автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.01, диссертация на тему:Компьютерные технологии проектирования датчиков механических величин

§ т

Санкт-Петербургский государственный технический университет

а Ш5

На правах рукописи

ШМАКОВ Эдуард Михайлович

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДАТЧИКОВ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Специальность: 05.11.01 - Приборы и методы измерения

механических величин.

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1995

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном техническом университете.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Иванов В.А. доктор технических наук, профессор

Кондрашкова Г.А. доктор технических наук, профессор Явленский А.К.

Ведущая организация: НПО измерительной техники

г. Калининград Московской области

Защита состоится 19 июня 1995 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 041.03.01 при государственном предприятии "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И.Менделеева" в зале заседаний ГП "ВНИИМ" по адресу: 198005, Санкт-Петербург, Московский пр., 19.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке СПбГГУ и в библиотеке ГП "ВНИИМ им. Д.И.Менделеева".

Диссертация в виде научного доклада разослана 17 мая 1995 года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук старший научный сотрудник

Г.П.ТелиЯГЧенко

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДАТЧИКОВ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации, представленной в виде научного доклада обобщаются ультаты работы, проводившейся автором и при его участии с 1958 года решением проблемы в области проектирования датчиков механических ичик (ДМВ) и виброизмерительной аппаратуры (ВИП), для работы в дных условиях эксплуатации. С помощью разработанной и практически лизованной аппаратуры, решались две крупные народнохозяйственные |блемы: исследование устойчивости скелета водонасышенного песка при [амических воздействиях (взрыв атомной бомбы) и испытание летатель-4 аппаратов авиационной, ракетной и космической техники. При натурных ытаниях в бъефе строившейся Днепродзержинской ГЭС, на пусковых |щадках и полигонах успешно отработали теизорезисторные виброметры и юкотемпературные широкодиапазонные пьезоакселерометры. Затем в 1-1979 годы, опираясь на работы профессора П.В.Новицкого, автор и со-дники его лаборатории развивали исследования в области квалиметрии тественных и зарубежных средств измерений, в результате которых были работаны обобщенные критерии качества датчиков механических величин, «шлснный практический опыт и научные результаты вошли в две моно-фии: "Электрические измерения неэлектрических величин" под редакцией 3. Новицкого (Л.: Энергия, 1966 г., 1975 г., имеется перевод на китайский [к, 1983 г. Пекин) и "Проектирование датчиков для измерения механиче-х величин" под редакцией Е.П. Осадчего (М.: Машиностроение, 1979 В дальнейшем (1980-95 гг.), на базе комплексных показателей, вошедших ормативную документацию и всесоюзные стандарты (ГОСТ ПГ 604-641 ПП "Основные положения в части оценки технического уровня", ГОСТ 01-80 ЕСПП "Общие положения") по оценке качества средств измерений, эром проведена активная работа по формализации процесса проектирова-: и созданию автоматизированной системы сквозного проектирования [В с применением интеллектуальных технологий, результаты которой и гавляют основное содержание диссертации.

Актуальность работы. В 1975 году впервые в приборостроении автором г предложен комплексный подход к проектированию средств измерений, лючающийся в сочетании эвристических методов, оптимизирующих мето-и компьютерных технологий. Сформулированные положения составили эетический базис для формализации и последующей автоматизации проса проектирования средств измерений. Бурное развитие вычислительной кики и программно-математического обеспечения позволило вскрыть не-гатки практически всех существовавших как в России, так и за рубежом цепций автоматизированного проектирования. К числу основных недо-гков можно отнести тот факт, что все они строились по принципу отдель-с несвязанных функционально подсистем, реализующих автоматизацию

основных этапов проектирования. При таком подходе стыковка подси требовала больших затрат ручного труда проектировщика, необходимого анализа результатов предыдущей подсистемы и подготовки данных для следующей подсистемы. Это, в свою очередь, не только снижало эффек ность самого процесса проектирования, но и влияло на качество проекта мою изделия.

Развитие компьютерных технологий в сочетании с появившимися и вивающимися методами искусственного интеллекта дало толчок научным следованиям автора, связанным с устранением вышеперечисленных недос ков, составляющих ключевую проблему в области создания системы авт газированного проектирования ДМВ.

В настоящее время и в России, и за рубежом ведутся активные науч исследования по созданию теоретических основ интеллектуализации про сов проектирования. В современной концепции указанных научных иссл ваний предложенный автором комплексный подход оказался наиболее снективным именно для ДМВ, с точки зрения развития и переноса его в ду искусственного интеллекта. Это связано с тем, что основная идея 1 плексного подхода была ориентирована на формализацию и моделировг всех компонент процесса проектирования ДМВ. Такая ориентация опр ляется тем, что датчики являются единственными поставщиками измерит ной информации о любых объектах, и рост научно-технического прогр требует не только количественного увеличения, но и качественного соверг ствования ДМВ.

В этой связи стали актуальными задачи развития идей комплекс! подхода в среде современных компьютерных технологий, а также поиска ханизмов и методов их объединения в виде интеллектуальной автомата;!] ванной системы проектирования ДМВ.

Настоящая работа представляет результаты научных исследований перечисленным актуальным задачам. По своей сути предлагаемый матери это концепция современного автоматизированного проектирования Д1 основанная на новейших компьютерных технологиях. Данная концепция, новое крупное достижение в развитии проектирования средств измере* является не только теоретическим базисом автоматизации их проектирова] но и имеет важное прикладное значение по расчету и исследованию ДМВ.

Отличительной особенностью предлагаемой автором современной : цепции является использование когнитивной ' компьютерной графики функциональной связи различных подсистем проектирования. Работы созданию и развитию средств когнитивной компьютерной графики для ре ния задач параметрического синтеза конструкций ДМВ и их комплекс} математического моделирования практически завершили создание сист< сквозного проектирования датчиков механических величин на базе интел, туальных технологий.

Цель и задачи. Целью настоящей работы является развитие традицг ных и создание новых, современных технологий проектирования датчи

панических величин, в виде совокупности принципов и методик, основан-х на формализации процесса проектирования, структурном и параметритом синтезе, математическом моделировании и их объединении па базе зейших компьютерных и интеллектуальных технологий в автоматизиро-шую систему сквозного проектирования (АССПр) ДМВ.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих науч-х задач:

1) Систематизация задач проектирования датчиков для измерения ме--шческих величин с целью выделения основных приемов и методов тради-ошгого проектирования, принципиально пригодных для их формализации >еализации в компьютерных технологиях.

2) Разработка методики формализации основных этапов процесса тра-циошгого проектирования ДМВ: постановка задачи проектирования, выбор [зического принципа действия (ФПД), синтез, моделирование и т.д.

3) Создание формализованной модели процесса сквозного проекгирова-я ДМВ, включающей различные компоненты: эвристические, инженерные гехио логические.

4) Формулировка и обоснование базовых принципов построения авто-тизированной системы сквозного проектирования ДМВ.

5) Разработка методологии структурного и параметрического синтеза нструктивных схем ДМВ для современных компьютерных технологий.

6) Разработка методики комплексного компьютерного моделирования

для решения задач оценивания и анализа основных технических и мет-

логических параметров проектируемого датчика.

7) Разработка системы показателей: целесообразности физической реа-зуемости проектируемой модели, оценки условий стыковки, сборки и ком-новки элементов конструктивных схем проектируемого ДМВ для иод-ржки принятия проектного (конструкторского) решения.

8) Решение ряда практических задач по расчету и исследованию ДМВ с мощью модулей АССПр ДМВ, при учете реальных параметров техниче-ого задания.

Научная новизна работы заключается в развитии методов традиционно-проектирования средств измерений и решении задач проектирования и ис-едовашгя ДМВ с помощью современных компьютерных и интеллектуаль-■IX технологий.

При этом:

- сформулированы и обоснованы положения, составляющие основу ме-дологии формализации основных этапов процесса традиционного проекти-«ания ДМВ;

- впервые предложен способ представления формализованных знаний о >едствах измерений в виде трехмерного матроида;

- впервые предложена модель процесса сквозного проектирования ДМВ виде системы, решающей триединую задачу: выбора физического принципа мствия, структуры и конструкции датчика;

- предложены оригинальные методики решения задач структурног параметрического синтеза конструктивных схем и комплексного компыо-ного моделирования ДМВ;

- на основе развития методов традиционного проектирования ДМВ I даны основы компьютерных технологий решения задач проектирования и следования датчиков.

Практическая значимость работы. На основании разработанных тес тических положений создана и реализована в виде отдельных функционал связанных подсистем АССПр ДМВ. Использование разработанных п систем позволило благодаря оригинальным методикам существенно сократ объемы ручного труда проектировщика на основных этапах процесса прс тирования: выборе ФПД, синтезе конструктивных схем, моделирован подготовке технической документации но готовому изделию.

Эффективность использования подсистем показана на примерах ре] ния практических задач проектирования, результаты которых неоднокра-публиковались (см. список литературы).

Результаты разработок автора были использованы: в исследованиях Днепродзержинекой ГЭС (акт от 03.1971; внедрена аппаратура для осцил. графпрования смещения и напряжений в водонасыщенном грунте при ди: мических воздействиях), в НИИ Стандартприбор (акт от 15.11.77, редакь ГОСТ ПГ 604-641 ЕССП. Основные положения в части оценки техническс уровня), в ОКБ "Пьезоприбор" (акт от 27.09.1980. Исследование и разраб ка методов автоматизации проектирования пьезоэлектрических виброкзме£ тельных преобразований и изучения их пороговых характеристик, эконо> ческий эффект 200 тыс.руб.), в ЦНИИТМАШ г.Москва (акт от 12.05.? создана модель унифицированного пьезоакселерометра с оптимальными I раметрами, экономический эффект 75 тыс.руб.), в п/я 1891 (акт внедрен от 29.12.82: разработана 1-я очередь сквозной САПР СИ от выбора физю ского принципа действия датчика до параметрической оптимизации, эко! мический эффект 762 тыс.руб.), на предприятии п/я В-8921 (акт 30.12.83, изготовлены два новых типа датчиков 8ПС 115 и 8ПС 115-01, те] "ТАМПОН-4"), в Минвузе РСФСР (акт 1983 г., Методические материалы пакеты прикладных программ по теме "Исследование и разработка метод автоматизированного проектирования средств измерений". Используются д, интенсификации подготовки специалистов в учебном процессе в пяти Вузах в НИИФИ, г.Пенза (акт 16.09.83. "Об использовании обучающего рабоче модуля для автоматизированного проектирования пьезоманометров"), в НИ АП, г.Ульяновск УЦМ (акт 29.09.1989 об использовании методических ра работок, ожидаемый экономический эффект 25000 рублей).

Апробация работы. Результаты научных разработок и исследовани выполненных автором по теме представленного доклада, были доложены обсуждены: на Международных конференциях с выставкой "МЕРА-91 "МЕРА-90" (Москва, 1990,1991); на Международных семинаре "Информационно-измерительные системы" (Германия, 1991,1993); на Мея

1ународных семинарах и коллоквиумах Болгарии (1976), Великобритании [1993), Китая (1992); ВНТК "Измерительные информационные системы" 'ЛИС-89 и ИИС-91 (Ульяновск, 1989,1991); ВНТК "Разработка и внедрение ЗАПР и АСТПП в машиностроении" (Ижевск, 1990); ВНТК 'Микроэлектронные датчики в машиностроении" (Ульяновск, 1990); ВНТК Современное состояние и перспективы развития виброметрии" (Запорожье, 1985); на совместном заседании Президиума ЛН СССР и Коллегии Минвуза 5СФСР во глапс с Президентом АН СССР, академиком А.П.Александровым I министром ВиССО РСФСР, академиком И.Ф.Образцовым (Москва, 982); на VIII Международном конгрессе ИМЕКО (Москва, 1979); V ВНТК го перспективным направлениям развития электроприборостроения Ленинград, 1980); на РНТК "Моделирование и идентификация компонентов [ узлов электронной техники" (Киев, 1981); ИИС-81 (Львов, 1981); НТК по ¡ибрационной техники (Москва, 1978-1981); ВНТК "Автоматизация проект-¡ых к конструкторских работ" (Москва, 1979; Иваново, 1981); семинарах Вибрационная техника" (Москва, 1984-1991); на научно-технических конференциях СПбГТУ и других Вузов. Основное содержание научных мате-»налов по тематике доклада опубликовано: в статьях, докладах, учебных по-обиях, наиболее существенные из которых приведены в списке литературы. Збщее число публикаций автора составляет 155 наименований.

Структура доклада согласована с поставленными задачами. Первый >аздел содержит краткий авторский анализ развития методов традиционного проектирования ДМВ, основные концептуальные положения, связанные с юзработкой методологии комплексного подхода к автоматизации нроектиро-ания ДМВ. В последующих разделах: моделирование и оптимизация провеса проектирования, как основа компьютерных технологий проектирования [МВ; интеллектуализация систем поддержки процесса проектирования 1МВ; рассматриваются и приводятся решения сформулированных научных адач.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ ТРАДИЦИОННОГО ПРОЕК

ТИРОВАНИЯ

1.1. Исходные положения. ГОСТ 22487-77 определяет проектирован как процесс составления описания, необходимого для создания в заданш условиях еще не существующего объекта, причем основой этого описания ^ ляется первичное описание конструкции проектируемого объекта и алгорит: его функционирования. Данное определение подчеркивает широту и ело ность понятия процесса проектирования, сочетающего в себе многие отрас, знаний.

