Введение к работе
Актуальность проблемы. Замедление развития машиностроения -основы технического прогресса - влечёт отрицательные экономические последствия. В ближайшие годы рост параметров, обеспечиваемых конструированием, у машин и приборов не был адекватен . успехам, например» электроники'и вычислительной техники, достигнутым благодаря интенсивным научным исследованиям.
Одна из причин отставания конструирования - отсутствие общей теории структуры конструкций, способной объединить s строгую систему научные и прикладные результаты, дать эффективные методы получения изделий с задэлными свойствами.
Теоретические исследования по конструированию продолжают замыкаться преимущественно в рамках конкретных видов изделий, нередко носят фрагментарный характер. Не найдены общие законы структуры конструкций, на базе которых возможно успешнее развитие частных теорий по конструированию в различных областях техники.
Появление автоматизированных систем проектирования не cmi-яает актуальности исследований по формализации описания конструкций, по нажищенив критериев оценки изделий на стадии разработки, так пак значительная часть проектных процессов, связанная с инженерны* творчеством, в настоящее время не кокет быть автоматизирована. К тому ze получение в конструкциях новых фор-кализованных зависимостей, которые мокко представить в виде алгоритмов, способствует расофения применения САПР.
Актуальной проблемой, вызванной отставанием конструирова-ния, является та:сяе повышение технологичности, ремонтопригодности и унификация мопин и приборов. Недостаточный уровень этих показателе!? не позголяет обеспечить изготовление и обслупивзнке многих изделий по эффективной технологии. Совершенство структур малп:н к приборов имеет преимущественное значение для технологичности и в заметкой мере предопределяется методами конструи-рэп-'!.т:л. Агт'*орнуо оценку соответствия упсмл-чуТЕМ параметрам
д.:ЭГу" ДГ.ТЬ ИГИЧеСГСеН'ПЛе КТЗИТСрНИ, ПОЛ>"ІЄН;-«"Є ИЗ фзГ"'ЛЛИГ)0Ва!'-
:-:.з опиевм:;". и обих закономерностей сггу~-7ры изделий.
."о.-тттсному В\\":ни» уг.а.-залнтгт zpo.:--~-T! оі;оео;'сГЕу.;Г нслод.ъ-
зование теории структуры конструкций, составляющей оодержшгие диссертационной работы. Данная теория находится в сбіцєм русл? иселедозаккй по машинам и приборах!. Б ней назлк с?рал;екло ьна-чителыше результаты по научному и прикладному конструкровгшигз (А.И.Целиков, К.Б.Фролов, Д.Н.РезгтоЕ, А.Д.Нестеренко, П.П.Ор-натскиї, О.Рихтер, Р.Фосс и др.), методологам конструстования (Д.Дяонс, Д.Диксон, Я.Дитрих, П.Хилл, Ф.Ханэзн, В.И.Борисов , П.И.Орлов, Л.Б.Чернов к др.), групповой технологии (C.D.liwspo-фоков). Математическая осноса теории взята из фундаментальных трудоЕ Д.Гильберта, П.С.Александрова, А.Н.Колмогорова, П.С.Ко-викова, С.Кляни, других специалистов по математике и логике.
Разработка дайкой теории евоим.1 прикладными результатами вошла в ряд тем, выполненных согласно Постановления О.І СССР № 871 и приказам МП, СА и СУ по новой технике {Ш> государст-веяной регистрации тем: 73044298, 760І32І5, 78069388, 720І28І2). в договорные теш.
Цель заботы :
создание непротиворечивой и полной (в догико-катематкчаехсы смысле) аксиоматической теории структури конструкций ыавин « приборов;
получение количественных критериев, позволяющих априорно оценивать соответствие структура машин к приборов заданным уровням технологичности, унификации и другах показателей;
выявление закономерностей и определение путей оптимизации структуры конструкция при увязке их с технологическим оснащением, соблюдением комплексной унификации изделий и оснастгм;
констру^цкеннир методы улучЕсшш эксплуатационных и технологд-чрских параметров изделий и процесса конструирования;
формализация записи состава конструкций, получение и использование формул структурі: деталей и сборочных единиц вместо чертежей:
исследование эффективности унификации на принципах матекатиче-С7;ой теории групп;
разработка конструкций, достоверно подтверждающих теоретиче-с'.:ко результаты;
ососноЕгк:" ,>--^ссобразноста введения в сї&вдарта полученных методов уні;^.-:,і(&,;:!я и количественных критериев по оценке конструкции.
