Важным свойством кэ является его функциональное назначение или просто функция.
Именно благодаря функции элемент может быть выбран для вставки в конструкцию. Чтобы некая конструкция К могла быть синтезирована в автоматизированном режиме, необходимо ее описание в общем виде, например, в виде конструктивной структуры в терминах компонент.
С функцией элемента удобно связывать его имя. Например, установочный элемент (УЭ) – Locator – элемент для ограничения степеней свободы деталей. Зажимной элемент (зажим, прижим, clamp) – элемент для закрепления относительно установочных.
Кроме функционального назначения в описании элемента должны быть обозначены условия его применения.
4. Автоматизация структурного синтеза
4.1.Структурирование технической системы
Структура – это множество элементов объекта проектирования и отношения между этими элементами.
Для генерирования конструкторских решений это определение имеет значение: конструирование – это творчество и как таковое формализуется плохо, а структурный синтез – это две задачи ‑ определение множества элементов и определение отношений между этими элементами. Структуры могут быть различными. Это зависит от того, какие элементы и отношения в ней используются.
Для технических систем наиболее характерны функциональные и конструктивные структуры.
В описаниях технических устройств присутствуют такие разделы как состав, компоновка и описание взаимодействия частей этих устройств. Состав – это перечень деталей и узлов, то есть, множество элементов. Компоновка – описание взаимного расположения элементов - «… шкив А установлен на валу Б …» и т.п. Взаимодействие описывается фразами вида «крутящий момент (или вращение) передается от вала А на шкив Б». Сочетание «установлен на» - это указание на отношение сопряжения определенных поверхностей вала и шкива. Подобные отношения носят вполне определенный характер и имеют место между реальными объектами. «Передача крутящего момента» - это тоже отношение. Однако крутящий момент не является материальным объектом. Это физическая величина, характеризующая взаимодействие двух тел. Структуры, элементами которых являются реальные объекты, сопряженные по поверхностям - конструктивные. Взаимодействие – это функциональное отношение и структуры, которые оно порождает, тоже функциональные.
Функциональная структура (Рисунок 4 .9) – это множество преобразователей вещества, энергии, сигналов, между которыми определены отношения следования.
Рисунок 4.9
Математически функция – y = F(x) ‑ это закон, который каждому элементу xi, xi X ставит в соответствие один и только один элемент yi, yi Y. Множество X называется областью определений, а множество Y – областью значений функции.
В приведенном определении очень важными являются два момента: во-первых, каждому аргументу х соответствует единственное значение y, а, во-вторых, то, что этот самый аргумент х берется не произвольно, а именно из заданной области определения. Аналогичным образом должна работать и техническая система.
Технические системы преобразуют вещество, энергию, сигналы друг в друга и из одного вида в другой. Входы x и выходы y, соответственно, могут рассматриваться как потоки этих самых веществ, энергии и сигналов, а функция системы – как преобразование.
Как правило преобразований необходимо выполнить несколько, потому, что получить требуемый поток с одного преобразования не получается или слишком неэффективно. Каждое преобразование выполняет функциональный элемент. Последовательность элементов должна быть такова, что вход каждого i-го элемента должен быть равен выходу элемента i-1.
Элементы конструктивной структуры – это геометрические модели деталей и узлов конструкций.
Отношения в конструктивной структуре – это отношения сопряжения между базами конструктивных элементов.
В конструктивном плане важнейшее значение имеет взаимное расположение элементов. Положение каждого элемента относительно других определяет его установка. Установка осуществляется сопряжением определенных граней элемента с гранями других. Эти сопрягаемые грани называются базами. Для однозначной установки необходимо и достаточно три базы.
Базы делят на основные и вспомогательные. Сопряжение основных баз элемента со вспомогательными базами другого элемента является тем самым единственным и неповторимым отношением, определяющим место этого элемента в конструктивной структуре технической системы.
Основные базы служат для установки самого элемента. Вспомогательные базы – базы, предназначенные для установки на элемент других объектов. У каждого элемента может быть несколько комплектов вспомогательных баз и только один комплект баз основных. Вспомогательные базы могут пустовать, а основные базы обязательно должны быть сопряжены с вспомогательными базами другого элемента.
4.2.Конструктивная структура. Компонент
Генерирование конструкторских решений на базе конструктивной структуры - экстенсивный способ. Существует также необходимость идентификации этих структур.
Конструктивным является объект, который может лечь в основу конструкции, на основе которого ее можно сгенерировать. В этом смысле конструктивная структура, представленная ранее, является слишком жесткой (негибкой) основой. В ней можно заменить один элемент на другой с сохранением положения, изменить параметры – вот, пожалуй, и весь набор модификаций.
Гибкость системы генерирования решений можно обеспечить за счет количества структур: если их будет заготовлено достаточно много, то для каждого нового задания обязательно найдется такая, что подойдет как основа с учетом ограничений.
При этом, однако, возникает задача идентификации структур, их сопоставления. Это необходимо, во-первых, для подбора подходящей для нового задания, а, во-вторых, для контроля при занесении в базу очередной структуры.