Предшественником современного проектировщика был ремесленки создававший свои изделия методом проб и ошибок. Образ создаваемого из; лия ремесленники, как правило, хранили в своей памяти, и лишь немног из них создавали эскизы своих будущих изделий. В этой связи создание л бого изделия ремесленником можно рассматривать исключительно как тве ческий процесс. Можно сказать, что хранилищем информации в ходе кусте ных производств была сама форма изделия.

Метод проектирования путем создания чертежей объектов в определс ном масштабе получил название чертежного способа проектирования. П этом способе поиск решения методом проб и ошибок отделен от произве ства, эксперименты осуществляются на масштабном чертеже, а не самом $ делии. Введение чертежного способа значительно ускорило процесс проект рования и создания новых изделий, так как появились перспективы уш«} кации и интеграции. Однако и чертежный способ как инструмент решен творческих задач конструирования современных и перспективных объект оказался не в состоянии обеспечить процесс проектирования и век научи технической революции (НТР). К концу эпохи чертежного способа относ лись ранние работы автора по созданию ДМВ и измерительной аппаратуры

При проектировании новых изделий в условиях НТР каждый раз пр ходится решать комплексные проблемы, поскольку объект проектирован является составной частью системы, взаимодействующей со смежными сис мами и окружающей средой. В масштабе отрасли приборостроения на прю ре проектирования научно-производственного объединения автором выделе1 четыре уровня иерархии объектов проектирования. Первые две ступе иерархии являются традиционными сферами деятельности проектировщике Выход на третий уровень - уровень связей между предметами и особенно четвертый - уровень общественных групп предполагает существенные из> нения в проектировании из-за необходимости учета не только технически но и экономических, социальных, политических и правовых аспектов, ч невозможно с помощью рассмотренных выше традиционных методов про< тирования. С выходом на третий и четвертый уровни связано также возр; тание числа изделий в их сложности, а также необходимость учета зна*

льного числа параметров. Только новые технологии проектирования были особны удовлетворить возросшим требованиям НТР.

Новое направление научно-технического прогресса в проектировании МВ зародилось в результате многолетней работы по созданию измеритель->й аппаратуры и датчиков механических величин для авиационной акетной техники,для натурных испытаний в строительстве гидротехниче-их сооружений.

К таким разработкам, выполненным традиционными технологиями от-1сятся следующие результаты (Табл.1):

создание достаточно совершенной аппаратуры (типа УТКП,СПУ-58, ИДУ-К, УСАП, УСАП-64);

:оздание целого ряда датчиков для особо трудных условий эксплуатации, 1едназначепных для работы в полевых условиях (типов СДАДП, СДСДИ, ЦАДПМ, ДС-58, ДД-58);

создание достаточно совершенных датчиков акселерометров для летных ловий эксплуатации (типов МЭКА-60, ВТПА-63, АМК-64). фактеристики и достоинства указанных разработок приведены в [1,2,410,12].

Эти разработки позволили представить спектр решаемых задач при

ТП|Т7 ТТ П Г» Г<Ог>ПТ/'»Ч»ТГ Г/*Л»4'ГТ тглт^/^илпл ттптлгпял л Д

-------£----------- »—--— ^------------------».«...»,»«»<.^«»4/1 V

адиционных методов проектирования. В результате этих работ автора и юрмулированнои им задаче комплексного подхода удалось создать благо-мятные условия для становления и развития на кафедре ИИТ СПбГТУ кого направления - автоматизации проектирования средств измерений.

На кафедре ИИТ имелся опыт проектирования, накопился теоретиче-ий задел по математическому описанию моделей ДМВ, и, наконец, появись возможность использовать ЭВМ как оснастку в технологии проектиро-ния ДМВ. В это время продолжаются работы по развитию комплексного дхода к проектированию средств получения измерительной информации 7]. Разрабатываются основные принципы организации базы знаний о едствах преобразования измерительной информации, включающей форма-зованные описания физических эффектов, используемых при проектиро-!ши средств измерений. В созданном программном комплексе того времени держалось описание 120 физических эффектов, используемых в проекти-вании датчиков механических величин. Таким образом, имелись все со-шляющие для построения автоматизированных систем, обеспечивающих зможность сквозного проектирования технических объектов (ТО).

1.2. Основные понятия и определения. Свойства и состав ТО, к кото-гм относятся датчики механических величин, представлены такими поня-ями, как функциональная структура, принцип действия, структура шшческое решение), конструкция (конструктивный признак), параметры 3,61]. При этом каждое последующее из предложенной системы описаний лее детально, полнее характеризуют ТО по сравнению с предыдущими и лючают в себя содержание предыдущего описания. Под функциональной

Таблица 1.

Тип аппаратуры Краткие технические характеристики Достигнутый результат

Трехкакальный усилитель типа УТКП (см. рис. 6-12; 6-14) Шестикаиальиый усилитель типа СПУ-58 (см.рис.6-15; 6-16) и„ии =12±2в; к = 69; { = 35^600гц; = 1000 ом; > 4 мвт; Тг = ±1,5% Выходной прибор — вибратор типа МОВ-2-1У; Каждой канал снабжен градуировочным устройством. 1. Возможность работы в полевых условиях эксплуатации благодаря автономному питанию и применению полупроводниковых элементил 2. Возможность осуществления многоточечных измерений благодаря многоканальности. 3. Значительное уменьшение погрешности благодаря наличию градуировочного устройства. 4. Возможность регистрации измеряемого процесса.

Дв адцатичетырехкана льный усилитель типа ИДУ-24К (см. рис. 6-17; 6-18) ишп = 300в; ик =бв; к = 20ма/мв; Г = 20н-3500гц Явх = 75-106 о м ; Рвш > 0,2вт; уг = ±5% Выходной прибор — вибратор типа МОВ-2-11, каждый кап ш имеет 4 диапазона 1. Возможность осуществления многоточечных измерений благодаря, многоканальности. 2. Расширенные возможности каждого канала, благодаря многопределыюсти. 3. Возможность регистрации измеряемого процесса.

Измерительный усилитель с автоматическим переключением пределов измерения типа УСАП (см.рис.6-25; 6-26) ипм =24-30 в; к = 600 ; { = 5 +2500гц И,, =8-109 ом; у = ±5%; ле = 100'С;т£ =600г Габариты 140x100x55 мм Два диапазона, переключающиеся автоматически. 1. Возможность работы в летных и особотрудных условиях эксплуатации, благодаря специальным конструктивным и схемным решениям. 2. Возможность работы с маломощными источниками входного сигнала, благодаря высокому входному сопротивлению. 3. Возможность регистрации измеряемого процесса. 4. Расширенный частотный диапазон. 5. Расширенные возможности благодаря многопределыюсти. 6. Значительное уменьшение погрешности благодаря автоматическе ч переключению пределов измерения.

Трехдиапазонный усилитель для осциллографирования ускорений типа УСАП-64 (см.рис.6-21; 6-23; 6-24) и„ига =24-30 в; к = 600 ; Г=5^-2500гц; =1,1-108 ом; у = +2,5%; д6 = 26О'С;у0 = ±5% Выходной прибор — вибратор типа Н135-3. Три диапазона, переключающиеся автоматически

Тип аппаратуры Краткие технические характеристики

Совмещенный датчик ускорения и давления типа СДАДП Датчик ускорения Датчик давления f0 -6 КГЦ f0 = 6 КГЦ Su=0,05MB/g Su =7,4-10"' мв./~ м С0 = 388 пф С0=56-пф СЕ = 0,8 мкф Cz = 0,8 мкф xm„=5000g Риах=5-10< н/м1 тх = 3290 г у = 214-103 К I/M3

Совмещенный датчик смещения и давления типа СДСДИ Датчик смещения Датчик давления f„ = 5 гц fe = 5 кгц ц Sy = 23,5 мв/мкм Sy = 5• 10""4 мв1 — м R0 = 355 ом R0 = 355 ом х„„ = 2мм Рм=5-106н/м2 шЕ = 1830 г у = 2,03-10'к г/м3

Совмещенный малогабаритный датчик давления и ускорения типа СДАДПМ Датчик ускорения Датчик давления f0 = 15 кгц f0 = 15 кгц Su=90MB/g S„ =42,5-10 3 ms/4 м С0 = 1000 пф С5 = 1100 пф Су = 5000 пф СЕ = 5000 пф С = 10000 g Ртш = 5-107 н1 мг ms = 330 г у = 2,Ы03 к г/м5

á ш Совмещенный датчик смещения и напряжения типа сдснт Датчик смещения Датчик давления f0 =5-10 ГЦ f3 = 25 КГЦ и.и,=3+30мв и1И=3+30мв U„um = 12 в иг,п = 12в R0 = 400 ом Rc = 400 ом хкш=5мм Рт„=5.107 н/м2 шЕ = 750 г ■у=2,2-103 к г/м3 ' '

достиг »у пли I а 1

1. Обеспечено "жесткое" соединение с объектом посредством уравнегкя плотностей датчика и объекта (•/ = 2,10 к г/ м2 ) 1. Расширены возможности датчика с точки зрения более полной информации об объекте измерения благодаря совмещению двух преобразователей в общем корпусе.

3. В датчиках типа СДСДИ и СДСНТ обеспечена возможность конструктивно простого изменения чувствительности благодаря чеьу датчики относятся к более высокому разряду аппаратуры -многопредельной.

Таблица 1 (продолжение 2)

Тип аппаратуры

Краткие технические характеристики

Достигнутый результат

Малогабаритный датчик акселерометра типа МЗКА-60

= 37к ГЦ Бц = 4,3мв% С0=4пф С1 =234пф та0 = 25г тЕ = 34(28) г

= юоо е ¿0 = 260'С

2у0 = 5,2%

1. Возможность работы в летных и особотрудных условиях эксплуатации.

2. Высокое значение коэффициента использования массы благодаря применению вольфрама в качестве материала для активной массы

3. Обеспечена возможность достаточно строго локализовать точку га объекте измерения, благодаря малым габаритам и массе.

4. Расширен температурный диапазон благодаря применению кварцз в качестве материала для пьеюэлемеятов

Датчик акселерометра типа ВТНА-63

Г- = 70 кгц 5и = 3,6мв/ё С0 =12 пф Сг = 250 пф га0 =20 г шт = 32 г С=255Е де = 520*С 2Г9 = 3,6%

1. Возможность работы в летных и особотрудных условиях эксплуатации

2. Высокое значение коэффициента использования массы благодаря применению тяжелого сплава в качестве материала для активной массы

3. Обеспечен достаточно высокий (для датчиков с кристаллическими пьс'кплементами) показатель энергетической эффективности

4. Значительно расширен температурный диапазон, благодаря применен!®) кварца в качестве материала для пьезоэлсментов, а так « благодаря применению твердых припоев для сочленения элементов конструкции датчика

Датчик акселерометра типа АМК-64

8и =13,5 мв^ С0 = 2440 пф С£ = 2600 пф т0 = 18 г тЕ = 25 г х_=10008 д6 = 450' С 2Тй = 24%

1. Возможность работы в летных и особотрудных условиях эксплуатации

2. Высокое значение коэффициента использования массы благодаря применению тяжелого сплава в качестве материала для активной массы

3. Обеспечен весьма высокий показатель энергетической эффективности, благодаря применению современной пьезокерамики в качестве материала пьезоэлемента, а также благодаря конструктивным особенностям

4. Расширен температурный диапазон благодаря применению высокотемпера турных пьезокерамики и клея

груктурой здесь понимается граф, описывающий функциональное взаимо-гйствие элементов ТО.

Принцип действия - это организованная в соответствии с функциональ-эй структурой совокупность физических, химических и информационных рфектоп и явлений, обеспечивающая реализацию заданной функции.

Структура - (техническое решение) - это организованная сообразно ункционалыгой структуре и принципу действия совокупность конструкций сонструктивных признаков), гарантирующая реализацию принципа дей-гвия и функции ТО. Структура представляет собой описание ТО, которое ожет иметь самые разные реализации по размерам и другим параметрам.

Конструкция включает в себя определенные структурные свойства ТО. ним относится указание (перечень) основных элементов, взаимное распо-эжение элементов в пространстве, способы и средства соединения и связей тементов между собой, последовательность взаимодействия элементов по эемсни, особенности конструктивного исполнения элементов по геометри-;ской форме, материалам и т.д., принципиально важные соотношения раз-еров величин для ТО в целом или отдельных элементов.

Параметрическое описание представляет собой количественное отобра-ение конкретного объекта. Параметрами ТО называются значения опреде-гнных конструктивных признаков.

Собственно процесс проектирования был обобщен символикой теоретик-множественных операций, что позволило в дальнейшем разграничить типы дач проектирования.

1.3. Систематизация задач проектирования ДМВ. На основе анализа шичных проектных ситуаций, когда известны один или несколько из пяти жпонентов, необходимых для реализации процесса проектирования ДМВ: [) техническое задание, (2) техническое обеспечение процесса проектирова-;гя, (3) принцип действия проектируемого объекта, (4) его структура и (5) инструкция, автором предложена систематизация задач проектирования ¡9,53] с точки зрения их формализации и решения с использованием ком-ьютерных технологий:

Задача типа 1 содержит исходные данные по техническому заданию, зформационному обеспечению, принципу действия и структуре проектируе-ого устройства. Требуется определить параметры конструкций в соот-зтетвии с исходными данными. В терминах нелинейного программирования щача решается методами параметрического синтеза.