Цвтци исследования и особенности постосения теогии. Предлагаемая теория построена по аксиоматическому методу, что обеспечивает строгость её композиции, ограничивает от субъективизма при определении истккности научных утверждения. Указанный метод предусматривает иахогденио такой системы аксиом, из которой воз-цояио яогукнке путём доказательств значимых положений теории. Учитывая очевидность аксиом, 'имплицированные из них результаты должны отличаться семантической ясностью. Необходимо также добиться соответстЕг-тя упомянутой систем-! требованиям непротиворечивости, полнота и незаи5е:г:ости в логико-математической смысле. Требования непротиворечивости :: полноты распространятся и на содержательную теорію, прнчЗм следует различать формальную непротиворечивость к сс.»*анткчгскув, которые, однако, взаимоувязаны.
Соответствие сі'гтеглі окском и содержательной теории указанием требованиям обеспечизает исчисление предикатов первого порядка (и еходгз;ез в него исчисление высказываний) ввиду пригодности для описания логических зависимостей, справедливых относительно кножества объектов.с заданными на них предикатами (свойствам, отнопсииккя). Так как аксиомы принятого исчисления обладали? непротипорсчивзстьз, полнотой и независимость!) , использсвашіз их содержательных моделей переводит упомянутые свойства з предлагаемуэ теорив. В систему добавлена собственные аксиомы, вследстаие необходимости учёта специфики содержания рассматриваемой теории.
Использованные логические аксиомы общезначимы и, следовательно, тождественно истинны, поэтому теоремы прикладной теории, доказанные кл основе их иктеплретагп'й, сохраняя? общезка-чкмостъ и при с*.чзятігческои истинности нсгут рассматриваться, как её законы.
Применяя формализации указанного классического исчисления для описання прикладной тоерни :: отображая з не5 аксиомы :: тео-ре:гы исчисления, теория правомерно считать непротиворечивой и полно", усиливая :;то утверждение ссылкой на выполнимость данного Е*-?вода і алг(?с'р5ичс^ки:: си.ст"ма*:. По ?тсЯ причине s теорип стгукт^т'ї кснотрл*У:~:-1 гтнш-еен'* с5оени>~ст^ постр^єнкн алгеб-гяпчєокге: смет^і.
С пеяьз стдтгер^с.'пгі? тгз;:еа, что :;ако;!!і>.-:-.гнзсг.і, зздехш-кые s структури? кенструтвч."}, од.'їнчгоі'а для j:- >;,кчы-г5 тедпіче-
ских объектоз, в доказательствах использованы конструкции (в основном на уровне изобретений) из разных областей машиностроения: от тяжёлых лесопильных рам - до миниатюрных измерительных механизмов.
Получение необходимых результатов обусловило применение в __ диссертации классического аппарата математической логики, теории множеств, теории групп, а также некоторых новых формализованных подходов.
Теоретические результаты апробировались путём экспериментальных исследований и испытаний опытных и промышленных образцов изделий в реальных, в том числе экстремальных, условиях эксплуатации.
Научная новизна работы заключается :
в создании логически полной и непротиворечивой аксиоматической теории структуры конструкций машин и приборов, основанной на предложенной непротиворечивой, полной и независимой системе аксиом;
в разработке методов конструирования машин и приборов с повышенными эксплуатационными характеристиками, технологичностью и унификацией;
в получении оптимальных,в смысле структуры, количественных критериев технологичности сборки, ремонтопригодности, унификации, функциональной насыщенности, позволяющих априорно оценивать конструкции;
в построении унификации на форлализациях математической теории групп и использовании изоморфизма групп при отработке конструкций на перспективную технологичность;
в решении принципиальных вопросов создания полученными методами ноеых конструкций.
Практическая ценность и реализация результатов. Практическая ценность диссертации состоит в разработке конструкций серийных изделий, обладающих повышенными эксплуатационными и технологическими параметрами, обеспечивших по своим направлениям внутреннего потребность страны и возмозшость значительных экспортных поставок.
Практическое использование результаты диссертации нашли в продукции Житомирского производственного объединения "Элек-
троизмеритедь". Восемь изобретений, соавтором которых является соискатель, внедрены в следующие изделия (указаны типы, внесенные в государственный реестр) : Ц43І5, Ц43І7, Ц4323, Ц4324, Ц4328, Ц4340, Ц4342, Ц4352, Ц4353, Ц4354, Ц4360, Ц4380, Ц43а?, S43I3, М4370, М4387, М4388 и другие. Восемнадцать типов изделий освоено в серийном и крупносерийном производстве. Разработка приборов Ц43І7 и Ц4353 была включена в Народно-хозяйственный План СССР, изделий Ц4352, Ц4354, М4370, М4387 - в План важнейших работ. Десяти моделям был присвоен Государственный Знак качества. Изделия в течение длительного периода широко экспортируются, з том числе в развитие, капиталистические страны.
