48, 49].

     Следует отметить и наметившуюся в последнее  время в  произ-

водстве изделий электронной техники тенденцию к понижениюрабочего

давления до 10   — 10    Па вследствие существенноговлияния  дав-

ления и парциального состава газовой смеси на параметры исвойства

изделий [1, 19, 40], т.е. к использованию высоко- исверхвысокова-

куумного оборудования,  требующего прогрева до 700 — 800К и, сле-

довательно, применения цельнометаллической ВКА,позволяющей сокра-

тить время достижения сверхвысокого вакуума в 2,5 раза иупростить

обслуживание установок [25,  41]. С учетом отмеченного вовведении

критического  состояния проектированияцельнометаллической ВКА це-

лесообразно выделить для детального рассмотрения областиее приме-

нения, которые показаны на рис. I.2.

     При этом, несмотря на достаточно четкую границумежду группа-

ми  оборудования с одинаковыми вакуумнымихарактеристиками и усло-

виями эксплуатации,  определяющими основные свойства ВКА,  к  ней

предъявляется  множество  разнообразных дополнительныхтребований,

зависящих от конкретного случая использования,  что ведетк увели-

чению номенклатуры ВКА, затрудняя проведение унификации истандар-

тизации вакуумного оборудования и повышая трудоемкостьего  проек-

тирования и изготовления.

     Анализ длительности технологических циклов и ресурса  работы

оборудования,  проведенный по работам [19, 20, 24, 47,48], позво-

                              — 14 -

ляет судить о требуемом ресурсе и цикличности работы ВКАи показы-

вает, что число циклов работы клапанов и затворов лежит впределах

500 — 8000,  а в ряде установок,  имеющих длительность технологи-

ческого процесса порядка десятков секунд (например,электронно-лу-

чевых установок микросварки),  их ресурс должен  быть значительно

большим  -  20000 — 50000.  Кроме того,  особенностью ВКАявляется

кратковременный циклический режим работы с  большими промежутками

между включениями: отношение времени работы к временивыстоя очень

различно и в среднем находится в пределах 1 :  (100 — 10000). Сум-

марное время нахождения механизмов ВКА в динамическомсостоянии до

замены уплотнительной пары составляет для ВКА сметаллическим  уп-

лотнителем в среднем примерно 2 — 4 часа,  для ВКА срезиновым уп-

лотнением — 20 — 50 часов.

     Снижение рабочего  вакуума накладываетдополнительные ограни-

чения на разработку ВКА,  связанные  с  необходимостью уменьшения

влияния  элементов  вакуумной  полости ВКА на параметрытехнологи-

ческого процесса и учета привносимой  дефектности  [50, 51].  При

этом ряд ответственных сверхвысоковакуумных систем,взамен большо-

го ресурса работы ВКА выдвигает на первый план требованияк  быст-

родействию и высокой надежности ее работы [37, 39].

     Таким образом,  анализ назначения ВКА в свете задач,решаемых

современным вакуумным оборудованием, позволилсформировать следую-

щие основные требования, предъявляемые к ВКА.

     ВКА должна:

иметь  заданную  проводимость  в  открытом положении;обеспечивать

требуемое быстродействие;  гарантировать  величинунатекания в за-

крытом положении  ВКА не выше допустимой  (например,соизмеримой с

уровнем  газопроницаемости  конструкционных материалов иматериала

уплотнителя); допускать эксплуатацию  в диапазонетемператур от 77

до 800 К; минимально воздействовать на качественный иколичествен-

                              — 15 -

ный состав остаточной среды в вакуумной системе; иметьдостаточные

ресурс работы  и наработку на отказ;  предусматривать возможность

автоматического управления  и контроля за работой; обладать мини-

мальными  габаритами  и  весом;  обеспечивать простоймонтаж и де-

монтаж устройства;  иметь  высокиетехнолого-экономические показа-

тели.

     I.2. Функционально-структурный анализ ВКА.

     Несмотря на все возрастающую потребность в ВКА, имеющаяся по

ней литература весьма скудна,  разрознена и носит большей  частью

описательный  характер.  В  затрагивающих  данную область работах

практически отсутствуют методики проектирования ВКА, недостаточны

рекомендации и данные по ее расчету и конструированию[20, 29, 51-

54],  вследствие чего разработка конкретных устройств ВКАв  боль-

шинстве  случаев  основывается  на  опыте  конструктора. При этом

отсутствие единого научно обоснованного подхода  к проектированию

ВКА  затрудняет  создание конструкции,  имеющей наилучшиехаракте-

ристики по всем показателям качества, поэтому существующиевакуум-

ные  клапаны  и затворы удовлетворительно соответствуютлишь 3 — 4

показателям качества,  что приводит к неоправданному многообразию

их конструкций.

     Достоинства и   недостатки   существующих  конструкций   ВКА

рассмотрим на основе анализа информации, содержащейся влитератур-

ных источниках и каталогах отечественныхпредприятий-разработчиков

и заводов-изготовителей и передовых в области вакуумногомашиност-

роения иностранных фирм [20, 29, 51 — 67].

     На рис.  1.3,  1.4 приведены примеры конструктивныхсхем ВКА,

дающие представление о  ее  многообразии,  на  рис.  1.5 показаны

основные принципиальные схемы ВКА,  а на рис.  1.6 — типовые схемы

                              — 19 -

ее уплотнительных пар.

     Проанализируем существующие технические решения ВКАс позиций

функционально-структурного  подхода  -  реализации последователь-

ности: цель — функция — устройство.

     Плоский затвор (рис.  1.5 а, е), имеющий минимальноерасстоя-

ние между присоединительными фланцами (цель),  воизбежание износа

уплотнителя требует при перемещении улотнительного органа  1  для

открывания или перекрывания проходного отверстия 2создания гаран-

тированного зазора между ним и корпусом 3,  что приводитк необхо-

димости осуществления в клапане двух не совпадающих понаправлени-

ям движений: перемещения уплотнительного органа 1 дляоткрывания и

перекрывания  проходного отверстия 2 и герметизацииуплотнительной

пары (функция),  а,  следовательно, либо к появлениюмеханизма 4 в

вакуумной полости (рис.  1.5, а), либо к использованиюдвух испол-

нительных органов и соответственно двух вводов движения в  вакуум

5,5 (рис.  1.5,  е) (устройство).  Оба решениясущественно снижают

надежность и ресурс работы  устройства,  а  второе приводит  и  к

усложнению управления затвором.

     Отличительной особенностью схемы поворотногозатвора,  приве-

денной на рис. 1.5, б, является возможность совмещения вкорпусе 3

проходного и углового взаиморасположения перекрываемыхотверстий 2

(цель), а также совпадение направлений перемещенияуплотнительного

органа и усилия герметизации при уплотнении (функция). Однако по-

воротный  затвор  с непосредственным воздействиемведущего звена 6

на уплотнительный орган 1 (устройство) не получил широкого  расп-

ространения  вследствие необходимости созданиязначительных крутя-

щих моментов при герметизации запорной пары.

     Другие типы конструкций ВКА также обладают рядомнедостатков.

Работа крана (рис.  1.5,  в) связана со скольжениемуплотнительных

поверхностей  элементов  1  и  3 друг относительнодруга,  и,  как

                              — 20 -

следствие,  подобные устройства имеют повышенноенатекание и малый

ресурс работы.  К недостаткам конструкций, представленных на рис.

1.5 г,  д, можно отнести использование механизманепосредственного

действия [51],  приводящего к повышенным массо-габаритнымхаракте-

ристикам автоматического привода.

     Для приближенной  обобщенной оценки качестваконструкций ВКА,

исходя из ее основного назначения,  сформулированного вовведении,

предлагается использовать условный показатель, определяемый отно-

шением проводимости ВКА к диаметру перекрываемогоотверстия, изме-

нение  значения  которого  для некоторых серийновыпускаемых типов

устройств приведено на рис.  1.7. Большее значение данногопоказа-

теля определяет лучшую конструкцию.

     Подобный показатель позволяет провести сравнение конструкций

как в рамках одного типа устройств, так и сравнениеустройств раз-

личных типов,  а также оценить конструкции снестандартными значе-

ниями  диаметров перекрываемых отверстий.  В частностиможно отме-

тить большую эффективность, по сравнению с угловымиконструкциями,

конструкций с соосным расположением проходных отверстий(см.  рис.

1.3 — 1.5),  а среди последних — лучшие  показатели плоских  уст-

ройств (рис.  1.5, а). Обращает на себя внимание итрудность опти-

мизации конструктивных решений ВКА с  малыми  диаметрами условных

проходов (Ду).

     Изложенное позволяет сделать вывод о влиянии цели проектиро-

вания  ВКА  на ее рабочие функции и,  как следствие,  наструктуру

устройства. При этом можно выделить следующие основныеструктурные

составляющие ВКА: привод, уплотнительная пара, корпус,ввод движе-

ния в вакуум и механизмы.  С позиций решаемых задач целесообразно

рассмотреть  влияние указанных структурных элементов напоказатели

качества ВКА.

     Существенно влияет  на  показатели  качества ВКАиспользуемый

                              — 22 -

тип уплотнительной пары [51, 67].

     В настоящее  время в различных отраслях промышленностишироко

применяется ВКА с резиновым уплотнением (рис.  1.6, д,е). Однако,

имея в десятки раз больший ресурс работы (20000 — 100000циклов) и

в 10 — 20 раз меньшие усилия  герметизации  [55]  по сравнению  с

цельнометаллическими  конструкциями,  такая ВКА обладаетрядом не-

достатков, ограничивающих область ее использования изаключающихся

в невысоких температурных пределах прогрева,  взначительной вели-

чине скорости газовыделения,  относительно  высокой газопроницае-

мости  и влиянии на масс-спектрометрический составвакуумной среды

[7]. Лучшие марки вакуумных резин, применяемые в клапанахи затво-

рах допускают прогрев только до 470 К,  при этом величинаскорости

газовыделения лежит в пределах 3.10   — 7.10   л Па/смс,  а вели-

чина газопроницаемости по азоту для этих марок при 1.10Па и 300 К

составляет 2.10   — 4.10   см см/см с [68, 69].

     Широкое использование  ВКА  с  эластомернымиуплотнителями во

многом вызвано отсутствием альтернативы, т.к. основныетехнические

характеристики выпускаемых отечественной промышленностьюустройств

с металлическими уплотнителями (рис.  1.6, а — г) заметноуступают

лучшим  зарубежным образцам,  особенно это касаетсяпрямопролетных

конструкций [59],  что наряду с отмеченными в п. 1.1факторами оп-

ределяет актуальность создания цельнометаллическихустройств.

     Разработка цельнометаллической ВКА требуетпересмотра подхода

к  проектированию ВКА в связи с большими удельнымиусилиями герме-

тизации (до 200 н/мм,  [67,  70]), и необходимостью учетадополни-

тельных факторов,  не рассматриваемых при проектированииконструк-

ций с резиновым уплотнением (например,  обеспечения высокоточного

взаиморасположения деталей уплотнительной пары в моментгерметиза-

ции,  влияния частиц износа на работоспособностьуплотнителя и др.

[34,  51,  67].  Перечисленные  факторы определяюттехнологические

                              — 23 -

трудности реализации конструкторских решений и  высокую стоимость

цельнометаллической ВКА.

     В значительной  степени  влияет  на  основные  характеристики

функционирования коммутационных устройств ее привод [71].Преобла-

дающие типы приводов,  используемых в ВКА,  отражены нарис.  1.3,

1.4. Кратко можно отметить, что использование ручногопривода иск-

лючает возможность автоматизации управления ВКА; электропневмати-

ческий привод требует наличия энергоносителя идополнительных уст-

ройств управления; электромеханический привод громоздок иинерцио-

нен;  использование  электромагнитного привода требуетспециальных

источников питания и сопровождается сильнымидинамическими  удара-

ми, снижающими ресурс работы уплотнителя и создающимипомехи в ра-

боте оборудования.

     Свои особенности,  связанные с надежностью, площадью поверх-

ности, обращенной в вакуум, видом и характеристикамипередаваемого

движения и т.п., имеют и вводы движения в вакуум [53, 55,72, 73],

передавая свои достоинства и недостатки ВКА.

     В большой  степени  разнообразие  ВКА  и ее выходныехаракте-

ристики обусловлены применением в конструкциях различных механиз-

мов,  выполняющих следующие функции:  преобразование видадвижения

ведущего звена и вида перемещения уплотнительногооргана;  измене-

ние направления движения исполнительного органа;осуществление пе-

редаточных функций [74].  В ВКА различают механизмыисполнительных

органов  и  механизмы уплотнительных органов [51]. Исполнительный

орган состоит из ведущего звена и механизма перемещения. На  рис.

1.8  показаны  некоторые кинематические схемыисполнительных орга-

нов,  которые могут располагаться как  в  вакуумной  полости уст-

ройства,  так и вне ее [54].  Механизмы исполнительногооргана ВКА

бывают непосредственного действия (рис. 1.8,  а, б [51]);винтовые

(рис.  1.8,  в [53]), кулачковые (рис. 1.8 г [54]);кулисные (рис.

                              — 25 -

1.8, д, з [58]), рычажные (рис. 1.8, е [61]),кривошипно-ползунные

(рис.  1.8 ж,  з [56]) и комбинированные (например,рычажноползун-

ные,  рис.  1.8,  и — м [63]). Основными функциямиуплотнительного

органа,  состоящего  из  механизма  герметизации и уплотнительного

диска,  является преобразование направления и видадвижения выход-

ного  звена механизма перемещения и уменьшение усилий иликрутящих

моментов на ведущем звене устройства.  Особенностьюуплотнительных

механизмов  является их расположение в большинствеслучаев в ваку-

умной полости.

     На рис.  1.9  представлены некоторые кинематическиесхемы уп-

лотнительных органов.  К ним относятся кулачковые (рис. 1.9, б, ж

[54]),  ползунные (рис. 1.9, в [51]); клиновые (рис. 1.9,г [75]),

винтовые (рис. 1.9, д [56]) механизмы.

     Анализ проведенных   работ   выявил  отсутствие исследований

свойств механизмов ВКА с учетом специфики ихфункционирования, что

объясняет  многообразие  встречающихся  механизмов,  нозатрудняет

обоснованный выбор структурных схем при создании новыхконструкций

ВКА.  При этом наиболее жесткие требования к механизмамВКА предъ-

являет сверхвысоковакуумное оборудование [51,  74], т.к.необходи-

мость  сохранения  определенного состава остаточнойгазовой среды,

высокие температуры прогрева,  повышенный износ икоэффициент тре-

ния в вакууме требуют минимума сопряженных пар трения ималых кон-

тактных усилий,  в то же  время  исключая  возможность применения

смазки [50].

     Частично устраняют конструктивные трудности, связанные с не-

обходимостью обеспечения значительных усилий устройства,использу-

ющие для герметизации: тепловое расширение материалов[67] и пере-

вод металлического уплотнителя в жидкую фазу [76], однакоподобные

устройства обладают очень большой инерционностью.

     Особенности кинематики и динамики механизмов ВКАнаглядно ха-

                              — 27 -

рактеризует упрощенная зависимость движущих моментов    (или  сил

   )  от  угла  поворота     (или перемещения    )уплотнительного

диска,  представленная на рис.  1.10 и показывающая, чтоВКА имеет

две  четко  выраженные  стадии работы с несоизмеримыми повеличине

усилиями и перемещениями:  I — стадия открывания или перекрывания

проходного отверстия, где необходимо создание малыхусилий на зна-

чительном перемещении уплотнительного диска, определяемом величи-

ной  диаметра  проходного  отверстия (для устройствплоского типа)

или высотой подъема уплотнительного диска (для прочих устройств);

II — стадия герметизации проходного отверстия,  в которойразвива-

ются значительные усилия на небольших перемещениях, определяемых,

в  основном,  величиной  деформации элементовуплотнительной пары.

При этом,  в зависимости от Ду ВКА:            = (15 — 200)/1, где

    — перемещение (угол поворота) уплотнительного дискапри откры-

вании или закрывании проходного отверстия; (       ) — перемещение

(угол  поворота) уплотнительного диска при герметизациипроходного

отверстия;        = (1000 — 2000)/1 — для ВКА сметаллическими уп-

лотнителями;          = (80 — 250)/1 — для ВКА сэластомерными уп-

лотнителями,  где     — усилие герметизации уплотнительной  пары,

     -  усилие  перемещения уплотнительного диска приперекрывании

проходного отверстия.

     Следует отметить,  что  существующие описанияконструкций ВКА

(в основном параметрические) ориентированы на конкретныетипы уст-

ройств  и их крайне трудно или невозможно применить дляразработки

ВКА других типов. Усугубляет ситуацию конструирования ВКАпротиво-

речивость отдельных требований. Так установленнаясущественная за-

висимость ресурса уплотнительной пары от скоростиприложения к ней

усилия и перегрузок [70] и связанная с этим необходимостьуменьше-

ния движущих моментов на ведущем звене устройства искорости пере-

мещения  уплотнительного  диска,  противоречит требованиювысокого

                              — 28 -

быстродействия.

     Из вышеизложенного  можно  сделать вывод,  что ниодна из су-

ществующих конструкций ВКА не удовлетворяет полномунабору  совре-

менных требований, обладая теми или иными недостатками.

     1.3. Структурно-конструктивная классификация ВКА.

     Проведенный анализ  литературных  источниковдостаточно полно

характеризует ситуацию,  сложившуюся в областипроектирования ВКА:

отсутствует  обоснованный  анализ  применяемых кинематическихсхем

ВКА,  а также рекомендации и данные по их расчету и конструирова-

нию,  поэтому  использование той или иной схемы носитэмпирический

характер.  Отсутствует единый подход к определениюклассификацион-

ных  признаков ВКА и,  как результат,  не разработана еедетальная

классификация.  Существуют различия и в трактованиитерминов. Нап-

ример,  в  [58]  клапаны — устройства с Ду до 100 мм,  азатворы -

устройства с Ду свыше 100 мм; в [54] клапан — устройство,позволя-

ющее  регулировать или полностью прекращать поток газа ввакуумной

системе,  затвор — клапан,  позволяющий соединять иразобщать эле-

менты ВС. При этом оба варианта определения содержатпротиворечия,

т.к. в первом случае одинаковые конструкции различныхтипоразмеров

должны  относиться к разным группам устройств,  а вовтором случае

деление чисто условно, вследствие адекватности реальновыполняемых

клапанами  и  затворами функций.  Все это приводит кмноговариант-

ности ВКА (например,  только в одной организации за  13 лет  было

разработано более 100 наименований ВКА на 41 Ду [77]), затрудняет

унификацию ВКА и требует разработки дополнительныхкритериев и ог-

раничений применительно к конкретным ее типам.

     Вместе с тем, представляется логичным проводитьклассификацию

ВКА  в  соответствии  с  модульным принципом,  положеннымв основу

                              — 29 -

функционально-структурного анализа существующихконструкций ВКА, с

сохранением предварительного деления по эксплуатационнымпризнакам

(назначению: устройства напуска, аварийные и т.п.;рабочему давле-

нию:  низковакуумные, высоковакуумные,сверхвысоковакуумные и т.д.

[78]).

     С позиций  решения  задач функционального исхемотехнического

проектирования ВКА,  используя результаты проведенного на  основе

блочно-иерархического  подхода с учетом монтажных ифункциональных

особенностей ВКА анализа ее существующих конструкций, выделим два

иерархических уровня представления ВКА: устройство вцелом и функ-

циональные модули (ФМ),  его составляющие.  При этомкаждый ФМ ВКА

решает определенную задачу,  хотя монтажно они могут бытьнеразде-

лимы и иметь общие элементы,  через которыеосуществляется переда-

ча,  например,  усилий  или  момента  от  одного  ФМ кдругому.  В

конструкциях ВКА можно выделить шесть различных ФМ,  причемчетыре

из них присутствуют у всех рассмотренных устройств,  т.е.являются

основными,  обеспечивающими выполнение базовых функцийВКА,  и не-

основные,  способствующие выполнению функций основных ФМ.К основ-

ным ФМ ВКА относятся: привод, генерирующий энергию дляперемещения

уплотнительного  диска  и  герметизации уплотнительнойпары;  ввод

движения, предназначенный для передачи движения изатмосферы в ва-

куумную среду без нарушения ее свойств;  уплотнительнаяпара, реа-

лизующая основную функцию ВКА — перекрывание и герметизацию  про-

ходного отверстия; корпус, обеспечивающий требуемоевзаиморасполо-

жение ФМ ВКА и присоединение самой ВКА в ВС. Особенностьюподобно-

го структурного членения является выделение в видесамостоятельно-

го ФМ уплотнительной пары (включающей уплотнительный диск-  ведо-

мое звено уплотнительного органа, и седло — элементкорпуса), поз-

воляющее более детально представить процессгерметизации.  Следует

отметить существование определенной последовательностиосновных ФМ

                              - 30 -

в конструкциях ВКА, что позволяет представить обобщеннуюструктуру

ВКА в виде блок-схемы (рис. 1.11).

     К неосновным ФМ ВКА можно отнести механизмы — ФМ,расположен-

ные  между основными ФМ и согласующие их входные и выходныехарак-

теристики (параметры движения).

     Особую сложность вызвало проведение систематизациимногообра-

зия возможных схем механизмов ВКА с целью ихупорядочения. Подроб-

но решение данной задачи рассмотрено автором в [80], гдепредложе-

на классификация  ВКА,  проведенная  по структурно-конструктивным

признакам:  расположению и сочетанию механизмовотносительно ваку-

умной  полости  и  по  типу  механизмов.  Предлагаемая обобщенная

классификация  ВКА приведена на рис.  1.12 и включает ееразбиение

по признакам используемых механизмов.  Подобнаяклассификация  до-

полняет  известные  и позволяет быстро находить возможныеварианты

механизмов при их конструировании, оценить их, установитьнаиболее

оптимальные структуры механизмов ВКА, выявить необходимыетипы ав-

томатических приводов и вакуумных вводов движения.

     1.4. Аналитический обзор методов поисковогоконструирования.

