5.3. Схемы и алгоритмы их построения
Схема – это графическое изображение в упрощенно-обобщенном виде устройства, системы, процесса, а также взаиморасположения их частей и связей, функциональных и временных. Это наиболее распространенный метод графического моделирования объектов, явлений и процессов, практически любая информация может быть визуализирована посредством схем.
Схемы классифицируются по назначению, а также по типу элементов и связей между ними (рис. 149).
СХЕМЫ |
|
Код По назначению |
По типу элементов и связей |
1 Структурные 2 Функциональные 3 Принципиальные 4 Соединений 5 Подключений 7 Расположения 6 Общие 0 Объединенные |
Электрические (Э) Кинематические (К) Пневматические (П) Гидравлические (Г) Комбинированные (С) Оптические (Л) Газовые (Х) Вакуумные (В) Энергетические (Р) Деления (Е) |
Рис. 149. Классификация схем
Структурные схемы определяют основные функциональные части изделия или процесса, их назначение и взаимосвязи. Этот тип схем применяется наиболее часто, он объединяет схемы, отражающие состав изделий; блок-схемы, определяющие алгоритмы обработки информации; организационно-управленческие схемы и т.п.
Функциональные схемы содержат информацию о процессах, протекающих в объектах. Такие схемы позволяют анализировать возможности вновь разрабатываемых объектов, обосновывать проведение отладки и ремонта.
Принципиальные схемы определяют полный состав элементов объекта и связей между ними, служат основанием для разработки комплекта конструкторской документации на объект.
Схемы соединений отображают только связи между частями объекта, осуществляемые с помощью связующих элементов, с указанием их геометрического положения относительно частей объекта.
Схемы подключений показывают внешние подключения объектов.
Схемы расположения отображают геометрическое расположение элементов объектов относительно друг друга.
Общие схемы составляются с целью наглядного представления информации о составе очень сложных объектов и видах связи между их частями.
Большая часть требований к оформлению схем стандартизована.
Стандартизация схем, примитивов и правил оформления. Правила выполнения схем и их условное графическое обозначение (УГО) изложено в 65 стандартах ЕСКД: правила выполнения схем – 12 стандартов; условные графические обозначения – 53 стандарта (рис. 150). Стандарты ЕСKД регламентируют жесткие правила оформления схем, включая требования по оформлению конструкторских документов (вплоть до написания обозначений). Каждая схема-документ имеет буквенно-цифровое обозначение (рис. 150). Например, схема вакуумная принципиальная будет иметь в окончании номера документа обозначение ...В3.
Рис. 150. Состав стандартов ЕСКД на правила выполнения схем
Условные обозначения в схемах-документах выполняются согласно стандартам, определяющим форму и размеры графических примитивов (знаков). Помимо предусмотренных стандартами, в схемах могут применяться условные обозначения в виде: упрощенных внешних очертаний объектов и их частей; фигур сложного очертания. B некоторых случаях стандарты допускают несколько вариантов УГО: предпочтительные; для различных положений и состояний (например, замкнутые); для схем с однолинейным и многолинейным способами представления; для схем с различным масштабом. Данные УГО, различающиеся геометрической формой или степенью детализации, следует применять исходя из вида и типа разрабатываемой схемы, в зависимости от информации, которую необходимо передать графическими средствами.
Применение схем не ограничивается разработкой конструкторской и технической документации на какие-либо изделия. Схемами сопровождают научные публикации: книги, статьи, доклады, формально такие схемы можно отнести к структурным и функциональным. При разработке схем, сопровождающих научные публикации, недостаточно бывает арсенала условных графических обозначений, принятых стандартами ЕСКД. B то же время существуют традиции и опыт, следуя которым можно эффективно представлять научную информацию в виде схем.
Схемы, моделирующие состав и структуру объекта. Всем знакомы графические модели солнечной системы, молекул и атомов: только с помощью этих моделей удается передать в сжатом виде информацию об их составе и структуре. Другим известным примером могут служить графические модели структур кристаллов неорганических соединений. Структурные схемы органических соединений позволяют наглядно представить модели различных веществ и объяснить их.