Задача типа 2 отличается от предыдущей тем, что в исходных дан-ых отсутствуют сведения по структуре ДМВ. Ее решение в общем виде слючает в себя структурный синтез, который формализации пока не подается. Однако в некоторых счастливых случаях, когда частные параметры шов определяют вид структуры, структурный синтез может быть сведен к !раметрическому синтезу.

Задача типа 3 представляет собой полную задачу проектирования, згда в соответствии в техническим заданием и обеспечением САПР трсбует-

ся определить принцип действия, структуру и конструкцию проектируем! ДМВ.

Задача типа 4 имеет место, когда необходимо обоснование проек рования при разработке технического задания или применение серийно ] пускаемых ДМВ. Эта задача по существу представляет собой задачу рас: знавания образов.

Задача типа 5 возникла в результате наличия лишь одного из к< понентов - обеспечение САПР. Она описывает ситуацию автоматизирован; системы проектирования, простаивающей в ожидании формализован» технического задания.

Задача типа 6 представляет собой случай, когда известны все К1 поненты. В этом случае задача проектирования может быть сведена к зад; поиска спроса.

Проведенная систематизация задач дает возможность обобщить и р граничить методы и алгоритмы для автоматизации проектирования, а так обеспечивает идентификацию задач проектирования. Идентификацию задг проектирования с целью получения проектируемой модели ДМВ можно р сматривать как сравнение основных параметров задачи (например, по сте ни их заданности) с параметрами задач, решавшихся системой раннее.

В соответствии с традиционным проектированием процесс автомата рованного проектирования ДМВ должен обеспечить решение следующих дач: обоснование необходимости проектирования; поиск среди извести датчиков ближайшего прототипа по заданному ТЗ; синтез физического пр1 ципа действия в виде цепи измерительных преобразований, преобразуют заданную измеряемую механическую величину в указанную злектрическ выходную величину при соблюдении ограничений на характеристики так< преобразования; качественный синтез конструктивных решений датчиков; < тимизацию и исследование полученного решения; оценку возможности фи: ческой реализации полученных решений путем использования локазате; физической реализуемости.

Процесс решения сформулированных задач должен быть согласоваь основными этапами проектирования. С точки зрения автоматизирование проектирования, основные его аспекты можно представить следующим об] зом:

1) Формализация задачи проектирования - анализ ТЗ, состоящая конкретизации входного (хБХ) и выходного (хБИХ) сигналов; формирован условий ограничений БСХ); конкретизации критериев оценки качества.

2) Декомпозиция - формирование функционально связанных задан по следующим этапам проектирования, например: выбор физического пр! ципа действия ДМВ, выбор базовой топологии для выбранного ФПД и т.д.

3) Детализация и параметризация - для процесса автоматизирование проектирования интерпретируется как уточнение условий: стыковки, сбор и компоновки.

и

4) Синтез - понятие более широкое, чем параметрический и струм ный синтез. Сюда входят: поиск на рынке готовых решений; поиск протс пов; синтез новых конструкций.

5) Моделирование - обеспечение поддержки принятия конструкторск решения, а также "опытная эксплуатация" готового изделия. Сюда вхо оценка и исследование: технических и метрологических характерист влияния геометрии и физических характеристик материалов конструктив? элементов.

6) Анализ в автоматизированном проектировании занимает особое х то, обеспечивая прежде всего контроль процесса проектирования. В этой с зи функции анализа распределены в автоматизированном проектировании всем подсистемам, обеспечивая оценку: показателей физической реалиэ мости, соответствия введенным критериям и условиям.

7) Оптимизация рассматривается прежде всего как этап "доводки" гс вою изделия. Основная задача оптимизации - уточнение конструктив! схемы, геометрии, физических характеристик материалов деталей и т.п.

8) Подготовка технической документации предусматривает создан чертежей изделия, спецификации узлов, рекомендации по технологии из товления и т.д.

Перечисленные базовые положения легли в основу построения АСС ДМВ для решении задач проектирования высокочувствительных пьезоэл грических виброизмерительных преобразователей [43,44,48], пьезоэлект] ческих датчиков давления [62]. Результаты машинного эксперимента с п] менением САПР отличались от данных экспериментального исследова;: опытных образцов датчиков не более, чем на 12%. В результате выполнен этих работ была создана классификационная матрица пьезоэлектрическ ВИП (рис.1), которая построена на основе принципа типизации: более 4 типов ВИП сведено к 27 классифицируемым видам. Отметим, что типизаг является одним из основных принципов, позволивших использовать в да. нейшем компьютерные технологии.

1.4. Особенности процесса проектирования ДМВ. Специфичен особенность датчиков механических величин, как объекта проектирован состоит в том, что каждый раз при проектировании ДМВ мы решаем трие; ную задачу: выбора физического принципа действия (ФПД), структуры конструкции. При этом конечной целью является создание конструки ДМВ. В этой связи автором введено понятие сквозного проектирования [53], как процесс проектирования от получения технического задания (Т до параметрической оптимизации конструкции ДМВ (выбора конфигуращ размеров и материалов элементов конструкции). При этом предполагает! что решается полная задача проектирования [тип 3], согласно введенной п. 1.3 классификации задач проектирования.

Процесс сквозного проектирования ДМВ можно представить следу щей иерархической последовательностью: выбор на уровне физическс принципа действия - синтез ФПД, осуществляется путем варьирования с}

ических явлений и физических эффектов; на следующем уровне - уровне ;ыбора структуры (технического решения), варьируемыми являются кон-:трукгивные элементы; следующий, нижний уровень предполагает определена рациональных параметров и характеристик методами параметрической пгтимизации (например, варьирование геометрических размеров). В резуль-ате синтеза ФПД получается цепочка измерительных преобразований, кото->ая в принципе и определяет структуру (техническое решение), поскольку саждому преобразованию соответствует тот или иной преобразователь, вы-»ранный с учетом массивов ограничений на тот или иной физический эффект. Выбор конструктивной схемы преобразователя и рациональных по ¡эорме, размерам и материалам конструктивных элементов, завершает прочее сквозного автоматизированного проектирования.

Более подробно особенности автоматизированного сквозного проектиро-¡ания ДМВ, включающие типовые задачи изложены в ряде работ автора.

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ, КАК ОСНОВА КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДАТЧИКОВ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН.

2.1. Формализация знаний об объектах проектирования - ДМВ. Для

реализации концепции сквозного проектирования ДМВ была разработана формализованная база знании - в виде трехмерного матроида 1ДН (рис.2), гредставляющего собой систематизированную схему или каталог описания гаиболее употребительных в измерительной технике эффектов. Во фронтальной плоскости и (плоскость преобразования, или матрица связности) гомер каждой строки I матрицы обозначает естественную входную величину 'силу, ускорение, заряд, ток, скорость и др.), номер каждого столбца Д - выгодную величину (напряжение, ЭДС, ток). Известное преобразование некоторой входной физической величины хпх в выходную хвых записывается в визе уравнений преобразования в узел матрицы, расположенной на пёресече-

«1и хвх и Хвых.

В результате функционального способа задания узлов матрицы связно-;ги процесс проектирования характеризуется тем, что необходимые зависимости и соответствующие им знания для проектирования формируются из зависимостей, заданных в общем виде. Такой подход обеспечивает получение конкурентоспособных вариантов цепочек измерительных преобразований, определяющих ФПД.

Объем матроида определен осью Н, вдоль которой расположены кон-згруктивные элементы преобразований. Так, например, для узла матрицы, отражающего преобразование давления р в деформацию е, ось конструктивных параметров содержит данные о типовых упругих элементах (плоская или гофрированная мембрана, сильфон, трубка Бурдона, мембранная коробка и т.п.). Другим примером содержания оси Н матроида могут служить представленные на рис.2 варианты конфигураций инерционных масс и пьезо-элементов датчика пьезоакселерометра, которые выполняют преобразования

Р^-тх и с|=с1. .Р соответственно. Таким образом, создание системы атом;. зированного сквозного проектировании базируется на оптимальном вариа предложенной трехмерной модели знаний - матроиде [53,55,60].

2.2. Формализованная модель процесса сквозного проектирован ДМВ. Ниже описана схема функциональных элементов процесса автома: зированного проектирования, представленная на рис.3. Суть решения зада проектирования заключается в использовании с помощью ЭВМ набора I рождающих моделей, условий ограничений и условий стыковки для создан в идеальном случае единственной проектируемой модели, а затем материал ного объекта - датчика, если целесообразность его практической реализац обоснована показателями физической реализуемости.

Условия стыковки представляют собой набор выражений в виде | венств и неравенств для характеристики однородности выходных и входш физических величин в звеньях элементарных преобразований {хкы х1ЕХ}еФ, гк22 = г'и и для характеристики передаточных зависимо«

iM.il

Условия ограничений представляют собой формализованные тре( вания технического задания на проектирование, условия компоновки и сбс

I, критериальные выражения, которые задаются аналитически, графически ш числовыми выражениями.

Рис.3. Схема функциональных элементов процесса сквозного автоматизированного проектирования.

Выбор критерия проектирования кпр определяется целями конфетной разработки. В качестве критерия в практике проектирования могут рименяться: а) конкретный параметр (технический, экономический, техно-этический) устройства - одномерная величина, например стоимость, надеж-эсгь, масса, точность проектируемого устройства; б) р-мерный вектор, со-гавляющие которого есть р частных параметров проектируемого ДМВ, на-ример одновременная оптимизация точности и цены (как правило, матема-тческое описание критерия оптимизации в дальнейшем сводится к скалярий величине с учетом взаимосвязей его составляющих); в) функция набора араметров - целевая функция. Она может быть определена на основе физи-зских закономерностей (энергетического к.л.д., максимума коэффициента гредачи, отношения сигнал-шум), на основе статистических взаимосвязей зероятности выполнения поставленной задачи, средней оценки технического

уровня ДМВ данной группы) или установлена экспертным мето (экспертно-взвешенная целевая функция заданного набора параметров).

Собственно процесс проектирования сводится к реализации ЭВМ системных процедур операционного моделирования на основе теор| ко-множественных операций объединения, пересечения, дополнения пор дающих моделей, а также операций включения, трансформации, обобще и конкретизации для получения проектируемой модели.

Формализованное описание процесса проектирования получено с пользованием теории семантических сетей и представлено следующим о< зон. Пусть Б,^1) и Б,/1'- соответственно множество начальных и конеч) (целевых) ситуаций (моделей) проблемной среды на 1-м этапе проектир( ния; К^ - множество возможных элементарных действий на Ьм этапе; V критерий, с помощью которого оценивается качество перехода из ситуа Бц^ в ситуацию Заметим, что в соотношении начальных и конеч!

ситуаций на Ьм и 0+1)-м этапах проектирования должно быть справедл условие: хотя необязательно выполнение уело

Требуется найти наилучшую в отношении критерия послс ватсльность действий, преобразующую ситуацию в ситуа!

Для всех 1=1,п.

Согласно разработанной систематизации схем проектирования дан! подход может быть отнесен к алгебраическому, задаваемому четверкой м жесте: <М,К,2,\¥0>, где М - множество порождающих моделей, кото определяет исходные ситуации 5Н; И - множество правил образования но! ситуаций проблемной среды; Ъ - множество правил построения моделей вых ситуаций проблемной среды (порожденных моделей); \У0 - мноясес правил оценки качества и перехода к новой проблемной ситуации, т.е. он деления близости ситуации к конечной 5и. Теоретические обоснования 0[ низации процесса проектирования выявили способ представления пробл ной среды в виде семантической сети, образованной возможными преобр; ваниями рассматриваемого класса физических величин, который представ в работе [53].

2.3. Разработка системы показателей для поддержки принятия п сктного решения. Показатели физической реализуемости в плане их учас в процессе проектирования представлены тремя множествами. 1) Показате определяющие возможность решения поставленной измерительной зада совместимость С и функциональная пригодность 2) Группа комплекта показателей технического уровня: объем возможностей V, затраты к^, тех ческая эффективность О, технико-экономическая добротность <2, новизн, патентоспособность П. 3) Показатели, оценивающие спроектированный / чик в отношении производства и эксплуатации: технологичность Т и над< ность X.

Использование комплексных показателей объема возможностей \ технической эффективности О значительно упростило формализован« оценку полученных вариантов проектируемой модели. Эти показатели пр

1вляют собой интегральную оценку конкретного типа датчиков и опреде-ются как некоторые однозначные функции основных нормируемых пара-гров [24,25,26]: V ^Др^Гг = , где а; - вес ¡-го параметра.

Методика получения показателей физической реализуемости (ПФР) шруется на принципе системного моделирования, включающего методы лучения и учитывающего специфику ДМВ. В результате исследований /ществлено сокращение широкого диапазона свойств реальных ДМВ до :ьми групп ПФР, которые являются формализованным обобщением опыта иборостроения последних двух десятилетий.

Приведенное подразделение ПФР выделяет Си¥ для количественной енки соответствия свойств полученного варианта ДМВ поставленным тре-ваниям, что позволяет использовать их в качестве формализованных кри-зиев принятия соответствующих решений в процессе проектирования, уппа показателей V, О, Кг, С), П разработана для оценки соответствия роектированного ДМВ требованиям современного технического уровня и ементной. базы. Показатели Т и X. характеризуют проектируемую модель [рММ) лишь на заключительных стадиях при достаточно подробном опи-[ши полученных свойств будущего ДМВ и часто являются определяющими и решении вопроса о возможности реализации ПрММ в условиях совре-нного автоматизированного производства [26,53,60}.