     Необходимость учета труднообозримого множестваразличных фак-

торов  при  разработке  ВКА,  возможность использования формальных

представлений там,  где заканчивается интуитивноемышление, прове-

дение  детального анализа как можно большего числааналогов и про-

тотипов, стремление к повышению эффективности разработок и  росту

производительности труда конструктора требуют перехода кавтомати-

зированному проектированию ВКА.

     При этом   отмеченная   стабильность  структуры существующих

конструкций ВКА, составные элементы которой выбираются,как прави-

ло,  из  систематизированных рядов,  позволяет считатьприменимыми

                              — 33 -

для процесса схемотехнического проектирования ВКА методыпоисково-

го конструирования.

     Детальный анализ математических методов поискового конструи-

рования  и методов выбора технических объектов с позицийавтомати-

зации процесса проектирования проведен автором в [81].

     Рассмотрим основные  методы,  используемые  приавтоматизации

начальных этапов проектирования, известные вотечественной и зару-

бежной  практике,  применительно  к конкретному классутехнических

объектов — ВКА.

     В настоящее   время  известно  более  30  методов поискового

конструирования. Разработки более эффективных методовпоиска новых

технических решений (ТР) интенсивно продолжаются, приэтом просле-

живаются три основных направления разработок [82 -  85]: создание

принципиально новых методов, создание новых методов наоснове ком-

бинации известных и увеличение эффективности известныхметодов.

     Анализ известных методов формирования ТР показал, что наибо-

лее эффективными, а потому широко используемыми напрактике, явля-

ются:  «теория  решения изобретательских задач»(ТРИЗ),  метод эв-

ристических приемов, обобщенный эвристический метод,метод гирлянд

ассоциаций и метафор, морфологические методы анализа исинтеза та-

кие, как метод «матриц открытия», методдесятичных матриц поиска и

другие,  направленные  на исследование самого объектапроектирова-

ния,  а не психологических особенностей человека. Крометого, ука-

занные  методы  могут быть в значительной мереформализованы,  что

немаловажно с позиций поставленных задач.

     В работах  [86,  87]  разработана  методика решенияконструк-

торско-изобретательских задач,  которая получиланазвание  «теория

решения изобретательских задач».  ТРИЗ представляетсобой система-

тизированный набор преимущественно эвристических правил, выполне-

ние которых облегчает решение конструкторской задачи.

                              — 34 -

     В работе [88] описаны  алгоритмы автоматизированного  поиска

новых  конструктивных  решений  с помощью ЭВМ для задачневысокого

уровня сложности и новизны,  с  применением  метода эвристических

приемов.  Суть  этого  метода при проектировании новойконструкции

можно представить,  как преобразование известныхпрототипов с  по-

мощью определенного набора эвристических приемов, иполучение мно-

жества новых конструктивных решений, отвечающих заданнымусловиям,

среди которых ведется затем поиск оптимального варианта.Библиоте-

ка эвристических приемов преобразования прототипов  для несложных

механических  систем содержит 16 приемов,  которыеподразделены на

16 групп.  Из 86 составленных эвристических приемов для65 имеются

рекомендации  по их формальному описанию,  открывающиевозможность

их программирования на ЭВМ,  остальные пока не  удалось формально

описать [82].

     Метод гирлянд ассоциаций и метафор является одним изэвристи-

ческих  методов поискового конструирования,  требующимминимальной

информационной подготовки и в наибольшей мереиспользующим  инфор-

мацию,  содержащуюся в мозгу конструктора [89]. Сутьметода заклю-

чается в определении гирлянд синонимов и гирляндслучайных  объек-

тов  с  последующим составлением комбинаций из этихслучайных гир-

лянд.  Конечным результатом является выбор рационального варианта

технического объекта и отбор наилучшего из рациональных, как пра-

вило, методом экспертных оценок.

     Во многих методах поиска новых ТР присутствуютодинаковые или

близкие этапы и процедуры,  причем существует некоторыйинвариант-

ный порядок следования этапов и процедур. Это послужилооснованием

для создания обобщенного эвристического метода.  В работе[90]  на

основе  анализа  большой  группы  известных методоврешения техни-

ческих задач выявлен полный  список  основных  этапов творческого

процесса  и процедур его выполнения и построен обобщенныйэвристи-

                              — 35 -

ческий алгоритм  поиска  ТР.  В  структуре  обобщенного алгоритма

используются массивы информации, которые являются даннымидля про-

цедур этапов проектирования.  Порядок следования процедури  выбор

процедур в процессе решения задачи определяетсяразработчиком. По-

иск нового ТР разрабатываемого  объекта  ведется последовательным

выполнением на каждом этапе необходимых процедур.  Списокпроцедур

этапов,  а также описание назначения этапов и массивов информации

изложены  в  работах [91,  92].  Следует отметить,  чторазработка

обобщенного эвристического метода была выполнена  на эмпирическом

уровне.  В  связи  с  этим  необходимо проведениеметодологических

исследований по научно обоснованному обобщениюэвристических мето-

дов и установлению полного набора и иерархии этапов ипроцедур об-

работки информации при поиске новых ТР.

     Для поиска  новых ТР на основе взаимосвязипоказателей техни-

ческих объектов и эвристических приемов разработан метод десятич-

ных матриц поиска (ДМП) [93].  Все основные показателитехнических

объектов разделены на 10 групп,  что  дало  возможность построить

особую десятичную систему матричных таблиц,  в строкахкоторых за-

писаны меняющиеся характеристики технического объекта,  ав столб-

цах — группы эвристических приемов их изменения.  Каждаяклетка на

пересечении ряда и столбца соответствует определенномуТР, краткое

описание  которого  может сопровождаться графическимописанием.  В

зависимости от содержащейся информации ДМП могут носитьобщетехни-

ческий,  отраслевой  или  предметный характер.  Припостроении ДМП

должна использоваться  патентно-техническая  литература. Значение

взаимосвязей  показателей  технических  объектов  и группэвристи-

ческих приемов, а также конкретных требований решаемойзадачи пре-

допределяет целенаправленный выбор пути ее решения.

     Ф. Цвикки предложил чрезвычайно простую модельситуации выбо-

ра,  в которой оказывается конструктор при создании новыхТР, наз-

                              - 36 -

вав ее морфологическим ящиком [94].  Техничекий объект исследуют,

выделяя ряд характерных признаков              Затем дляпризнаков

находят различные варианты исполнения,  реализующие эти признаки.

Полученные данные оформляют в виде таблицы 1.1.

                                           Таблица 1.1

               «Морфологический ящик» Цвикки.

     Столбцы в таблице соответствуют необходимымпризнакам    , а

отдельная позиция в столбце — варианту его функциональнойреализа-

ции   . Свободу выбора при конструировании Ф. Цвиккитрактует как

возможность работать с альтернативами, т.е. выбирать одниварианты

выполнения  блоков  и  отвергать другие.  Выделяя вкаждом столбце

таблицы альтернативу и соединяя их отрезками линий,  получаютмно-

гозвенную  линию                 ,  которая символизируетописание

признаков некоторой конструкции.  Выбор предпочтительнойконструк-

ции  инженер  делает  интуитивно,  по очереди перебираякомбинации

альтернатив.

     Другой формой  морфологического анализа и синтеза ТРявляется

комбинирование признаков, характеризующих различныесистемы (орга-

низующие понятия).  В этом случае, при комбинированиидвух органи-

                              — 37 -

зующих понятий,  рекомендуется табличная форма, встолбцах которой

записаны признаки одного организаующего понятия, а встроках приз-

наки другого организующего понятия.  В каждой клеткетаблицы нахо-

дится  рабочий  принцип из комбинации двух элементоврешения.  При

комбинировании более чем двух организующих понятийпользуются мат-

ричной формой записи [95].

     Таким образом, метод морфологического анализа исинтеза [85,

96 -  99] состоит в изучении всех возможных комбинацийпараметров,

форм,  отдельных элементов для решения поставленнойзадачи. Значе-

ния параметров,  типы форм и элементов образуют таблицу(матрицу).

Различные сочетания перечисленных характеристик рождают альтерна-

тивные идеи или рекомендуемые решения задачи.Морфологический ана-

лиз применяется для решения задач  поиска  рациональных структур,

схем и компоновок.  При возможности синтеза большогомножества но-

вых ТР в этом методе практически не решена проблемавыбора наилуч-

шего решения из числа синтезируемых.

     В последнее время на основе идеи Цвикки  предложена комбина-

торная концепция работы с альтернативами, на основекоторой разра-

ботаны новые системно-морфологические алгоритмыоптимизации и  об-

щая логическая схема принятия решений при конструировании[85].  В

работе вводится понятие комбинаты,  являющейся сопряженнойк поня-

тию альтернативы, отражающей все локальные, исключающиедруг друга

варианты взаимной подмены блоков при  конструировании. Не  всякая

комбинация  при замене одного функционального блокадругим (из од-

ной и той же альтернативной серии, описывающей данныйпризнак    )

правомерна. Фиксацию этого факта отражает комбината, т.е.совокуп-

ность всех мыслимых альтернатив формально порождаетмножество ком-

бинаций,  а отношение комбинаторности ограничивает этомножество и

показывает,  что на самом деле невозможно,  а что необходимо  еще

исследовать.  Иерархическая списковая структура,  вкоторой учтены

                              — 38 -

все альтернативы и комбинаты признаков строения,составляет комби-

наторный  файл семейства технических систем,  которыйпредставляет

не что иное,  как многоуровневую композицию вложенныхдруг в друга

морфологических ящиков [96].

     Таким образом,  анализ методов поисковогоконструирования по-

казывает,  что большинство из них представляет собойкомбинацию из

нескольких известных методов или же являютсяпроизводными  какого-

либо метода, но более эффективными. Наиболее простым иформализуе-

мым методом,  позволяющим генерировать большое множествовариантов

ТР, является метод морфологического анализа и синтеза, нов нем не

формализована процедура выбора наилучшего решения. Представляется

целесообразным  развитие этого метода для структурногосинтеза ВКА

путем добавления процедур структурной оптимизации [100].

     Вместе с тем,  изучение вопросов,  связанных савтоматизацией

проектно-конструкторской деятельности  и,  в  частости, созданием

САПР,  показало  подробную  проработку методических основсоздания

САПР, типовых структур подсистем САПР, правил построенияи органи-

зации различных видов обеспечений САПР (математического,программ-

ного, информационного) и других теоретических аспектовавтоматизи-

рованного  проектирования [101 — 105].  Большое вниманиеуделено и

аппаратным средствам САПР [104,  106].  Однако  проблемы создания

конкретных прикладных САПР достаточно полно решены лишь вобластях

электротехники и радиоэлектроники [107 -  109].  В разработке  же

САПР  машиностроительных  объектов,  к  которым относится  и ВКА,

основной упор делается на автоматизацию отдельныхпроцедур,  авто-

матизированное  проектирование отдельных элементов, автоматизацию

технологической подготовки производства и  изготовление конструк-

торской  документации  [110 — 113].  При этом отмечаетсясложность

выработки единого универсального принципа конструирования  техни-

ческих  объектов машиностроения,  основанного во многомна трудно-

                              — 39 -

формализуемом творческом подходе [102, 114] инеизбежность, в свя-

зи с этим, модификации типовых структур их САПР.

     Принципиальная возможность решения задачи автоматизации про-

ектирования конкретного класса ТО делает актуальнойразработку ме-

тодических основ создания САПР ВКА,  формализацию типовыхпроцедур

ее конструирования и построение интегральных и локальныхкритериев

оценки конструкции на различных этапах проектированияВКА.

     Выводы.

     На основании изучения материалов,  отражающихсостояние работ

по созданию ВКА, с учетом требований, предъявляемыхвакуумным тех-

нологическим и научным оборудованием,  и необходимостиавтоматиза-

ции процесса проектирования ВКА, можно сделать следующиевыводы:

     1. Проанализированы характерные режимы эксплуатацииВКА,  оп-

ределены  условия ее применения в различных группахоборудования и

сформулированы основные требования  к  показателям качества  ВКА.

Установлено,  что в ряде случаев ВКА регламентируетпроизводитель-

ность и надежность ВТО.

     2. Проведен анализ существующих конструкций ВКА,показана от-

носительная стабильность структуры и выделены основные ФМВКА. От-

мечено  влияние различных вариантов ФМ на показателикачества ВКА.

Предложен обобщенный показатель,  позволяющийпроизводить  прибли-

женную  оценку  эффективности конструкций ВКА, показавший преиму-

щество устройств плоского типа. Установлено отсутствиеконструкций

ВКА,  полностью  удовлетворяющих разнообразным диапазонамтребова-

ний,  предъявляемых ВТО, в частности отмечено отсутствиецельноме-

таллических  плоских устройств,  серийно выпускаемыхотечественной

промышленностью, а также заметное отставание имеющейсяВКА по ряду

показателей качества от зарубежных образцов.

                              — 40 -

     3. Проведен анализ кинематических и динамическихособенностей

работы  ВКА,  подтвердивший практическое отсутствиеисследований в

области анализа и синтеза ее механизмов. Показано, что внастоящее

время не определены кинематические и динамическиекритерии, позво-

ляющие осуществить выбор рациональной кинематическойсхемы ВКА.

     4. Предложена  обобщенная  классификация ВКА, построенная на

основании модульно-иерархического подхода к  анализу существующих

конструкций ВКА, включающая ее разбиение по признакамиспользуемых

механизмов и дополняющая известные  классификации. Отмечено,  что

для  проведения функционального и схемотехническогопроектирования

ВКА ее иерархия может быть представлена двухуровневымдеревом, где

первый уровень — ВКА в целом,  второй уровень — множествоФМ, вхо-

дящих в структуру ВКА.

     5. Показана возможность формирования структуры ВКАвыбором из

множества вариантов составляющих ее элементов,  чтопозволяет счи-

тать  применимыми  для схемотехнического проектированияВКА методы

поискового конструирования.

     6. Анализ  методов  поискового  конструирования показал  це-

лесообразность использования  метода  морфологического анализа  и

синтеза,  позволяющего формализовать процесспроектирования ВКА на

этапе синтеза ее структурных схем.  Отмеченыперспективные возмож-

ности  данного  метода  для  синтеза новых техническихрешений при

условии включения процедур выбора и структурнойоптимизации.

     7. Обоснована необходимость автоматизациипроектирования ВКА.

Показана  сложность  автоматизации  конструкторской деятельности,

особенно при разработке машиностроительных объектов.Обзор сущест-

вующих  систем   автоматизированного   проектирования  подтвердил

отсутствие разработок по автоматизации схемотехническогои функци-

онального проектирования объектов класса ВКА.

.

                              — 41 -

     2. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ВАКУУМНОЙ КОММУТАЦИОННОЙАППАРАТУРЫ

     2.1. Системная модель ВКА при  функциональном  и схемотехни-

          ческом проектировании.

     Анализ существующих  конструкций ВКА,  проведенный вглаве 1,

показал,  что ВКА является сложной технической  системой и  имеет

многоуровневую  иерархическую структуру [115].  Пофункциональному

признаку можно выделить следующие уровни ее членения: ВКА как це-

лое, ФМ ВКА, функциональные единицы ФМ, детали ВКА,функциональные

элементы деталей,  поверхности функциональных элементов. Как было

отмечено ранее,  для решения задач функционально-схемотехнического

проектирования ВКА, относящегося к начальным стадиямконструирова-

ния ТО (до детальной проработки) и формирующего на 70 — 80%  облик

будущего изделия [88],  достаточно рассматривать ВКА ввиде двуху-

ровневой системы.

     Структурирование и формализация описания ВКА  и этапов  про-

цесса ее функционального и схемотехническогопроектирования выдви-

гает в качестве основной задачи установление логических ифункцио-

нальных зависимостей между модулями ВКА, их параметрами итребова-

ниями и условиями внешней среды.

     Сложность ВКА  и  указанных  взаимосвязей  требуетсистемного

подхода к анализу ВКА при ее проектировании [116].  Дляпостроения

системной модели ВКА,  необходимой для установления ираскрытия ее

системных характеристик и выявления отношений между ними,предста-

вим  системное  описание ВКА на начальных стадияхпроектирования в

виде двух групп соотношений:

                                                          (2.1)

                                                          (2.2)

                              — 42 -

где     — множество функций;      — множествоструктур;     — мно-

жество функциональных свойств;      — множество свойств,проявляю-

щихся при взаимодействии с окружением;      — номер ФМВКА;      -

количество  ФМ;     ,      — соответственно множествосуществующих

вариантов ВКА и ее элементов и множество отношений междуними;

-  множество  целей  проектирования  ВКА;       - множество соот-

ветствий, определяющих уравнения функционирования ипроектирования

ВКА;      — множество соответствий, оценивающихоптимальность ВКА;

    = 1,2 — уровень членения ВКА.

     Выражение (2.1)  описывает  системную  модель ВКАкак объекта

конструирования,  а выражение (2.2) -  системную  модуль процесса

проектирования ВКА.  При этом первая строка выражения(2.1) описы-

вает ВКА в целом, а вторая строка описывает ФМ ВКА.

     Построенная системная модель ВКА позволяет перейти кформали-

зации установленных взаимосвязей,  используя  известный математи-

ческий аппарат математического анализа и дискретнойматематики для

проведения структурного синтеза  конструкции.  При  этом методика

построения  системной модели заключается в раскрытиикомпонентов в

выражениях (2.1)  и  (2.2).  Следует  отметить,  что предлагаемая

системная  модель ВКА,  предназначенная для всестороннегоописания

ВКА, инвариантна относительно рассматриваемых уровнейчленения ВКА

[117].

     2.2. Функции и структура ВКА.

     2.2.1. Функции ВКА.

     Головным этапом  системного  анализа ВКА являетсяопределение

выполняемых ею функций.  Влияние выполняемых  ВКА функций  на  ее

структуру,  отмеченное  в  главе  1,  определяетзначимость данной

                              — 43 -

системной характеристики для проектирования ВКА.  Исходяиз  того,

что  целесообразность  того  или иного ТО определяетсяего способ-

ностью реализовывать интересующую человека потребность, в  основу

определения функций ВКА и ее структурных составляющихположен сле-

дующий принцип:  функция любого ТО (или  ФМ) определяется  целью,

поставленной ТО более высокого уровня,  включающимрассматриваемый

ТО (ФМ).

     Объектом более  высокого  уровня  для ВКА в целомявляется ВС

ВТО.  Функционирование ВС,  назначение которой формулируется  как

«создавать  вакуумную среду и формировать ее состав», требует вы-

полнения ряда условий (т.е.  достижения ряда целей),характеризуе-

мых, в частности, функцией разобщать герметично исообщать полости

элементов ВС между собой и внешней средой,  чтоопределяет необхо-

димость появления соответствующей разнообразной ВКА.

     Отсюда вытекает и назначение ВКА — периодическоесообщение  и

герметичное перекрытие элементов вакуумных систем (камер,насосов,

ловушек,  трубопроводов и т.п.) между собой и с внешнейсредой,  а

также регулирование потоков газов в системе [54],  анализкоторого

позволяет выделить ее обобщенную функцию.

     Представим описание обобщенной функции ВКА в видеструктурной

формулы, состоящей из тройки множеств [88] и позволяющейсформиро-

вать понятийное описание обобщенной функции ВКА,  представленноев

таблице 2.1:

                                                            (2.3)

где     — множество действий,  производимых ВКА иприводящих к же-

лаемому  результату;       -  множество  объектов,  накоторые это

действие направлено;     — множество особых условий иограничений,

накладываемых на реализацию функции.

     При этом компонент     может отсутствовать в описании  функ-

ции,  если информация об условиях и ограничениях очевиднаи одноз-

                              — 44 -

начно вытекает из описания компонентов     и    .

                                                   Таблица    2.1

               Описание обобщенной функции ВКА.

__________________________________________________________________

      │                       Компоненты

  ТО  │──────────────────┬─────────────────────┬──────────────────

      │        D         │         V          │        W

──────┴──────────────────┴─────────────────────┴──────────────────

       1. Закрывание       Проходное отверстие   Вакуумнаясреда,

       2. Герметизация     Стык уплотнительной  атмосфера,

 ВКА                       пары                 температура

       3. Открывание       Проходное отверстие

       4. Регулирование    Газовый поток

──────────────────────────────────────────────────────────────────

     Действиям   , выполняемым ВКА и приведенным втаблице 2.1,

соответствует множество основных рабочих функций,  т.е.обобщенную

функцию ВКА можно представить в виде:

                                                         (2.4)

где   ,   = 1,4 — основные рабочие функции,соответственно: закры-

вать проходное отверстие, герметизировать стыкуплотнительной пары,

открывать проходное отверстие, регулировать газовыйпоток.

     Выделенные функции          реализуются  в  ВТО  устройствами

классов «вакуумный клапан» и «вакуумныйзатвор»,  объединенных по-

нятием ВКА,  при этом регулирование газового потока сучетом того,

что ВКА является самостоятельным конструктивнозаконченным элемен-

том  ВТО [54],  присоединенным к другому законченномуэлементу ВТО

(трубопроводу,  рабочей камере и т.п.),  сводится кчастичному пе-

рекрыванию (открыванию и закрыванию) проходногоотверстия, поэтому

справедливо следующее допущение:

                                            ,               (2.5)

                              — 45 -

позволяющее рабочую функцию     отдельно нерассматривать.

     Практическая реализация  адекватных соответствующимдействиям

рабочих функций    ,      и     в ВКА  осуществляется посредством

одного и того же воздействия «перемещение»,направленного на общий

для данных функций объект — уплотнительный диск. При этомвыполне-

ние действия «герметизация» обусловленовзаимодействием подвижного

элемента «уплотнительный диск» с  неподвижным элементом  корпуса,

называемым  «седлом»,  что  объясняетцелесообразность совместного

рассмотрения этих элементов в виде «уплотнительнойпары»  (см.  п.

