 |
Морфологический анализ при синтезе технических систем (часть 1)
|
|
|
|
Цель работы – приобретение навыков морфологического анализа при синтезе технических систем
Теоретический раздел
Принята следующая последовательность синтеза технической системы: разработка принципа действия, принятие технического решения, оптимизация технического решения. При синтезе возможны две следующие ситуации: а) у проектируемой системы есть прототип; б) прототипа нет. При первой ситуации синтез системы начинается с анализа прототипа (рис. 16.1). После анализа прототипа следует синтез системы, после синтеза новый анализ. Процедура повторяется до получения требуемого результата. При отсутствии прототипа проектная работа начинается с синтеза, затем следует анализ. При отсутствии прототипа, процесс проектирования является более трудоемким, но часто приводит к пионерским решениям.
Рис.16.1 – Последовательность анализа А и синтеза С технической
системы, варианта
Как для первой, так и для второй ситуации выделяются три направления решения задачи синтеза:
1. Традиционный метод
2. Неполного перебора возможных вариантов.
3. Полный перебор возможных вариантов конструкции системы.
При первом направлении проектировщик выбирает решение из трех, четырех вариантов, что позволяет значительно сократить трудоемкость проектных работ и их сроки. Однако оптимальный вариант системы может оказаться за пределами области анализа. Третье направление осуществимо только при наличии четких критериев оценки вариантов конструкций изделия и использовании вычислительной техники. При реализации второго и третьего направления наиболее применим морфологический анализ проектируемой системы.
|
|
|
При морфологическом анализе выделяют 5 последовательных этапов:
1. Формулировка задачи, отражающая основные требования к объекту. Выясняют при этом, что должно быть усовершенствовано, доработано (способ или устройство);
2. Разделение объекта на функциональные элементы с составлением списка всех морфологических признаков и требований к ним, всех важных характеристик объекта, его параметров, от которых зависит решение проблемы и достижение основной цели;
3. Независимое рассмотрение всех элементов и выбор для каждого различных вариантов реализации, т. е. составление возможных вариантов по каждой характеристике независимо от построения морфологической модели;
4. Анализ решений, возникающих из матрицы, с оценкой ценности всех полученных вариантов, т. е. синтеза всех вариантов объекта;
5. Выбор наиболее рациональных вариантов конкретных решений, т. е. выбор лучших сочетаний по заданному критерию.
Порядок выполнения работы
1. Получить задание у преподавателя.
2. Сформулировать задачу, отражающая основные требования к объекту.
3. Сформулировать основные этапы морфологического анализа.
4. Составить отчет о проделанной работе.
Индивидуальное задание
Фреза, резец, сборный инструмент, муфта, обработка плоской детали, втулки.
Содержание отчета
1. Краткие сведения по морфологическому анализу при синтезе технических систем.
2. Выделить основные этапы морфологического анализа.
3. Выводы по работе.
Вопросы для контроля знаний
1. Возможные ситуации при синтезе систем.
2. Какие существуют направления решения синтеза?
3. Какие существуют этапы морфологического анализа?
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №17
МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРИ СИНТЕЗЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ (Часть 2)
Цель работы – приобретение навыков морфологического анализа при синтезе технических систем
Теоретический раздел
|
|
|
Рассмотрим пример последовательного решения задачи синтеза методом морфологического анализа.
Задача: изготовить двухступенчатую цилиндрическую, стальную деталь с минимальным расходом материала.
Технологический процесс изготовления детали разделим на три функциональные элемента: обрабатываемый объект (заготовка); обрабатывающая подсистема (инструмент); взаимодействие подсистем (рабочий процесс).
Рассмотрим все элементы процесса по признакам: заготовка (1 – вид; 2 – движение); рабочий процесс (3 – характер взаимодействия; 4 – состояние); режущий инструмент (5 – количество режущих кромок и тип; 6 – движение). Составим для всех перечисленных элементов и признаков морфологическую матрицу, таблица 17.1.
Общее число изоморфных, неизоморфных, осуществимых, неосуществимых решений матрицы равно N=46=4096. Учитывая требование минимального расхода материала составим четыре наиболее рациональных вариантов сочетаний признаков:
вариант 1 (обозначим за Х1): 1.1 – 2.3 – 3.2 – 4.1 – 5.2 – 6.1;
вариант 2 (Х2): 1.4 – 2.2 – 3.3 – 4.3 – 5.4 – 6.2;
вариант 3 (Х3): 1.2 – 2.3 – 3.2 – 4.1 – 5.3 – 6.2;
вариант 4 (Х4): 1.2 – 2.3 – 3.2 – 4.1 – 5.1 – 6.1.
Применительно к станкам известных конструкций подходит вариант 1 (фасонно–отрезной станок). Нетрадиционные и перспективные варианты – 2 (машина сварки трением); 3 – (фрезерно–отрезной автомат).