Разработан официально изданный руководящий технический материал (ИМ)'по конструированию приборов с повышенной надёжностью. Методы конструирования использованы соискателем при подготовке икгснеров-механнкоэ в Нитомирскоы сельскохозяйственном институте. В рамках теории получены такяге другие полезные результаты, не обусловленные целью работы.
Апробация;., работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на III и ІУ Всесоюзных научно-технических конференциях по койбинлровзішш приборам (1974 г., 1979 г.), на III Республиканской каучно'-технкпескоЯ конференции по структурнкм _ методам гошпешгя точности, быстродействия и чувствительности измерительных устройств (Затомир, І978 г.), на секциях научно-технического совета ЕКЙИ2П (Ленинград,- Зитомир, 1976-78 г.г.), на семинаре в Институте электродинамики АН УССР (Киев, 1983 г.), на техническом совете Специального кокструкторско-техкологича-сгого бпро Зктомг">схого производственного объединения "Электро-изыеритель"(1983 г.), на лрофилирущеЯ кафедре факультета механизации (1990 г.) и совете Яитомирского сельскохозяйственного института (1991 г.), в Украинском научно-исследовательском институте механизации и электрификации сельского хозяЯства(1992 г.), на секции прсектпроганил к дизайна сельскохозяйственной техники КПИ Ofeen, 1992 г.), на кафедре деталей лгагин ХПИ (1992 г., Харьков) к др.
Дгблкшшип. По теме диссертации опубликовано 47 работ. В их числе монография, 25 изобретений, Сїрлслепсй официальная нормативно-технический документ (РТЫ), остальн'з - статьи, док-
лады, тезисы. Ееэ соавторов соискателем написано 13 работ (в том числе монография), з которых получены все основные теоретические результаты. В монографии работа изложена системно.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пята глав, заключения, списка литературы и привожений. Объём диссертации - 312 стр. Основной текст ( без сгаска литература и приложений) имеет 216 стр., иллюстрации на 37 стр.
На зашиту выносятся :
- аксиоматический подход гостроения формально непротиво
речивой и полной теории структурі конструкций машин и приборов;
прикладная теория, построенная на основе указанного подхода,
и комплексная система аксиом предложенной теории в Виде содержательных аксиом к интерпретаций аксиом логической системы исчисления высказываний гильбзртооского типа;
формализованные методы улучшения эксплуатационных и технологических параметров мазпин и приборов;
количественные критерии технологичности сборки, ремонтопригодности, унификации и функциональной насыщенности для оценки структуры конструкций, в той числе на стадии разработки ;
формализация утпфкеацли на принципах теории групп с составлением вместо чертезей формул структуры деталей и сборочных единиц; связь формализованных записей с оптим-.згцией конструкций и проектированием пересграиващейся технологическая оснастки;
- целесообразность стандартизации предложенных критериев
я методики унификации для внедрения Е врокаотенкости.'
Б диссертации фактически присутствует также защита подхода к конструированию структуры изделий как к упорядоченному и формалпзоЕакноцу дедуктивному процессу.
ОСКОЕНОЗ (ЙДЕЕЗАКИЕ РАБОТЫ
В". пгддеч-m обоснована актуальность ресаемой проблеют , приеодекы цель, научная новизна, данность, причерм реализации результатов работы, показано её место в обдем поток? исследований по конструярэгагагэ. Раскрути особенности построения предложенной теория структуры техиологкчнкх конструкций я е значение, ибо кодостаточякЯ уровень технологичности, ремонтопригодности и укпфикацтти в заметно?* керэ сбуслозлеп стстага-' гаем исеяедоганпа по формализации структур изделий, что такте за.\тедлягт перзкод консїругірогїупія з С.'ПР.
В. глдое ;1 изложена ксходяыз голо~єкия разработанноЛ теории (обцнй прикггга, осноеиыэ пенягня, аксиомы), ОТІ/СЧЄНЬЇ особенности и достоинства дедуктивного подхода, согласно которого из а~сиок} ксеглпКТ?лы:о" пли птсичуцсстзсгпю логическими
СрЗДСЇССіЗЇ, Е^ПЛ.'ГГГ.ГруСІСЯ СОСТЕБ Теории, тюк обЄСПОЧЛЕаеТСЕ
содержательная ясность получісіязг результатов.
