Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ предметной области проектирования оптико-электронных приборов 12
1.1 Области применения оптико-электронных приборов и систем 12
1.2 Классификация ОЭП 14
1.3 Основные критерии оценки качества ОЭП 17
1.4 Существующие методы проектирования ОЭП 20
1.5 ОЭП контроля размеров крупногабаритных деталей 29
1.5.1 Области применения крупногабаритных деталей и проблемы их 29 качества
1.5.2 ОЭП контроля размеров деталей в процессе ее формообразования 30
1.5.3 Обобщенная схема оптико-электронного измерительного сканирующего прибора 33
1.5.4 Требования, предъявляемые к проектируемым ОЭП 34
1.6 Проблемы проектирования ОЭП контроля размеров деталей 35
Выводы 36
Глава 2 Мофологическии синтез оптико-электронных приборов 38
2.1 Эвристические методы проектирования 38
2.2 Морфологический подход к проектированию 40
2.2.1 Последовательность морфологического анализа и синтеза технических систем 40
2.2.2 Морфологический анализ 41
2.2.3 Морфологический синтез 43
2.2.4 Алгоритм древовидного проектирования 45
2.2.5 Алгоритм лабиринтного конструирования 46
2.3 Морфологический синтез для проектирования ОЭП 48
2.4 Конструктивно-функциональный анализ ОЭП 48
2.5 Этапы процесса проектирования ОЭП 50
2.6 Методика морфологического синтеза оптико-электронных измерительных приборов 53
2.7 Методика повышения согласованности матриц парных сравнений 55
2.7.1 Алгоритм повышения согласованности суждений 64
Выводы 68
Глава 3 Уравнения совместимости элементов оптико-электронных приборов 70
3.1 Основные эксплуатационные характеристики ОЭП 70
3.2 Уравнения функциональной связи между физическими величинами фотоприемников 71
3.2.1 Уравнения преобразования оптических сигналов 71
3.2.2 Пороговые параметры фотоприемников 74
3.2.3 Графическое отображение функциональных связей между параметрами фотоприемников 78
3.3 Уравнения междублочных функциональных связей ОЭП 79
3.3.1 Уравнения преобразования сигналов в оптоэлектронном блоке 79
3.3.2 Уравнения функциональных между метрологическими и динамическими характеристиками блоков ОЭП 81
3.4 Уравнения спектральной совместимости элементов ОЭП 84
3.4.1 Спектральный коэффициент полезного действия 84
3.4.2 Спектральные характеристики оптоэлектронных элементов 88
3.5 Применение аппарата нечетких множеств для определения
спектральных характеристик ОЭП 90
Выводы 94
Глава 4 Автоматизированная система морфологического синтеза и результаты ее использования 95
4.1 Автоматизированная система морфологического синтеза 95
4.2. Результаты практического применения автоматизированной системы 103
4.2.1 Выбор типа фотоприемника 103
4.2.2 Выбор типа сканирующего устройства 109
4.2.3 Выбор типа оптического кабеля 112
4.2.4 Выбор метода нагрева в промышленной энергетике 117
Выводы 121
Заключение 122
Список литературы
- Области применения оптико-электронных приборов и систем
- Эвристические методы проектирования
- Уравнения функциональной связи между физическими величинами фотоприемников
- Автоматизированная система морфологического синтеза
Введение к работе
Актуальность проблемы. Основной тенденцией развития промышленности является глобализация мировой экономики и усиление конкуренции. Для выживания в таких условиях предприятия должны выпускать больше новаторской продукции и повышать ее качество. При решении этих проблем резко увеличивается объем их проектных работ, причем число проектировщиков в компаниях не увеличивается. Очевидно, что повысить производительность проектных работ можно внедрением автоматизированных систем проектирования. Для повышения качества выпускаемой продукции в технологические процессы различных отраслей промышленности широко внедряются информационно-измерительные системы ИИС. В настоящее время отечественной и зарубежной промышленностью выпускается довольно большое количество различных типов устройств и элементов, которые в свою очередь характеризуются большим количеством технических характеристик. Поэтому при проектировании ИИС основной проблемой является обоснованный выбор элементного состава систем, который обеспечивал бы необходимые технические характеристики при минимальной себестоимости. Такие проблемы существуют при разработке ИИС для контроля расхода энергоносителей, автоматизированных систем управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, систем передачи информации и т.д. Основой традиционного проектирования информационно-измерительных систем является опыт разработчиков и аналоги технических решений в конкретной области. Основным недостатком такого подхода к проектированию систем является субъективизм в принятии технических решений. Кроме того, сам процесс проектирования не формализован и поэтому не может быть автоматизирован. Для решения подобных задач были разработаны методы концептуального проектирования, основанные на морфологическом синтезе технических решений. Наибольший вклад в развитие теории морфологического синтеза внесли ученые: А.В. Андрейчиков,
М.Ф. Зарипов, A.M. Дворянкин, А.И, Половинкин, И.Ю. Петрова, В.М Одрин и
др.