■ Поскольку ПФР задаются аналитическими выражениями, установлении на замкнутых областях варьирования параметров, для каждого из них ределены группы существования. Управляющее воздействие ПФР в про-ссе проектирования проявляется в использовании их для обоснования неходимости проектирования в качестве критерия принятия формализуемых шекпй, а также в виде ограничений, определяющих вариант для практи-ской реализации, и кроме того в качестве систематизированной информа-и для ЛПР-лица принимающего решение. Подробно структура, содержа-:е и методы получения показателей физической реализуемости изложены в ботах автора [26,61].

Алгоритмы применения ПФР тесно связаны с процессами трансформа-!и проектирующих моделей, выбора их допустимого множества, получения уточнения проектируемой модели при проектировании. Формализация и горитмизация этапа оценки необходимости проектирования осуществляется . основе комплексных показателей технического уровня средств получения мерительной информации V и О. Эти показатели являются интегральной ;енкой каждого конкретного типа ДМВ и определяются как некоторые од-1значные функции от основных нормируемых показателей ДМВ (таких, как >едел измерений, класс точности, чувствительность, рабочий диапазон тем-ратур п т.п.): V = [^р,- , О = % .

Проведенные исследования существующих средств измерений и тенден-1И их развития позволили выявить характер изменения средних значений и

их интегральных показателей во времени. Полученные возможные и мш мально целесообразные на данном этапе значения интегральных показа те./ позволяют формализовать процесс оценки необходимости проектирован следующим образом.

По совокупности заданных в ТЗ характеристик вычисляются требуем значения интегральных показателей &тз и Утз, которые затем сравниваю: минимально целесообразным От-п и максимально возможным Отах зна ниями показателей для ДМВ данной группы. Если окажется, что От;<Опи то проектирование требуемого по ТЗ ДМВ нерентабельно. Если Отз>Отах, для создания нового датчика необходимо совершенствование технологическ и элементной базы или отыскание новых принципов построения ДМВ. Ее Сгпах> Отз>(тгаш, то требуемый ДМВ соответствует современному уровню задача его проектирования может быть решена известными методами. По: ченные выражения для расчета объема возможностей V ряда групп датчик и более, чем для тридцати групп измерительных приборов, вошли в норн тивные документы отрасли приборостроения.

Так, для пьезоэлектрических акселерометров [21,55] выражение (1):

объединило большую группу основных нормируемых характеристик: пред измерения хн чувствительность по заряду , резонансную частоту Г0, мг симально допустимую температуру Ттах, допустимое изменение рабоче диапазона температур ЛТ, погрешность от поперечной чувствительности ■ температурную погрешность ут, собственную емкость пьезоэлектрическо преобразователя С0., к - коэффициент пропорциональности.

Комплексный показатель затрат к2=т0'372°-41Угеом0>46 для пьезоаксе.7 рометра учитывает основные составляющие затрат: массу ш, стоимость 7. объем Угеом.

Следует отметить, что представленная система показателей для по держки принятия проектного решения имеет важное прикладное значение компьютерной технологии проектирования датчиков.

2.4. Операционное моделирование - основа автоматизации проект ронатш ДМВ. Весьма важным моментом в проектировании является мо; лирование процесса функционирования будущего изделия. Результат это моделирования - формализованное описание принципов действия, структур конструкций проектируемого ДМВ. Формализованное таким образом опис ние не только адекватно отражает объект реального мира, но и дает возмо: ность для его синтеза (проектирования) и исследования в автоматкзирова ной системе.

Операционная модель процесса функционирования датчиков механич ских величин представляет собой систему уравнений на основе физик математических моделей, которые в датчикостроении могут быть: а) энерг тическими (рассматриваются все потоки энергии внутри и вне датчика, кот

V = к-

(1

ые и представляют собой полное описание физического поведения датчика); ) моделями потока сигнала, несущего информацию; в) моделями информа-ионных особенностей сигнала. Проблема в работе ставилась шире: модели-овался процесс функционирования средств получения измерительной ин-)ормации, а не только датчиков. Для этого необходимо было проанализиро-ать их предельные возможности, объединить существенные параметры в дином выражении, выявить физические и статистические взаимосвязи ха-актеристик средств измерений с целью создания операционной модели в 1.ССПр, что возможно только на основе совокупности рассмотренных ниже заимодополняющих термодинамического, энергетического, информационно-нергетического, статистического и голографического анализов.

При этом термодинамические модели описывают поведение средства змерения на уровне максимально достижимых параметров и определяют редельные возможности средств получения измерительной информации. 1апример, термодинамический порог чувствительности механических преоб-1азователей определяется выражением (2):

Б = 8лкТ--^-АГ (2)

Энергетические модели в аналитическом выражении раскрывают внут-1енние функциональные взаимосвязи при передаче энергии для ряда ДМВ:

л/2-пдг

Информационно-энергетическая модель устанавливает взаимосвязь 1ежду энергией, потребляемой от объекта измерения, и количеством инфор-тации на выходе ДМВ, обеспечивает взаимное проникновение физических и татистических методов и связывает параметры ДМВ и внешней среды:

Лиэ =

= V/,

е -Ы

7гкТ- N -е

(4)

Р-1 ш Р^

Статистическая модель воспроизводит значения моделируемой величина у по значениям варьируемых переменных х,0=1,п) в виде зависимости '=Г(аиХ;) или Р(у,аьх;)=0, является средством формализации неявно выра-кенных физических связей, отражает значения параметров, для тензодатчи-сов силы имеет вид:

т

= А-

/-0 Л 0,33

_ рО,43+0,1-^ Р

\7ду

$ ■ 1К и

0,1

(5)

Голографический анализ связывает функцию погрешности с геометри-гескими размерами, параметрами и материалами ДМВ и на примере пьезо-1атчиков ускорения имеем зависимость:

1 + ехр(а(1, + а212 + а30) • А2 ■ (С„ + См) • б

р-р

Операционная модель в данной концепции использования компьюте ных технологий имеет вид:

Фтд = Ф(у(,ТД,х) = О Фэн = 0(S,m,ZEX,x) = О ■ Фю = Ф(Ы, D, q, у,х) = О фст = ф(У, Kz, G, t, х) = О Фг = ®(x*,du,f0,7/C„,x)= О

где: Фтд - термодинамический анализ; Фэн ~ энергетический анализ; Фцэ информац.-энергст. анализ; Фст " статистический анализ; Фг голографический анализ; ур частотная погрешность, Т- температура, Х- отн шение максимальной рабочей частоты к резонансной, х- предел измерения, - чувствительность, т- масса, ZBX- входное сопротивление, N- информации, ная способность, D- относительный диапазон измерения, q- количество т формации, у- основная погрешность, V- объем возможностей, G- техническг эффективность, Кг- коэффициент затрат, Q - технико-экономическая добро ность, t- год изготовления средства измерения, dy- пьезомодуль, f- мака мальная частота, Свх - входная емкость.

Как следует из приведенной системы уравнений (на примере датчике ускорения), данные теоретического анализа позволяют установить на основ; нии исследования потока сигналов взаимосвязь следующих параметров: yf, 'I Х,=ю/оо0, S, m, ZBX, N, D. Опыт автоматизации процессов проектирования п< казывает, что во всех случаях в операционной модели должны присутств( вать те из перечисленных выше параметров, которые названы в типовых Тс соответствующих типовым задачам проектирования.

Кроме функциональных взаимосвязей набора параметров в виде ci стемы уравнений, операционная модель содержит информацию об органкз; ции процесса автоматизированного проектирования в виде условий огранич! ний, условий стыковки и алгоритма решения проектной задачи. Унравляк щие воздействия на операционную модель в АССПр ДМВ формализован: техническим заданием на проектирование и методами оптимизации. В соог ветствии со способом представления модели (аналитической записью ил графом) и видом целевой функции выбирается метод оптимизации.

2.5. Методы оптимизации в процессе автоматизированного проекта рования ДМВ. Конкретное применение предложенного процесса автоматизг рованного проектирования показано в табл.2 на примере процедуры проекта рования пьезоакселерометров. В соответствии с формализованным описание процесса проектирования левая часть таблицы представляет собой системну] процедуру операционного моделирования и решения задачи параметрическо оптимизации по заданному критерию и содержит множество возможных flef ствий K^Hi=15) на этапе построения конструктивной модели пьезоакселерс метра с чувствительным элементом в виде кольцевой пластины, работающе на изгиб.

Таблица 2.

Процедура операционного моделирования

Операционные модели

1. Исходная информация.

2. Выбор (задание) конструкций.

3. Анализ основных допустимых упрощений в конструкции.

4. Разделение конструкции на простейшие конструктивные элементы.

5. Выбор основных характеристик датчика.

6. Выбор основных конструктивных параметров.

7. Формулировка требований физической реализуемости и других ограничений.

8. Построение расчетной схемы.

9. Составление таблиц используемых ограничении.

10. Построение математических описаний, отражающих взаимосвязь параметров и характеристик.

11. Перевод моделей на алгоритмический язык.

12. Задание целевой функции, алгоритма моделирования и числовых данных.

13. Работа ЭВМ и оптимизация.

14. Анализ результатов.

15. Корректировка модели:-

Применение результатов <-

Этапы 3-? 3 9

" 4~А

ЕОСТЬ

"Объект"

^гап Ю ф. = ФДх^ <=1, Ц(х) > 0,1 е 12,где х = (х,, х3,..., х7)

Этапы 11-14 ф!(х)_^цах 4>/х)>0, ; Ых) >0. ¡е12

Примечание; Еь - соответственно модуль упругости и плотность ¡-го конструктивного элемента, Мз - эквивалентная масса, слагающаяся из масс инерционного элемента, пьезо-пластины, пластины упругого подкрепления соответственно М5, Мб, Мз.

В соответствии с результатами проведенного исследования (этапы 3-7 в габл.2) в оптимизируемом датчике выделено восемь взаимосвязанных кон-:труктивиых элементов: 1 - основание; 2 - стержень; 3 - пластина упругого годкрепления; 4 - присоединенная масса; 5 - инерционный элемент; 6 - пье-юпластина; 7 - крышка; 8 - боковая стенка кожуха. Определены семь варьируемых параметров: X] , Х3 - соответственно диаметр и высота инерционного элемента; Х2 - толщина пьезопластины; х^, х^, хб - соответственно толщина, внешний и внутренний диаметры кольцевой пластины упругого подкрепления; Х7 - число инерционных элементов.

Работа по этапам 8-14 (см.табл.2) приводит к построению соотв( ствующих расчетных схем, получению математических описаний отдельш характеристик ч^ = Ф(х), где х - вектор варьируемых параметров, а зат< математической модели преобразователя и модели задачи принятия опт мального решения.

Выбор критерия оптимизации обусловлен целями проектирования. качестве наиболее употребительных критериев при оптимизации пьезоаксе! рометров можно выделить значения основных характеристик: коэффициен преобразования, собственной частоты колебаний, верхнего предела измер ния и массы. Практически многокритериальная задача оптимизации пьезоа селерометров сводится к задаче с одним критерием, а на другие критер] (характеристики) накладываются ограничения, вытекающие из требован] ТЗ. При такой постановке задача описывается в терминах нелинейного пр граммирования и в случае максимизации коэффициента преобразован! имеет вид:

хеГ>,

Бп =

(13, -а-а-Ь'

Т1

-к, (а

Р , а

1 + Х-

М, +М,

м,

тах

хеП,

2я

1

¡=1

1

1 8 •5 ¡=1

= ^

= 1,-

(9

(Ю

(И)

2я \'м,п +М2Д'1+^2п)2 + М3о(1+£«„)' где Б] - область допустимых значений варьируемых параметров; - зн

чения собственных частот в продольном и поперечном относительно оси и мерения направлениях; ¿31 - пьезомодуль; а - радиус внешнего контура кол цевой пластины упругого элемента подкрепления; а - отношение радиус электрода пьезопластины к радиусу пластины упругого подкрепления; Ь' расстояние от нейтральной поверхности в двухслойной пластине, работающе на изгиб, до электрода; I - приведенный момент инерции двухслойной пла тины относительно нейтральной поверхности; к| - функция, зависящая от к эффициента Пуассона, материала и отношения р радиуса внутреннего конг ра кольцевой пластины к радиусу ее внешнего контура; X - коэффицие! приведения распределенной массы кольцевой пластины к эквивалентной с< средоточенной массе; М^ к] - масса и жесткость ,)'-го конструктивного эл< мента; к^^ - жесткость сочленения (^1)-го и ]-го конструктивных элементе 0=1,6); Мщ, к01п, к|2п> ' приведенные массы и жесткость сочленени конструктивных элементов, определяющих характеристики преобразовател при воздействии ускорений в поперечном направлении (1=1,3); £12.

■ 13п - вычисляемые параметры, характеризующие относительную деформацию и смещение конструктивных элементов при воздействии ускорений в 1родольном и поперечном направлениях; - функции, определяющие кинетическую энергию ¡-го конструктивного элемента.