1.2). Очевидно, перемещение уплотнительного диска требуетосущест-

вления функции «создать и передать необходимую длядвижения  энер-

гию»,  а  расположение уплотнительного диска ввакуумной среде,  а

источника энергии — вне ее,  определяет необходимостьфункции «пе-

редать  движение  уплотнительному  диску  из атмосферы ввакуумную

среду».  Основываясь на том, что каждая рабочая функцияможет быть

реализована неким самостоятельным функциональным модулем,обладаю-

щим собственным набором входных (    ) и выходных (    ) функцио-

нальных параметров, заключаем, что в ВКА необходимо такжесогласо-

вание параметров       и      последовательныхперемещений, приво-

дящее  к появлению функции «преобразоватьдвижение».  Помимо этого

для ВКА, как и для большинства ТО, обязательна функция«обеспечить

требуемое взаиморасположение модулей впространстве».

     Таким образом,  из  анализа  рабочих   функций  существующих

конструкций  ВКА можно выделить следующие основныебазовые функции

         ,  где    = 1,3             ;     = 1,5;представленные в

таблице 2.2,  без которых невозможно выполнениеобобщенной функции

ВКА.

                              - 46 -

                                                 Таблица2.2

                Основные базовые функции ВКА

_________________________________________________________________

 Обобщенная !             Основные базовые функции

  функция   !

-----------------------------------------------------------------

                  — создавать и передавать механическуюэнергию

                    для перемещения уплотнительногодиска;

                  — преобразовывать параметры движения;

                  - передавать движение из атмосферы ввакуумную

                    среду;

                  — преобразовывать параметры движениядля пере-

                    мещения и герметизацииуплотнительного диска;

                  — герметизировать стык седла суплотнительным

                    диском;

                  — фиксировать положение элементов впространст-

                    ве и содержать вакуумную среду.

_________________________________________________________________

     Индекс     обозначает необходимость выполнения соответствую-

щих функций для каждого из трех основных действий (см.табл. 2.1),

т.е. как при закрывании проходного отверстия, так и пригерметиза-

ции и открывании (    = 1, 2, 3 — соответственно).

     Помимо основных базовых функций,  задающих принципфункциони-

рования и общую структуру, ВКА может обладать рядомдополнительных

функций    ,  направленных на улучшение исполнениякачества основ-

ных  функций      и определяемых как дополнительнымитребованиями,

предъявляемыми ВТО, так и функционированием собственноВКА. Полная

функция ВКА при этом имеет следующий вид:

                                                          (2.6)

     Дополнительные функции           возникают,  какправило, при

                              — 47 -

реализации целей проектирования, связанных с улучшениемпараметров

действий, эксплуатационных и конструктивных свойств ВКА,что будет

рассмотрено в соответствующем разделе.

     Функциональный подход  к  анализу  ВКА  позволяетабстрагиро-

ваться от существующего объектного воплощения ФМ, например, пере-

давать  движение  из  атмосферы в вакуум не механическимпутем,  а

используя воздействие магнитного поля; использоватьдополнительные

функции          — нагреть элементы уплотнения, разгрузить уплот-

нительную пару,  основанные на различных физическихэффектах  [70,

79], что способствует эволюции ВКА и ееусовершенствованию.

     2.2.2. Структура ВКА.

     Предлагаемый подход  к  рассмотрению  структур ВКАоснован на

том, что проектирование формально представляют каксоздание, поиск

и  преобразование различных аспектов структур ТО [118]. В связи с

этим важно определить множество видов структур ВКА, необходимое и

достаточное для отображения процесса функционального исхемотехни-

ческого проектирования.

     С учетом  изложенного  структуру  ВКА  в  общем случае можно

описать следующим образом:

                                                            (2.7)

где    ,     ,     ,    ,    ,    ,     — соответственнопринципи-

альная,  функциональная, абстрактная, морфологическая,вариантная,

элементная и компоновочная структуры.

     Принципиальная структура  (или  структура действий)

состоит из множества выполняемых ВКА действий     иотношений сле-

дования      ,  указывающих  на  порядок  действий.  На рис.  2.1

представлен граф обобщенной структуры     ВКА, где              -

действия, реализующие обобщенную функцию ВКА (см. табл.2.2).

                              — 48 -

     Множество базовых функций     и абстрактных связеймежду ними

образуют множество функциональных структур             .  На рис.

2.2 показано множество типовых функциональных  структур ВКА,  где

вершины                 — основные базовые функции ВКА(см.  табл.

2.2).

     В свою  очередь  каждой базовой функции     можнопоставить в

соответствие некий реализующий ее  обобщенный  родовой элемент  -

функциональный модуль,  являющийся абстрактнымобъектом   , обла-

дающим неким множеством общих свойств и имеющиммножество  вариан-

тов  исполнения,  которые наследуют общие свойства ФМ иотличаются

от него оригинальными свойствами [119]. Таким образом,абстрактная

структура                имеет множество взаимосвязанныхабстракт-

ных родовых элементов         , исполняющих базовыефункции    .

     Установим требуемые  соответствия            :     - функция

привода (ФМ );     — множество типов приводов;     — функция меха-

низма  преобразования движения (ФМ );      — множествомеханизмов;

    — функция вакуумного ввода движения (ФМ );     — множество ти-

пов вводов движения;      — функция механизма перемещенияуплотни-

тельного диска и герметизации (ФМ );      — множество механизмов;

    — функция уплотнительной пары (ФМ ) — условного ФМ,образуемо-

го седлом и уплотнительным диском;      — множество типовуплотни-

тельных  пар;      — функция корпуса (ФМ );      — множество типов

корпусов.  На рис. 2.3 показано множество обобщенныхструктур    .

ВКА,  в котором вершины    ,     = 1,6 — вышеописанныеабстрактные

ФМ.

     Структура     является основой для построения морфологической

структуры     ВКА,  которую  с  позиций функционально-схемотехни-

ческого  проектирования ВКА целесообразно и достаточнопредставить

двухуровневым деревом. Первый уровень — ВКА кактехническая систе-

ма  в целом,  второй уровень — функциональные модулиВКА,  где П -

                              — 50 -

привод; ВД — вакуумный ввод движения; УП — уплотнительнаяпара; М1

— механизм преобразования движения;  М2 — механизмперемещения уп-

лотнительного диска; К — корпус. Намечен третийиерархический уро-

вень   -   множество   вариантов   ФМ.  Морфологическая структура

          ,          имеет два подмножествавершин:              -

типы ФМ (вершины «и») и             — множествовариантов исполне-

ния типов     (вершины «или»), а также дваподмножества отношений:

    — отношения включения между элементами    ,      — родовидовые

отношения между     и     .  Структура     описываетсяграфом типа

дерева,  представленном на рис.  2.4,  где    — вершины«и»,     -

вершины «или» (конкретизация графа — рис.1.12). Возможно дальней-

шее  расширение данного дерева и вглубь и в ширину.  Приэтом раз-

ветвление дерева произойдет в случае появления новыхвариантов  ФМ

в  результате анализа возможности применения в ВКА ихсуществующих

воплощений (например,  электрических приводов [71]) или появления

новых дополнительных ФМ [79].

     Замена абстрактных элементов     вариантами ихисполнения

    образует вариантную структуру             .

     Если на множестве конкретных вариантов      ввести отношения

соединения    ,  получим множество элементныхструктур           .

При этом декартовопроизведение                                  ,

определяет множество всевозможных вариантов решений     для обоб-

щенной структуры ВКА.  Отличие структуры     от    состоит в том,

что   множество  элементов  в  ней  имеет  конкретное имя  вместо

абстрактного,  а абстрактные отношения связи     замененына конк-

ретные отношения соединения     .  На рис. 2.5 показанграф струк-

туры      одного из вариантов ВКА [120] (рис.  1.4,  а),в котором

вершины:        — «ручной привод»,      — «эксцентриковый механизм

преобразования движения»,      — «сильфонныйввод движения в ваку-

ум»,      — «рычажный механизм перемещенияуплотнительного диска»,

                              — 53 -

     — «резино-металлическая уплотнительнаяпара»,      — «проход-

ной корпус».

     Компоновочная структура      есть развитие графа   , отража-

ющая компоновку ВКА:              ,  где     — множествоэлементов

из    ;       -  множество  пространственных  отношений взаимного

расположения, принадлежности, направления,характеризуемых поняти-

ями типа  «перпендикулярно», «параллельно»,  «соосно»,  «внутри»,

«снаружи», «по оси Х» и т.п.

     Таким образом, ВКА представляет собой некий составопределен-

ным образом взаиморасположенных и взаимосвязанных ФМ, чтопозволя-

ет сформулировать следующие утверждения, объясняющиенекоторые ра-

нее приведенные положения.

     Утверждение 1.  В структуре ВКА обязательносуществуют привод

и  уплотнительная пара,  в противном случае ВКАфункционировать не

будет.

     Утверждение 2.  В  случае  корпусного выполнения ВКАуплотни-

тельная пара всегда расположена внутри корпуса,  в  то время  как

привод расположен с внешней стороны корпуса.

     Следует отметить, что в ВТО бескорпусное выполнениеВКА прак-

тически не используется.

     В соответствии с утверждением 2 передача движения отФМ «при-

вод»  к  элементу  «уплотнительный диск»ФМ  «уплотнительная пара»

влечет за собой появление обязательного ФМ  «вводдвижения в ваку-

ум»  (с  новой  рабочей функцией      «передавать движение из ат-

мосферы в вакуум»),  связанного с ФМ «корпус» (функция       «со-

держать вакуумную среду»), определяющего взаимосвязьФМ:

               ФМ          ФМ  (ФМ  )        ФМ              (2.8)

где         — знак отношения следования.

     Перечисленные ФМ являются для ВКА  основными (обязательными)

ФМ,   что   подтверждает  и  проведенный  анализ  ее существующих

                              — 54 -

конструкций (п. 1.2).

     Каждый из   перечисленных  ФМ  обладает собственным  набором

свойств, позволяющих реализовать свою рабочую функцию    и харак-

теризуемых  согласно (2.7) соответствующими       и        .  При

этом главным условием возможности сопряжения ФМ является идентич-

ность        предшествующего ФМ (с функцией    ) с      последую-

щего ФМ (с функцией    ).  В случае несогласования    и   , т.е.

при                 ,  необходимо включение ФМ (совспомогательной

функцией     ) такого, что:

                            и                            (2.9)

     Из этого вытекает следующее утверждение:

     Утверждение 3. Если значения функциональныхпараметров сопря-

гаемых ФМ ВКА не совпадают,  то между ними располагаетсявспомога-

тельный ФМ, их согласующий.

     Предположив, что в общем случае      и      ФМ из(2.8) между

собой не согласованы, введем по каждому следованиювспомогательные

ФМ.  Поскольку такими параметрами основных  ФМ  являются характе-

ристики  движения,  то вспомогательными ФМ ВКА являютсямеханизмы,

что нашло отражение в таблице 2.2 и в описанииструктуры    ,  где

каждой     поставлен в соответствие определенный ФМ -    .

     При этом множество функций       для всех действийВКА форми-

рует  полную  функциональную структуру и соответствующие ейполную

абстрактную и вариантную структуры, включающиемаксимально возмож-

ное  количество ФМ,  реализующих основную функцию     . Например,

согласно таблице 2.2,  ВКА может иметь до  трех приводов,  вводов

движения и соответственное число механизмов [121].Подобные струк-

туры весьма сложны,  а при необходимости дальнейшегочленения  ВКА

получаются громоздкими и труднообозримыми,  поэтому прирассмотре-

нии целесообразно проводить их декомпозицию путемразбиения на от-

дельные фрагменты [119]. Обобщенные структуры     (рис.2.3) отоб-

                              — 55 -

ражают данный подход, используя тождество функций:

                                            = 1,4        (2.10)

     Следующим этапом системного анализа ВКА является определение

ее свойств.

     2.3. Свойства ВКА и ее структурных составляющих.

     Важность определения  свойств  в конструировании ВКАзаключа-

ется в том,  что ее интегративные свойства, заданные ввиде требо-

ваний в ТЗ, определяются свойствами структурных составляющих(ФМ),

которые, образуя при взаимодействии структуру ВКА,порождают новые

свойства ВКА как целого.

     Конкретизация свойств требует анализа окружения ВКА-  всего,

не  принадлежащего ВКА,  но связанного с ней иоказывающего на нее

существенное влияние,  которое можно представитьсостоящим из сле-

дующих компонентов:

                                                         (2.11)

где  соответственно:       — управляющие объекты(человек,  робот,

ЭВМ);      — эксплуатация на всех стадиях существованияВКА;     -

взаимодействующие (сопряженные) ТО (камеры,  трубопроводыи т.п.);

     -  производство;       -  технологический  процесс, которому

способствует  ВКА;      — изготавливаемое изделие;      — источник

энергии;      — режимы функционирования;      - окружающая  среда

эксплуатации.

     Взаимодействие ВКА с окружением порождает множествосвязей

  , требования которых, в свою очередь, определяют тоили иное

свойство ВКА.  На рис. 2.6 показан мультиграф связей ВКАс окруже-

нием,  где                      ;           ,     = 1,9;позволяю-

щий выявить множество соответствующих свойств ВКА, которые обычно

группируют по следующим классам: функциональные,эксплуатационные,

                              — 56 -

производственные и конструктивные свойства.

     Под функциональными  свойствами       будем пониматьсвойства

ВКА, проявляющиеся при реализации ее целевой функции иописываемые

параметрами действия.  Их состав в общемслучае:            , где

    — проводимость,     — герметичность,     — быстродействие,ха-

рактеризуемое параметрами     — проводимость,      — суммарное на-

текание,  складывающееся из      — натекания через вводдвижения в

вакуум,      — натекания через уплотнительную пару;     - натека-

ние через корпусные детали;     ,      - время открыванияи  время

закрывания соответственно.

     Эксплуатационные свойства     ВКА — это свойства,проявляющи-

еся при ее взаимодействии на всех стадиях эксплуатации: хранении,

транспортировании,  функционировании,  обслуживании   и  ремонте.

Основными свойствами     являются: надежность,ремонтопригодность,

сохраняемость,  эргономичность. Они характеризуютсяследующими па-

раметрами ВКА:     — средний ресурс;     — наработка наотказ;

— среднее время восстановления;      -  периодичность  профилакти-

ческих  ремонтов;       — допускаемая температурапрогрева;      -

предел применения по вакууму;      — допустимая частотавключения;

    — возможность работы в любом положении;      — потокгазовыде-

ления;      — сохранение герметичности при  обесточивании;      -

сохранение  герметичности  при большем давлении подуплотнительным

диском;     — возможность открытия против атмосферы;    - возмож-

ность  аварийного срабатывания;      — возможность заменыуплотни-

тельной пары без демонтажа ВКА;      -  возможность регулирования

усилия герметизации без демонтажа;      — удобствоконтроля за ра-

ботой;      — возможность использования в АСУ ТП;     — тип приво-

да;       — мощность привода;      — энергетическаяхарактеристика

привода;      — затраты на эксплуатацию;     — показательвибраци-

онности;     — необходимость охлаждения при прогреве.

                              — 57 -

     Производственные свойства       ВКА  проявляются во  взаимо-

действии с производством. С точки зрения конструированияк ним от-

несем технологические и экономические свойства, основнымииз кото-

рых являются трудоемкость,  материалоемкость, энергоемкость.  ВКА

характеризуется следующими параметрами свойств    :     — трудоем-

кость изготовления;      — коэффициент унификации;     — коэффици-

ент применяемости материалов;      — коэффициентсборности;      -

стоимость;     — экономическая эффективность.

     Конструктивные свойства      проявляются  при взаимодействии

структурных  составляющих ВКА и во многом определяютсяконструкто-

ром.  К параметрам свойств     ВКА относятся:     — диаметр услов-

ного прохода;      — масса;     — габариты (    — длина,     — ши-

рина,      — высота);      — расстояние  между присоединительными

фланцами;       -  взаимное расположение осей проходныхотверстий;

    — показатель патентной чистоты.

     Мультиграф связей  между  ВКА,  отражающий  ихмногообразие и

позволяющий сформировать требуемые для последующегоанализа табли-

цы связей, представлен на рис. 2.7.

     Следует отметить,  что предложенный состав свойств ввыделен-

ных  классах  не  является постоянным и может изменятьсяв зависи-

мости от конкретных рабочих функций проектируемой  ВКА, т.е.  при

изменении окружения и предъявлении новых требований кВКА.

     Для анализа свойств ВКА построим  таблицу  связей выделенных

параметров (таблица 2.3), в которой 1 обозначает наличиесвязи па-

раметров, 0 — отсутствие таковой, т.к. графовоепредставление свя-

зей  в  данному случае трудно реализуемо вследствиебольшого числа

параметров и отношений между ними. Таблица связейпозволяет: опре-

делить  необходимые для конструирования связи междусвойствами ВКА

и требованиями окружения, сформировать системную модельдля форма-

лизации процессов проектирования; определить влияние измененияка-

                              — 60 -

кого-либо параметра на другие,  с целью нахожденияконфликтных си-

туаций;  выявить необходимые для теоретических иэкспериментальных

исследований неизвестные ранее взаимосвязи; формализовать  анализ

изменений  при корректировке ТЗ и адаптациипроектирования при из-

менении окружения     .

     Структурные составляющие (ФМ ) ВКА,  являясь еенеотъемлемыми

элементами,  имеют также собственные свойства,  во многомотличные

от  свойств,  присущих  ВКА  в  целом,  что обусловленоизменением

состава окружения ФМ  по сравнению с ВКА. При этомсвойства ФМ ВКА

определим по аналогичной модели:

                                                         (2.12)

где     — множество свойств    -го ФМ;     ,    ,   ,     — соот-

ветственно  множества  функциональных, эксплуатационных,   произ-

водственных и конструктивных свойств    -го ФМ;     = 1,6- индекс

принадлежности соответствующему (см. п. 2.2.2) ФМ ВКА.

     Рассмотрим подробно параметры свойств основных ФМВКА.

     В качестве основных параметров свойств ФМ  — привод- выделим

следующие:    — мощность;    -  принцип действия;    — номинальный

момент;    — номинальная частота вращения/скорость движения  што-

ка;    -  точность  позиционирования;    -  ход штока;    -надеж-

ность;    — ресурс;    — ремонтопригодность;    - простота  изго-

товления;    — простота сборки;    — стоимость;    — масса;      -

габариты;    — расположение осей вала или штока;    — вид  и  нап-

равление движения.

     Взаимосвязи свойств ФМ  отражены в таблице 2.4. Приэтом +1 -

означает увеличение параметра в столбце при увеличениипараметра в

строке;  -1 — уменьшение параметра в столбце приувеличении  пара-

метра в строке.

     К основным параметрам свойств ФМ  — ввод движения ввакуум  -

относятся:    -  передаваемое  усилие;    -  передаваемыйкрутящий

                              — 62 -

момент;    -  частота  вращения;    -  величина перемещения;    -

скорость перемещения;    — надежность;    — ресурс;     — ремонто-

пригодность;    - предел применения  по вакууму;    - температура

прогрева;    -  натекание  через  уплотнение;    - воздействие на

состав остаточной среды;    — простота изготовления;    — простота

сборки;    -  стоимость;    -  габариты;    — масса;    — материал

уплотнения;    — расположение осей вала или штока;    — вид и нап-

равление передаваемого движения.

     Взаимосвязи свойств ФМ  отражены в таблице 2.5.

     Основными  параметрами  свойств  ФМ  — уплотнительная  пара -

являются:    — герметичность;    — усилиегерметизации;    -  тем-

пература прогрева;    — ресурс;    — наработка наотказ;    — пре-

дел применения по вакууму;    — воздействие на  состав остаточной

среды;    — удобство замены УП;    — ремонтопригодность;    — воз-

можность работы в агрессивных средах;    — трудоемкостьизготовле-

ния;    -  наличие дефицитных и драгоценныхматериалов;    — стои-

мость;    — стоимость;    -  точностные  характеристики элементов

УП;    -  размер  проходного  сечения;    -  габариты;   - масса;

    — материал уплотнителя;    — геометрия уплотнителя.

     Взаимосвязи свойств ФМ  отражены в таблице 2.6.

     Большой интерес представляет также анализ связейсвойств, ха-

рактеризующих ВКА в целом со свойствами ее основных ФМ. Указанные

связи существенных параметров ВКА и ее ФМ отражены втаблице 2.7 и

позволяют формировать альтернативные пути изменениясвойств ВКА  в

зависимости от требований ТЗ.

     2.4. Цели проектирования ВКА.

     Важной системной характеристикой,  описывающейпроцесс проек-

тирования ВКА,  является цель проектирования(компонент    в выра-

                              — 66 -

жении (2.2)).

     Желаемое целевое состояние ВКА,  которым должнаобладать син-

тезируемая конструкция,  задается техническимитребованиями в  ТЗ.

Однако самой цели как движущей силы процессаконструирования ВКА в

ТЗ не содержится, т.к. среди существующих конструкцийвозможно на-

личие аналога, отвечающего заданным техническимтребованиям.

     Исходя из выражения (2.1),  конкретную конструкцию,реализую-

щую  заданную  функцию    и  имеющую  фиксированнуюструктуру    ,

опишем определенным набором параметров:

                                                         (2.13)

где   — множество  имен  свойств  ВКА;    -  множество параметров

свойств  ВКА;    — множество значений параметров свойствВКА;    =

=   ,    — номер рассматриваемой конструкции;   — числосуществую-

щих конструкций ВКА.

     ТЗ, в свою очередь,  есть ни что иное,  как подобноеописание

требуемой конструкции:

                                                         (2.14)

где   ,   ,    — соответственно требуемые имена свойствВКА, пара-

метры свойств и их значения.

     Поиск аналогов    осуществляется   сравнением  характеристик

свойств выражения (2.13) для различных    ссоответствующими  зна-

чениям выражения (2.14). Эквивалентность имен (   и   ) ипарамет-

ров свойств (   и   ), а также выполнение условия       означает,

что конструкция под номером    является аналогом дляданного ТЗ. В

противном случае,  когда ни одна из известныхконструкций  ВКА  не

удовлетворяет ТЗ по одному или нескольким параметрамсвойств, мож-

но говорить о возникновении потребительских целей проектирования,

как  необходимости изменения значений параметров ВКА илиее струк-

турных составляющих, которые в общем случае представимы ввиде:

                                                         (2.15)

                              — 67 -

где   — множество параметров ВКА,  не удовлетворяющих требованиям

ТЗ,   — множество отношений типа «изменить».