Основной проблемой применения морфологического синтеза является большое количество синтезируемых вариантов технических решений, из которых необходимо выбрать наилучшие по условиям задачи, а остальные решения отсечь. Поэтому при разработке методов морфологического синтеза для конкретной области необходимо использовать информацию этой области, а именно, уравнения совместимости и функциональной связи между характеристиками и параметрами устройств и элементами проектируемой системы. Очевидно, что эта информация может быть получена на основе анализа подобных систем, разработанных и используемых для конкретной области. Наиболее актуальна задача разработки методов морфологического синтеза оптико-электронных приборов (ОЭП) контроля размеров крупногабаритных деталей машиностроения, представляющих собой оболочки вращения. Оболочки вращения являются базовыми деталями аэрокосмической техники, нефтегазового, химического и энергетического оборудования. Оболочки вращения изготавливаются методом гибки из предварительно нагретого листового материала. Технологическая точность производства базовых деталей оказывает наибольшее влияние на качество выпускаемого оборудования.
ОЭП являются наиболее развитым классом технических систем, для которых разработано большое число элементов и устройств. Однако ОЭП контроля размеров крупногабаритных деталей имеют специфические особенности и поэтому для разработки методик их проектирования необходимо проведение исследований.
Таким образом, решение задач, связанных с разработкой методики морфологического синтеза ОЭП контроля размеров деталей является актуальной научно - технической проблемой, имеющей важное экономическое и хозяйственное значение.
7 Цель работы состоит в разработке автоматизированной системы морфологического синтеза ОЭП контроля размеров крупногабаритных деталей.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Провести анализ существующих методов морфологического синтеза технических систем и выбрать те методы, которые могут быть использованы при разработке автоматизированной системы синтеза оптико-электронных приборов с учетом особенностей их работы.
Разработать теоретические основы для автоматизированной системы синтеза ОЭП, а именно провести анализ, обобщение и выявление основных параметров и характеристик основных блоков ОЭП и уравнений их функциональной связи и совместимости.
Разработать алгоритм принятия решений, позволяющие с высокой достоверностью осуществлять выбор вариантов технических решений.
Разработать методику численного вычисления спектральных и интегральных характеристик ОЭП по спектральным характеристикам элементов.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы системного анализа, теории моделирования, искусственного интеллекта, теории принятия решений, теории оптических систем, z-преобразования, графов, электрических цепей и автоматического управления, а также эвристические методы проектирования технических устройств и систем.
Достоверность и обоснованность научных суждений и выводов, сформулированных в работе, обусловлена корректным применением методов исследования и подтверждена результатами экспериментальных исследований. Блочный состав спроектированных по техническому заданию с помощью предложенной методики синтеза ОЭП совпадает с составом систем, разработанных профессиональными проектировщиками и ведущими фирмами.
