5.2. Построение и-или-дерева технических решений

В п. 1.3 гл. 1 дано определение ТР, перечислены шесть групп конструктивных признаков, показано, что с помощью этих групп признаков можно осуществлять многоуровневое иерархическое описание ТР. Рассмотрим подробнее методику такого описания.

Особенности групп конструктивных признаков.

Их можно сформулировать следующим образом.

1. Функциональные элементы определяют главные конструктивные признаки. Рекомендации по разделению ТО на элементы даны в п. 2.1 гл. 2. Для описания функциональных элементов используют их общепринятые наименования.

2. Взаимное расположение элементов в пространстве характеризует расположение функциональных элементов относительно друг друга. Для описания этих признаков обычно используют слова: сверху, снизу, сзади, вставлен внутрь, размещен и т. п.

3. Взаимосвязь элементов определяет такие связи между функциональными элементами, которые обеспечивают их взаимную работу при работе ТО в целом. Связи могут быть самые различные: шарнирное соединение, трубопровод, лазерный луч и т. д.

4. Геометрическая форма элементов характеризует главный признак формы, например: квадратный, круглый, в виде параболоида, ребристый, спиральный и т. д.

5. Материал элементов обычно указывает наименование материала, его марку, главное свойство и т. д.

6. Соотношение параметров определяет принципиально важные размеры, значения параметров и их соотношения.

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

Представление отдельного ТР в виде иерархического дерева.

При описании ТР в виде иерархического дерева необходимо выполнить следующее.

1. Изучить ТО или ТР, разделить его на функциональные элементы, представляющие интерес для рассматриваемой задачи, и присвоить им, по возможности, общепринятые наименования. Эти названия элементов изображают в виде вершин 1-го уровня иерархического дерева под названием рассматриваемого ТО.

2. Для каждого функционального элемента 1-го уровня определить существенные (для решаемой задачи) конструктивные признаки, которые изображают в виде вершин 2-го уровня. Среди этих вершин могут быть как перечисленные признаки 2—7, так и наименования функциональных элементов, на которые имеет смысл разделить рассматриваемый элемент.

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

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

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

в — чайника-кофейника; г — без крышки

Рис. 26. Представление чайника в виде иерархического дерева

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

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

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

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

Для машинного синтеза рациональных и новых ТР необходимо представить по интересующему классу ТО все наиболее интересные и существенно отличающиеся ТР в виде одного обобщенного дерева ТР. Эта цель достигается построением И-ИЛИ-дерева, которое помимо вершин И, образующих различные структуры отдельных ТР, содержит вершины ИЛИ, объединяющие альтернативные элементы и признаки, характеризующие индивидуальные особенности каждого ТР.

Построение общего И-ИЛИ-дерева выполняется в следующем порядке.

1. Все множество отобранных ТР, для которых построены И-деревья, разбивают на несколько групп, каждая из которых состоит из ТР наиболее близких по строению и выполняемым функциям. Будем считать, что ТР, представленные на рис. 26—29, принадлежат к одной группе.

2. Для каждой группы берут отдельные элементы, относящиеся к 1-му иерархическому уровню, и строят для них свои И-ИЛИ-деревья, где И-вершина объединяет характерные элементы и признаки 2-го уровня, а ИЛИ-вершины — альтернативные элементы и признаки. Так, для элемента «емкость» на рис. 30 показан самый типичный случай. Обратим внимание на то, что повторяющиеся у разных ТР признаки на И-ИЛИ-дереве указываются только один раз. За счет этого достигается значительная экономия в запоминании и хранении информации о большом фонде ТР.

Наряду с типичными случаями для элементов «емкость» и «носик» могут иметь место различные отклонения. Так, для элемента «крышка» (рис. 30) сначала идет вершина ИЛИ, обозначенная буквой В, которая позволяет описать также вариант чайника без крышки, а затем вершина И, обозначенная буквой А. При этом, поскольку во всех четырех вариантах ТР признак «круглая» повторяется, то он указан один раз и не имеет альтернативных вариантов.

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

3. И-ИЛИ-деревья, построенные для отдельных групп ТР, объединяют в одно общее И-ИЛИ-дерево ТР. При этом для упрощения общего дерева и наибольшего сжатия информации обо всем классе ТР рекомендуется особое внимание уделять единой терминологии, т. е. конструктивные элементы и признаки, одинаковые по функциям и содержанию, следует называть одинаково.

Если И-ИЛИ-дерево объединяет десятки и сотни вариантов ТР, то нужно создавать специальный терминологический словарь, который облегчает составление и развитие И-ИЛИ-дерева и повышает грамотность описания ТР.

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

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

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

• наименование элемента;

• возможные конструктивные признаки элемента;

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

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

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

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

представленных на рис. 26—29:

А: И-вершины; В: ИЛИ-вершины

Рис. 31. Пример расширения И-ИЛИ-дерева

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

ПОРЯДОК РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Порядок решения задач поиска рациональных ТР показан на рис. 32.

Пользователь с помощью общего списка требований, вызванного на экран дисплея, формирует техническое задание: список требований к искомому ТР и значения требований.

По введенному заданию ЭВМ синтезирует (находит на И-ИЛИ-дереве допустимые ТР и определяет их число).

Рис. 32. Решение задач поиска рациональных ТР

Если это число оказывается слишком большим и необозримым, то пользователь усиливает наиболее выигрышные требования и тем самым сужает множество допустимых ТР. В противном случае ослабляет менее важные требования или исключает их из технического задания.

В результате нескольких таких итераций удается получить небольшое (обозримое) число допустимых ТР и затем выбрать из них наилучшие варианты.