     Наличие взаимосвязей свойств ВКА со свойствами ееструктурных

составляющих  (см.  п.  2.3)  обуславливает возможностьдостижения

требуемых значений параметров ВКА за счет изменениясвойств ее ФМ,

приводящего к изменению структуры ВКА, и определяетпроектную цель

в виде:

                                                         (2.16)

     Очевидно, что  для  достижения  необходимых значений   соот-

ветствующих  параметров  свойств  ВКА — целей, необходимо выявить

связанные с ними ФМ ВКА и параметры их свойств, которые,  в  свою

очередь, становятся целями (подцелями) и требуютвыявления связан-

ных с ними параметров подсистем нижнего уровня. Выявленная иерар-

хия образует дерево целей проектирования,  для построениякоторого

используются таблицы связей параметров свойств.

     Следует отметить, что зачастую достижение общей целипроекти-

рования ВКА требует рассмотрения примитивных целей — изменения па-

раметров элементарных свойств деталей,  вызываянеобходимость чле-

нения ВКА до соответствующего уровня.

     Сложность взаимосвязей свойств ВКА и свойств ее ФМзатрудняет

построение обобщенного дерева целей, поэтому егоцелеообразно фор-

мировать для конкретной ситуации.

     Исходя из вышесказанного,  в качестве объекта проектирования

принята наиболее сложная и наименее проработанная группаустройств

— сверхвысоковакуумная цельнометаллическая ВКА.  Анализ патентных

источников класса    ,  отражающих случаи конкретногопроектирова-

ния ВКА, позволил выделить основные компоненты множества   :    -

«уменьшить (понизить)»;    — «увеличить(повысить)»;    — «обеспе-

чить (расширить)»;    — «исключить».

     Выберем цель   проектирования:    - «уменьшить  потребляемую

                              — 68 -

мощность» и на основе анализа  таблиц  связей параметров  свойств

(таблицы 2.3 — 2.7) построим дерево целей, представленное на рис.

2.8,  где    — свойства ВКА в целом;   ,   = 1,6 — свойства  соот-

ветствующих ФМ ВКА;     ,    = 1,5 — структуры ФМ ВКА.

     Построенное дерево целей позволяет выявить существенные  от-

носительно поставленной цели    параметры,  являющиеся ееподцеля-

ми:           .  При этом путь  на  дереве  до выбранной  подцели

условно можно считать задачей проектирования.

     Реализация подцелей приводит к возникновению вспомогательных

функций    .  Причем вспомогательных функций может бытьнесколько,

выполняемых совместно или в определеннойпоследовательности.  Цель

может  порождать  и несколько альтернативныхвспомогательных функ-

ций,  каждая из которых, в свою очередь, может бытьисполнена раз-

личными  способами действий.  Проанализируем одну изподцелей рис.

2.8:  «уменьшить предел текучести материала уплотнителя».  Данная

цель  может  принципиально быть реализована двумяпутями:  заменой

материала или поиском уменьшения    имеющегося материала.Рассмот-

рим второй путь.  Изучив физическую природу текучести,можно выде-

лить причины, от которых она зависит: температураматериала, нали-

чие  дислокаций  в материале и оксидной пленки на егоповерхности,

определяющие соответственные вспомогательные функции:   - «нагре-

вать уплотнительную пару»,    — «перемещатьдислокации в материале

уплотнителя»,      — «удалить оксидную пленку споверхности уплот-

нителя».

     Реализация функций может осуществляться традиционными путями

либо с использованием известных физико-техническихэффектов.

     Появление вспомогательных функций, которым могутбыть постав-

лены  в  соответствие  определенные  ФМ,  приводит  кизменениям в

структуре  ВКА,   например,   появлению   ФМ   -  нагреватель   -

(          ).  Таким образом,  отношения между подцелью иголовной

                              — 70 -

целью рождают множество функций,  способствующих еереализации,  и

позволяя  сформировать уточненную    ,  являются основойполучения

требуемого проектного решения в виде структуры ВКА, удовлетворяю-

щей ТЗ.

     2.5. Уравнение функционирования и критерииоптимальности

          ВКА.

     2.5.1. Уравнение функционирования.

     Важным аспектом системного описания  процесса  проектирования

ВКА  является уравнение ее функционирования(компонент     выраже-

ния (2.2)), связывающее входные и выходные параметрыдействий (фа-

зовые переменные) и внутренние параметры ВКА.

     В связи  с  тем,  что  ВКА  принадлежит  классу механических

систем, для вывода уравнения функционированияиспользовано уравне-

ние Лагранжа 2 рода [122]:

                                                         (2.17)

где     — кинетическая энергия системы;     — числообобщенных ко-

ординат (совпадает с числом степеней свободы);       - обобщенные

координаты;    — обобщенные силы.

     Данное выражение,  преобразованное для ВКА  с электромехани-

ческим приводом [123, 124] в общем случае имеет вид:

                                                          (2.18)

где         — угол поворота вала электродвигателя;     -  функция

положения ВКА;    ,    — коэффициенты полезного действиямеханизма

перемещения и герметизации уплотнительного диска иредуктора  (ме-

ханизма   преобразования   движения);    -  масса уплотнительного

                              — 71 -

диска;    — передаточное отношение редуктора;    - приведенный  к

валу  электродвигателя  момент инерции ВКА;      — движущий момент

электродвигателя;      — приведенный к валу двигателямомент  соп-

ротивления ВКА.

     Уравнение (2.18) является уравнением движения ВКА ипредстав-

ляет собой компонентное нелинейное дифференциальноеуравнение вто-

рого порядка, которое было решено на ЭВМ. Здесь — фазовыеперемен-

ные    ,    ,    ;  внутренние параметры    ,   ,  . Приэтом ре-

шение данного уравнения позволяет найти зависимостьтакого функци-

онального  параметра  ВКА  как время срабатывания отпараметров ФМ

ВКА (    ,   ,   ,   ,   ),  т.е. уравнение (2.18)связывает между

собой  параметры  свойств верхнего и нижнегоиерархических уровней

ВКА, что позволяет считать его своего рода уравнениемпроектирова-

ния.

     2.5.2. Критерии оптимальности ВКА.

     Предлагаются следующие критерии качества ВКА,характеризующие

оптимальность ВКА и ее структурных составляющих(компонент в выра-

жении (2.2)).

     С учетом того,  что ВКА в целом и ее ФМхарактеризуются боль-

шим числом параметрически описанных локальных критериев,в качест-

ве количественной оценки оптимальности ВКА (или ФМ)принята  функ-

ция  ее  евклидова расстояния до гипотетической идеальноймодели в

пространстве взвешенных локальных критериев [125].

                                                         (2.19)

где    — коэффициент весомости   -го параметракачества;    — нор-

мированное значение  критерия    рассматриваемого    -го варианта

конструкции;    -   нормированное  значение  критерия   идеальной

                              — 72 -

конструкции.

     Нормирование локальных критериев качества с цельюперевода их

в безразмерные величины одного масштаба, проводится сучетом допу-

щения,  что характер распределения вариационного рядазначений лю-

бого параметра ВКА близок к равномерному распределению. В связи с

этим:

                                                         (2.20)

где    -   значение    -го   критерия   рассматриваемого варианта

конструкций,    — среднее значение   -го критерия;    — его  сред-

неквадратичное отклонение на множестве вариантов.

     Формирование коэффициентов весомости параметровпроводится  с

использованием  экспертного  метода парных сравнений[126].  В ка-

честве  идеальной  модели  может   быть   выбрана  гипотетическая

конструкция,  имеющая либо лучшие значения параметров изчисла су-

ществующих,  либо теоретически предельно достижимые значенияпара-

метров.

     Лучшей будет конструкция с меньшим критерием   .

     Для оценки ВКА с позиций кинематических свойств еемеханизмов

предлагается интегральный критерий качества   , минимизация кото-

рого при оптимизации механизмов ВКА дает наилучшее приближение  к

их теоретической функции положения и ведет к улучшениютаких дина-

мических характеристик,  как перегрузки и скоростьприложения уси-

лия в уплотнительной паре,  коэффициент полезногодействия,  время

срабатывания, мощность привода [127].

     Для ВКА с механизмами совмещенной структуры:

                                                         (2.21)

где    — функция  положения  механизма ВКА;    — уголповорота или

ход ведущего звена ВКА.

     Для ВКА с механизмами переменной структуры:

                              — 73 -

                                                         (2.22)

где       ,       ,   ,    — соответственно: функцииположения ме-

ханизма ВКА и углы поворота или ход при открывании (перекрывании)

и герметизации проходного отверстия.

     Критерий    дает количественную оценку качествавоспроизведе-

ния закона движения,  характерного для механизмов ВКА,  ипригоден

как для оптимизации конкретного механизма на этапе  его конструк-

тивной проработки,  так и для оценки различныхкинематических схем

на этапе структурного синтеза.

     Исследование уравнения функционирования и выводкритериев оп-

тимальности ВКА подробно рассмотрены в главе 3.

     Выводы.

     1. На основе системного подхода к анализу ВКА спозиций реша-

емых задач разработаны инвариантные относительновведенных уровней

членения  системная  модель  ВКА  как  объекта конструирования  и

системная  модель процесса проектирования ВКА, являющиеся основой

создания методики  функционально-схемотехнического проектирования

ВКА. Сформулированы основные понятия, предложены правилараскрытия

системных характеристик ВКА и произведена ихконкретизация.

     2. Сформировано  множество базовых функций ВКА иотмечена не-

обходимость функционального анализа для эволюции ВКА. Рассмотрена

взаимосвязь функции и структуры ВКА, определено множествоструктур

ВКА,  необходимое и достаточное для отображения процесса функцио-

нального и схемотехнического проектирования.

     3. Исследованы взаимосвязи ВКА и ее структурных  составляющих

с  окружением и произведена структуризация выявленныхсвойств.  На

                              — 74 -

основе исследования  взаимосвязей  параметров  свойств ВКА  и  ее

структурных составляющих сформированы соответствующиетаблицы свя-

зей.

     4. Введено  понятие  цели проектирования ВКА ипоказана связь

целей проектирования с генерацией вспомогательных функцийи струк-

турой ВКА.  На основе анализа разработанных таблиц связейпарамет-

ров свойств ВКА построено дерево целей проектирования ВКА.

     5. Представлено  необходимое  с  позиций системногоподхода к

описанию процесса проектирования ВКА уравнение  ее функционирова-

ния,  связывающее  входные  и выходные параметры ВКА свнутренними

параметрами ее ФМ, и введены критерии, оценивающиекачество синте-

зируемых конструкций ВКА.

     Проведенный системный  анализ  ВКА позволяет перейтик разра-

ботке методик и формализации основных этапов схемотехнического  и

функционального  проектирования ВКА в соответствии сранее описан-

ным алгоритмом.

.

                              — 75 -

     3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО ИФУНКЦИО-

        НАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВКА.

     3.1. Методические основы функционального исхемотехничес-

          кого проектирования ВКА.

     Предложенная во введении обобщенная модельфункционально-схе-

мотехнического проектирования ВКА представляетконструктору упоря-

доченную последовательность действий, необходимых длявыбора стра-

тегии при создании ВКА. При этом, как было показаноранее, процесс

собственно проектирования ВКА на начальных стадияхформально явля-

ется последовательным поиском, созданием ипреобразованием различ-

ных структур ВКА и с учетом описанных в п.  2.2.2структур в общем

случае может быть представлен в виде:

                                                           (3.1)

     Отметим, что структура     строится тогда, когдаконструктора

не удовлетворяет ни одна из известных  функциональных структур  и

необходим синтез принципиально нового техническогорешения. Вместе

с тем требования, предъявляемые к создаваемой ВКА, невызывают не-

обходимости  изменения сформированной на основе анализаназначения

ВКА и опыта ее конструирования структуры      и базовыхфункций  в

структуре     .  При этом эволюция ВКА происходит врезультате до-

бавления или изменения возникающих из целейпроектирования вспомо-

гательных функций на всех уровнях иерархии,  в результатечего до-

бавляются,  изымаются или заменяются различные ФМ,  что позволяет

ограничивать  рассматриваемое число структур при практическомпро-

ектировании.

     Предложенные принципы  формирования  требуемых видовструктур

позволяют построить множество всевозможных структур, включающее и

недопустимые  в смысле работоспособности.  В связи с чемвозникает

                              - 76 -

задача выделения из данного множества  допустимых  и рациональных

структур ВКА, удовлетворяющих ТЗ, и нахождение среди нихоптималь-

ной.

     С учетом изложенного модель процесса проектированияВКА можно

представить в виде:

                                                            (3.2)

где      — процедура выбора прототипов (ПР);     — целипроектиро-

вания;       — множество допустимых функциональныхструктур;    ,

     — соответственно, множества вариантных обобщенных ирациона-

льных структур;       ,      ,       — соответственно,допустимые,

рациональные и оптимальная элементные структуры;     ,  =  1,7  -

правила соответствующих преобразований.

     Выражение (3.2) описывает в общем виде методику функциональ-

но-схемотехнического  проектирования ВКА и определяетосновные за-

дачи, требующие решения для ее конкретизации:

— разработка  методики параметрического выбора аналогов ипрототи-

пов по значениям требований ТЗ;

— разработка и  формализация  правил синтеза и преобразованияука-

занных структур и процедур структурной оптимизации.

     3.2. Методика параметрического анализа конструкцийВКА.

     Необходимость поиска аналога или выбора прототипа(см. рис.1)

при  разработке новой ВКА требует проведения сравнительногоанали-

за  конструкций ВКА для их оценки и выявленияконструкции,  наибо-

лее  полно  отвечающей  предъявленным  требованиям  ТЗ. Сложность

проблемы  заключается в многономенклатурности ВКА, различиях в ее

структуре,  наборах и значениях параметров. Для решенияэтой зада-

чи разработана методика параметрического выбора [125], включающая

следующие этапы выбора оптимальной конструкции: построение матри-

                              — 77 -

цы  значений  параметров  качества  существующих вариантов

конструкций ВКА;  определение вектора параметровкачества,  регла-

ментируемых  предъявленными  требованиями (ТЗ); разработка  пара-

метрической модели конструкции,  удовлетворяющей ТЗ - «идеальной»

конструкции;  формирование  допустимого  диапазона  варьирования

значений параметров качества;  определение  весовых коэффициентов

параметров качества; выявление вариантов конструкций,удовлетворя-

ющих  ТЗ по  значениям  параметров  качества; построение  матрицы

нормированных значений параметров качества выявленных вариантов и

идеальной модели;  вычисление интегрального критериякачества; вы-

бор наилучшей конструкции.  При этом вначале может бытьпроизведен

выбор типа ВКА согласно (3.13) (см. п. 3.3).

     Искомая конструкция ВКА должна удовлетворять некоторомунабо-

ру параметров, определяемых предъявленными требованиямиТЗ:

                                                         (3.3)

где     — число регламентируемых ТЗ параметров качества.

     В свою  очередь,  каждая  из  существующих конструкции   ВКА

описывается своим полным набором параметров:

                                                         (3.4)

где     — номер рассматриваемого варианта конструкций ВКА(      ,

    -  число существующих вариантов конструкций),    — число пара-

метров качества (    ).

     Каждый   из  параметров  обладает  собственным коэффициентом

весомости, который определяется отраслевыми документамина показа-

тели качества, либо экспертными методами (например,методом парных

сравнений).

     Значения параметров качества известных конструкций составля-

ют матрицу (3.5):

                                                          (3.5)

                              — 78 -

     Идеальная параметрическая  модель ВКА описываетнекий гипоте-

тический  объект,  обладающий наилучшими значениями всех парамет-

ров качества одновременно:

Построение этой модели можно осуществлять либо выборомиз  матрицы

(3.5) наилучших значений соответствующих параметров, либосинтезом

предельно  достижимых  значений  параметров  качества, исходя  из

условий,  определяемых      ТЗ.  Это  может  быть  и конструкция,

описываемая просто параметрами ТЗ.  При этом  параметры, нерегла-

ментируемые ТЗ, из рассмотрения исключаются.

     Допустимым считается  диапазон варьирования показателей  ка-

чества между значениями, определяемыми векторами    и    :

                             и                            (3.6)

На основе набора параметров       на базе отношений типа«не хуже»

(<,  >, = ) из матрицы (3.5) осуществляется выборконструкций ВКА,

удовлетворяющих ТЗ.  При этом возможны 3 случая:  ТЗсоответствует

несколько  конструкций  ВКА;  ТЗ  соответствует  одна конструкция

ВКА;  ТЗ не удовлетворяет ни одна конструкция  ВКА (т.е.  аналоги

отсутствуют).

     В первом  случае для выбора наилучшей конструкции ВКА  среди

конкурирующих вариантов используют интегральный критерий(2.19), а

для  нормирования  параметров качества — выражение (2.20).Проведя

нормирование  матрицы,  образованной  из  параметровкачества иде-

альной модели ВКА и параметров качества конструкций ВКА, удовлет-

воряющих ТЗ,  получают матрицу нормированныхпараметров   , необ-

ходимую для определения интегрального критерия    :

                                                          (3.7)

                              - 79 -

Здесь (   ) — число конструкций ВКА,  соответствующихТЗ.  Выделив

из  этого множества два объекта     и    ,  которым соответствуют

векторы    и    ,  по выражению (2.19) определяют значения      .

Наименьшее  значение  интегрального критерия  определит наилучшую

конструкцию ВКА.

     Во втором  случае задачу можно считать решенной.

     Наконец,  в третьем  случае,  когдааналогов-конструкций ВКА,

по всем  параметрам  удовлетворяющих ТЗ,  нет,  длярасширения об-

ласти применения известных решений предлагаетсяпроизвести  усече-

ние  ТЗ  путем  поочередного  отбрасывания  параметров качества с

незначительными коэффициентами весомости ( например, с     0,05).

В результате получаем матрицу с суженным наборомпараметров,  ана-

лиз которой на соответствие усеченному ТЗ может выявитьудовлетво-

ряющие  ему  конструкции ВКА-прототипы.  Проведя оценкувыявленных

конструкций по критерию   , аналогично первому случаю,определяют

наилучшую  по наиболее важным параметрам качестваконструкцию ВКА.

При этом  известность  отброшенного  параметра качества,  несоот-

ветствующего основному ТЗ,  позволяет сформироватьзадание для мо-

дернизации соответствующего ФМ ВКА, т.е. возникает цельпроектиро-

вания.  Если  ни одна из рассматриваемых известных конструкцийВКА

не попадает в расширенную область применения,  необходимопроекти-

рование новой конструкции, либо смягчение соответствующихтребова-

ний ТЗ.

     Следует отметить,  что  в  первых  двух  случаях    варианты

конструкций ВКА,  неудовлетворяющие  ТЗ по параметрам  с незначи-

тельными  весовыми коэффициентами,  выпадают израссмотрения.  При

этом возможен вариант,  когда в их числе оказываетсяконструкция с

лучшим  интегральным показателем качества   , если его определять

для  полной матрицы (3.5).  В данной ситуациицелесообразно проде-

                              — 80 -

лать операции, описанные в третьем случае.

     Предложенный подход позволяет также решить задачуоптимально-

го  комплектования  конструкций  ВКА  в группы сходных однородных

объектов [128].  Эту операцию,  разбивающую всю совокупность  ВКА

на  группы  близких однотипных конструкций, целесообразно  прово-

дить  на  начальной стадии  выбора.  Группу конструкций,  которая

включит  в  себя наилучшую,  также можно подвергнутьанализу.  Для

комплектования групп строят матрицу парных расстояний:

                                                         (3.8)

где     — расстояние между   -ой и   -ой конструкцией, и  находят

внутригрупповую сумму квадратов отклонений:

                                                          (3.9)

где    — количество объектов в  группе.

     Лучшим будет разбиение, когда

                                                         (3.10)

где    -  число  групп разбиения.

     Рассмотренная  методика  устраняет недостаткиизвестных мето-

дик [129,130],  хорошо алгоритмизируется и болеедостоверно оцени-

вает качество конструкций, чем, например, взвешеннаясумма локаль-

ных критериев [131].

     3.3. Методика синтеза структур ВКА.

     Формализация процесса синтеза структур ВКА основанана описа-

ниях,  приведенных в главе 2, и проведена в соответствиис (3.2) с

использованием языка исчисления предикатов, близкогоконструктору,

привыкшему оперировать понятиями,  и позволяющегоавтоматизировать

процесс структурного синтеза [132].

     Учитывая сказанное,  условие существования  аналога в  общем

                              — 81 -

случае запишем в виде:

                                                          (3.11)

где      — множество существующих  конструкций  ВКА;  ,   ,     -

соответственно:  множества имен свойств ВКА,  параметровсвойств и

их значений;   ,   ,    — соответственно имена, параметрыи значе-

ния параметров свойств, регламентируемые ТЗ;     — предикат, озна-

чающий отношение принадлежности;      — предикат,означающий отно-

шение эквивалентности;     — предикат, означающийотношение "   ",

    — предикат, означающий, что конструкция     являетсяаналогом.

     В случае  ложности в выражении (3.11) предиката     или    ,

рассматриваемая конструкция может быть отнесена к группе прототи-

тов, а необходимость изменения ее конкретных   ,    ,    формиру-

ет цели проектирования ВКА (   ), приводящие квозникновению соот-

ветствующих вспомогательных функций     Найденные изанализа дере-

ва целей вспомогательные функции добавляются кбазовой      и, на-

ходясь  в отношении с основными    ,  образуют новую     (см.  п.

2.4).  При этом с учетом утверждений,  сделанных в п.2.2, правило

формирования множества допустимых     (   ) имеетследующий вид:

                                                          (3.12)

где    ,    = 1, 3, 5 — обязательные функции  ВКА,соответственно:

создавать и передавать механическую энергию дляперемещения уплот-

нительного диска,  передавать движение из  атмосферы  в вакуумную

среду и герметизировать стык седла с уплотнительнымдиском;      -

предикат, означающий отношение включения;     — предикат,означаю-

щий допустимость структуры.

     В свою очередь каждой рабочей функции    из     можно поста-

                              — 82 -

вить  в  соответствие  реализующий ее обобщенный родовойэлемент -

ФМ, являющийся абстрактным объектом    :           (   ),что поз-

воляет сформировать множество абстрактных структур    ВКА.