Для каждого из рассматриваемых вариантов необходимо рассчитать критерий эффективности. Если такой расчет выполнить не представляется возможным, проводится экспертная оценка вариантов.
Таблица 17.1 – Морфологическая матрица.
| Заготовка | Рабочий процесс | Режущий инструмент | |||
| Вид | Движение | Характер взаимодействия | Состояние | Количество режущих кромок и вид | Движение |
| 1.1 Круглый пруток | 2.1 Поступательное | 3.1 Точечный | 4.1 Холодное твердое | 5.1 Один резец | 6.1 Поступательное |
| 1.2 Профильный пруток | 2.2 Поступательное и вращательное | 3.2 Линейный | 4.2 Горячее | 5.2 Несколько резцов | 6.2 Поступательное и вращательное |
| 1.3 Одна штучная заготовка | 2.3 Вращательное | 3.3 Поверхностное | 4.3 Холодное и горячее | 5.3 Фреза | 6.3 Вращательное |
| 1.4 Две штучных заготовки | 2.4 Нет | 3.4 Объемное | 4.4 Текучее | 5.4 Нет | 6.4 |
По критерию минимального расхода материала проведем парные сравнения и построим граф турнира вариантов:
|
|
|
Х1< Х2; Х2> Х3; Х3> Х4;
Х1< Х3 ; Х2 > Х4;
Х1< Х4 .
Примем систему численных соотношений вариантов. Критерий эффективности К будем принимать равным:
К=1.5, если вариант Хi лучше варианта Хj, например К =1.5 для соотношения Х1< Х2 при сравнении X2 c X1;
К =0.5, если вариант Хi хуже варианта Хj, например К =0.5 для соотношения Х2> Х3;
К =1.0, если вариант Хi равноценен варианту Хj, например К =1.0 при Х1= Х1.
По результатам сравнений построим матрицу смежности, таблица 17.2.
Таблица 17.2 – Матрица смежности вариантов.
| Вариант | Х1 | Х2 | Х3 | Х4 | 
| Относительный | Место варианта |
| Х1 | 1.0 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 2.5 | 0.156 | |
| Х2 | 1.5 | 1.0 | 1.5 | 1.5 | 5.5 | 0.344 | |
| Х3 | 1.5 | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 4.5 | 0.281 | |
| Х4 | 1.5 | 0.5 | 0.5 | 1.0 | 3.5 | 0.219 | |
| 16.0 |
Таким образом, для рассматриваемого примера лучшим вариантом по критерию минимального расхода материала является вариант(Х2): 1.4 – 2.2 – 3.3 – 4.3 – 5.4 – 6.2.
Порядок выполнения работы
1. Разделение объекта на функциональные элементы с составлением списка всех морфологических признаков и требований к ним, всех важных характеристик объекта, его параметров, от которых зависит решение проблемы и достижение основной цели;
2. Рассмотреть все элементы и выбрать для каждого различные варианты реализации, т.е. составить возможные варианты по каждой характеристике независимо от построения морфологической модели;
3. Выбрать наилучшие сочетания по заданному критерию.
4. Составить отчет о проделанной работе.
Содержание отчета
1. Краткие сведения по морфологическому анализу при синтезе технических систем.
2. Выполнить морфологический анализ.
3. Выводы по работе.
Вопросы для контроля знаний
1. Возможные ситуации при синтезе систем.
2. Какие существуют направления решения синтеза?
3. Какие существуют этапы морфологического анализа?
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бабуров, Э.Ф. Основы научных исследований / Э.Ф. Бабуров. – К.: Наук, думка, 2000.–212 с.
2. Говорущенко, Н.Я. Системотехника проектирования транспортных машин / Н.Я. Говорущенко, А.Н. Туренко. – Харьков: ХНАДУ, 2002. – 166 с.
|
|
|
3. Кузнецов, Ю.Н. Teopия технических систем / Ю.Н. Кузнецов, Ю.К. Новоселов, И.В. Луцив – Севастополь: СевНТУ, 2010. –252с.
4. Новоселов, Ю. К. Теоретико–вероятностные основы абразивной обработки. Часть 1. Состояние рабочей поверхности инструмента / Ю. К. Новоселов, А.В. Королев – Из–во Сарат, ун–та, 1987. – 60 с.
5. Пальчевський, Б.О. Дослідження технологічних систем (моделювання, проектування, оптимізація) / Б.О. Пальчевський. – Львів: Світ, 2001. – 232 с.
6. Силин, С.С. Теория подобия в приложении к технологии машиностроения / С.С. Силин. – М: Высш. шк., 1989. – 106 с.
7. Советов, Б.Я. Моделирование систем / Б.Я. Советов. – М.: Высш. шк., 2001. –342 с.
8. Хубка, В. Теория технических систем / В. Хубка. – М.: Мир, 1987. – 208с.
Заказ № ___ от «__» ___200__. Тираж _____экз.
Изд–во СевГУ
|
|
|