Практическое применение предлагаемого метода автоматизированного троектирования обеспечило создание пьезоакселерометров с изгибным чув-;твительным элементом без стадии изготовления опытного образца , без стадии трудоемкой доводки. Таким образом,формальное представление процесса оптимизации при сквозном проектировании включает в себя содержательную чодель, целевую функцию и метод. С помощью метода оптимизации па заданном множестве начальных Я ситуаций модели осуществляют множество элементарных действий для получения конечных 8 ситуаций модели в соответствии с целевой функцией % заданного вида. При выборе принципа действия и структуры методы оптимизации используются на множестве физических величин (порождающих моделей) путем применения теории графов для отыскания пути (последовательности преобразования) с заданной целевой функцией. Анализ известных методов дискретного программирования позволяет отнести задачу оптимизации при синтезе принципа действия и структуры к экстремально-комбинаторной задаче. Эта задача имеет две особенности: (1) оптимизируемая функция задана дискретным образом; (2) результатом оптимизации должно быть подмножество элементов, а котором достигается экстремум. Методы решения этих задач сводятся к направленному перебору, стратегия которого определяется способом формализации задания оптимизируемой функции. Практическая значимость и эффективность разработанных методов оптимизации в проектировании пьезоэлектрических виброизмерительных преобразователей подтверждена не только созданием конкурентно-способных вариантов, но и решением задач упорядочения номенклатуры и унификации датчиков на основе построения оптимальных рядов. Результаты работы внедрены в ЦНИИТМаш (г.Москва).

2,6. Разработка критериев поддержки принятия технических решений. В конце 70-х годов автором и сотрудниками его лаборатории была разработана диалоговая система автоматизации проектирования ДМВ, которая решала следующие задачи: поиск аналога или прототипа по ТЗ; выбор класса технического решения (ТР), в котором возможна реализация ТЗ; постановка задачи разработки нового ТР.

Диалоговая система содержала методы идентификации ТР, основанные на использовании методов статистического анализа и комплексных показателей технического уровня: объема возможностей V; затрат Кг; технической эффективности О; технико-экономической добротности <2; новизны и патентоспособности П. Эти показатели представляли собой интегральную оценку конкретного типа ДМВ и, естественно, могли быть вычислены для заданного ТЗ (см.2.3).

Однако отсутствие ряда общих параметров в ТЗ для большинства групп датчиков механических величин приводило к сокращению числа учиты-

ваемых параметров и, в конечном итоге, к неопределенности решения. И этому был предложен метод нормализации параметров задачи с построение обобщенного набора коэффициентов В^Ь^, 1=1,к} единого для всех ] грул датчиков. Каждый элемент Ь представляет собой ¿-ый параметр ТЗ. Набор ставится в соответствие множество А^{а^,1=1,к}; нормированных параметро) где каждый элемент а'.; принимает значения {0,1}, причем {1}- если парамет Ь задан, {0} - если не задан. Для удобства оценки результата операций сра) нения в множестве А^ имеются подмножества Ск{с^, ]=1,п}, где п - число в! дов групп СИ. Множество заданных параметров ТЗ сравнивается с кажды элементом множества Ск, в результате чего идентифицируется группа СИ, которой может быть отнесен объект ТЗ. Недостатком такой формализаци является неоднозначность выбора ТР, так как идеальное попадание в множ< ство на практике встречается достаточно редко.

В связи с этим в конце 80-х годов была поставлена задача более эффег тивного метода выбора ТР с четко выраженной принадлежностью решения конкретному классу СИ. Применение метода распознавания образов позве лило сделать процесс принятия решений объективным и автоматизируемые К сожалению, методы комплексных показателей и любые другие, в которы заранее формализуются функции, разделяющие классы СИ, не объективнь Эти функции полностью определяются исходной выборкой параметров принятым критерием показателя затрат. Практически сразу же после разрг ботки любого перспективного датчика, например, в группе пьезоэлектриче ских акселерометров, установленные показатели а^ отличаются от вычислен ных по формуле (1). Поэтому предлагаемый алгоритм анализа ТЗ и выбор предварительного ТР в разрабатываемой диалоговой системе основан на пс стоянном пополнении базы данных и самое главное - создании в процесс решения каждой задачи функций, разделяющих группы СИ. Это обеспечи вает автоматизированную классификацию ТЗ в соответствии с набором приг паков, представленных в ТЗ и сформированных из ТЗ. Под признаком пс нимается параметр ТЗ или функция от совокупности параметров, значени: которых позволяют отнести ТЗ к тому или иному классу ТР. Если признак] выбраны достаточно удачно, т.е. отражают специфические свойства конкрет ной группы СИ, то средства измерения, как сходные объекты, будут группи роваться в некоторой области пространства. Если эти области достаточна четко очерчены, т.е. группы сепарабельны, то их границы являются иско мыми гиперповерхностями раздела. В соответствии с этим диалоговая систе ма работает в двух режимах. В первом режиме оптимизируется положен» этих гиперповерхностей, а во втором - оценивается положение ТЗ на них Математическое обеспечение первого режима содержит описания функций разделяющих группы СИ. Во втором режиме сопоставляется конкретное зна чение функции с числом, представляющим объект ТЗ. Пусть некий набо} параметров Хтз - вектор параметров проектируемого датчика, а <1|. I - ре шающее правило. Введем обозначение (1(Хтз)=Т'1 или Хтз~Т] , означающее что проектируемый объект отнесен к классу Т). Разделяющая группы ДМ1

эункция имеет вид (1(Хт:0=Т1<^^1(Хт:0>Я1(Хтз), где gi, gj - решающие функ-

(ИИ.

Как показывает практика проектирования датчиков механических вели-[ин, кроме параметров датчиков, в качестве обобщенных признаков Б удобно гспользовать модели вида: ¥ = р^р^,-.-^" , - где р; - параметр, ¡У?,---, Рп [екоторые числа, получаемые в процессе построения разделяющих функций. Далее необходимо определить множество признаков таких, чтобы любые два цатчика, принадлежащие разным классам, существенно отличались по значение каждого признака от любых двух других датчиков, принадлежащих од-юму классу. Поскольку Р является функцией Р), Р2,--, Рп го минимизируя )тношение q1 среднего различия между датчиками одного класса к Ц2 сред-юму различию между датчиками разных классов ТР, а именно <]]/<!2~>0, толучим значения Р1; р2,..., Ра полностью определив признак. Выражения 1ля q2 имеют вид:

где к - число классов (групп) датчиков; Мп - число датчиков соответственно в классах к и а; F¡ - значение признака, вычисленного для 1-го датчика; -различие между 1-ым и .¡-ым датчиками по признаку Б.

Методом перебора различных сочетаний параметров выделяются признаки с наиболее эффективными сепарабельными свойствами, определяющими разделяющие функции. Разделяющая функция, описывающая гиперповерхность Б;, на которой располагаются датчики одного класса, имеет вид Б^р) Г^+руРг4"- ■ •+ИпГГп > гДе - признаки или параметры с коэффици-

ентами щ, р2>•■ Мп - вычисленными так же, как значения р(, Рг,-.., Рп- Наконец, решающим правилом, относящим объект ТЗ к определенному техническому решению, будет правило вида </(А'тз) - Т,, я, = тт{С):},

где:<21 = — ^ (Я,3 - ) -среднее значение между датчиком, заданным сово-

купносгыо параметров ТЗ, и датчиками, принадлежащими к ¡-ому ТР по разделяющей функции.

Предложенная методика реализуется при решении задач проектирования датчиков механических величин. Следует особо отметить, что критерии принятия решений являются опорой компьютерной технологии проектирования ДМВ.

(13)

(12)

3. ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМ ПОДДЕРЖКИ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДМВ.

3.1. Методика параметрического и структурного синтеза ДМВ. Пр'

веденный анализ конструкции ДМВ прямого преобразования на примера пьезоакселерометров и пьезоманометров позволил определить следующу специфику их функционирования: '

- ДМВ представляют собой систему нежестко связанных механических тeJ степень взаимосвязи которых определяется технологическими параметрам сборки; :

- ДМВ обычно испытывают комплексное воздействие внешних влияющи факторов разнообразной физической природы;

- ДМВ характеризуются сменой физического носителя измерительног сигнала;

- большинство конструктивных элементов ДМВ обычно находятся в ело» но-напряженном механическом состоянии, что, как правило, затрудняет анг лиз физических процессов протекающих в них;

- как правило, имеет место чрезвычайно сильная зависимость технически: характеристик датчика от изменения не только форм, но и геометрически, размеров отдельных деталей и способов их соединения между собой.

Использование методов ИИ требует:

Цели

Этапы проектирования

Структурирование

знании

Способы обработки знаний

Способ представления знаний (концептуальная модель) < Р, И, <2 >

целевая функция

область постановки задачи

результат в терминах КМ

дополнит, ограничения

Зе

множество способов решения

Рис. 4.

Специфика ДМВ делает невозможным использование классических методов решения задач структурного синтеза ни в рамках теории систем автоматического управления (в силу невозможности или чрезмерной сложности описания передаточных функций отдельных конструктивных элементов и их совокупности в целом), ни с использованием классических методов теории динамического программирования. Указанное обстоятельство определило необходимость систематизации методов и приемов синтеза технических объек-

гов, в основу которой положена система множеств <и,С>, с целью определения формализуемого набора приемов и стратегий конструирования ДМВ.

Исследования показали, что их практическая реализация однозначно определяет необходимость применения средств и методов теории искусственного интеллекта, решающего задачу синтеза функциональных и конструктивных схем ДМВ на основе специфических форм представления и обработки знаний (см. рис.4).

Выбор способа представления знаний основывается на установленной концептуальной модели (КМ) объекта проектирования, представляемой тройкой множеств <Р,1?,(2>, где: Р - элемент КМ; Н - вид связи между элементами КМ; - тип выполняемых над ними операций.

Проведенный обзор существующих интеллектуальных систем проектирования позволил выяснить ряд преимуществ использования интеллектуальной технологии конструирования и показал практические трудности учета специфики ДМВ в существующих интеллектуальных системах. Этот факт предопределил необходимость выбора компьютерных способов представления и обработки знаний о ДМВ, с целью практического использования матроида (рис.2) в компьютерных технологиях проектирования.

Анализ специфических особенностей ДМВ позволил сформулировать ряд требований к методам математического моделирования при конструировании: (1) точность и полнота определения технических характеристик; (2) учет комплексного характера внешних воздействий; (3) согласование процедур синтеза и моделирования и др. Практически единственным инструментом, удовлетворяющим поставленным требованиям, являются конечно-элементные методы, о чем свидетельствует и опыт зарубежных специалистов. В работе впервые предложена методика моделирования ДМВ на основе метода конечных элементов (МКЭ). В публикациях [59,62,69] подробно рассмотрены вопросы структурирования и представления знаний в задачах синтеза функциональных (ФС) и конструктивных (КС) схем ДМВ, оказывающих решающее влияние на эффективность интеллектуальной системы в целом.

В результате разработаны концептуальная модель (КМ) ДМВ на уровне ФС и КС (см. рис. 5. и табл. 3.) и обоснован способ представления знаний в виде фреймов. В табл.3 отражена связь между элементами КМ и допустимыми операциями над ними для процесса нисходящего и восходящего синтеза КС ДМВ.

Систематизация функциональных элементов для датчиков давления и ускорения (выделено 8 основных типов) позволила обобщить разнообразие реальных конструкций в виде понятия обобщенной функциональной схемы (ОФС) и сформулировать ряд аксиом [71]. Практически для осуществления процедуры конструктивного синтеза с использованием стратегий восходящего и нисходящего проектирования в соответствии с КМ создана база знаний интеллектуальной системы.

Таблица 3

Структурирование знаний при синтезе конструкций ДМВ.

Имя задачи Синтез функциональной схемы Синтез конструктивной схемы

Элемент КМ функциональный элемент конструктивный элемент

Вид связи между элементами КМ задан структурой обобщенной функциональной схемы 1. задан ФС ДМВ между типами КВ 2. список КЭ с динамически устанавливаемой связью

тип выполняемых операций конкретизация структуры фрейма ФС путем установления ролевых ДУГ 1. трансформация слотов фрейма ФС во фрейм-событие КС с установлением связей между КЭ 2. выбор КЭ и установление связей между КЭ в фрейме КС

целевая функция норма разницы логических функций КЭ и полученного ДМВ двухуровневая: логическая и количественная (по результатам моделирования)

область постановки задачи 1. фрейм ОФС (избыточный) 2. множество ФЭ 1. сеть фреймов КЭ в рамках функциональных преобразований; 2. множество КЭ

результат в терминах КМ конкретизированный фрейм ФС ДМВ фрейм-событие КС ДМВ с конкретизированными слотами и связями между ними

дополнительные ограничения определены структурой фрейма ОФС конструктивная совместимость отдельных КЭ

необходимые и достаточные условия функционирования ДМВ

способ обработки правила продукции и процедуры фреймового вывода (присоединенные процедуры)

В качестве элементов КМ при конструктивном синтезе используются законченные детали конструкции датчика или их функционально полная совокупность. Для представления знаний об отдельном КЭ используется понятие фрейма-характеристики (FKE), слоты которого задают имя, функциональное назначение, геометрическую форму и размеры, класс материалов, возможные соединения и другие составляющие знаний о КЭ. Знания о конструкции датчика в целом задаются фреймом-событием, представляющим собой совокупность фреймов-характеристик КЭ и установленных между ними отношений в виде ролевых дуг, отражающих способ их соединения между собой. Например, для пьезоакселерометра, изображенного на рис.5.а. и со-

стоящего из основания (1), чувствительного элемента (4), инерционной массы (3), прокладок (2,5), и поджимающего винта (6), фрейм-событие FKSA (рис.5.6) определяется следующим образом:

FKSA := Va 1 (FICE(1)uFKE(2)uFKE(3)uFKE(4 )uFKE(5)), где FKE(i) - фреймы-характеристики i-го КЭ, i=1..5; u - операция объединения; Val -операция установления значении слотов фреймов FKE(i) и ролевых дуг между ними при их объединении в КС (на рис.5.б: S - простой контакт, Р -резьбовое соединение) .Там же приведен сигнальный граф ФС акселерометра (рис.5.в).