     Морфологическая структура    ВКА определяетмножества вариан-

тных (состоящих из типов ФМ -   ) и элементных (состоящихиз вари-

антов исполнения (марок) различных типов ФМ -     ) структур  ВКА

(   и    ).  Очевидно,  что существующие множества данныхструктур

содержат и такие  структуры,  которые  заведомо  не соответствуют

конкретному ТЗ на проектирование ВКА,  поэтому перед ихгенерацией

целесообразно решить задачу выбора допустимыхструктурных  состав-

ляющих      и      .  Выбор типов ФМ и конструктивныхвариантов их

выполнения является важной процедурой схемотехническогопроектиро-

вания  ВКА и с позиций системного подхода определяетсяотношениями

между типами (вариантами) структурных  составляющих  и значениями

параметров требований, предъявляемых к ФМ частными ТЗ,которые мо-

гут быть сформированы из общего ТЗ на  разработку  ВКА на  основе

анализа взаимосвязей их свойств.

     Формализация выбора  типа  ВКА  и  вариантов  ее структурных

составляющих  осуществлена с помощью разработанных сучетом морфо-

логии ВКА (    ) таблиц соответствия            ,  вкоторых пара-

метр    , имеющий     значений, представляется    булевскими пе-

ременными             , где           = 1, если                и

          = 0, если              ; посредствомотображения (   ):

                                                           (3.13)

где      -   -ое значение параметра        -го требованияк   -ому

ФМ;    — множество вариантов   -го ФМ.

     Аналогично может  быть  произведен  принеобходимости и выбор

типа ВКА.

     Таким образом, решение задачи выбора типаструктурных состав-

ляющих ВКА сводится к построению таблиц соответствия, вкоторых по

                              — 83 -

столбцам располагаются условия и критерии выбора, построкам — ти-

пы   .  Основной задачей при этом является установлениелогических

зависимостей  между  типами    ФМ ВКА и значениями илиинтервалами

значений     ,  параметров    .  Следует отметить, чтоопределение

градаций  условий и критериев выбора являетсяответственным и тру-

доемким процессом в связи с необходимостью максимального уменьше-

ния дублирования исходных данных и обеспечения ихполноты.

     Выявленные при проведении системного  анализа свойства  ВКА,

рассмотренные  в принадлежности к типам основных ФМ сучетом пред-

ложенной классификации  конструкций  ВКА,  позволили сформировать

следующие таблицы соответствия (применимости):  таблица3.1 — таб-

лица применимости типов приводов ВКА; таблица 3.2 — таблица приме-

нимости  типов  вакуумных  вводов движения;  таблица 3.3- таблица

применимости типов уплотнительных пар ВКА. Выборпроизводится сле-

дующим образом:  исходя из значений требований ТЗ, позаданным ин-

тервалам параметров выбора из соответствующей таблицыприменимости

выбираются строки,  имеющие единицы во всехрассматриваемых столб-

цах,  что  отражает  допустимость  соответствующих типов  ФМ  ВКА

(   ).

     Введение отношений следования между  найденными     формиру-

ет       обобщенную вариантную структуру    .  С учетомпоследова-

тельности структуры ВКА и выражения (3.12) это  можно записать  в

виде (   ):

                                                         (3.14)

где    ,   ,     — обязательные ФМ,  соответственно: привод, ввод

движения в вакуум и уплотнительная пара;   — предикат, означающий

отношение следования между ФМ.

     Каждая структурная  составляющая  (ФМ) обладаетнабором пара-

метров,  в том числе описывающих ее входные и  выходные свойства.

                              — 88 -

При этом указанные свойства могут быть описаны качественнымиприз-

наками.

     Рациональность структуры выявляется процедурой   ,определя-

ющей  качественную  совместимость      выбранных элементов      и

описываемой следующим выражением:

                                                         (3.15)

     При этом обобщенное правило формирования     имеетвид:

                                                         (3.16)

где    ,    ,  ,  = 1,     -   множество  качественных признаков,

описывающих входные и выходные свойства ФМ;    — предикат, означа-

ющий отношение принадлежности признаков к ФМ;    — предикат, озна-

чающий отношение эквивалентности между признаками;    - предикат,

означающий отношение «состоять из».

     Использование морфологической  структуры      ВКА  изначений

требований ТЗ позволяет сформировать множество допустимыхэлемент-

ных структур     ,  выбирая среди качественно совместимыхтипов ФМ

ВКА соответствующие конструктивные варианты их исполнения(  ):

                                                         (3.17)

где    ,   = 1,   — множество  параметров   -говарианта   -го ФМ;

   — множество параметров ТЗ;   — предикат,  означающий отношение

"   " между  значениями  параметров.

     На  основе  анализа отношений  параметрической совместимости

выбранных ФМ,  описываемых выражением  (3.18), формируют        в

соответствии с обобщенным правилом (3.19)(   ):

                              — 89 -

                                                         (3.18)

                                                          (3.19)

где    ,    — соответственно  значения параметров входныхи выход-

ных свойств ФМ ВКА;    — предикат, означающий отношение" = " меж-

ду значениями параметров.

     Причем отношения совместимости образуют следующеемножество:

                                                         (3.20)

где   = 1,4 — индекс, означающий соответственно отношениефункцио-

нальной,  параметрической, эксплуатационной итехнологической сов-

местимости;        -  номер сопряжения в структуре;   = 1,2-  ин-

декс, означающий, соответственно: качественную илипараметрическую

совместимость.

     Вместе с тем возможна ситуация,  когда по формулам(3.15) или

(3.18) выявляется несовместимость входных  и  выходных параметров

свойств сопрягаемых структурных элементов ВКА. В этомслучае необ-

ходимо включение вспомогательного функционального элемента,  сог-

ласующего  эти  параметры,  что  формально может бытьпредставлено

следующим образом:

                                                         (3.21)

где    — предикат, означающий отношение " = "между значениями па-

раметров.

     Выражение (3.21) позволяет сформировать множество рациональ-

ных структур     ВКА, включающих как основные, так ивспомогатель-

ные ФМ.  В структуре ВКА такими вспомогательными ФМявляются меха-

                              — 90 -

низм преобразования движения (   ) и механизм перемещенияи герме-

тизации уплотнительного диска (   ),  согласующие входныеи выход-

ные параметры движения основных ФМ.

     Обозначив через    = 1,6 в  (3.20)  соответственно отношения

совместимости между ФМ (       ), (       ), (       ),(       ),

(       ),  (       ),  процедуру генерации  типовых рациональных

структур ВКА можно описать следующими выражениями:

                                                          (3.22)

где    ,    ,     -  соответственно:    -ый вариантпривода,   -ый

вариант ввода движения в вакуум,   -ый вариантуплотнительной  па-

ры.

     Выражение (3.22) описывает множество строгоопределенных эле-

ментных  структур ВКА,  состоящих из основных ФМ: привода,  ввода

движения в вакуум и уплотнительной пары.

     При невыполнении   хотя  бы  одного  из  отношений совмести-

мости        для ФМ     и     ,  т.е.                  , где    -

значение  «ложь»,  необходим  ввод элемента    и выражение (3.22)

принимает вид:

                                                         (3.23)

где     -    -ый вариант механизма преобразованиядвижения.

     При

                                                         (3.24)

где     -   -ый вариант механизма перемещения и герметизации  уп-

лотнительного диска.

                              — 91 -

     При                 и

                                                         (3.25)

     Следует отметить,  что  при  генерации  вариантов элементных

структур ВКА может использоваться как одна какая-либо изописанных

формула, так по мере необходимости и несколько. При этомколичест-

во получаемых структур определяется мощностямимножеств   . Кроме

того,  появление новых ФМ,  реализующих заданные целипроектирова-

ния,  может  в  соответствии с (3.21) потребоватьвведения и новых

вспомогательных ФМ,  а возможно и дополнительных к нимэлементов с

рассмотрением  отношений  их  совместимости итрансформацией соот-

ветствующих выражений.

     Исключение из рассмотрения ФМ «корпус» — объясняется принятой

априори его совместимостью с другими ФМ.

     Для выбора  оптимальной  элементной структуры     может быть

использован интегральный критерий (2.19).

     С целью упорядочения генерируемых структур для иханализа це-

лесообразно проводить ранжирование полученных структур. Вкачестве

критериев ранжирования предлагаются следующие:

                                                         (3.26)

где    — количество структурных составляющих в структуреВКА.

                                                         (3.27)

где    — относительная стоимость  сгенерированной структуры;    -

относительная стоимость   -го варианта   -го варианта  -го струк-

турного элемента (    ).

     Для сверхвысоковакуумной  ВКА в первую очередьпредпочтитель-

нее структуры с отсутствием механизмов, работающих ввакуумной по-

лости,  т.е. механизмов перемещения и герметизацииуплотнительного

                              — 92 -

диска (    ),  поэтому при анализе        в первуюочередь следует

рассматривать  структуры,  полученные  с  использованиемвыражений

(3.22) и (3.23).

                              — 112 -

влияния на динамические характеристики ВКА: перегрузки науплотни-

тельной  паре,  скорость  приложения усилиягерметизации,  быстро-

действие.  Все искомые параметры связаны с  перемещением уплотни-

тельного диска,  в частности зависят от приведенногомаксимального

угла его «выбега»:

                                                          (3.58)

где     — фактический угол останова выходного звенапривода;     -

требуемый  угол  останова выходного звена привода(окончание цикла

работы ВКА), поэтому результирующая информацияпредставлена в виде

зависимостей         от перечисленных характеристикструктуры ВКА:

на рис.  3.6, а приведена усредненнаязависимость             ;  на

рис.  3.6, б — график             ;  на рис. 3.7, а-          ; на

рис. 3.7, б -            .

     В связи с тем,  что надежность работы ВКА во многомопределя-

ется действующими на ее элементы усилиями,  необходимо уменьшение

перегрузок   на   уплотнительную  пару,  определяемое минимизаци-

ей      (      ).  Для достижения этого, помимо измененияпарамет-

ров  структуры ВКА целесообразно ввести параметр — угол опережения

отключения привода:

                                                         (3.59)

где      — фазовый угол,  характеризующий моментотключения двига-

теля.

     Зависимость              представлена на рис. 3.8.

     Анализ результатов моделирования функционированияВКА позво-

лил выделить следующие возможные пути уменьшенияперегрузок на уп-

лотнительную пару при определенной жесткости уплотнения: уменьше-

ние мощности двигателя; уменьшение к.п.д. механизмов ВКАпосле от-

ключения  двигателя;  увеличение  передаточных функцийприменяемых

механизмов;  введение угла опережения отключения приводаи исполь-

зование накопленной кинетической энергии для герметизацииуплотни-

                              — 115 -

тельной пары.

     С целью  изучения влияния структуры  ВКА на скоростьприложе-

ния усилия герметизации (    ), была смоделированаконструкция ва-

куумного клапана КЭУн [54], гипотетически реализованнаяразличными

типами механизмов при сохранении единого    . Результатыисследо-

ваний в виде зависимости          приведены на рис. 3.9.

     Как следует из данного графика,  наименьшее значение      на

стадии герметизации у конструкции с механизмом переменнойструкту-

ры,  затем — совмещенной структуры, а худшеезначение      у меха-

низма непосредственного действия, что хорошо согласуетсяс резуль-

татами проведенного ранее кинематического анализа, и,следователь-

но, выведенный в п. 3.4.2 критерий Ф, обобщенный видкоторого при-

веден в выражениях  (2.21,2.22),  оценивает  не  только кинемати-

ческие, но и динамические характеристики ВКА и егоминимизация ве-

дет к их улучшению,  поэтому критерий Ф являетсяинтегральным кри-

терием качества ВКА (обобщенным критерием) [127].

     Помимо проверки работоспособности и оценки свойствсинтезиру-

емых  конструкций ВКА подобный подход к моделированиюфункциониро-

вания ВКА,  основанный на решении уравнения  (2.18), обеспечивает

нахождение  рациональной  совокупности перечисленныхпараметров ФМ

ВКА путем их перебора,  т.е. позволяет определить желательныезна-

чения параметров структурных составляющих ВКА,  чтоявляется необ-

ходимым условием синтеза элементных  структур  ВКА  и оптимизации

конструкции при функционально-схемотехническомпроектировании.

     Выводы.

     1. Предложена   обобщенная  модель функционально-схемотехни-

ческого проектирования ВКА,  предоставляющая конструкторуупорядо-

ченную последовательность действий, необходимых длявыбора страте-

                              — 117 -

гии при создании ВКА.

     2. Разработана  методика  и  математическая модельпараметри-

ческого анализа конструкций ВКА,  позволяющая  выявлять необходи-

мость модернизации конструкций и проводить их оценку.

     3. Разработана методикафункционально-схемотехнического  про-

ектирования ВКА, позволяющая генерировать и находитьудовлетворяю-

щие ТЗ технические решения ВКА. Предложены правилагенерации, пре-

образования  и  выбора  структур ВКА и проведенаформализация про-

цесса ее структурного синтеза.

     4. Предложена  методика синтеза ФПД ВКА как этапа еефункцио-

нального проектирования,  позволяющая разрабатыватьфункциональную

структуру  ВКА тогда,  когда разработка ее элементнойструктуры на

основе известных функциональных структур не удовлетворяеттребова-

ниям ТЗ.

     5. Показана важность синтеза  механизмов  при проектировании

ВКА.  Выделена группа классификационных признаков,имеющих опреде-

ляющее значение для их синтеза,  произведенасистематизация струк-

тур  ВКА  применительно к механизмам и представлено ихописание на

введенном предметно-ориентированном языкесхемотехнического проек-

тирования.  Предложены пути синтеза кинематических схеммеханизмов

ВКА.

     6. Проведен кинематический анализ механизмов ВКА, на основа-

нии которого обоснованы и выведены критерии оптимальностиВКА.

     7. Произведен  анализ процесса функционирования ВКАна основе

его моделирования.  Изучено влияние параметровструктурных состав-

ляющих  на  динамические свойства ВКА,  позволившеесформулировать

возможные пути улучшения показателей качества ВКА. Отмечена  важ-

ность  моделирования  функционирования ВКА при еесхемотехническом

проектировании.

.

                             — 118 -

     4. СОЗДАНИЕ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВКА НА БАЗЕАВТОМАТИЗАЦИИ  СХЕ-

        МОТЕХНИЧЕСКОГО И ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

     Исследования, проведенные  во второй и третьейглавах настоя-

щей работы,  показали неизбежность использования средств вычисли-

тельной  техники  для  решения задач функционального исхемотехни-

ческого проектирования ВКА вследствие их сложности и больших раз-

мерностей при необходимости охвата всех возможныхвариантов синте-

зируемых решений,  а также для исключения субъективизмапри прове-

дении оптимизации ВКА.

     4.1. Программные  средства  анализа  существующихконструкций

ВКА.

     Созданные программные средства реализуютразработанную  инва-

риантную  [142]  методику параметрического анализа ВКА(п.3.2),  а

также метод выбора типа структурных  составляющих  ВКА (п.3.3)  и

представляют собой три программых модуля«WYBOR», «VTIP», «OPTIM».

     Программный модуль «WYBOR», построенный пофункционально- мо-

дульному принципу, обеспечивает проведениепараметрического анали-

за существующих конструкций ВКА на соответствиетребованиям ТЗ  и,

позволяя найти аналоги или прототипы, обеспечивает выбор оптималь-

ной конструкции [143].  Структура программного модуля, состоящего

из  блока  управления  (БУ),  блоков  выбора и анализаконструкций

(БВК, БАК), блока формирования весовых коэффициентов(БФВК), блока

управления  базой  данных  (БУБД),  связанного с блокамизанесения

(БЗК),  удаления (БУК),  коррекции (БКП)  и  просмотра параметров

конструкций  (БПП) и каталогов (БПК),  блоковввода-вывода и обра-

ботки файлов данных (БВВ,  БОФД) приведена в  приложении на  рис.

П.1.  Программный модуль «WYBOR» позволяет:осуществить параметри-

                              — 119 -

ческий выбор марки конструкции ВКА, наиболее полносоответствующей

заданным  параметрам ТЗ с учетом важности того или иногопараметра

в каждом конкретном случае выбора; работать с созданнойбазой дан-

ных в режимах: просмотра каталога имеющихся конструкций изначений

их параметров, коррекции значений параметров конструкций,внесения

новых или удаления устаревших конструкций из банкаданных;  форми-

ровать значения весовых коэффициентов  рассматриваемых параметров

либо путем назначения, либо с использованием методапарных сравне-

ний.

     Входными параметрами модуля являются: код режимаработы; тре-

буемые значения параметров конструкций ВКА (ТЗ); значения весовых

коэффициентов рассматриваемых параметров.

     Выходными параметрами модуля являются: маркаконструкции ВКА,

наиболее  полно удовлетворяющей ТЗ,  и ее параметры; информация о

конструкциях-аналогах  (также   отвечающих   ТЗ);  информация   о

конструкциях-прототипах  (не  удовлетворяющих ТЗ) суказанием неу-

довлетворенных параметров (по желанию пользователя).

     Оптимизация выбора осуществляется блоком БАК всоответствии с

критерием (2.19).  При этом принято, что разброс значенийпарамет-

ров  существующих конструкций подчиняется равномерномураспределе-

нию, что объясняется дискретным рядом конструкций ВКА.

     Информационное обеспечение  модуля включает значенияпарамет-

ров характеристик существующих конструкций ВКА, сформированные по

данным источников п.  1.2,  список критичных для выборапараметров

ВКА и предлагаемые значения их весовых коэффициентов.

     Программный модуль «VTIP»,  такжепостроенный по функциональ-

но-модульному  принципу,  обеспечивает  качественный выбор  типов

основных ФМ ВКА на основании разработанных таблицприменимости (п.

3.3) [144]. Структура модуля, включающего блокдиалогового взаимо-

действия (БДВ), блок выбора типов (БВТ) приводов (Пр),вводов дви-

                              — 120 -

жения (ВД) и уплотнительных пар (УП),  блок анализа и оптимизации

(БАО) и блок контроля ввода данных (БК), представлена нарис. П.2.

При выборе вакуумных вводов  движения  программный модуль  «VTIP»

позволяет  производить поиск и выбор их типов по основными допол-

нительным критериям качества,  а также проводитьоптимизацию полу-

ченных типов по критерию относительной стоимости.

     Входными данными модуля является информация отребуемых пара-

метрах ФМ, представляемая в соответствии с градациямисоответству-

ющих таблиц п. 3.3.

     Выходными данными  являются:  качественнаяинформация о типах

ФМ,  удовлетворяющих ТЗ; информация о типах ФМ, неудовлетворяющих

одному или двум заданным требованиям, с указаниемпараметров, под-

лежащих изменению.

     Программный модуль  «OPTIM» предназначендля проведения срав-

нительного   параметрического   анализа   нескольких   однотипных

конструкций  ВКА,  задаваемых пользователем с цельювыявления наи-

лучшей, или для оценки технического уровня новойразработки [143],

и является автономной реализацией блока БАК модуля«WYBOR».  Отли-

чие заключается только в типе используемых приоптимизации идеаль-

ных  моделей.  Если  в  модуле  «WYBOR»идеальной моделью является

конструкция,  описываемая требованиями ТЗ, то в модуле«OPTIM» при

сравнительном анализе конструкций — это конструкция спараметрами,

лучшими,  чем у существующих конструкций ВКА,  хотявозможно и  не

достижимыми,  а  при  оценке  технического  уровня — этопараметры

конструкции ВКА,  являющейся лучшей (эталонной) в рассматриваемом

классе устройств.

     Входными параметрами модуля «OPTIM»являются:  код рассматри-

ваемого класса ВКА; диаметр условного прохода; количестворассмат-

риваемых конструкций; значения параметров сравниваемыхконструкций

ВКА и их весовые коэффициенты (аналогично модулю«WYBOR»).

                              — 121 -

     Выходными параметрами  модуля  являются:   степень  сходства

рассматриваемых конструкций с идеальной моделью (%),номер наилуч-

шей конструкции и ее параметры.

     Информационное обеспечение  модуля «OPTIM»,  помимо  данных,

используемых в модуле «WYBOR»,  содержитпараметрическое  описание

идеальных моделей всех типоразмеров ВКА.

     Рассмотренные программные средства инвариантны [145]и  могут

быть использованы для анализа ТО любой предметной областипри соз-

дании соответствующего информационного обеспечения.

     4.2. Программные средства синтеза и анализа структурВКА.

     Основополагающим этапомфункционально-схемотехнического  про-

ектирования ВКА является синтез ее структур,  проводимыйна основе

формализованных в п.  3.3 положений. При этомнеобходимость опери-

рования  с параметрами входных и выходных свойствсопрягаемых эле-

ментов делает программные модули синтеза структуры ВКА игенерации

ее ФПД идентичными. Причем программный модульструктурного синтеза

ВКА «VP1» оперирует соответствующимипараметрами допустимых  вари-

антов ФМ ВКА,  выбранных с помощью средств п.  4.1,  апрограммный

модуль генерации ФПД ВКА «VP2» — параметрами входных  и  выходных

свойств ФЭ из созданного предметно-ориентированного банкаструкту-

ризованных описаний ФЭ.

     Модуль «VP2»  позволяет  генерироватьцепочки ФЭ по следующим

алгоритмам: по описанию ВКА на физическом уровне,включающем связи

между  ее  элементами на основе конкретной структурноймодели;  по

заданному входному управляющему воздействию и требуемомурезульта-

ту с возможностью выбора желаемой длины цепочки ФЭ [146].

     Следует отметить,  что разработанная методологияструктурного

синтеза  применима  и для создания других ТО, представимых в виде

                              — 122 -

последовательно взаимодействующих модулей [147 — 149].