С
Рис. 151. Пластинчатый перлит
с деформированными
цементитными пластинами:
а) схема; б)
фотография
труктура
объекта – это его основное физическое
строение, ко-торое в обычных условиях
не видно. Наиболее рациональное построение
нестандартизованных моделей, от-ражающих
структуру и состав объ-ектов, – это
графическое представ-ление основных
компонентов объек-та в виде технического
рисунка в пропорциях друг к другу без
соблюдения масштаба. На рисунке 151
представлена фотография микроструктуры
перлитной стали после пластической
деформации (полученная с помощью
электронного микроскопа) и схема этой
структуры. На схеме выделено главное,
но не показаны отдельные фрагменты,
которые, с точки зрения исследователя,
не имеют определяющего влияния на
свойства изучаемого объекта.
B случаях, когда неизвестны форма и размеры элементов объекта, последние изображаются упрощенно в виде каких-либо простейших примитивов (рис. 152). Используются также приемы построения технического рисунка или аксонометрии, а в тексте над или под рисунком даются соответствующие пояснения.
Если же форма и соотношения размеров известны (предполагаемы), на схемах допускается простановка размеров в числовых значениях или буквенных (рис. 153). Числовые значения в этом случае указываются в таблице или в тексте.
Схемы, моделирующие явления и процессы. На начальной стадии исследования явлений и процессов, когда количественной информации недостаточно и требуется качественное понимание изучаемого, рационально применение схем. Схемы используются и на других стадиях изучения явлений и процессов, но всякий раз это – представление их качественной стороны.
Для графического представления информации о процессах применимы стандарты ЕСКД и Единой системы технологической документации (ЕСТД). Схемы, моделирующие явления и процессы, несут в себе информацию об объекте или сопровождаются этой информацией. B качестве примера можно использовать представление информации об исследованиях влияния структуры стали на механизм ее изнашивания. На рисунке 154 представлена схема установки для испытаний элементов машин на изнашивание о жестко закрепленные частицы абразива, под рисунком приводится расшифровка элементного состава установки, подробные условия испытаний излагаются в описании экспериментов.
Рис. 154. Схема установки
для изнашивания образцов
в условиях трения о жестко
закрепленные частицы абразива: 1
– диск; 2 – абразивная бумага;
3 – образец; 4 –
держатель образца;
5 – груз
Рис. 153. Схема строения
глобулярного перлита:
d3
и dc3
– диаметры зерен;
λ
– межкарбидное расстояние;
dk
– диаметр карбидов
Результаты эксперимента представлены на рисунке 155, являющемся графической моделью процесса изнашивания. Представление только рисунка без схемы установки не дает полного представления о процессе и тем более о явлениях, имеющих место в процессе износа.
Одновременное представление двух моделей (объекта, на котором проводились исследования, и результатов испытаний в виде линейной диаграммы) в сочетании с текстом позволяют исследователю дать полную информацию об эксперименте и разработать модель изнашивания материалов с разной структурой (рис. 156).
Рис. 155. Скорость изнашивания
стали У8 в условиях трения
о жестко закрепленные частицы
абразива:
1 – закалка с
отпуском;
2 – изотермическая
обработка
Рис. 156. Графическая модель
микромеханизма изнашивания
сталей со структурой
пластинчатого (а) и глобулярного (б)
перлита в условиях трения
абразивом
Большие возможности для полноты передачи информации об изучаемом процессе дают комбинированные схемы, на которых совмещена информация об объектах, явлениях и процессах. Одним из таких примеров может служить схема (рис. 157) процесса ионной имплантации меди. На схеме представлены одновременно: схема движения ионов к поверхности и в поверхностном слое медной мишени; схема изменения структуры поверхности медной мишени; линейные диаграммы, показывающие качественные изменения параметров п(z) и р(z) по глубине измененного поверхностного слоя. Эта схема в сочетании с текстом позволяет объяснить процесс имплантации явлениями, которые также указаны на схеме.
Комбинированные схемы используются не только в научной практике. Они имеют применение в инженерной и организационной практике. Разработчик таких схем чаще всего пытается вызвать определенный образ мыслей, направить процесс мышления на понимание отражаемой информации в узком определенном понимании.
Рис. 157. Графическая модель ионной
имплантации поверхностного слоя меди