Кратко о' предяояеггнкх акс::оуах. Перг.нэ три, содер?;зтель-гшэ, формально записаны алфаЕптс;-: исчисления прадккатоз пер-Еого порядка. Псследукцн.з, начиная с А4, зп.тгт-і з виде систем* как интерпретации ансисм исчисления снсказпЕзний гнльбертос-ского типа ir поэтому для большинства таких постулатов з рассматриваемой теории пр«зедекц ізірначта дсфгппгдиЗ -
Аксиома АІ. Конструкция машин пли прибора определяется
' своим злжєитрія я сеоєЛ структурой. ЗорнализоТ-йкнйя запись:
VK(Kn—*«к|л^л...лкп>лг(к,,кї>...,кп}#,
гдэ V -- иаятор «еойэтоии;
j\ - какая-либо коиегрукпяд Спри дс5азле:г;и индекса -конкретная конструкция); К (с стздексом) ~ конструкция, яплгзаяся элементом другой конструггт.п:; f - ункг:иона;..мсая ззаикзеплзь эяем^.гтеп rt структуре конструкция; *-*, Л , V , 1 , => , (...) - символы зкг-іїалактности, конгонк-пии, дязїснктсгп, логического стряпания, юлшкапии, ^ угорядо-
ченной последовательности.
Далее приведенная символика сохраняется.
Аксиома А2. Конструкции являются аддитивными композициями. (Аддитивность - свойство объектов быть суммой.) Формализованная запись: VK(Kn= чК,+ К2+ +Кпд).
Аксиома A3. В завершённой конструкции имеет место отношение порядка.
VK«k,+ кг+...+ к„> = кт=*(к,+ к2+... + к„ + кп.,)).
Будем различать отношения строгого и нестрогого порядка в смысле, принятом в математике.
Аксиома А4. Формализованная запись :
Ка=>(Кг*Ка).
Содержательная интерпретация указанной записи :
если какая-либо конструкция принята исходной и из неё
получена другая, то от этой конструкции можно вернуться к
исходной.
Аксиома А5. Формализованная запись :
(Кв=*(Кв=>Кс))=>((Ка=>К8)=*(Ка=>Кс)).
Вариант толкования формулы:
в конструкциях имеет место отношение транзитивности.
Аксиома А5. Кв =*(К8 =>(KQA К6)).
Варианты содержательной интерпретации формулы;
Истинность импликации конструкций влечёт их попадание в один класс по параметрам истинности;
Если одна конструкция получена из другой, то они эквивалентны по тождественным параметрам.
Аксиома А7. ((КаЛКв)=> Ка); ((КаЛ К6) =>К6).
Примеры содержательной интерпретации формулы:
Если конструкции эквивалентны по каким-либо параметрам,
то можно применять любую из них по указанным параметрам;
Соответствие конструкций влечёт применение любой из них
по параметрам соответствия.
Аксиома А8. (KQ =» (K0V Кв» ; (K4=»(KaVK8)).
Содержательная интерпретация :
из любой конструкции ЫГО75Н0 имплицировать более одной конструкции.
Аксиома А9. (Кв=*Ке)=>([Кв!=»Ке)=*(ГКвУКв)=»Кс»
Вариант содержательной интерпретации:
если какая-либо конструкция следует из других конструкций, причём из к&тдой в отдельности, то она будет следовать и из их логической суі.ми.
.''Аксиома АЮ. (Ka=*Kfl) =>((Ка=*1К8) ^IKJ.
Содержательнее толковаїгле формулы:
если конструкция исключается из-за несоответствия како.чу-лкбо параметру (параметрам), то ото является основанием для исключения по той не-причине конструкции, из которой сна получена.
Аксиома АН. Ка =* ПКв =* Кв).
Примеры содержательных интерпретаций формулы: новой конструкцией следует улучшать прежняя; новая конструкция :.:ожет ккеть улучшения; возможна замена лаЗсй конструкции.
Аксиома АІ2. *П Ка => К а .
Содержательнее интерпретации формулы:
после обнаружения несоответствия конструкции заданное параметру (параметрам) по какой-либо причине - устранение этой причины обуславливает получение соответствия кснструкции указанному параметру (параметрам);
' исключение причины исключения конструкции есть введение этой конструкции.
Разумеется, приведенными еьеє определения;Я5 не исчерпываются боз!.!Оккнэ содержательные интерпретации фор!,!ул аксиом.
Для построения доказательств заимствуем следующие правила логических исчислений: модус, покенс .(схема заключения) .и правило подстановки.
Вкладывая - в модус поненс (МП) семантику конструирования, его можно описать так: из известной приемлемой конструкции Кв и истинности правила (алгоритма, метода) полученияu новых
жснетрупцгй tt=>Ke следует новая приемлемая конструкция tlj. З формализованной загаси: f»Jf] ——±~*l,$ .