Научная новизна результатов, выносимых на защиту, заключается в следующем:
На основе проведенного анализа была построена конструктивная функциональная структура ОЭП и сформирована морфологическая таблица по элементам.
На основе проведенного анализа были получены списки основных параметров и характеристик блоков ОЭП, уравнения функциональной связи и совместимости блоков, позволяющие более обоснованно расставлять приоритеты и исключать технические решения.
Для ускорения процесса выбора вариантов технических решений по оптическому коэффициенту полезного действия для описания спектральных характеристик был использован аппарат теории нечетких множеств.
Для повышения достоверности полученных результатов, а именно выбора наиболее оптимальных технических решений разработана методика итерационного заполнения матриц парного сравнения.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Разработан алгоритм быстрого вычисления оптического коэффициента полезного действия ОЭП, использующий математический аппарат теории нечетких множеств.
Разработан итерационный алгоритм составления матриц парного сравнения с улучшенными характеристиками согласованности.
На основе предложенной методики морфологического синтеза реализована автоматизированная система для поддержки проектирования ОЭП по техническому заданию.
Разработаны методики использования полученных результатов, а именно методик проектирования в других отраслях техники.
Разработанная автоматизированная система использовалась при проектировании ОЭП контроля геометрических параметров крупногабаритных деталей, представляющих оболочки вращения, в процессе их формообразования и оптоволоконных систем передачи измерительной
9 информации. Кроме того, автоматизированная система используется при выборе технологического оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры в промышленной энергетике с целью внедрения энергосберегающих технологий. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе Волгоградского государственного технического университета при изучении дисциплин: «Теория принятия решений», «Системы искусственного интеллекта»; Волжского филиала Московского энергетического института (технического университета) при изучении дисциплины: «Потребители электроэнергии»; Волгоградского филиала Московского государственного университета сервиса при изучении дисциплины «Системы автоматизированного проектирования в сервисе» для специальностей «Нефтегазовый комплекс» и «Сервис компьютерной и микропроцессорной техники».
Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на 7-ой Международной конференции «Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации» (Курск, КГТУ, 2005 г.), на 12-ой межвузовской научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Технологические процессы в машиностроении, химии, строительстве, энергетике и их влияние на экологию и природопользование» (Волжский, ВФ МЭИ, 2006 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов» (Волжский, ВФ МЭИ, 2006 г.), на Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград, ВолгГТУ, 2006 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ: 4 статьи в перечне журналов и изданий ВАК (из них 4 - в центральных журналах), 5 публикаций в сборниках статей, материалов, сборниках тезисов
10 Всероссийских и Международных научно-технических конференциях и семинарах (2003 - 2007 гг.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации составляет 130 страниц машинописного текста, таблиц - 39, рисунков - 30, список литературы - 127 наименований, приложения - 27 страниц. Общий объем работы - 162 страницы.
В первой главе рассмотрены области применения ОЭП, используемых в различных отраслях промышленности, науки и техники. Приведена их классификация. Подробно описан ОЭП контроля технологическим процессом формообразования крупногабаритных деталей. Представлена обобщенная схема ОЭП, описаны достоинства и специфические особенности рассматриваемых приборов. Отмечены требования, предъявляемые к проектируемым измерительным ОЭП контроля геометрических параметров деталей. Дан обзор существующих методов проектирования ОЭП. Приведены проблемы проектирования ОЭП и предполагаемые пути их решения. На основе проведенного анализа существующих методов проектирования информационно-измерительных и управляющих систем, которые могут быть использованы для решения конкретной задачи, а именно концептуального проектирования ОЭП контроля размеров деталей, был обоснованно выбран морфологический синтез, позволяющий разрабатывать ОЭП контроля с необходимыми функциональными возможностями и заданными техническими характеристиками.