6)

Датчик

ускорения

L ..........

поджимающий _элемент

чужтвительный элемент

инерфтонная

_м?.сса

т

изолирующая прокладка

ZZEII

корпус

77777

Рис.5.

В соответствии с выбранным способом представления знаний произведено наполнение базы знаний фактическими знаниями о реальных конструкциях пьезоэлектрических акселерометров и манометров.

Особое место занимает разработка основного вопроса конструирования ДМВ - методики синтеза КС ДМВ, понимаемая как задача обработки знаний, составляющие которой перечислены на рис.4 и поясняются в таблице 3.

Конечная цель проектирования, понимаемая как удовлетворение требованиям технического задания (ТЗ), задается в виде фрейма на двух уровнях: логическом (в виде лингвистических переменных) и численном. Численные и лингвистические значения характеристик связаны между собой через систему интервальных оценок, устанавливаемых экспертами при формировании базы знаний, в виде правил продукции, составляющих часть базы знаний обработки требований ТЗ. Так, если требуемое значение собственной частоты ДМВ относится по оценке экспертов к области низких значений, правило продукции имеет вид:

(Val(TT.F.R) < Fj } -> { Val(TT.F.C):="«M3Ka«" }, где TT.F.R, TT.F.C слоты фрейма ТЗ, содержащие соответственно численное и лингвистическс значение собственной частоты; F( - граничное значение собственной частот соответствующее интервалу низких частот; -» - импликация.

Организация представления требований ТЗ на двух уровнях в виi фреймов обладает рядом преимуществ, основным из которых является во: можносгь работы в условиях неполно заданного ТЗ.

Процедура синтеза ФС и КС состоят в получении определенной форм: описания КС ДМВ (см.табл.З.) на основе правил продукции и фреймовог вывода применительно к стратегиям восходящего и нисходящего синтеза.

При нисходящем синтезе проектирование состоит в конкретизаци фрейма ФС ДМВ путем целенаправленного выбора КЭ, имеющих опреде ленное функциональное назначение. Механизм выбора основан на доспи« нии соответствия между требованиями ТЗ и свойствами КЭ и осуществляете на основе фреймового вывода. Отличительной особенностью данного метод вывода является учет ограничений, гарантирующих конструктивную и техно логическую совместимость отдельных КЭ в синтезируемой конструкции npi выполнении требований ТЗ.

Восходящий синтез КС ДМВ заключается в выборе КЭ с целью по строения функционально законченной конструкции на основании функцио иального назначения составляющих ее КЭ. В этом случае принятие решен» о включении того или иного КЭ в КС возлагается на пользователя. Функцш системы фреймового вывода заключаются лишь в проверке условий функ циональной пригодности датчика и допустимости наложенных пользователей связей между элементами КМ. Окончание процесса синтеза КС определяете* по удовлетворению аксиомам функциональной пригодности датчика и требо ваниями замкнутости межэлементных связей. Для осуществления процесс; синтеза достаточно использовать операции присоединения, удаления или за мены элемента КМ. Для реализации указанных методик используются ме тоды логического вывода и алгоритмы их функционирования.

В лаборатории автоматизированных систем проектирования под руко водством автора разработана программная реализация методик синтеза КС ДМВ в виде интегрированной программной системы, функционирующей не ЭВМ IBM-PC/AT. Базовый язык программирования - Си. Информационное обеспечение разработанной системы включает сведения о КЭ пьезоэлектрических датчиков давления и ускорения и позволяет создать до нескольких сотен разновидностей КС, в том числе содержащих новые технические решения.

Для поддержки решения задач синтеза разработана методика моделирования технических характеристик ДМВ на основе МКЭ. Методика учитывает специфику ДМВ и вводит необходимые изменения в классической схеме вычислений МКЭ. При разработке методики учитывались следующие основные специфические особенности ДМВ: (1) наличие контактных жесткостей между КЭ, значение которых определяется технологией изготовления датчика;

(2) сложный характер внешних механических сил (распределенные и сосредоточенные нагрузки); (3) функционирование в условиях вибрации ( позволяет моделировать акселерометры и погрешности от действия виброускорения); (4) наличие тепловых полей в ДМВ и, как следствие, возникающие в нем механические напряжения (термоупругая задача); (5) многообразие способов соединения деталей между собой (резьба, клей, контакт и т. д.) и крепления датчика в целом к объекту; (6) наличие как статических, так и динамических внешних воздействий; (7) наличие анизотропных материалов деталей ДМВ; - трудность расчета коэффициента преобразования ДМВ в чувствительных элементах сложной формы (операции интегрирования по площади или по объему); и пр. Изложенный подход к моделированию ДМВ обеспечивает необходимую полноту описания и позволяет получить конкурентоспособные варианты ДМВ [63].

Table ' Material proper-ties ( Model 4 ) (С)НЛ

н Material р, 1В**3 Е, 1В**7 <Н/и2) 033, СрС/М)

1, Сплав Х1ВН9Г 7.90 230ЙН. —

г. Стеклотекстолит 1.85 2100. —

3 Cn.ias XlSHSr ?.S0 zaeea. —

4. Пьезокеракика Ц1С-19 7.Й0 " " 5Нйа. 2B0.ee

5. йыав /1С59-1 8.50 й5ва. —

Ь. Сплав Х18Н9Г 7.ЭЙ 2В8ВВ. —

Рис.6. Выбор материалов КС датчика в АССПр.

К отличительным особенностям программной реализации системы можно отнести: наличие встроенного графического редактора с богатыми функциональными возможностями; оригинальный метод триангуляции объекта, основанный-на анализе графических изображений, хранящихся в видеопамяти ЭВМ; дружеский интерфейс типа "иерархическое меню"; возможность гибкого управления процессом исследования (планирование численного эксперимента), как то варьирование материалов деталей (см. рис.б), задание диапазонов варьирования размеров деталей и т.д.; использование широких возможностей цветной графики высокого разрешения для визуализации полученных решений с возможностью получения твердых копий на принтере (на рис.7 приведены изолинии касательных напряжений в пьезоакселеромет-

ре грибкового типа); возможность построения графиков зависимостей харг теристик ДМВ от интересующих параметров (на рис.8 приведена АЧХ т зоакселерометра грибкового типа).

Рис.7. Изолинии касательных напряжений в пьезоакселерометре.

1 Graph : Modal SensitiuiU) - F( Lfl (Frequency)) СОНМ

Sf/So 18.000.

9.080.

8 .000.

7.000

Б .000

5.000

-1.В88

3.000

2.0В0

1.000

F : Z.5 3.8 З.Ь 4.0 4^5 bin lgF

Рис.8. АЧХ исследуемого в АССПр пьезоакселерометра.

В работе исследована точность и сходимость получаемых решений Проведено опробование системы на известных конструкциях. Показано, чт погрешность моделирования характеристик ДМВ составляет 5-10%. Осу

34

цествлено моделирование и исследование реальных конструкций ДМВ и их этдельных КЭ. Для иьезоакселеромегра (рис.6) исследовано соотношение толщин чувствительного элемента и инерционной массы и определено их оптимальное соотношение для достижения максимальной изгибной чувствительности, что позволило разработать рекомендации но способам улучшения гго характеристик.

Основные результаты исследований, выполненных но данной части работы, могут быть сформулированы следующим образом: разработан подход к решению задачи конструирования ДМВ как проблемы представления и обработки знаний о них; разработана концептуальная модель ДМВ на уровне функциональных и конструктивных схем ДМВ, в соответствии с которой организовано представление знаний о них в виде фреймов; в соответствии с выбранным способом представления знаний разработано информационное обеспечение системы, включающее сведения о пьезоакселерометрах и пьезомано-метрах, позволяющее создать несколько сотен разновидностей КС, в том числе содержащих новые технические решения; разработана методика синтеза ФС и КС ДМВ на основе специфических методов обработки знаний, реализующая восходящий и нисходящий процессы синтеза; разработана методика моделирования технических характеристик ДМВ на основе МКЭ; разработана программная система синтеза и моделирования конструкций ДМВ; значимость и эффективность разработанных методов и методик в целом подтверждена практическим опытом использования в проектных и научно-исследовательских организациях.

3.2. Концепция компьютерных технологий проектирования ДМВ. Впервые в практике приборостроения применена идеология когнитивной графики для решения проблемы автоматизации описания исследуемых объектов и подготовки задания на моделирование. На базе когнитивной компьютерной графики разработана интеллектуальная система моделирования (ИСМ), являющаяся одним из основных модулей АССПр ДМВ. Для ее реализации под руководством и при участии автора выполнялись следующие научные исследования и работы: разработка и практическая реализация специализированного графического языка представления декларативных знаний в ЭВМ для синтеза и анализа конструктивных схем ДМВ; систематизация методов моделирования и разработка специализированной базы знаний, позволяющей включать новые методы моделирования ДМВ; создание структуры интеллектуальной системы моделирования с фреймовым способом представления и обработки знаний, обеспечивающей интеллектуальный интерфейс между проектировщиком-непрограммистом и ЭВМ при решении задач системного исследования ДМВ. На основе положений иконики разработана методика подготовки исходных данных при моделировании методом конечных элементов и его модификациями.

Практическая ценность перечисленных работ состоит в следующем: реализован на ЭВМ графический язык, использование которого позволило существенно сократить затраты, связанные с описанием объекта, вводом и

подготовкой данных для его моделирования [64]; создана база знаний мет дов моделирования, принцип систематизации которой дает возможное включать в ИСМ новые методы моделирования для расширения ее возмо> носгей по исследованию ДМВ [68,70,71]; разработана и реализована на ЭВ] интеллектуальная система моделирования, структура знаний и механизм вг вода которой позволяют организовать системное исследование датчика в а тематическом режиме с применением различных методик моделирована ДМВ [65,68]; разработанная программная система ориентирована на коне1 ного пользователя и не требует знаний по программированию, что позволж использовать ее для поддержки лекционных и практических занятий со ст дентами по ряду дисциплин в рамках специальности 190900, а также дл курсового и дипломного проектирования. Предложенный подход к создани, ИСМ может быть положен в основу систем моделирования в других областя приборостроения.

Рассмотрим основные теоретические положения и практические резул1 таты перечисленного комплекса научных исследований и разработок.

Специфика создания компьютерной технологии проектирования ДМ^ потребовала новой систематизации. В основу систематизации положен подхо к представлению конструкций датчика в математической модели в сосп ветствии со степенью декомпозиции его конструктивной схемы: от простер шего представления (в виде материальной точки), до представления объект бесконечным числом элементов [68,70]. Такой подход позволяет охватить ка уже существующие методики моделирования ДМВ, так и новые, которые бу дут появляться при развитии моделирования.

Помимо знаний о методах моделирования для организации системны: исследований ДМВ необходимы также знания о способах организации вы числительного эксперимента или условиях исследования. Их программна; реализация в виде баз знаний составляет информационный фонд ИСМ дл; решения задач выбора метода математического описания ДМВ и организацш вычислительного эксперимента.

Создание баз знаний учитывающих достоинства и исключающих недо статки матроида, предполагает структурирование и выбор способа представ ления знаний. В основу структурирования знаний положена систематизацю основных методов моделирования, приведенных в разделе 2. В качеств» основных признаков структурирования выбран набор моделируемых мегоди ками характеристик датчика по систематизации методов моделирования [68] поскольку выбор метода моделирования зависит не только от специфига конструкции ДМВ, но и от цели исследования. Выбранная и реализованная во фреймовом представлении структура знаний обеспечивает системное исследование ДМВ [71].

Компьютерная технология потребовала разработку средства единооб разного представления конструктивных схем ДМВ для различных методик моделирования. Этот трудноформализуемый процесс включает в себя не только описание конструкции датчика: топологическую структуру, физиче-

кие характеристики конструктивных элементов, их геометрические размеры 1 т.п., но и построение на его основе математического описания конструк-ивной схемы датчика согласно выбранной методике.

Впервые в практике решения задач исследования ДМВ на компьютере федложено использование когнитивного графического способа представле-шя конструкции датчика в виде эскиза, выполненного по правилам построе-1ия чертежа. Когнитивная функция графического способа выражена в отображении внутренних свойств конструкции ДМВ с помощью элементов черче-шя: тип штриховки - физические характеристики материала, обозначение эезъбы - способ крепления конструктивных элементов и т.п. В качестве об-тасти для теоретической проработки и практического использования графи-геского языка выбран класс датчиков осесимметричных конструкций. В результате научных исследований доказано, что введение алфавита и правил новообразования декларативных языков в рамках положений теории формальных систем, позволяет обеспечить их обработку на компьютере. Разработан алфавит и правила словообразования графического языка, позволяющие эписывать конструктивные элементы пьезоакселерометров осесимметричных конструкций. Анализ специфики конструктивных схем ДМВ предоставил возможность сформулировать ряд аксиом (тавтологий), необходимых для реализации операционного механизма графического языка [71].

Введенные правила индуктивных выводов из слов графического языка, составивших основу его операционного механизма, позволяют ИСМ получать заключения о специфике конструктивной схемы датчика для построения его математического описания в рамках любой из методик моделирования, реализуемой в ИСМ.