Материалы главы І, закладывая фундамент теории, наступают __ rasse как обоснооакяє целесообразности построєїкя предложенной содержательной теории в гаде форысяизс-Банной аксиоматической системы.
Б глав,? 2 доказана теорема существования конструкций и её следствия. чел подведена теоретическая основа переходу от сложных построений в конструкциях к сравнительно простым логико-математическим моделям и правилам конструирования.
Хотя содержание предложенной теории составляют не математические, а технические объекты, годход к утверждениям о конструкциях, как к теорема;.!, обеспечил корректность её построения, ибо теорема, являясь звеном аппарата дедукции, должна бить доказана в границах ецроделзи.-ых ттраінл.
Доказательство теорем существования - эффективный путь развития формализованных теорий. Проведение»! аналогий из математики установлена необходимость доказательства теоремы существования конструкций также с позиций соблюдения логики построения внутри теории. К примеру, известная теорема Йордана (замкнутая кривая разбивает плоскость на две компоненты и является их об^ей границей) представляется очеьидной, однако имеет строгое доказательство, важное для корректного построения топологаи.
Теорема существования изменила подход к конструирования в скисле его абстрактного представлегая. Стало целесообразным введение понятия "пространстве конструкцій", понимая под' ним идеальное про с транс-г-с, в .котором расположены любые известные и ещё неизвестные .нам -ко не трудлин, но, учитывая данную идеализация, находящиеся ъ названном пространстве. Традиционное представление о конструировании заменяется, при необходимости, абстракцией ииз5леч-зтге технических объектов из пространства кенструкотґ:1 удойной прі формализации изложения. Снимается зоггрос > дешо-ыгряоетк еупествовачия конструкций, ибо отот ';лкт доказан рагекзтриваекой теоремой применительно к реальным гот-г'.стсм, вдо раскрывает возііотности для более глубокого
подхода к разкйжэ мат'сдов получения яскструпгай. В упомянутом пространстве мыслятся объекты с парбмзтрняя, не противоречащими и з отдельности, и з сочетаниях физическим законам, то есть реальшічн для осуществления.
С цельо доказательства теор'е-.гл выведена лемма и два её
следствии. t
Фра:»,:ект построения рядоз конструкцій при индуктивном доказательстве показан на призере конструкцій лесопильных рам (ск. рис. I * 3 и Г 9, 10 3). Проиллюстрирована вызванная изменениями теипга'сских требозгний эволюция конструкции нижней поперечины (поз. б на рис. I, 2 и поз. I на рис. 3 г 6) и со-прягёкнкл с ней деталей.
Часть конструкций ргзрг.бстакз соискателем специально для доказательств, другаз без доработок сказались пригодными к построению рздоз, *:то такяе подтверждает пэдученние теоретические результаты. Внедрение изделий іїо изобретениям С 17, 22 Ц Д&ло значительны*! знснялотеский эффект.
Теорема существованил установила выполнимость слёдуотего утвешде'шя во всех ситуациях поиска или разработки конструкций: существует определённая конструкция, яонкретнаэ реальные технические требования к которой могут имплицировать её из пространства конструкция.
Формализованная запись тезрегсы :
VK(((RVp4v...vpn)e МСОР)—-C3ktc:if: M(fO-~
—(ftVpaV...Vpnvp,VpiV...Vpn)W,
где V, 3 - кганторы всеобщности, существования; С-включение;
К - общее обозначение конструкций; Є - принадлежность;
Kj - определённая конструкция; ~ - отрицание;
р,,рг,...,рп - заданные парагетрьг конструкций;
Р - поле реальних параметров; -*- - отображение;
Л - код2льность возмогмости, которая одесь применена в сшеле физически реальней Еозі-гаткости; М(Ю - кнэтестгэ констругпггй; .М/ДШ- ^a.,o.'ecтlJO пэ.ра.'.:^троз, реальній з отдєл.'-імсти к з определённа сочетат'гт.. В результате доказательства следствия I т'^ш сз^естао-вянкя усилен антропоцентрический подход л ятаелтуиро заяни
Пилы
Р/с.1. Беспатушый механизм привода
пильной рамки лесопильной рами:
I - шестеренная пара; 2 - ведомый екив;
\4_ 3 - маховик; 4 -.кривошип; 5 - противо-
р, вес; 6 - нижняя поперечина пильной рак-
~i? кіл; 7 - каретка.
Рис. 2. Вариант бесшатунного механизма:
-
- роликоподшипниковый ваток;
-
- параллель.