     Одним из важнейших аспектов автоматизацииконструкторской де-

ятельности при создании ВКА [150] является синтез  ее механизмов,

который,  как отмечалось в п.  3.4, предлагаетсяпроизводить двумя

путями:  на основе типовых элементарных механизмов или на  основе

анализа  форм цепей.  В соответствии с этим разработаныдва пакета

прикладных программ (ППП), общим начальным этапом которыхявляется

синтез  формулы  строения  ВКА  (выражение (3.35)), реализованный

программой «SSVC1», которая запрашивает вдиалоговом режиме данные

в соответствии с выделеными классификационнымипризнаками, описан-

ными в п.  3.4.  На  основании  конкретных  признаков формируется

описание желаемого принципа работы ВКА и определяютсятребования к

механизмам ВКА с позиции реализации перекрытия игерметизации про-

ходного отверстия.

     ППП «Р4» предназначен для синтезамеханизмов ВКА  из  типовых

элементарных  механизмов и расчета параметров типовых исинтезиро-

ванных механизмов [144].

     Структура ППП,  включающая: модули расчетаэлементарных меха-

низмов (МР): кулачкового механизма (КулМ), кулачковогомеханизма с

архимедовой  спиралью  (КулМАС),  кривошипно-ползунного механизма

(КПМ),  двухползунного механизма (2ПМ), клиновогомеханизма (КлМ),

винтового  механизма (ВМ),  зубчатого механизма (ЗубМ), механизма

шарнирного четырехзвенника (Ш4Зв),  кулисного механизма (КулисМ);

модуль контролируемого ввода данных (МКВвД);  модульсинтеза меха-

низмов (МСМ); модуль расчета параметров синтезированногомеханизма

(МРП);  модуль  оказания помощи (МОП) при работе с ППП — приведена

на рис. П.3.

     Входными параметрами ППП являются: типы элементарныхмеханиз-

мов и их количество;  фазовые углы циклограммы работы механизмов;

длины звеньев механизмов;  максимальное перемещениетолкателя (для

                              — 123 -

кулачковых механизмов); вид движения на входесинтезируемого меха-

низма;  требуемый вид движения на выходе синтезируемогомеханизма;

желаемое  количество  кинематических  пар;  коэффициент полезного

действия;  диаметр  условного  прохода  перекрываемого отверстия.

Стандартные параметры «зашиты» в пакет.

     Выходными данными являются следующие параметрыфункционирова-

ния механизмов:  функция положения,  функцияпередаточного отноше-

ния,  коэффициент передачи усилия, момент силсопротивления, функ-

ция усилия уплотнения.

     ППП «SSVC»  предназначен для синтезамеханизмов ВКА на основе

анализа массива форм цепей и содержит двасамостоятельных  модуля:

модуль  формирования массива форм цепей и модульформирования схем

механизмов из форм цепей,  обобщенные блок-схемы которыхприведены

на рис.  П.4. ППП «SSVC» позволяет реализоватьследующие процедуры

[134]: формировать машинный справочник форм цепей савтоматической

оптимизацией описания их контуров; сформировать структурумеханиз-

мов перемещения и уплотнения ВКА;  сформировать описаниеструктуры

кинематических цепей, из которых они образованы;формировать кине-

матические цепи из форм цепей.

     Преобразование той  или иной кинематической цепи вконкретный

механизм выполняется непосредственно разработчиком ВКА.

     По результатам  работы  ППП  «SSVC» сформированы  таблицы  и

описания форм цепей,  содержащих в своем составе дочетырех конту-

ров,  на  основании анализа которых составлен атласисполнительных

механизмов,  возможность использования которых для  ВКА определя-

ется, исходя из разработанных кинематических идинамических крите-

риев качества.

                     

    

    

                              — 124 -

     4.3. Структурно-функциональная модель САПР ВКА наэтапе  схе-

          мотехнического и функциональногопроектирования.

     Созданный комплекс программных средств является ядромпредла-

гаемой структурно-функциональной модели САПР ВКА дляэтапа ее схе-

мотехнического  и  функционального проектирования [151], актуаль-

ность разработки которой отмечена в первой главе.

     На рис. П.5 приведена структура САПР ВКА,реализующая методи-

ки функционального и схемотехнического проектирования и состоящая

из обслуживающих и проектирующих подсистем.

     Обслуживающими являются подсистемы управления иконтроля про-

цессом  проектирования  ВКА (ПУПВКА),  оперативноговзаимодействия

(ПОВ),  отображения графической информации (ПОГИ),информационного

обеспечения (ПИО).  Вся информация о существующихконструкциях ВКА

и вспомогательная справочная информация хранится в банках  данных

системы  (БнД).  Связь конструктора с ЭВМ в диалоговомрежиме осу-

ществляется с использованием алфавитно-цифрового дисплея (АЦД)  и

символьно-графического дисплея (СГД).

     Проектирующие подсистемы представляют собойфункционально за-

конченные  части  системы,  последовательно реализующиевыделенные

этапы проектирования ВКА. К ним относятся подсистемывыбора и ана-

лиза аналогов и прототипов ВКА (ВАВКА, ААВКА, ВПВКА иАПВКА), син-

теза и анализа физических принципов действия ВКА  (СФПД и  АФПД),

структурного синтеза и анализа (ССВКА и САВКА),качественного син-

теза и анализа (КСВКА и КАВКА), параметрического синтезаи анализа

(ПСВКА  и  ПАВКА),  компоновки ВКА и ее анализа (КВКА иАКВКА),  а

также подсистемы выбора и анализа аналогов и прототипов приводов,

вводов  движения  в вакуум,  механизмов и уплотнительныхпар (ВАП,

ВАВВ,  ВАМ, ВАУП, ААП, ААВВ, ААМ, ААУП, АПП, ВПВВ, ВПМ,ВПУП, АПП,

АПВВ,  АПМ, АПУП). Кроме этого в системе имеютсяподсистемы струк-

                              — 125 -

турного синтеза основных составных элементов ВКА (ССП, ССВВ, ССМ,

ССУП),  а  также  предусмотрены подсистемы структурногосинтеза их

сборочных единиц (СССБП, СССБВВ, ССЭУП).

     Функционирование системы  происходит  следующим образом.  По

вводимому конструктором техническому заданию на создание конкрет-

ной ВКА, являющемуся отправной точкой разработки, системаосущест-

вляет поиск аналога ВКА из числа хранимых  в  БнД  и при  наличии

нескольких аналогов, соответствующих ТЗ, производит иханализ, вы-

бирая наилучшую конструкцию, чертежи которой находятся вконструк-

торском архиве. Если аналоги отсутствуют, конструкторможет произ-

вести корректировку ТЗ (например,  производя егоусечение  по  не-

основным  показателям  качества),  и  системаосуществляет поиск и

анализ прототипов.  Выбор аналогов и прототипов производитсяв два

этапа:   сначала   проводится   качественная  оценка существующих

конструкций,  позволяющая определить требуемый тип  ВКА, а  затем

проводится   количественная   оценка   для   выявления подходящей

конструкции.  Если прототип ВКА найден, а осуществленнаякорректи-

ровка ТЗ нежелательна,  то система анализирует внесенныеконструк-

тором в ТЗ изменения и выдает дополнительное  ТЗ  на модернизацию

соответствующего  функционального  устройства — структурный синтез

привода, ввода движения в вакуум, механизма илиуплотнительной па-

ры в подсистемы (ССП, ССВВ, ССМ и ССУП).

     Если прототип не найден,  то осуществляетсяразработка нового

технического  решения ВКА,  удовлетворяющего заданномуТЗ.  В этом

случае система производит с использованием  эвристических приемов

поиск и выбор ФПД ВКА. На основе выбранного ФПДпроизводится выяв-

ление всевозможных  структурных  схем,  анализ  и синтез  которых

представляется  целесообразным.  После  полученияструктурных схем

определяется качественный состав ФМ ВКА, а на основемоделирования

— оцениваются значения их параметров качества.  Затемсистема ана-

                              — 126 -

лизирует  параметрические  характеристики  найденных структур  на

соответствие ТЗ и если структуры, соответствующей ТЗ,нет, то син-

тезируется новая структура на основе другого ФПД  или корректиру-

ется ТЗ в сторону смягчения предъявляемых требований.

     Если синтезированная  структура  соответствует  ТЗ,   то   в

подсистеме  ПАВКА  формируют частные ТЗ на основныеэлементы ВКА -

привод,  ввод движения в вакуум,  механизм иуплотнительную  пару.

Далее  система выполняет процедуры поиска и выборааналогов и про-

тотипов этих структурных составляющих,  аналогичныепроцедурам по-

иска  и  выбора аналогов и прототипов ВКА.  При этом вподсистемах

анализа прототипов в случае необходимости формируется ТЗна струк-

турный  синтез сборочных единиц привода,  ввода движенияв вакуум,

механизма и элементов уплотнительной пары (СССБП, СССБВВ,  ССМ  и

ССЭУП).  Если прототип не найден, то осуществляютструктурный син-

тез новых технических решений  этих  устройств: подсистемы  (ССП,

ССВВ, ССМ, ССУП).

     Структурный синтез и анализ новых конструкций ВКАили их эле-

ментов,  аналогично выбору аналогов и прототипов ВКА,также прово-

дится в два этапа: сначала качественно, а затемколичественно.

     В зависимости  от наличия аналогов и прототиповэлементов ВКА

система производит компоновку ВКА из аналогов или из модернизиро-

ванных прототипов,  либо из элементов,  полученных в результатеих

синтеза,  и осуществляет выбор оптимальной компоновки.После этого

с  использованием уравнения функционирования ВКА (этапмоделирова-

ния)  осуществляется  окончательный  параметрический анализ  ВКА,

спроектированной на основе оптимальной компоновки. Еслиполученная

конструкция ВКА не соответствует ТЗ,  то осуществляется корректи-

ровка ТЗ на элементы ВКА и процесс проектированияповторяется.

     Введение в структуру САПР нового этапа — качественного синте-

за  и  анализа  ВКА позволяет выбирать наиболеецелесообразные для

                              — 127 -

дальнейшего рассмотрения конструкции, что значительноснижает вре-

мя  работы системы.  Ускорению процесса проектирования иулучшению

качества проектного решения способствует наличие обратнойсвязи  -

постоянной,  после каждого этапа,  проверки получаемойконструкции

на соответствие ТЗ.

     Основными функциями,  выполняемыми подсистемамивыбора и ана-

лиза аналогов и прототипов ВКА и их элементов, являютсяследующие:

формирование  по  ТЗ параметрической модели ВКА;  выбораналогов и

прототипов, соответствующих ТЗ, формирование интегральныхкритери-

ев качества ВКА и ее элементов;  выбор наилучшего аналогаи прото-

типа из числа отвечающих требованиям ТЗ; формирование ТЗна модер-

низацию структурных составляющих ВКА и их сборочныхединиц.

     Основными процедурами в подсистемах СФПД и АФПДявляются:

построение множества  ФПД  ВКА;  выявление множестваструктур ФПД;

выбор допустимых структур  ФПД;  технологический  и экономический

анализ ФПД; выбор рациональной структуры ФПД.

     В подсистемах ССВКА и САВКА выполняются следующиепроцедуры:

формирование множества  структурных  схем  ВКА;  синтездопустимых

структурных схем;  оценка и выбор рациональных структурных  схем;

корректировка принятых решений.

     В подсистемах КСВКА и КАВКА осуществляютопределение  качест-

венного  состава  структурных элементов схем ВКА и выборсреди ка-

чественных структурных схем рациональных решений.

     В подсистемах  ПСВКА и ПАВКА осуществляют:  проектировочныеи

поверочные расчеты ВКА;  определение выходных параметровструктур-

ных элементов ВКА;  формирование критериев оптимальностии ограни-

чений;  оптимизацию параметров ВКА;  анализ оптимальнойкомпоновки

ВКА;  корректировку  принятого решения в подсистеме ССВКАили кор-

ректировку ТЗ;  формирование проектной документации; формирование

ТЗ для выбора или проектирования структурных составляющихВКА.

                              — 128 -

     Основными процедурами в подсистемах  КВКА  и  АКВКА являются

следующие: синтез компоновок из элементов ВКА;формирование крите-

рия качества компоновок;  анализ и выбор  оптимальной компоновки;

формирование проектной документации.

     При использовании описанной САПР в качествеподсистемы в  ГАП

ВКА  обязательным процессом является процедура проверкисинтезиро-

ванных значений параметров ВКА  требованиям, определяемым  техни-

ческими характеристиками автоматизированнойпроизводственной ячей-

ки (станок,  робот,  комплекты оснастки и инструмента),являющейся

элементом конкретной ГАП [152].  Кроме того,предусмотрена система

адаптации базы данных и накладываемых граничных условийк  измене-

нию  станочного  парка производства,  появлению новыхтехнологий и

др.

     Использование подобной САПР, повышая качество иэффективность

труда конструктора, позволит ему получать принципиальноновые тех-

нические решения.

     4.4. Конструкции ВКА, разработанные на основесинтезированных

          структур.

     4.4.1. Конструкции ВКА,  разработанные на основе синтеза  ее

            структуры на уровне типов основных ФМ.

     Сопоставительный анализ  сформированного  с учетомморфологии

ВКА множества ее обобщенных вариантных структур (с использованием

программного  модуля «VP1») и существующихконструкций ВКА показал

отсутствие ВКА плоского типа  с  использованием электромагнитного

привода. Данный факт определил цель проектированиясоответствующей

конструкции затвора.  В связи с тем, что величина ходаштока типо-

вого  электромагнитного  привода  не позволяет обеспечитьсложного

                              — 129 -

движения и требуемых перемещений уплотнительного дискадля  перек-

рывания  проходного  отверстия  и  герметизации  УП вплоских уст-

ройствах, в качестве прототипа была выбрана разработаннаянами ба-

зовая  конструкция  сверхвысоковакуумного затвора с двумяисполни-

тельными органами и электропневматическим приводом [153].  Приняв

за основу структуру,  генерируемую по правилу (3.22), получаем из

выражения (3.30) искомую формулу строения создаваемогоустройства:

    

     Общий вид разработанного затвора  представлен  на рис.  П.6,

П.6А.   Для  согласования  функциональных  параметров сопрягаемых

основных ФМ совместно с электромагнитным приводомиспользован гид-

равлический усилитель, т.е. образован комбинированныйпривод, поз-

воляющий применять подобное решение и для устройств сцельнометал-

лической УП. Проведенный анализ множества     позволилмодифициро-

вать описываемую конструкцию за счет использования дляперемещения

уплотнительного  диска принципиально нового для ВКА вводадвижения

— упруго деформируемого полого элемента — трубки Бурдона.Подобное

выполнение конструкции позволило упростить управлениеработой зат-

вора,  повысить его быстродействие и  уменьшить дестабилизирующее

воздействие элементов затвора на вакуумную среду [154].

     Дальнейшее развитие конструкций ВКА,  включающихвводы движе-

ния  -  механизмы  непосредственного действия,  несодержащие пары

трения в вакуумной  полости,  обусловило  необходимость получения

структуры с одним исполнительным органом. Формуластроения данного

устройства получена из выражения (3.32) :

     Общий вид конструкции сверхвысоковакуумного затвора,  реали-

зующей данную цель, приведен на рис. П.7, П.7А-В.

     Подобное выполнение затвора позволило использовать вструкту-

ре  только один исполнительный орган при сохранениидостоинств вы-

                              — 130 -

шеописанной конструкции [155].

     4.4.2. Конструкции ВКА,  разработанные на основе синтеза  ее

            механизмов.

     Необходимость синтеза  механизмов  обусловлена,  какправило,

использованием электромеханического или ручного привода, а  также

сложным  видом движения при перекрывании и герметизациипроходного

отверстия,  что особенно актуально для плоских ипроходных  затво-

ров.  Рассмотрим конструкции ВКА, полученные сиспользованием раз-

личных путей синтеза ее механизмов (см. п. 3.4.1.).

     Кинематическая схема поворотного затвора, полученнаяна осно-

ве анализа трехконтурной формы цепи (с использованием ППП«SSVC»),

реализованной  посредством плоских рычажных механизмов, приведена

на рис. П.8. Формулу строения данного устройства,согласно (3.35),

можно представить в виде:

    

     Проработка и практическое воплощение полученной схемы  меха-

низма  совмещенной  структуры  (рис.  П.9) обеспечилирациональное

движение уплотнительного диска  при  перекрывании  и герметизации

проходного отверстия: поступательное его движение настадии герме-

тизации и поворот уплотнительного диска на 90 на стадиях открыва-

ния и закрыванияя затвора при небольшом ходе ведущегозвена приво-

да.

     Подобное выполнение устройства приводит к повышениюресурса и

надежности работы затвора за счет исключениянеравномерности  сжа-

тия уплотнителя и его трения о седло, а также обеспеченияфиксиро-

ванного положения уплотнительного диска  в  каждый момент  работы

затвора, что устраняет возможность его перекосов [120].

                              — 131 -

     Дальнейшая доработка  рассмотренной  конструкции обусловлена

оптимизацией   созданного   механизма  по  критерию  Ф (выражение

(2.21)). Оптимизация проводилась для механизма,расположенного вне

вакуумной полости затвора и являющегося собственно егоприводом (с

использованием ППП «Р4»).  Целью проектированияявилась  необходи-

мость обеспечения различных передаточных функций настадиях перек-

рывания и герметизации проходного отверстия. Указаннаяцель реали-

зована  посредством  использования  двухвзаимодействующих типовых

элементарных  механизмов  -  попеременно  работающих эксцентриков

(рис.  П.10),  причем на стадии перемещенияуплотнительного диска,

требующей значительных перемещений  при  малых  усилиях, работает

эксцентрик с большим эксцентриситетом, а герметизациязатвора про-

изводится эксцентриком с маленьким эксцентриситетом. Подобное вы-

полнение устройства позволяет существенно уменьшитьприводное уси-

лие для получения требуемого усилия герметизации [156].

     По отношению к используемым механизмам,  особеннорасположен-

ным в вакуумной полости,  наиболее  критичны  сверхвысоковакуумные

конструкции, качество которых зачастую определетсядестабилизирую-

щим влиянием  на  рабочую  сверхвысоковакуумную  среду (величиной

привносимой  дефектности).  В связи с этим одной изосновных целей

проектирования сверхвысоковакуумных клапанов и  затворов является

уменьшение числа тяжелонагруженных пар трения вмеханизмах,  рабо-

тающих в вакуумной полости ВКА, либо полное ихустранение, что на-

иболее труднодостижимо для конструкций плоского типа. Другим важ-

ным аспектом разработки конструкций с электромеханическимприводом

является использование только одного привода для ихфункционирова-

ния, что определило цели проектирования описываемых нижеконструк-

ций сверхвысоковакуумных прямопролетных плоских затворов.

     На рис.  П.11, П.11А, Б представлен общий видсверхвысоковаку-

умного затвора,  в котором механизм, расположенный ввакуумной по-

                              — 132 -

лости, обеспечивает поворот уплотнительного диска дляперекрывания

проходного отверстия,  что не требует больших усилий, агерметиза-

ция осуществляется механизмом,  расположенным  вне вакуумной  по-

лости. Формула строения при этом имеет вид:

            

    

     Подобная конструкция является устройством переменнойструкту-

ры с отключением механизма перемещения при герметизации:

    

     Достоинством разработанного  механизма  перемещения уплотни-

тельного диска (рис.  П.11Б) является его большоепередаточное от-

ношение  при незначительных габаритах,  что приводит кминимизации

критерия Ф [157].

     Вместе с тем,  рассмотренная конструкция достаточносложна, а

механизм перемещения из-за расположения в вакуумнойполости  труд-

норегулируем,  что определило цель проектирования — удаление меха-

низма из вакуумной полости (замена его механизмом непосредственно-

го действия),  т.е.  генерацию структуры по выражению(3.33).  При

этом формула строения принимает вид:

     Указанная проектная  цель  была  достигнута  в разработанном

сверхвысоковакуумном затворе с электромеханическимприводом  путем

синтеза зубчато-кулачкового механизма,  расположенноговне вакуум-

ной полости (рис. П.12, П.12А, Б).

     Рассматриваемый затвор является конструкцией нового,ранее не

описанного типа устройств с механизмами  переменной структуры:  с

отключением механизма герметизации при перекрываниипроходного от-

верстия и  с  отключением  механизма  перемещения уплотнительного

диска при его герметизации,  что отмечено при разработкеструктур-

                              — 133 -

но-конструктивной классификации ВКА (п.  1.3),  а формально  было

предопределено при анализе множества возможных формулстроения ВКА

(выражение (3.33)).

     Подобное выполнение  устройства позволило исключитьмеханизмы

из вакуумной полости, что повышает ресурс работы затвора,упрощает

его управление и наладку при сохранении автономного (всравнении с

пневмоуправляемыми конструкциями) привода [158].

     4.4.3. Конструкции ВКА, разработанные на основеиспользования

            различных физических эффектов.

     При создании конструкций ВКА, описываемых внастоящем разделе

использован программный модуль «VP2».

     Использование ФЭ  в  структуре  ВКА как правилоприводит к ее

усложнению и удорожанию,  поэтому их применение целесообразно,  в

основном,  в  сверхвысоковакуумных  конструкциях,  чтообъясняется

сложностью и особенностями функционирования подобной ВКА.

     Главным недостатком  цельнометаллической ВКАявляется большое

усилие герметизации уплотнительной пары, что приводит кповышенной

требуемой мощности привода, росту массо-габаритныххарактеристик и

снижению ресурса работы устройств.  В связи с этимосновной  целью

проектирования  является  уменьшение  действующих  в ВКА  усилий.

Достичь желаемого позволяет ФЭ,  получивший  название «гистерезис

натеканий» и заключающийся в возможном снижениипосле герметизации

УП прикладываемых к ней усилий в 2-3 раза, не приводящемк разгер-

метизации стыка [70, 159].

     С использованием данного ФЭ  разработан  способ герметизации

цельнометаллического разъемного вакуумного соединения,который мо-

жет быть реализован как с помощью средств управления [160,  161],

так и с помощью ФЭ, преобразующих немеханическую энергиюв механи-

                              — 134 -

ческую [162]. Уточненная с учетом выявленнойвспомогательной функ-

ции       — «разгрузить уплотнительную пару» — обобщенная функцио-

нальная структура    , представлена на рис. П.13. Причемвыполне-

ние функции     может быть реализовано соответствующимперемещени-

ем уплотнительного диска.