Программная реализация графического языка в виде подсистемы анализа графического изображения (ПАГИ) стала возможна благодаря когнитивным свойствам графического языка как средства работы с графическим представлением и имеющим способы перехода от него к текстовому представлению. Так на рис.9 показана работа графосинтезатора ПАГИ при описании корпуса датчика. Рис.10 иллюстрирует основные этапы по описанию всей конструкции датчика. На рис.11 представлена полностью построенная фраза на графическом языке. Когнитивные свойства иллюстрирует рис.12, где показано составленное пользователем слово графического языка, описывающее корпус датчика, и адекватное ему символьное представление, с которым оперирует компьютер.

Как доказали исследования, графический способ представления конструкций ДМВ хорошо согласуется с предлагаемым развитием конечно-элементных методов моделирования ДМВ на основе суперэлементного подхода. ПАГИ реализует процесс разбиения конструкции моделируемого датчика на суперэлементы. По подготовленным данным формируются граничные матрицы жесткостей Кв и вектора граничных сил Рв, путем учета вклада каждого из суперэлементов в отдельности.

Рис.9. Пошаговый синтез корпуса пьезоакселерометра.

Рис.10. Фрагменты построения фразы.

Рис.11. Полностью построенная фраза, описывающая ДМВ.

1 2 1 1 0.0

2.1 18.8 18.8 5.0

1.8 15.8 15.0 5.0

2.0 3.0 3.8 2.0

3.0 З.В 3.8 4.0

Рис.12. Изображение корпуса и его блок данных.

Проведены теоретические исследования, связанные с созданием струк туры ИСМ и реализацией ее основных модулей. Описание предложение! структуры ИСМ приведено в [65,68,70,71].

Разработаны основные модули препроцессора ИСМ: спецификатор за дачи выбора (СЗВ), блок принятия решения (БПР), планировщик численно

о эксперимента (ПЧЭ), администратор математического моделирования АММ). Основные функции препроцессора: (1) анализ поставленной задачи сследования ДМВ; (2) выбор методов моделирования для реализации ис-ледования; (3) составление программы вычислительного эксперимента по сследовашш ДМВ. Разработаны методы и способы решения основных задач ля препроцессора.

С?

)

- «гесЬатса! иеак агеа I

Рис.13. Выделение опасных зон з КЭ.

* 35ге : Я

1: .0005 (п)

2: .0312 (п)

3: .8150 Сп)

4: .0045 О»)

«БепктчПу <у>: .848 рС/д О ЗетезШиНы (XV): 5.877 рС/д *

Рис.14. Эскиз оптимальной конструкции датчика, выполненный АССПр по результатам исследования (чувствительность 5.877 пКЛ /%).

Алгоритм функционирования препроцессора состоит из следующих юновньгх этапов: СЗВ формирует фрейм-задание по введенным пользовате-гем данным о цели исследования и заключениям модуля анализа конструк-ивных схем ДМВ (ПАГИ) ; БПР используя знания из баз "методы модели-ювания" и "условия исследования" выбирает метод согласно фрейма-задания; >дновременпо с выбором происходит заполнение фрейма-эксперимента, куда ¡аносится имя методики моделирования; ПЧЭ завершает формирование

фрейма-эксперимента в виде программы вычислительного экспериме: (ВЭ): каждый слог фрейма-эксперимента является формулой, содержац имя построителя математической модели и набор операций но ее исследо нию; АММ реализует программу ВЭ.

Процессор ИСМ разработан в виде общих шин по обмену данным! препроцессором и постпроцессором и набора программных модулей постр* телей математических моделей (ПММ). Запуск программных модулей о ществляет АММ согласно программе ВЭ.

Для анализа, обработки и визуализации результатов исследования ДГ* разработан постпроцессор ИСМ, состоящий из информацион] аналитического модуля (ИАМ), модуля статистической обработки (МСО) стек-базы "объект моделирования". Предложен способ накопления инфорг ции о результатах исследования в специализированной стек-базе. Такой ш ход позволяет организовать подготовку и составление технического отчет« результатах исследования, содержащего практические рекомендации но < вершенствованию конструкции датчика. Показано, что эти рекомендации > гут быть положены в основу ироектно-конструкторского решения.

На рис.13 приведены результаты исследований прочности конструкц пьезоакселерометров (выделение наиболее опасных зон возможного разруп ние), выполненных совместно с НПО измерительной техники (г.Москва) НПО ЦНИИТМаш (г.Москва) с помощью модулей АССПр. На рис. И по! зан эскиз оптимальной конструкции датчика, выполненный в АССПр по { зультатам указанных исследований. Таблица 4 иллюстрирует точность вс произведения основных характеристик ДМВ в АССПр, что доказывает э фективность ее использования для решения проектных и исследовагсльск: задач.

Таблица

Сравнение значений основных характеристик пьезоакселерометра,

полученных в АССПр, с экспериментальными данными.

N Наименование 3 н а ч н и е

П.11 характеристики АССПр эксперимент

1 Чувствительность, пКл/я 5,88 6,07

2 Собственная частота, кГц 5,0 6,1

3 Максимальное значение амплитуды внешнего воздействия, я 1500 1800

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты исследований, выполненных в предлагаемой р боте, могут быть сформулированы следующим образом:

1) На основе исследования основных приемов и методов традиционное проектирования датчиков механических величин проведена систематизация формализована специфика задач проектирования ,что явилось фундаменте для предложенных компьютерных технологий.

2) Разработана модель процесса сквозного проектирования ДМВ, как еретический базис современных компьютерных технологий проектировав гя , с целью улучшения метрологических и технических характеристик ДМВ. Г -

3) Разработан способ представления формализованных знаний о »едствах измерений в виде трехмерного матроида, реализация которого в >еде интеллектуальных технологий обеспечила высокую эффективность рвения триединой задачи проектирования ДМВ.

4) Разработан комплекс формализованных критериев, обеспечивающих эддержку принятия проектно-конструкторских решений, в том числе и коц-/рентноспособных, в автоматизированном проектировании ДМВ.

5) Разработан принципиально новый подход к представлению кон-•рукпии ДМВ на базе когнитивной компьютерной графики, обеспечивающей 1раметрический синтез и комплексное моделирование ДМВ.

6) Разработана методология структурного и параметрического синтеза энструктивных схем ДМВ, которая решила проблему практического проек-фования ДМВ с помощью компьютерных технологий и позволила получить атентоспособные решения для измерения ускорений с помощью пьезоэлек-шческих преобразователей.

7) Создана методика универсального метода математического и графи-

1ния и исследования.

й) Значимость и эффективность основных результатов подтверждена рактическими результатами в проектировании конкурентноспособных дат-яков механических величин при максимально возможном учете реальных |цзических свойств материалов, оптимизации структуры и параметров дат-иков с помощью вычислительного эксперимента. Результаты таких решений ыли использованы во многих проектных и исследовательских учреждениях.

9) Теоретические основы и программная реализация компьютерных зхнологий проектирования ДМВ используется в учебном процессе и в учебой литературе для подготовки инженеров с СПбГТУ , а также целевой ин-ивидуальной подготовки специалистов в Вузах и на предприятиях.

Таким образом, результаты разработки компьютерных технологий про-ктирования датчиков механических величин показывают, что развитие науч-о-технического прогресса в датчикостроении идет по пути расширения круга здач, решаемых с помощью ЭВМ и делает практически возможным проек-ирование "от идеи до образца" без трудоемкой и дорогостоящей стадии до-□дки.

Основные результаты выполненных в диссертации исследований отрадны в следующих работах:

. Шмаков Э.М. Аппаратура с проволочными преоброзователями для изме-ения вибрационных смещений грунта. Тензометрия. Кн.51.-Л.-М.: Машгиз, 959. (0.7 п.л.)

2. Фетисов М.М., Шмаков Э.М., Эйслер JI.A. Аппаратура для записи мг» венных давлений и ускарешш. ГОСНТ, N11-62-18/4, М., 1962. (0.3 п.л.)

3. Зорин Д.И., Миткевич A.B., Шмаков Э.М., Шрамков Е.Г. Междунаро, ный электротехнический словарь. Группа 20. Лабораторные и технически измерительные приборы.-Физмаггиз, М., 1962.-228 с. (4 п.л.)

4. Козлов И.М., Шмаков Э.М. Акселерометр для работы в расширенно диапазоне частот и температур. Ученые записки аспирантов и соискателе Ленинградского политехнического института 1963, с. 32-36. (0.15 п.л.)

5. Козлов И.М., Шмаков Э.М. Аппаратура для измерения ускорений с авт< матическим переключением пределов измерения. Выпуск III. Материалы Симпозиуму "Эксперементальные исследования инженерных сооружение (апрель 1965 г.) Л.-1964, с. 42-46. (0.2 п.л.)

6. Фетисов М.М., Шмаков Э.М., Эйслер Л.А. Измерительная аппаратур для изучения устойчивости скелета водонасыщенного песка при динамич< ских воздействиях. Выпуск IV. Материалы к Симпозиум "Эксперементальные исследования инженерных сооружений" (апрель 196 г.) Л.-1965, с. 24-32. (0.16 п.л.)

7. Шмаков Э.М., Эйслер Л.А. Аппаратура для осциллографирования смеще ний и напряжений в водонасыщенном грунте при динамических воздейстю-

<TV i-it ГГ|1./'Т," \ Л" '!>,, Г". Т ■ ' I 41 Г Г г С* < Т * Я'-т • " ------ ----- - -

— -----j---- . . .----с---.. ----..--"-«.J . ^ »v.A^^. iVU.^.i.HX»^

инженерных сооружений" (апрель 1965 г.) Л.-1965, с. 32-40. (0.24 п.л.) ö. Новицкий 11.В., Левшина b.c., Туричин A.M., Шмаков Э.М. Пьезоэлев трические преобразователи. Электрические измерения неэлектрических велл чин. Энергия, Москва-Ленинград, 1966., 692 с. (0.15 п.л.)

9. Шмаков Э.М. Обобщенный критерий качества пьезоэлектрических npeoi разователей. Тезисы докладов VII конференции "Кибернетические методы теории и практике измерений" (17-20 февраля 1970) Л., 1970. (0.05 п.л.)

10. Шмаков Э.М. Пьезоэлектрические датчики для расширенного диапазон температур. Тезисы конференции "Измерительные преобразователи" (1-апреля 1970) Киев, 1970, с. 81-82. (0.14 п.л.)

11. Фетисов М.М., Кнорринг В.Г., Смолко Л.В., Шмаков Э.М. Измеритель ные преобразователи неэлекгрических величин. Пер. кн. Нуберта Г.П. Энер гия, Л.,1970, 400 с. (5 п.л.)

12. Шмаков Э.М. Исследование путей построения виброизмерительной аппа ратуры для работы в трудных условиях эксплуатации. Диссертация на соис кание ученой степени к.т.н. Л./ Ленинградский политехнический институт 1970,227 с. (10 п.л.)

13. Новицкий П.В., Шмаков Э.М. Критерий оценки качества пьезоэлектри ческих датчиков пьезоакселерометров. Тр. Ленинградского политехническоп института, 1971, N324, с. 116-120 (0.2 п.л.)

14. Зограф И.А., Карпов В.И., Осадчий В.П., Шмаков Э.М. Механизм об разования критериев эффективности измерительных преобразователей меха нических величин. Тезисы доклада симпозиума "Оценка качества средст] электрическийх измерений", 1973, 4 с. (0.02 п.л.)

5. Зограф И.Л., Пресняков П.Д., Шмаков Э.М. Оценка технической эффективности датчиков для измерения усилий, давлений и ускорений. Тезисы [оклада симпозиума "Оценка качества средств электрическийх измерений", 973, 4 с. (0.04 п.л.)

6. Пресняков П.Д., Новицкий П.В., Родион Э.И., Шмаков Э.М. Учебное гособие по преддипломной практике, курсовому и дипломному проектирование. ЛПИ, Ленинград, 1974, 72 с. (1.1 п.л.)

7. Андрианов В.А., Зограф И.А., Король Е.И., Смолко Л.В., Шмаков Э.М. Тринцип оценки технической эффективности измерительных нреобразовате-!ей (датчиков) для измерения неэлектрических величин. Тезисы доклада IX ;онференции "Кибернетические методы в теории и практике измерений" (157 октября 1974 г) Л., 1974, 5 с. (0.01 п.л.)

8. Левшина Е.С., Шмаков Э.М. Пьезоэлектрические преобразователи силы, явления и ускорения. / Электрические измерения неэлектрических вели-шн. Под. ред. Новицкого П.В. - Энергия, Л., 1975, 576 с. (0.16 п.л.)

9. Новицкий П.В., Шмаков Э.М. Анализ путей повышения эффективности гьезоэлектрических преобразователей./ Электрические измерения неэлек-■рических величин. Под. ред. Новицкого П.В. - Энергия, Л., 1975, 576 с. 0.13 п.л.)

¡0. Шмаков Э.М. Комплексный подход к проектированию средств измере-шй. Тр. Ленинградского политехнического института, 1975, N 342, с. 13-16 :о.2 п.л.)

!1. Король Е.И., Новицкий П.В., Шмаков Э.М. Оценка качества пьезоэлектрических датчиков пьезоакселерометров. Тр. Ленинградского политехнического института, 1975, N 342, с. 17-19 (0.07 п.л.)