Рис.3. Схематическое изображение бесгатунной лесопильной рамы (пильная рамка показана в двух положениях). Рис.4. Пильная рамка (фрагмент). Рис.5, 6. Варианты соединения пильной рамки с кривоютпами.
I, 2 -поперечины, 3 -стойки пиль
ной рамки; 4 -пилы; 5,6 - цапфы;
"" " " ;10-окно;
-противовес;їй,lb-части ползуна ІІ;І7-пружина:І8-антафрикци-онкое покрытие;19-подшипник:20-впонка;21-канал для сказки;22 -коренной гал;23-защитный кознрзк.
гавоиш;
J^t
издед&І. Этот подход целесообразно теперь рассматривать не как рациональное ютелание, а как закономерность, которой возможно и необходимо следошть. утководство теоремой существования даёт основу усилиям, направленным на полный учат в конструкциях требования эргономики, разумеемся, если они в кадцоы конкретном случае не выходя? за иределы физических реальностей. Описаны врушосераЯннэ и поставяяєше на окспорт изделия, в которых указанный подход реализован 31, 33, 34 3
5 следствии 2 теоремы существования утверздаеїся возможность совмещения в деталях и узлах основных конструкторских , технологических к изыерителывж баз (кроме вспомогательных, настроечных и прокерочных). Данный результат важен для поЕнае-кия технологичности конструкцій.
Обосновано, что у теоремы существования п єа следствий формальные записи представляет собой тождественно истиннее, то ясть общезначимо, формулы. Кроме того, формулы теорема сущест-зовакик и её следствий семантически выполняется в реальных условиях. Наличие этих свойств является основанием утверждения, ;то оассматриваекая теорема выражает закон теории структуры кон-
5 ггаве 3 "Количественные критерии технологичности сборки
:і ремонта, ункфикация и функциональной наекценности конструкций'*
предложен принципиально новый подход к оценке технологичности
и других параметров при помощи количественных критериев, учиты-
ващих особенности структуры конструкций. Применяемые критерия
не дают удовлетворительных результатов при использовании их на
этапе разработки, так как основаны на показателях трудоём
кости и себестоимости, могут оіггь подсчитаны после освоения из
делий . ,,.
Критерии, полученные в работе, позеоляют оценивать изделия
такяе к на стадии конструирования, то есть априорно. Исследованиями установлено, что априори критерии собираемости и ремонтопригодности целесообразно построить, использовав аппарат математического понятия "множество подмножеств" (множество-степень).
3 слаэтло- структуры, ясхедя из данного подхода, конструкция ол?лает макСі--і.5ьной технологичность» сборки - собираемость!) (соответственно ремонтопригодностью), если она допускает сборку (сазбеект) в дабой последовательности и обеспечивает возможность
устанавливания (снятая) каждой детали или узла без установки или сгёма другой детали, узла. То есть в конструкции определён порядок расположения деталей и узлов, а последовательность сборки или разборки мояет быть любой на соответствующем структурном уровне состава изделия.
Количественный критерий собираемости сборочной единицы предложено принять как отношение мощности кногества возможных (то ость реальных) подмножеств различных последовательностей присоединения деталей и узлов на заданном структурном уровне к теоретической мощности множества-степени этой сборочной еди-
ницы на тем не структурном уровне: /ЛЛС
(30
где К,. - критерий собираемости; т(Ф)й - мсзпїость множества реальных подмножеств сборочной единили, которое мояно получить сборкой (единица добавлена для учёта пустого множества, входящего в знаменатель); ГП ({Р} ~ мощность унслсества-степенл сборочной единицы, подсчитанная, исходя только из её состава на э а-дамно м структурном уровне. При подсчёте подмножеств учитывается запон идемпотентности.
Количественный критерий ремонтопригодности по структуре сборочной единицы установлен аналогично количественному критеріїв собираемости.
Для обоснования количественных критериев собираемости и ремонтопригодности доказана теорема. Следствием 2 теоремы определено, что наибольшим составом сборочной единицы, при котором дсстоверньгл является утверждение о возможности достижения максимальних значений критериев собираемости и ремонтопригодности, есть тернарный.
Обостгаиа семантическая истинность указанной теоремы п общезначимость е формулы,, что позволяет считать теорему законом собираемости и ремонтопригодности по структуре.
Следстгзя теоремы целесообразно использовать кат: правила кон crpyjfpo зания.
ЇІсог^цсзакие особенностей применения предложенных крите-риез г-гдтьерждает целесообразность кх евєдєігяя е государствен-
нъй стандарт. Разработан и приложен проект такого стандарта.