     Конкретная реализация  подобной       получена  вконструкции

сверхвысоковакуумного клапана, приведенной на рис. П.14,использу-

ющей  ФЭ «тепловое расширение» — преобразованиетепловой энергии в

механическую (перемещение уплотнительного диска за счет изменения

линейных размеров штока при нагреве). При этом введение вструкту-

ру предлагаемого устройства ФМ «нагреватель», включение  которого

герметизирует  УП,  а  отключение — разгружает ее (послеостывания

штока), позволяет уменьшить усилия в элементах клапана вположении

«закрыто»,  избавиться  от перегрузок науплотнительную пару в мо-

мент герметизации и при прогревах;  снизить мощностьиспользуемого

привода,  что  существенно  повышает  надежность  и ресурс работы

конструкций [163].

     Анализ дерева  целей проектирования,  представленногона рис.

2.8,  позволяет сформировать косвенные пути  решения поставленной

задачи.  В  частности,  как отмечалось в п.  2.4уменьшение усилия

герметизации, связанно с изменением свойств материалауплотнителя,

например,  предела его текучести.  Более подробноеизучение данной

проблемы показало,  что существенное влияние на этотпараметр ока-

зывает  образующаяся  на  поверхности  уплотнителяоксидная пленка

[67]. Таким образом, сформировалась дополнительнаяфункция ВКА

— «удалить оксидную пленку с поверхностиуплотнителя».  Уточненная

  , учитывающая данную функцию представлена на рис.П.15. Для ре-

ализации  выявленной  дополнительной  функции  был использован ФЭ

диссоциации окислов  под  воздействием  потока электронов  [164].

Конструкция  сверхвысоковакуумного затвора,  позволяющаявоплотить

                              — 135 -

данный ФЭ,  приведена на рис. П.16, П.16А, Б, из которыхвидно, что

дополнительная  функция  ВКА повлекла за собой изменениеструктуры

ВКА за счет появления нового ФМ «катодныйузел».

     Подобное выполнение  устройства  позволяет уменьшить  усилие

герметизации вследствие устранения промежуточного  слоя окисла  и

повышения  пластичности  уплотнителя  путем  уничножения оксидной

пленки на его поверхности,  что существенно повышаетнадежность  и

ресурс  работы затвора и уменьшает массо-габаритныехарактеристики

привода [165].

     Выводы.

    

     1. Создан комплекс программных средств,  реализущий разрабо-

танные  методики  и  позволяющий  автоматизировать основные этапы

функционального и схемотехнического проектирования ВКА. Использо-

вание  программных средств,  предоставляя возможностьрассмотрения

всех вариантов генерируемых технических решений ВКА,  в 3-4  раза

уменьшает  трудоемкость  конструкторских разработок посравнению с

нормами традиционного проектирования.

     2. Разработанное   программное  обеспечение параметрического

анализа конструкций ВКА инвариантно и может бытьиспользовано  для

анализа  ТО любой предметной области при созданиисоответствующего

информационного обеспечения.

     3. На  базе предложенного алгоритмасхемотехнического и функ-

ционального проектирования  ВКА,  а  также  созданных программных

средств,  разработана  структурно-функциональная  модельСАПР ВКА,

реализующая этапы синтеза,  анализа и моделирования ВКА,использо-

вание  которой  позволит конструктору получатьпринципиально новые

технические решения.

     4. На  основе применения созданных программныхсредств м раз-

                              — 136 -

личных методик схемотехнического и функционального проектирования

разработаны новые перспективные конструкции ВКА, отличающиеся по-

вышенными технико-экономическими показателями,  вчастности, в 2-4

раза  меньшими потребляемой мощностью и массо-габаритнымихаракте-

ристиками, в 1,5-2 раза повышенными ресурсом инадежностью работы.

     5. Практически   реализована  конструкция  нового, ранее  не

встречавшегося в практике конструирования типа ВКА  с механизмами

переменной структуры: с отключением механизмагерметизации при пе-

рекрывании проходного отверстия и с отключениеммеханизма  переме-

щения  уплотнительного  диска  при его герметизации, выявленная в

процессе разработки методических основ синтеза механизмовВКА.

.

                            ЗАКЛЮЧЕНИЕ

     Выполненный комплекс   теоретических,  исследовательских   и

конструкторских  работ  и  полученные результатыпозволяют сделать

следующие выводы:

     1. На  основе анализа требований и эволюцииоборудования про-

изводства изделий электронной техники выявлена потребность разра-

ботки новых конструкций ВКА. Показана необходимость новыхподходов

к проектированию ВКА, использование которых раскрывает иусиливает

творческие возможности конструктора и предоставляет емуметоды для

поддержки принимаемых им решений.

     2. Проведен системный анализ ВКА, позволившийразработать ин-

вариантные относительно иерархического уровня модели ВКАкак  объ-

екта  конструирования  и  системную модель процессапроектирования

ВКА,  являющиеся основой создания методик функциональногои схемо-

технического проектирования. На основе системного анализапроизве-

дена структуризация требований,  предъявляемых к ВКА, иформализо-

ваны  процедуры  формирования исходных данных дляразличных этапов

проектирования,  позволяющие устранить ошибки конструктора,умень-

шить количество итераций и исключить неопределенность ипротиворе-

чивость данных при проектировании.

     3. Осуществлен функционально-структурный анализ ВКА,на осно-

ве которого выявлена обобщенная структура  ВКА  и установлена  ее

стабильность,  что  обеспечило  использование  методов поискового

конструирования для схемотехнического проектирования ВКА.Показана

целесообразность  применения  наиболее  естественного дляпрактики

конструирования метода морфологического анализа и синтеза, позво-

ляющего  формализовать  процесс синтеза структурных схемВКА и об-

легчающего работу конструктора.

                             

     4. Разработаны  математические  модели ВКА на этапахфункцио-

нального и схемотехнического проектирования. Обоснованы ивыведены

критерии  оптимальности  ВКА,  позволившие  определитьпути совер-

шенствования и выбор наилучших технических  решений ВКА.  Изучено

влияние кинематических и динамических свойств механизмовВКА на ее

показатели качества и процесс функционирования.

     5. Предложена   обобщенная  модель функционально-схемотехни-

ческого проектирования ВКА,  предоставляющая конструкторуупорядо-

ченную последовательность действий, необходимых длявыбора страте-

гии при создании ВКА.

     6. Разработаны  методика и математические моделифункциональ-

ного и схемотехнического проектирования ВКА, позволяющиеконструк-

тору  генерировать и находить удовлетворяющие ТЗтехнические реше-

ния ВКА тогда,  когда его опыта и интуиции недостаточно. Методика

позволяет  конструктору  как  самому,  так и с помощьюсредств вы-

числительной техники осуществить синтез ФПД ВКА ицеленаправленный

процесс генерации структур ВКА, их поиск и выборрациональных тех-

нических решений.

     7. Создана  методика  синтеза  ФПД  как этапафункционального

проектирования  ВКА,  позволяющая   разрабатывать  функциональную

структуру  ВКА тогда,  когда разработка ее элементнойструктуры на

основе известных функциональных структур не удовлетворяеттребова-

ниям ТЗ.

     8. Разработана  методика  и  математическая  модель   оценки

конструкций   ВКА   и  ее  структурных  составляющих, позволяющая

конструктору производить оценку их технического уровня и выявлять

необходимость проведения модернизации конструкций.

     9. Развита классификация ВКА,  включающая признакииспользуе-

мых механизмов и являющаяся основой их синтеза. Выявленновый, ра-

нее не встречающийся в практике конструирования классустройств  с

                             

механизмами переменной структуры: с отключением механизмагермети-

зации при перекрывании проходного отверстия и сотключением  меха-

низма  перемещения  уплотнительного  диска  при  егогерметизации.

Предложена методика синтеза механизмов ВКА,обеспечивающая возмож-

ность формирования их кинематических схем.

     10. Создан комплекс программных средств, реализующийразрабо-

танные  методики  и  позволяющий  автоматизировать основные этапы

функционального и схемотехнического проектирования ВКА, использо-

вание которого в 3 — 4 раза уменьшает трудоемкостьконструкторских

разработок по сравнению с нормами традиционногопроектирования. На

основе полученных результатов разработана функционально-структур-

ная модель САПР ВКА, реализующая этапы синтеза, анализа и модели-

рования  ВКА, использование которой позволит конструкторуполучать

принципиально новые технические решения.

     11. На  базе  проведенных  теоретических  иэкспериментальных

исследований разработаны новые перспективные конструкцииВКА,  от-

личающиеся   повышенными  технико-экономическими показателями,  в

частности,  меньшими (в 2  -  4  раза)  потребляемой мощностью  и

массо-габаритными  характеристиками,  повышенными (в 1,5- 2 раза)

ресурсом и надежностью работы.

     Результаты работы  внедрены  на заводе«Темп» (г.  Фурманов),

экономический эффект оценивается в 55 тыс.руб., в ОИЯИ(г. Дубна),

а также в НПО «Вакууммашприбор» (г. Москва) и вНИИТМ (г. Зеленог-

рад).

.

                            ЛИТЕРАТУРА

    1. Данилин Б.С.  Вакуумные технологические процессы иоборудо-

       вание микроэлектроники. — М.: Машиностроение,1987. — 71 с.

    2. Sharma J.K.N. Vacuum systems forion implantation equipment

       // Solid State Technol. — V. 17,N 12, 1974.

    3. Тихонов А.Н.  Особенностипроектирования  вакуумных  систем

       современного  микрозондового  оборудования.  /Межвузовский

       сборник.«Электронное машиностроение, робототехника, техно-

       логия ЭВП». — М.: МИЭМ, 1984. — с. 123 — 128.

    4. Попов В.Ф. Ионно-лучевые установки. — Л.:Энергоиздат, 1981.

       — 136 с.

    5. Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установкиэлектронно-ион-

       ной технологии. — М.: Высшая школа, 1988. — 255 с.

    6. Weston G.F. Materials forultrahigh Vakuum. // Vakuum. — V.

       25, N 7, 1975.

    7. Jlsey R.J.  Outgassing of vakuum materials.I. // Vakuum. -

       V. 25, N 7, 1975.

    8. Жилнин  В.С.,  Жилнина  Л.П.,  Кузьмин  А.А.  Исследование

       десорбции   паров  воды  с  поверхности нержавеющей  стали

       Х18Н10Т в вакууме 10 — 10 торр при различных температурах.

       / Сборник ЭТ, сер. 4 «Электровакуумные игазоразрядные при-

       боры». — М.: 1974.

    9. Фигнер А.И. Высоковакуумная техника. / Сборник«Электроника

       и ее применение». — М.: 1978.

   10. Дьяков Ю.Н., Лукичев А.В., Тимофеев Б.В.Современные требо-

       вания к технологическим средам  и  химикатам, используемым

       для микроэлектроники. // Электроннаяпромышленность. — Вып.

       155, N 7, 1986. — с. 3 — 11.

                            — 2 -

   11. Ивановский Г.Ф., Петров В.И. Ионно-плазменнаяобработка ма-

       териалов. — М.: Радио и связь. 1986. — 232 с.

   12. Данилин  Б.С.,  Киреев  В.Ю.  Применениенизкотемпературной

       плазмы для травления и очистки материалов. — М.:Энергоато-

       миздат, 1987. — 264 с.

   13. Hoh  P.D.  Quantative  particulate contamination   studies

       utilirinq reduced turbulence pumping and Ventig. // J.Vac.

       Sci. and Technol. — V. 2, N 2, 1984. — p. 198.

   14. Jolliver D.L. Contamination control: Newdimensions in VLSI

       manufacturing.// Solid State Tehnol. — 1984,March.- 129 р.

   15. Микролитография второй половины 80-х годов.  — ЦНИИ «Элект-

       роника», вып. 21, 1985. — 5 с.

   16. Winkler O.  Le developpement de la metallurgiesous vide et

       ses perspectives. // Le Vide. — V. 31, N 181,1976.

   17. Пипко А.И. Вакуумно-термическое оборудование впроизводстве

       изделий электронной техники.-М.: Машиностроение,1986.- 55с.

   18. Bauer R. Der Vacuumofen-Grundlage wirtschaflicher Warmebe-

       handlungsverfahren.// Techn. Zbl. prakt.Metallbearb. -  V.

       70, N 11, 1976.

   19. Ковалев Л.К.  Вакуумное оборудование дляпроизводства  тон-

       копленочных  структур  квантовой электроники.  //Обзоры по

       ЭТ,  серия 11 «Лазерная техника иоптоэлектроника». — 1982,

       вып. 2 (886) — 83 с.

   20. Розанов Л.Н.  Вакуумные машины и установки. — Л.:Машиност-

       роение.(Ленингр.отд.), 1975. — 336 с.

   21. Саксаганский Г.Л. Вакуумная техника и технологияэлектрофи-

       зического аппаратостроения.  — М.: ИТР. — Ч. 1.,1989. — 56

       с., ч. 2., 1990. — 75 с.

   22. Глазков  А.А.,  Малышев И.Ф.,  Саксаганский Г.Л. Вакуумные

       системы электрофизических установок.- М.: Атомиздат,1975.-

                            — 3 -

       288 с.

   23. Redhead P.A.  Ultrahigh Vakuum applied to physics.  //  J.

       Vac. Sci. and Technol. — V. 13, N 1, 1976.

   24. Симонов В.В.,  Корнилов Л.А., Шашелев А.В., ШокинЕ.В. Обо-

       рудование ионной имплантации.  — М.: Радио исвязь, 1988. -

       184 с.

   25. Бирюкова Н.Е.,  Виноградов М.И.,  Данилов Н.Д., Шишловский

       С.К. Сверхвысоковакуумный безмасляный агрегат. //Электрон-

       ная техника, сер. 7 «Технология, организацияпроизводства и

       оборудование». — Вып. 1 (98), 1980. — с. 64 — 68.

   26. Кузнецова Л.А.,  Саксаганский Г.Л.  и др.Вакуумные системы

       экспериментальных термоядерных установок иреакторов с маг-

       нитным удержанием.  // Обзор ЦНИИ Атоминфор.: ОА-66. — М.:

       1984. — 70 с.

   27. Грошковский Я. Техника высокого вакуума. — М.:Мир, 1975.

   28. Левин А.М.  Конструкционные материалы и герметикив вакуум-

       ном приборостроении. — М.: Машиностроение, 1986. — 59 с.

   29. Пипко А.И., Плисковский В.Я., Пенчко Е.А.Конструирование и

       расчет вакуумных систем. — М.: Энергия, 1979. — 504 с.

   30. Панфилов Ю.В., Рябов В.Т., Цветков Ю.Б.Оборудование произ-

       водства интегральных схем и промышленные роботы. - М.: Ра-

       дио и связь, 1988. — 320 с.

   31. Блинов И.Г.,  Кожитов Л.В.  Оборудованиеполупроводникового

       производства. — М.: Машиностроение, 1986. — 264 с.

   32. Large-area industrial vacuum coation in the 1990s.: [Pap.]

       Prog.  36 th.  Nat.  Symp. Amer. Vac., BostonMass, 23 — 27

       Oct.  1989. / Johansen Paul R. // J. Vac. Sci. andTechnol.

       A., 1990. — 8, N 3 — p. 2798 — 2801.

   33. Аверина А.П., Лоскутов А.И. Вакуумныеаналитические приборы

       и оборудование. — М.: Машиностроение, 1986. — 75с.

                            - 4 -

   34. Некрасов М.И.  Учет дестабилизирующего влияниявнутрикамер-

       ных устройств на технологический процесс напыленияв вакуу-

       ме. / Межвузовский сборник «Электронноемашиностроение, ро-

       бототехника, технология ЭВП». — 1986. — с. 43- 50.

   35. Карасев Б.Г.,  Саксаганский Г.Л. и др. Комплексэкспер мен-

       тальных установок для исследования радиационно-вакумных  и

       физикомеханических характеристик конструкционныхматериалов

       ТЯР.  / Сборник «Исследование и разработка материалов  для

       реакторов термоядерного синтеза».  — М.: Наука, 1981, — с.

       134 — 137.

   36. Александров  В.С.,  Саксаганский Г.Л.  и др. Ускорительный

       комплекс тяжелых ионов в  ОИЯИ.  -  Дубна: Препринт  ОИЯИ:

       Р9-83-613, 1983. — 196 с.

   37. Vacuum.  / Mizobuchi A.,  Chida K..  // Annu. Rept, Jan. -

       Dec.  1989. / Inst. Nucl. Stady Univ. Tokyo. — Tokyo, 1990.

       — p. 143 — 144.

   38. Денисов А.Г.,  Кузнецов Н.А.,  Макаренко В.А. Оборудование

       для молекулярно-лучевой эпитаксии.  // Обзоры поЭТ, сер. 7

       «Технология,  организация производства иоборудование.  — N

       17 (828), 1981. — 52 с.

   39. Саксаганский Г.Л., Котельников Ю.Н., Малев М.Д.,Смирницкая

       Г.В.,  Юферов В.Б.  Сверхвысокий вакуум врадиационно-физи-

       ческом аппаратостроении. — М.: Атомиздат, 1976. — 288 с.

   40. Прогресс технологии БИС. // Дэнси дзайре. — Т.23,1984. — с.30.

   41. Уэстон Д. Техника сверхвысокого вакуума. — М.:Мир, 1988. -

       365 с.

   42. Achievement  of extreme high vacuum in the orderof 10 Pa .

       without baking of test chamber.:  [Pap] Proc.  36th.  Nat.

       Symp.  Amer.  Vac. Soc., Boston, Mass., 23 — 27Oct., 1989/

       Kato S.,  Aono M.,  Sato K.,  Baba Y.  // J.  Vac.Sci. and

                            — 5 -

       Tehnol. A. — 1990. — 8, N 3. — p. 2860 — 2864.

   43. Hamacher    H.    Berechnung    des   Saugvermogens     in

       Raumsumulations-   .  kammern  unter Berucksichtigung  des

       Kaltewandeinflusses. // Vakuumtechnik. — V.25, N2, 1976.

   44. Котельников   Ю.Н.  Автоматизация вакуумно-технологических

       процессов и оборудования.- М.: Машиностроение,1987. — 55 с.

   45. Александрова А.Т.,  Ермаков  Е.С.  Гибкие производственные

       системы электронной техники.  — М.:  Высшаяшкола,  1989. -

       319 с.

   46. Волчкевич Л.И.  Автоматизация производстваэлектронной тех-

       ники. — М.: Высшая школа, 1988. — 287 с.

   47. Батраков В.Б.  и др. Разработка информационного ипрограмм-

       ного обеспечений САПР вакуумного оборудования. / Вкн.»Раз-

       работка  САПР вакуумного оборудования и САПРсистем автома-

       тизированного управления".  — НТО МИЭМ,  N гос.регистрации

       01890052063,  Деп. ВНТИЦ. Инв. N 02900008823. — М.: 1989. -

       8 — 34 с., ДСП.

   48. Хруничев  Ю.А.  Анализ  производительностиоборудования для

       производства электронных  приборов./ Межвузовский  сборник

       «Электровакуумное машиностроение». — М.:Вып. 2, 1978. — с.

       9 — 11.

   49. Розанов Л.Н. Вакуумная техника. — М.: Высшаяшкола, 1984. -

       207 с.

   50. Александрова  А.Т.  Математическая модель процесаизменения

       концентрации газа в вакуумном объеме при газовыделении  из

       очага трения. / Межвузовский сборник «Электронноемашиност-

       роение, робототехника, технология ЭВП». — М.:1984. — с. 12

       — 17.

   51. Львов Б.Г. Новые конструкции высоковакуумныхпрямопролетных

       клапанов. — М.: Высшая школа, 1980. — 72 с.

                            — 6 -

   52. Wheeler W.R. Recent developments in metal-sealedgate valves.

       // J. Vac. Sci. and Technol. — V. 13, N 1, 1976.

   53. Вакуумная техника.  Справочник / Под ред. ФроловаЕ.С., Ми-

       найчева В.Е. — М.: Машиностроение, 1985. — 351 с.

   54. Львов Б.Г.,  Шувалов А.С.  Техническое обслуживание  новой

       коммутационно-регулирующей аппаратуры.  — М.:Высшая школа,

       1987. — 72 с.

   55. Рот А. Вакуумные уплотнения. — М.: Энергия, 1971.- 464 с.

   56. Вакуумное оборудование. / Каталог. — М.:ЦИНТИхимнефтемаш,

       1985. — 60 с., ДСП.

   57. Дополнения и изменения к номенклатурному каталогуна  осво-

       енные и серийно выпускаемые изделия вакуумногомашинострое-

       ния.  — М.:  ЦИНТИхимнефтемаш, 1986. — 11с., 1987.- 12 с.,

       1988. — 15 с. ДСП.

   58. Вакуумная запорная и регулирующая арматура. Справочные ма-

       териалы. — М.: ОТЭИНТИ, 1987. — 55 с.

   59. Vacuum valves. Каталог фирмы VAT., 1989. — 220 р.

   60. Vacuum Equipment. Каталог фирмы PERKIN ELMER,1988. — 185 р.

   61. Vacuum Components. Каталог фирмы BALZERS, 1987. — 300 р.

   62. Ventile. Каталог фирмы LEYBOLD-HERAUES, 1989. — 35р.

   63. Вакуумная техника. Каталог компонентов фирмыAlcatel, 1986. -

       245 с.

   64. Vacuum  Valves.  Информационно-справочные материалы  фирмы

       Alcatel, 1989. — 12 р.

   65. Vannes d'equeppe.  Информационно-справочныематериалы фирмы

       Alkatel, 1987. — 4 р.

   66. UHN Components. Каталог фирмы VACUUM GENERATORS,1989. — 40 р.

   67. Львов Б.Г.,  Шувалов А.С.  Современныесверхвысоковакуумные

       уплотнения. — М.: Высшая школа, 1984. — 71 с.

   68. Chernatony  L.  Recent advances in elastomertechnology vor

                            — 7 -

       UHV application. // Vakuum. — V. 27, N 10, 1978.

   69. Гойхман  У.М.,  Антонов Б.Н.  О газопроницаемостинекоторых

       резин. // Каучук и резина. — N 7, 1976.