12. Зегжда И.Д., Смолко Л.В., Калачев А.И., Николаева М.Е., Шмаков ?.М. Разработка прогноза технических характеристик средств измерений на гримере ряда групп электроизмерительных приборов. Отчет о НИР 3301 1ПИ, 1976, регистрационный номер перечня НИР Б625426, 20.10.-1977, 87 (1 п.л.)

>3. Зегжда П.Д., Смолко Л.В., Шмаков Э.М. Технико-экономическая добротность средств измерений как метод определения их качества. / Труды болгарской национальной конференции "Метрологическое обеспечение ка-гества продукции", (16-18 ноября 1976), Варна, 1976г., с. 131-139 (0.12 п.л.)

24. Александров В.К., Шмаков Э.М.Единый математический подход при автоматизации различных этапов проектирования акселерометров. В кн.: Виб-эометрия. Прибор, 1979, с.4 (0.13 п.л.)

25. Шмаков Э.М. (в соавторстве) Пьезоэлектрические материалы. Температурные характеристики. Проектирование датчиков для измерения механиче-;ких величин. /Под ред. Осадчего Е.П./ -М: Машиностроение, 1979, 480

п. 8.1, 8.2, с. 178-186 (0.5 п.л.)

26. Шмаков Э.М. Особенности автоматизации конструирования деталей и :борочных единиц средств информационно-измерительной техники. Учебное аособие.- Л: Ленинградский политехнический институт, 1979, 80 с. (5 п.л.)

27. Исмаилов Ш.Ю., Шмаков Э.М. Методологические и алгоритмическ основы комплексного подхода к проектированию средств измерений - Тру, VIII Международного Конгресса ИМЕКО, 1979, с. 21-28 (0.6 п.л.)

28. Шмаков Э.М. Основные проблемы и перспективы развития комплексно подхода к проектированию средств измерений / Измерения, контроль, ан матизация, 1979, N 3/19/, с.18-24 (0.5 п.л.)

29. Шмаков Э.М. Анализ основных методов автоматизации проектирован средств измерений. / Измерения, контроль, автоматизация, 1980 N 3-4 О 26), с. 30-34 (0.6 п.л.)

30. Зегжда П.Д., Смолко Л.В., Шмаков Э.М. Голографическое моделиро; ние ири автоматизации проектирования датчиков. / Измерительные нреобр зователи. Межвузовский сборник Омского политехнического институт 1979, с.36-39 (0.08 п.л.)

31. Шмаков Э.М. Методы автоматизации в процессе проектирования датч ков. Межвузовский сборник Ленинградского политехнического институт изд. ЛПИ, 1980, с. 103-106 (0.25 п.л.)

32. Макаров A.B., Шмаков Э.М. Автоматизация моделирования функци нальных систем измерительных преобразователей на ранних стадиях прое тирования. В кн.: Вопросы теории и проектирования преобразователей д. физических измерений (сентябрь 1982, Киев), 2 с. (0.1 н.л.)

33. Евдокимов В.Е., Шмаков Э.М. Алгоритмизация процесса проектироЕ ния средств измерений для систем автоматического управления. / Tpy¿ Ленинградского политехнического института, 1980, N 372. Проектирование построение систем управления с применением ЭВМ., с. 61-63 (0.1 п.л.)

34. Мокров Е.А., Гусенко Ю.М., Зегжда П.Д., Смолко Л.В., Шмаков Э.1* Перспективы использования ЭВМ для проектирования измерительных пр образователен физических величин. / Научно-технический сборник, cep¡ VI, выпуск 2 - М: ГОНТИ-5, 1981, с. 6-12 (0.1 п.л.)

35. Голубенцев Н.Д., Зегжда П.Д., Шмаков Э.М., Юревич Е.И. Разработ] обобщенных показателей технического уровня промышленных роботов. Приборы и системы управления, 1981, N 8, с. 18-20 (0.5 п.л.)

36. Веселов B.C., Морозов Н.В., Шмаков Э.М. Исследование работы вибр датчиков методами голографической интерферометрии. В кн.: Вибрационн; техника. - М: МДНТП, 1981. (0.1 п.л.)

37. Александров В.К., Зегжда П.Д., Смолко Л.В., Шмаков Э.М. Проект рование пьезоакселерометров на основе их математических моделей. В кн Вибрационная техника. - М: МДНТП, 1981., с. 36-40 (0.08 п.л.)

38. Евдокимов В.Е., Смолко Л.В., Шмаков Э.М. Показатели физическс реализуемости как основа выбора и проектирования первичных измерител ных приборов для ИИС. В кн.: Труды ВНТК ИИС-81,- Львов, 1981, с. 36-< (0.3 п.л.)

39. Зегжда П.Д., Смолко Л.В., Шмаков Э.М. Принципы построения ci стемы автоматизации проектирования средств измерений. / В сборнике к учных трудов Ленинградского политехнического института. Проектирован!

: построение систем управления с применением ЭВМ. N 377, 1981, с.31-33 0.05 п.л.)

0. Александров В.К., Зегжда П.Д., Смолко Л.В., Шмаков Э.М. Автомати-ация проектирования средств получения измерительной информации для си-тем управления. В кн.: Тезисы доклада Всесоюзного совещания. (16-18 сен-ября 1981, Иваново), с.45-46 (0.05 п.л.)

1. Евдокимов В.Е., Макаров A.B., Шмаков Э.М. Алгоритмизация проегсти-ювания датчиков. / Межвузовский сборник Пензенского политехнического нститута, Вып. 2 - Датчики систем измерения, Контроля и управления. -1енза: ППИ, 1982,с.39-44 (0.1 п.л.)

2. Шмаков Э.М. Метод автоматизации проектирования средств измерений ;ри комплексном подходе. / Приборы и системы управления, 1982, N 3 с. 2-14 (0.4 п.л.)

3. Васильева Р.В., Александров В.К., Цеханский K.P., Шмаков Э.М. Алгоритмизация проектирования пьезоэлектрических акселерометров. / Приборы : системы управления, 1982, N4, с.19-20 (0.05 п.л.)

4. Евдокимов В.Е., Александров В.К., Шмаков Э.М. Математическое моде-ирование динамических' характеристик пьезоэлектрических акселерометров. S кн.: Вибромстрия. - М: МДНТП, 1982., с.146-149 (0.05 п.л.)

5. Александров В.К., Смолко Л.В., Цеханский K.P., Шмаков Э.М. Пьезо-лектрический акселерометр. A.c. N 934389 БИ N 21, 1982

6. Александров В.К., Цеханский K.P., Шмаков Э.М. Пьезоэлектрический кселерометр. A.c. N 945789 БИ N 27, 1982

7. Волков В.А., Мокров Е.А., Гусенко Ю.М., Лебедев Д.В., Демидов В.Ф., Имаков Э.М. Проектирование конструктивно-оптимальных пьезодатчиков авления с применением ЭВМ. Научно-технический сборник, серия VI, ыл.5,- М: ГОНТИ-5, 1982., с.11-15 (0.05 п.л.)

8. Александров В.К., Евдокимов В.В., Смолко Л.В., Шмаков Э.М. Проек-ирование датчиков для систем управления с использованием ЭВМ. ;б,трудов ЛПИ. Исследования систем управления с применением ЭВМ,- Л: зд.ЛПИ, 1983, с.77-79 (0.025 п.л.)

9. Зегжда П.Д., Смолко Л.В., Шмаков Э.М. Критерии выявления возмож-остей решения изобретательских задач. В кн.: Тезисы докл. онф."Методологические проблемы творчества". 4.11. Техническая эвристика

прогнозирование развития техники" (8-9 декабря 1983 г. Рига) - Рига: обо "Знание", 1983, с. 14-16 (0.03 п.л.)

0. Александров В.К., Шмаков Э.М. Методика системного моделирования ля определения рациональной номенклатуры пьезоэлектрических измери-ельных преобразователей. Известия вузов СССР. Приборостроение, N5, 983, с.9-13 (0.12 п.л.)

1. Александров В.К., Евдокимов В.Е.,Шмаков Э.М. Система поискового онструлрования аналоговых систем на основе топологических моделей. В н.Тез.докл.Ш Всесоюзной конференции "Автоматизация поискового кон-

струирования и подготовка инженерных кадров". АПК-83, (27-30 сентяб; 1983, г.Иваново), с.81-82 (0.03 п.л.)

52. Шмаков Э.М. Методология поискового конструирования в САПР СИ. кн.Тез.докл.III Всесоюзной конференции "Автоматизация поискового ко струирования и подготовка инженерных кадров". АПК-83, (27-30 сенгяб] 1983, г.Иваново), с.81-82 (0.03 п.л.)

53. Шмаков Э.М. Автоматизация проектирования средств получения измер тельной информации. Уч.пособие,- ЛПИ, 1984, 84 с. (5 п.л.)

54. Зегжда П.Д.. Макаров A.B., Смолко Л.В., Шмаков Э.М. Методолоп построения обучающего модуля сквозного проектирования. Сб.научн.труд< ЛПИ. Системы автоматизации проектирования и научных исследований. Л ЛПИ, 1985, 7 с. (0.02 п.л.)

55. Александров В.К., Зегжда П.Д., Смолко Л.В., Шмаков Э.М. Систе> автоматизированного сквозного проектирования средств получения измер) тельной информации. Сб.научн.трудов ЛПИ. Системы автоматизации ripoc: тирования и научных исследований. Л.: ЛПИ, 1985, 4 с. (0.01 п.л.)

56. Шмаков Э.М., Смолко Л.В., Николаева М.Е. Учебно-методический ког плекс автоматизированного проектирования средств получения измерител; ной информации. Уч.пособие.- Л.: ЛПИ, 1985, 64 с. (1 п.л.)

57. Шмаков Э.М. Целевая подготовка специалистов в Ленинградском орде> Ленина политехническом институте имени М.И.Калинина / Целевая инте1 сивная подготовка специалистов. Под. ред. А.М.Липанова и А.П.Лукошина Изд-во Ленинградского университета, Л., 1987, с. 157-159

58. Зегжда П.Д., Шмаков Э.М., Молотков C.B. Проектирование датчике механических величин на основе метода конечных элементов. Вибрационна техника. Матерхеминара,- М., 1988, с. 115-118. (0.1 п.л.)

59. Зегжда П.Д., Молотков C.B., Шмакоз Э.М. Применение МКЭ при пр< ектировании датчиков механических величин. Труды ВНТК "Методы и сре; ства измерения механических параметров в системах контроля и управление (25-27 января 1989) .- Пенза., 1989., с.7-9. (0.05 п.л.)

60. Молотков C.B., Смолко Л.В., Шмаков Э.М. Метод суперэлеменгов проектировании датчиков механических величин. Труды ВНТК "ИИС-89" Ульяновск, 1989, 7 с. (0.03 п.л.)

61. Шмаков Э.М. Принципы построения автоматизированных систем скво; ного проектирования. Приборы и системы управления, N9, 1989,с.30-3^ (0.25 п.л.)

62. Александров В.К., Зегжда П.Д., Смолко Л.В., Шмаков Э.М. ДИСО.Д диалоговая система оптимизации датчиков. Приборы и системы управление N9,1989,с.36-37. (0.1 п.л.)

63. Зегжда П.Д., Молотков C.B., Шмаков Э.М. Принципы построения экс пертной системы для сквозного проектирования. Межд.конф."МЕРА-90" выставкой.- М„ 1990, ч.З, с.309-314. (0.1 п.л.)

64. Матвеев В.Л., Молотков C.B., Шмаков Э.М. Система конструирования и исследования датчиков механических величин. ПСУ, N5, 1991, с.22-24. (0.2 п.л.)

65. Макаров A.B., Матвеев В.А., Шмаков Э.М. Интеллектуальная система моделирования датчиков механических величин. Международная конференция "МЕРА-91", Тез. док л. -М. : 1991, с.11-12. (0.05 п.л.)

66. Матвеев В.А., Молотков C.B., Шмаков Э.М. Моделирование и исследование характеристик датчиков методом конечных элементов. Датчики измерения, контроля и управления: Межвуз.сб.научн.тр.-Пенза: Пенз.политехи.ин-т,1991, с.37-42 (0.2 п.л.)

67. Матвеев В.А., Молотков C.B., Шмаков Э.М. Система моделирования и оптимизации чувствительных элементов пьезоакселерометров. Вибрационная техника: Материалы семинара-М.: МДНТП, 1991, с.44-45.

68. Матвеев В.А., Шмаков Э.М. Mechanical values sensors simulation system. Messinformationssysteme: 7-Tagung. Gemnitz, Deutchland,1991, s.84-96. (0.04 п.л.)

69. Шмаков Э.М., Смолко Л.В., Балов О.И. О выборе технического решения на ранней стадии проектирования датчиков механических величин. ПСУ, N5, 1991, с.18-19. (0.02 п.л.)

70. Молотков C.B., Матвеев В.А., Шмаков Э.М. Artificial Intelligence Technology in Sensors Semulation. Труды коллоквиума ИМЕКО.Лондон, 1993, с.259-264. (0.2 п.л.)

71. Молотков C.B., Матвеев В.А., Шмаков Э.М. Artificial Intelligence Technology in Sensors Semulation. Материалы 3-го Украинско-Германского научного симпозиума, Мюнхен, 5-10 июля 1993 г., с.8.1-8.7. (0.15 п.л.)

72. Молотков C.B., Зеглсда П.Д., Шмаков Э.М. Sensors Design Support System . Труды коллоквиума ИМЕКО,- Лондон, 1993, с. 120-124. (0.2 п.л.)