Существующая многочисленность и сложность подходов и критериев по унификации конструкций не привели к удовлетворительному её развитию. Показана эффективность унификации, основывающейся на элементах деталей. Еведено понятие первичного элемента. Имплицированный из соответствующей теоремы количественный критерий унификации имеет ясный смысл, так как"есть величина, обратно пропорциональная числу видов первичных элементов конструкции. Раскрыта правомерность придания теореме унификации статуса закона унификации структуры деталей, вследствие семантической выполнимости и тождественной истинности её формулы. Максимальная унификация достигается при равенстве поэлементного объединения деталей первичному элементу.
Предложен форнализованный метод анализа, синтеза и оптимизации структуры мадзш и приборов, суть которого заключается в выполнении операций над структурко-функциональньш формулами конструкций. Определяются элементы конструкций и выполняемые ими конструкционнкз функции, проводится декартово произведение множества функций на множество элементов и анализ всех пар "конструкция-функция' с последующей оптимизацией по заданным параметрам. Оптимизация состоит в расширении функциональности элементов и ликвидации освободившихся элементов, что, как правило, улучшает изделия, повышает их технологичность. Метод позволил получить количественный критерий для оценки функції ..пальной насыщенности конструктивов машины или прибора.
Результат оптимизации может оцениваться также упрощением структурно-функциональной формулы конструкции. Например, конструкция измерительного механизма, описывавшаяся формулой
(^-*(h,,ha,h3)}A(K2-»h2)A(K3 —(h2,hs)) = K ,
после оптимизации по рассматриваемому методу получила более
простую формулу: (Kf^fh
где к,, К2, К5 - элементы конструкции (детали, узлы) ; hM h2,..-»h7 - конструкционные функпии, выполняемые элементами ; К - измерительный механизм.
В результате реализации упрощённой формулы была получена
технологичная конструкция, которая защищена а.с. 614388 С IV 3-Её внедрение дало значительней экономический эффект.
Ясность найденных закономерностей вносит строгость в содержательные фрагмента теории, повкяая их прикладную результативность. К примеру, соблюдение закона собираемости п ремонтопригодности инициирует разработку новых конструкций, ибо получение наибольших значений соответствующих критериев побуждает к нахождению принципиальных изменений, направленных на повышение технологичности, что подтверждается рядом изобретений и других технических решений соискателя. В частности, этот подход использован в С 12 3» где обеспечена возможность устанавливания райки в собранную магнитную систему или снятия из неё (см. рис. 7, 8). Аналогичная цель достигнута в С 20 ].
?ис. 7. Измерительны!! механизм. Рис. 8. Устанавливание рамки в магнитную систему. 1 - рампа с витками провода; 2 - ЕнутрирамочнкЯ иагнит; 3 - полюсная накладка; 4 -к:,гнк?опровод (3 и 4 выполняются яак единая деталь) ; 5 - растяжха; б - рабочий зазор.
В главе 4 "Метод комплексной групповой унификации на основе теории групп" показано, что формальный аппарат унификации конструкций масин и приборов целесообразно строить на принципах математической теорий групп. Новые конструкция, полученные в результате действия закона композиции, долены принадлежать группа, из элементов которой они образованы, как следствие формальной операции в ней. Использование теории групп позволяет окнсывать унификацию корректной терминологией. Задание закона композиции на иножествах деталей (узлов) я их элементов, введение операций, подобных алгебраические, исполь-зосагме понятия "изскорфиэм" к др. позволяет упорядочить процесс унификации, повысить её эффективность.
Дяк многих еэдоб деталей обоснована целесообразность составления формул их структуры вместо чертежей. Формула содержи!' обозначения элементов, их взажаюго расположения, операторов конструкций (например, сБарки, пайки, склейки) и т. п. Технические требования указываются в нормативном документе на данньй тип (или типа) деталей. Отражение изложенных формализованных построений конструкций в структуре технологического оснащения является одним из условий разработки эффективной перестраивающейся оснастки.
Разработаны требования к первичному элементу, обусловленные целесообразностью составления формул деталей. Введение симметрии ;; элементы и детали способствует унификации их структуры, -. том числе сужению первігчнкх элементов группы к одноьу поровд.-.і"лт;зічу элементу с унифицированными участками, что теоретически следует из соответствующих теорем. Унификация как компонент технологичности должна в первую очередь проявляться в оптимальной взаімоувязке унифицированной структуры деталей (сборочных единиц) и технологического оснащения для их производства. Целесообразен кагуск государственных стандартов . по эти»! направлениям, в частности, стандарта по методике унификации структуры конструкций. Обосновано, что предложенный проект, исходящий из полученных результатов, может служить его основой.