   70. Домрачев С.Н.,  Моисеев В.Я., Саксаганский Г.Л.Конструиро-

       вание разъемных вакуумных соединений с металлическими  уп-

       лотнителями.  // Электронная техника., сер. 4«Электроваку-

       умные и газоразрядные приборы». — Вып.3,1975.  — с. 67-75.

   71. Романенко Н.Т.  Агрегаты пневматических систем летательных

       аппаратов. — М.: Машиностроение, 1976. — 98 с.

   72. Бушенин Д.В., Марусев В.А. Новые виды сильфонныхуплотнений

       в вакуумной арматуре. — Владимир, 1982. — 88 с.

   73. Медников М.И. Вводы движения в вакуум. — М.:Машиностроение,

       1974. — 180 с.

   74. Деулин Е.А.  и др.  Расчет,  конструирование и особенности

       эксплуатации механизмов для работы в вакууме.  — М.:  Маши-

       ностроение, 1986. — 79 с.

   75. Wheeler  W.R.  High  vacuum  gate  valves.  Пат. США,  кл.

       251-204, N 3973753, 1976.

   76. Дривинг Н.Я., Назаров Л.Н. Сверхвысоковакуумный затворпро-

       извольной ориентации с использованиемлегкоплавкого  уплот-

       нителя. / Межвузовский сборник «Электронноемашиностроение,

       робототехника, технология ЭВП». — М.: 1986. — с. 96 — 101.

   77. Усов  В.В.,  Гутник Г.Н.  К вопросу об унификациинекоторых

       вакуумных изделий в ХФТИ.  / Сборник «Вопросыатомной науки

       и  техники».  Сер.  «Физика и техникавысокого вакуума».  -

       Харьков: вып. 1, 1974.

   78. Розанов Л.Н. Вакуумная техника. — М.: Высшаяшкола, 1990. -

       319 с.

   79. Verfahren  zum  Abdichten  von Hochvakuumverbindungen  und

       komponenten  im  Anlagenban.:  Пат.  281229 ГДР,   МКИ   .

                            — 8 -

       F16V15/08  /  Appel  Fritj,  Akademie derWissenshaften der

       DDR. N 3272353. Заявл. 4.04.89. Опубл. 1.08.90.

   80. Батраков   В.Б.,   Львов   Б.Г.,   Шувалов  А.С. Структур-

       но-конструктивная классификация высоковакуумныхклапанов  и

       затворов.  / Тезисы докл.  V Всесоюз. конференции«Физика и

       техника высокого и сверхвысокого вакуума», ч.  II.  -  Л.:

       1985. — с. 134 — 135.

   81. Батраков В.Б., Львов Б.Г. Анализ математическихметодов ав-

       томатизации  поискового конструирования и методвыбора тех-

       нических объектов для САПР в ГАП.  / В кн.«Разработка тео-

       ретических  основ проектирования ГАП».  — НТОМИЭМ,  N Гос.

       регистрации 01840047750.  Деп. ВНТИЦ. Инв. N02850050183. -

       М.: 1984, с. 4 — 31. ДСП.

   82. Половинкин А.И. Методы инженерного творчества. — Волгоград,

       1984. — 365 с.

   83. Вермишев Ю.Х.  Методы автоматического  поиска решений  при

       проектировании  сложных технических систем.  — М.:  Радио и

       связь, 1982. — 152 с.

   84. Батищев Д.И. Поисковые методы оптимальногопроектирования.

       — М.: Советское радио, 1975. — 216 с.

   85. Одрин В.М., Картавов С.С. Морфологический анализсистем.

       — Киев: Наукова думка, 1977. — 147 с.

   86. Альтшуллер  Г.С.  Творчество  как точная наука.  — М.:  Со-

       ветское радио, 1979. — 175 с.

   87. Мюллер И. Эвристические методы в инженерныхразработках.

       — М.: Радио и связь, 1984. — 142 с.

   88. Автоматизация поискового конструирования(искусственный ин-

       теллект в машинном проектировании) / Под.  ред.Половинкина

       А.И. — М.: Радио и связь, 1981 — 344 с.

   89. Буш Г.Я. Аналогия и техническое творчество. — Рига: Лиесма,

                            — 9 -

       1979. — 128 с.

   90. Дворянкин А.М., Половинкин А.И., Соболев А.Н.Методы и син-

       тез технических решений. — М.: Наука, 1977. — 103с.

   91. Дворянкин А.М.  и др.  Методика поискарациональных  техни-

       ческих  решений.  //  Управляющие системы имашины.  — N 5,

       1977. — с. 102 — 107.

   92. Половинкин  А.И.  Основы  инженерного  творчества: Учебное

       пособие для студентов втузов.  — М.:Машиностроение, 1988.-

       368 с.

   93. Повилейко  Р.П.  Классификация  методов  решений конструк-

       торско-изобретательских задач (ДМП).  / В кн.Информатика и

       ее проблемы. — Новосибирск, вып. 5, 1972. — с. 1 — 37.

   94. Zwicky F. Entdeeken, Erfinden, Forschen immorphologischen.

       Weltbild. Munchen, Zurich, Knaur, 1966.

   95. Ханзен Ф. Основы общей методики конструирования.Системати-

       зация конструирования. — Л.: Машиностроение, 1969.- 166с.

   96. Капустян В.М.,  Махотенко Ю.А. Конструктору оконструирова-

       нии атомной техники. — М.: Атомиздат, 1980. — 190с.

   97. Холян А., Элюким С. Формализация составленияварианто в за-

       дачах конструирования.  // Техническая  эстетика. -  N  7,

       1970. — с. 3 — 5.

   98. Baaty U.  Rechnergestutzte Prinziperarbeitting mit  Hilvfe

       der  morphologichen Analyse und Sunthese T.1.  /Industrie-

       Anzeiger. — 1971, N 17, p. 349 — 353.

   99. Lotter  R.Die  rechnergestutzte  Kourbinatious — methode im

       konstruktiven Entwicklimgesprozess / Feingeratetechnik.  -

       1976, N 6. — p. 270 — 273.

  100. Цвиркун А.Д. Основы синтеза структуры сложныхсистем. — М.:

       Наука, 1982. — 200 с.

  101. Корячко В.П.,  Курейчик В.М.,  Норенков И.П. Теоретические

                            — 10 -

       основы САПР. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 400 с.

  102. Быков В.П.  «Методическое обеспечение САПР в  машинострое-

       нии», Л.: Машиностроение, Ленингр. отд.,1989. — 255 с.

  103. Аветисян Д.А.,  Башмаков И.А.,  Геминтер В.И. идр. Системы

       автоматизированного проектирования. Типовыеэлементы, мето-

       ды и процессы. — М.: Издательство стандартов, 1985.- 179 с.

  104. Норенков И.П. «Введение в автоматизированноепроектирование

       технических устройств и систем».  — М.:Высшая школа, 1980.

       — 311 с.

  105. Норенков  И.П.  Системы автоматизированногопроектирования.

       Принципы построения и структура. Кн. 1. — М.:Высшая школа,

       1986. — 127 с.

  106. Жук Д.М.,  Мартынюк В.А., Сомов П.А. Техническиесредства и

       операционные системы.  САПР.  Кн.  2 — Минск:Высшая школа,

       1988. — 156 с.

  107. Кулон Ж.-Л., Сабоннадьер Ж.-К. САПР вэлектротехнике. — М.:

       Мир, 1988. — 208 с.

  108. САПР в радиотехнике. Справочник. / Под ред И.П.Норенкова.

       — М.: Радио и связь, 1986. — 368 с.

  109. Ильин В.Н.,  Фролкин В.Г.,  Бутко А.И.  и др.Автоматизация

       схемотехнического проектирования.  -  М.:  Радио и  связь,

       1987. — 368 с.

  110. Капустин Н.М., Васильев Г.Н. Автоматизацияконструкторского

       и технологического проектирования.  САПР.  Кн.  6.- Минск:

       Вышэйшая школа, 1988. — 191 с.

  111. Керимов З.Г.,  Багиров С.А. Автоматизированноепроектирова-

       ние конструкций. — М.: Машиностроение, 1985.

  112. САПР  изделий и технологических процессов вмашиностроении.

       Справочник.  / Под ред.  Аллик Р.А.  — Л.: Машиностроение,

       1986. — 319 с.

                            — 11 -

  113. Челищев Б.Е., Боброва И.В., Гонсалес-Сабатер А.Автоматиза-

       ция проектирования технологии в машиностроении. — М.: Маши-

       ностроение, 1987. — 264 с.

  114. Дризовский Л.М.,  Киселева Э.В.,  Буторина Т.С.Состояние и

       перспективы развития САПР. // Приборы и системыуправления.

       N 11, 1983. — с. 15 — 17.

  115. Проников А.С. Надежность машин. — М.:Машиностроение, 1978.

       — 592 с.

  116. Тамм Б.Г., Пуусепп М.Э., Таваст Р.Р. Анализ имоделирование

       производственных систем. — М.: Финансы истатистика, 1987.-

       191 с.

  117. Батраков В.Б., Барашкова Г.Н., Кожевников А.И.Формирование

       концептуальных моделей объекта в САПР вакуумной коммутаци-

       онно-регулирующей аппаратуры".  / Тезисыдоклада ВНТС «САПР

       в машиностроении». — Ульяновск: 1990г. — с.59.

  118. Арменский Е.В., Львов Б.Г., Митрофанов С.А.Стратегия пост-

       роения концептуальной модели технического объекта./ Межву-

       зовский  сборник «Методы моделирования иоптимизации в САПР

       конструкторско-технологических работ». — М.:1989. — с. 3-6.

  119. Батраков В.Б.  Функционально-структурная  модель вакуумной

       коммутационно-регулирующей   аппаратуры".  /  Межвузовский

       сборник научных трудов «Методы моделировани иоптимизации в

       САПР  конструкторско-технологических работ».  — М.:  МИЭМ,

       1989. — с. 81 — 87.

  120. А.с.  N 1346894 (СССР). Поворотный вакуумныйзатвор. / Бат-

       раков В.Б.,  Косухин В.В.,  Львов Б.Г.- Опубл. вБ.И. N 39,

       1987.

  121. Патент СССР N 368766, 1973.

  122. Артоболевский И.И. Теория механизмов. — М.: Наука,1967. -

       720 с.

                            — 12 -

  123. Батраков В.Б., Львов Б.Г., Шихов А.И. Исследованиединамики

       системы «вакуумная коммутационно-регулирующаяаппаратура  -

       автоматический привод».  / Тезисы доклада VВсесоюзной кон-

       ференции «Физика и техника высокого исверхвысокого  вакуу-

       ма», ч.II. — Л.: 1985. — с. 134.

  124. Батраков В.Б., Львов Б.Г., Шихов А.И. Исследованиединамики

       системы  «вакуумный  натекатель  — электромеханический при-

       вод».  / Межвузовский сборник«Электронное  машиностроение,

       робототехника, технология ЭВП». — М.: 1984. — с. 3 — 8.

  125. Батраков В.Б.,  Львов Б.Г. Параметрический выборэлементной

       базы при автоматизированном проектированиивакуумных систем

       научно-космической аппаратуры.  / В сб. «Конструирование и

       технология изготовления космическихприборов», АН СССР ИКИ.

       — М.: Наука, 1988. — с. 32 — 37.

  126. Бешелев С.Д.,  Гурвич Ф.Г. Математико-статистичекие методы

       экспертных оценок. — М.: Статистика, 1980. — 263с.

  127. Батраков В.Б.,  Львов Б.Г. Интегральная оценкакачества ме-

       ханизмов вакуумных клапанов.  — Деп.  ВИНИТИ, N7435-В87. -

       М.: 1987. — 10 с.

  128. Дюран Б., Оделл П. Кластерный анализ. — М.:Статистика,

       1977. — 128 с.

  130. Назаров Л.Н., Лавыгин В.Л. Оптимизация конструкцийоборудо-

       вания вакуумной техники. // ЭТ, сер. 7, ТОПО, вып.6 (109),

       1981. — с. 38 — 40.

  131. Ипатов М.И. Расчет себестоимости проектируемыхмашин. — М.:

       Машиностроение, 1968. — 179 с.

  132. Батраков В.Б.,  Львов Б.Г. Методические основыформализации

       структурного синтеза  вакуумной коммутационно-регулирующей

       аппаратуры  (ВКРА).  /  Межвузовский сборник«Автоматизация

       проектно-конструкторских работ вмашиностроении». — М.: МИ-

                            — 13 -

       ЭМ, 1991. — с. 89 — 96.

  133. Батраков В.Б.,  Львов Б.Г. и др. Разработка математического

       обеспечения  автоматизированного  синтеза структурных схем

       механизмов вакуумных клапанов. / В кн.«Разработка теорети-

       ческих  основ проектирования гибкихавтоматизированных про-

       изводств».  — НТО МИЭМ, N гос.регистрации01840047750. Деп.

       ВНТИЦ.Инв.N 02850049753. — М.: 1984.- с. 45-87.ДСП.

  134. Петров Ю.А., Батраков В.Б., Львов Б.Г. и др.Разработка ППП

       синтеза  и анализа механизмоввакуумно-коммутационной аппа-

       ратуры.  — НТО КнАПИ и МИЭМ, N гос.регистрации01880018619.

       Деп. ВНТИЦ. Инв. N 02890019044, 1989.- 262 с.

  135. Озол О.Г.  Исследование  топологических  свойств кинемати-

       ческих цепей. / Труды ЛСХА, вып. XVII — Рига:1965.

  136. Артоболевский И.И.,  Руссман И.Б.,  Сергеев В.И.,Статников

       Р.Б. О некоторых способах выбора интегральногокритерия ка-

       чества в задачах оптимального проектированиямашин./ «Маши-

       новедение», N 2, 1978.

  137. Батраков В.Б., Львов Б.Г., Шихов А.И.Кинематический анализ

       механизмов вакуумных прямопролетных затворов. Деп. ВИНИТИ,

       N 3455-85. — М.: 1985. — 15 с.

  138. Львов Б.Г., Шихов А.И. Методика расчетакоэффициента полез-

       ного действия механизмов  вакуумных  клапанов  и затворов.

       Деп. ВИНИТИ, N 3454-85. — М.: 1985. — 12 с.

  139. Форсайт Дж.,  Малькольм М., Моулер К. Машинныеметоды мате-

       матических вычислений. — М.: Мир, 1980.

  140. Батраков В.Б.  Разработка сверхвысоковакуумнойарматуры  на

       основе синтеза физического действия.  / Тезисыдоклада ВНПК

       «Состояние и перспективы развития вакуумнойтехники»  («Ва-

       куум-91»), ч. 2 — Казань: 1991. — с. 139 — 140.

  141. Банк данных по физическим эффектам и  явлениям, предназна-

                            — 14 -

       ченный для поискового конструирования. — НТО ИЭИ,N гос.ре-

       гистрации 01830066993.  Деп.  ВНТИЦ.  Инв. N02850047810. -

       Иваново: 1984. ДСП.

  142. Батраков В.Б., Кожеников А.И., Львов Б.Г. Методавтоматизи-

       рованного  выбора оптимального конструктивноговарианта де-

       тали.  / Тезисы доклада Московской городской НТК«Автомати-

       зация производственных процессов и управлениекачеством». -

       М.: 1986. — с. 38. ДСП.

  143. Батраков В.Б., Львов Б.Г. и др. Подсистема параметрического

       выбора и анализа ВКРА.  / В  кн. «Автоматизация  конструк-

       торской  и технологической подготовки ГПС». - НТО МИЭМ,  N

       гос.  регистрации   01840047751.   Деп.   ВНТИЦ.  Инв.   N

       0280012444. — М.: 1987. — с. 22 — 31. ДСП.

  144. Батраков В.Б.,  Львов Б.Г.  и др.  Разработка ПППвыбора  и

       оценки элементной базы ВС; структурного синтеза икинемати-

       ческого анализа механизмов ВКРА.  /  В  кн. «Автоматизация

       конструкторской  и  технологической подготовкиГПС».  — НТО

       МИЭМ,  N гос.регистрации 01840047751.  Деп. ВНТИЦ.  Инв. N

       02890021379. — М.: 1988. — с. 17 — 36. ДСП.

  145. Батраков В.Б., Кожевников А.И., Львов Б.Г.Автоматизирован-

       ный выбор элементной базы вакуумных систем. / Тезисыдокла-

       да отраслевой НТК «Автоматизацияконструкторской и техноло-

       гической  подготовки производства в условияхГПС».  — Ужго-

       род: 1988. — с. 19 — 26.

  146. Батраков В.Б.,  Загуменнов А.Л.  Синтезтехнических решений

       ВКРА на ранних стадиях проектирования сприменением ЭВМ.  /

       Тезисы   доклада   ВСНТК  «Автоматизация проектирования  и

       конструирования в электронноммашиностроении».  — М.: 1988.

       — с. 35. ДСП.

  147. Батраков В.Б., Кожевников А.И., Львов Б.Г.Структурно-пара-

                           

       метрический синтез вакуумных системтехнологического обору-

       дования.  / Тезисы доклада ВНПК  «Состояние и  перспективы

       развития вакуумной техники»(«Вакуум-91»).- Казань: 1991. -

       с. 53 — 54.

  148. Батраков  В.Б.,  Кожевников А.И.,  Львов Б.Г. Формализация

       проектирования вакуумных манометров на этапевыбора ФПД.  /

       Тезисы доклада II ВСМУиС «Датчики,преобразователи информа-

       ции систем измерения,  контроля и управления».  -  Гурзуф,

       1990. — с. 36.

  149. Батраков В.Б.,  Жирнов К.А.,  Львов Бю.Г. Созданиевакумных

       манипуляторов  на  базе их автоматизированногоструктурного

       синтеза.  / Тезисы доклада V ВС поробототехническим систе-

       мам., ч. 1 — Геленджик: 1990. — с. 121 — 122.

  150. Батраков В.Б.,  Кожевников А.И.,  Львов Б.Г., Павлова Т.С.

       Автоматизация   конструкторских  работ  при проектировании

       ВКРА.  / Тезисы доклада ВНТК «Информационноеи  программное

       обеспечение САПР». — М.: 1989. — с. 101.

  151. Батраков В.Б.,  Львов Б.Г.Структурно-функциональная модель

       САПР ВКРА. — Деп. ВИНИТИ, N 5702-В87. — М.: 1987.- 8 с.

  152. Батраков В.Б.,  Львов Б.Г. Структура и функцииСАПР изделий

       в интегрированном ГАП ВКРА. / Тезисы докладазонального НТС

       «Состояние, опыт и направления работ покомплексной автома-

       тизации производства на основе ГАП, РТК иПР». Пенза, 1987.

       — с. 96 — 97.

  153. Львов Б.Г.,  Шихов А.И.,  Лилье В.К.,  БатраковВ.Б.  и др.

       Разработка и исследование сверхвысоковакуумнойкоммутацион-

       ной аппаратуры.  — НТО МИЭМ, N гос.регистрации01820077528.

       Деп. ВНТИЦ. Инв. N 02850050187, М.: 1985. — 22 с.ДСП.

  154. А.с.  N 1275174 (СССР). Вакуумный электромагнитныйзатвор./

       Батраков  В.Б.,  Бродская О.Р.,  Губарев Е.В., Львов Б.Г.,

                           

       Павлова Т.С. — Опубл. в Б.И. N 45, 1986.

  155. А.с.  1566156 (СССР). Сверхвысоковакуумный затвор./ Батра-

       ков В.Б.,  Барашкова Г.Н.,  Кожевников А.И., Львов Б.Г.  -

       Опубл. в Б.И. N 19, 1990.

  156. А.с.  N 1479779 (СССР).  Эксцентриковый привод клапана.  /

       Батраков  В.Б.,  Косухин  В.В.,  Львов Б.Г., Шихов А.И.  -

       Опубл. в Б.И. N 18, 1989.

  157. А.с.  N 1255789 (СССР). Сверхвысоковакуумныйзатвор. / Бат-

       раков В.Б.,  Лилье В.К., Львов Б.Г., ПавловаТ.С., Шихов А.И.

       — Опубл. в Б.И. N 33, 1986.

  158. А.с. N 1514998 (СССР). Сверхвысоковакуумный затворс элект-

       ромеханическим приводом.  / Батраков В.Б.,Кожевников А.И.,

       Львов Б.Г.,  Павлова Т.С.,  Самойлов Ю.С. — Опубл.в Б.И. N

       38, 1989.

  159. Вязовецков В.В.  Вопросы конструированиясверхвысоковакуум-

       ных  клапанов с деформируемым уплотнителем.  /Межвузовский

       сборник «Электронное машиностроение, робототехника, техно-

       логия ЭВП» — М.: 1986 — с. 81 — 86.

  160. А.с.  N 1222963 (СССР). Устройство для управленияэлектроп-

       риводом вакуумной арматуры.  / Батраков В.Б.,Косухин В.В.,

       Львов Б.Г., Шихов А.И. — Опубл. в Б.И. N 13, 1986.

  161. Батраков В.Б.,  Буриков С.А., Шихов А.И.Разработка средств

       управления вакуумным оборудованием.  / Тезисыдоклада  ВНТК

       «Микропроцессорные средства локальнойавтоматики».  — Грод-

       но, 1989. — с. 42 — 43.

  162. А.с.  N 1291772 (СССР).  Способ герметизациицельнометалли-

       ческого разъемного вакуумного соединения.  /Батраков В.Б.,

       Львов Б.Г. — Опубл. в Б.И. N 7, 1987.

  163. А.с.  N 1323806 (СССР). Сверхвысоковакуумныйклапан. / Бат-

       раков В.Б.,  Львов Б.Г.,  Павлов П.А. — Опубл. вБ.И. N 26,

                           

       1987.

  164. Жолобов С.П.,  Малев М.Д.  Диффузия кислорода вметалле при

       электронной бомбардировке поверхности.  / ЖТФ, т.XLI, N 3,

       1971. — с. 627 — 629.

  165. А.с.  N 1373955 (СССР). Сверхвысоковакуумныйзатвор. / Бат-

       раков В.Б.,  Варлов Л.Я.,  Лилье В.К.,  ЛьвовБ.Г.,  Павлов

       П.А.- Опубл. в Б.И. N 6, 1988.