В главе 5 "Алгебраизация описания структуры конструкций и конструирования махин и приборов" приведены доказательства целесообразности применения формульного конструирования
сборочных сдш-піц с пспсльзосаїжем формул деталей. Форуаллзо-зеяная запись, раснріївая структур}' конструкции, сдергнггот её усложнение.
Показано по аналогия с математическими системами (для которых специфично наличие какого-либо гякжєства, а таютв фуня-дай или операций, заданных з нём), что лосле получения формул, оплсыгащпх структури, логачен переход к условной алгебре конструкция, ибо имеет место мноаестпо формально заданных кзнст-ру.3:Я, в котором «сяю еипоянять определённые спгрзпки, причём \;х результат принадлежит зто'.г/ ~е множестгу. Устаноглеяо, літо пргобразовгния формализованных записей конструкций, s том числе по типу алгебраических операций, когут бігь составляющей процесса сггожгад» гатдсгруяпяй.
Растрата пзгзсжстъ обеспечения s рлде случаев перспективной технологичности конструкций. Теоретической основой решения этого со проса предложено принять катєкаткчесзгай аппарат понятия "изоиорфчзм". Из работы следует, что наличие изоморфизма конструкции по технологической операции (процессу) свидетельствует о перепектигаой технологичности. Для обоснования приведены реальные примеры.
Исследовала формализация структур, в часткосл! с позиций совершенствования конструкций путём перексглпоновох. Показана целесообразность замены статичных фори унификации динамичным;! при увязке их с лэрестргигаЕцкмся технологическим оснащением, что монет расцениваться как одни из приемов перехода it гибким технология;.!. Поижгние эффективности унификации конструкций и технологии достигается при кногосариентнсЯ сотагестккости деталей (сборочных единиц) я соблюдении единого принципа расчленения конструкций на зсєх структурних урогнях. Полуиено пранко компоновки, которое целесообразно упитгаать в архитектуре изделий.
Наличие фактографических массивов является одним из условий оптимального решения различных грэсктно-конструхторских задач путём синтеза к преобразоглняй сзедек-нй массива на основе формализованных моделей. Для гяеесияя s конструкторский фак~ тогрпяжч".ск'.1й массив объекты должны удовлетворять требованиям фун.шис; :.;.?.:іого соответствия, -яадё.чскоетл, -перспектииности применения, '»?даннки уровням тєлколоїїгскооїя, ремонтопригодности.
унификации, конструкционной и иной совместимости, не быть эквивалентными конструкциям, кмещимся в массиве. Формализация процедур пополнения массива и получения конструкций из него яв- / ляется важным, условием эффективности рассматриваемого подхода. Наибольшая совместимость элементов массива будет при
... Gjne'n...ne^8;u8ju-uei, , ':''.-'..
где Qi,Qzt"4&n - подмножества основных узлов;' Л - операция пересечения и U - операция объединения в теоретико-множественном смысле..
Количественный критерй оптимизации .массива по совмести-.
мости: к = т(кВ1Л : где т(*еЙ- «ощиость'і :
Гп(0.'х...х0') множества изделий, которые
могут быть реально получены при имеющейся у элементов совмес-;.
тимости; rn(Qjs«...x 0') - мощность декартового произведения ко
личеств основных блоков и, при необходимости, других составных
частей заданного множества изделий. '".""-.' Л . ~
Процедура получения оптимизированной конструкции с Номо- _
цью фактографического массива включает запись формулы, структу
ры конструкции, имеющейся в массиве, составление,формулы по
рождения, которая.по сути является пошаговым-исследованием;су
ществующей конструкции с выявлением причин.её.недостатков,; к
импликацию структурной формулы новой детали или сборочной еди- '.)
ницы. Внедрение конструкции С 18.3, полученной данным приёмом,
дало t 'ачительный экономический эффект: ' * . ;. .
С^гЕнение формальных образов конструкций может служить ме-
тодом их оптимизации, позволяет идентифицировать конструкции,
тождественность которых закамуфлирована второстепенными, призна
ками. Это полезно, в частности, при снижении номенклатуры узлов
и деталей, даёт возможность разбить конструкции на классы по
эквивалентным признакам, упрощая процесс сравнения, так как
вместо всего класса достаточно исследовать.одну конструкцию-
представителя.' v'
В заключении сформулированы основные, научные и прикладные результаты диссертационной работы.
В приложениях даны проекты стандартов, приведены материалы по эффективности внедрения, проспекты изделий, поставляемых на . экспорт, в которых использованы результаты работы, и др. .