Во второй главе представлена методика концептуального проектирования сканирующего ОЭП контроля размеров нагретых деталей. Для этого был проведен анализ, в результате которого выявлены основные критерии - технические характеристики блоков ОЭП и основные варианты технической реализации блоков ОЭП. Выполнен конструктивно-функциональный анализ ОЭП, построена конструктивная функциональная структура ОЭП.
Сформирована морфологическая таблица по элементам ОЭП, в которой приведены характеристики основных блоков системы. Также разработана методика итерационного заполнения матриц парного сравнения с интеллектуальной поддержкой, которая позволила повысить согласованность матриц и соответственно достоверность полученных результатов, а именно выбора наиболее лучших технических решений.
В третьей главе рассмотрены уравнения совместимости основных элементов и узлов ОЭП. На первом этапе проектирования на основе анализа различных источников информации выявляются основные эксплуатационные характеристики системы. А для уменьшения общего числа характеристик до числа наиболее существенных исследована их функциональная зависимость. Критерии совместимости позволяют выбирать элементы с совместимыми характеристиками и рационально распределять погрешности измерения по элементам устройства. В качестве основного критерия совместимости оптических элементов системы используется спектральный коэффициент полезного действия (КПД) % преобразователя, определяющий какая часть из
общего интегрального потока излучения может быть использована или преобразована. А также для описания спектральных характеристик, имеющих сложную форму и задающихся дискретизированными функциями с множеством значений, предложено использовать математический аппарат теории нечетких множеств, что позволит значительно сократить время выбора вариантов с учетом совместимости элементов по оптическому коэффициенту полезного действия.
В четвертой главе представлена автоматизированная система морфологического синтеза ОЭП. А также показаны возможности практического применения разработанной методики концептуального проектирования.
Области применения оптико-электронных приборов и систем
Более 80% информации, необходимой для жизнедеятельности человека, является оптической, это связано с тем, что оптическая информация обладает рядом преимуществ. По этой причине в технике все более широкое применения находят оптические сенсоры. По прогнозам специалистов их относительный состав стремится к приблизительно этому же числу (80%). Оптико-электронные приборы и системы используются во всех областях науки и техники [16,76,105], а именно: - применяются для преобразования невидимого глазом человека слабого светового, инфракрасного и ультрафиолетового излучения в системах ночного и технического видения, наблюдения в сложных метеоусловиях; - предназначены для переработки графической информации в ЭВМ, системах коммуникации и другой аппаратуре с применением волоконной оптики [79]; - используются в медицине, как для диагностики, так и для терапии и хирургии; - установлены на космических аппаратах для осуществления их ориентации и навигации, а так же исследований Земли и Космоса; - применяются для зондирования атмосферы и океана с экологическими и метеорологическими целями; - работают в системах охраны и криминалистике.
В долгосрочных программах научного и технологического развития передовых стран мира вопросы формирования и обработки изображений являются одними из наиболее перспективных направлений [76].
Оптико-электронные приборы (ОЭП) используют в своей работе одно из замечательных свойств природы - оптическое излучение (свет) [91]. ОЭП позволяют получать сведения о размерах, форме, положении и энергетическом состоянии тела, содержащиеся в потоке излучения, извлекаются путем его специальной обработки и преобразования в электрический сигнал, который также обрабатывается с целью выделения шумов и последующей регистрации.
Основное достоинство ОЭП заключается в том, что они позволяют значительно расширить возможность человека по восприятию слабых и невидимых для человека потоков излучения, обеспечивая автоматизацию процесса регистрации излучения путем преобразования его в электрический сигнал, который обрабатывается и регистрируется [31].
ОЭП находят применение там, где требуется высокая точность измерений свойств объектов по их изображениям или получение качественного изображения при низких уровнях сигналов [2,113], так, например: - промышленное применение (оптические интерферометры для измерения качества обработки поверхности зеркал и линз, плазменные установки напыления антикоррозийных покрытий, контроль внутреннего состояния поверхности нефте- и газоскважин) [19,21]; - научное применение (съемка процесса прохождения скачка уплотнения в ударной трубе; съемка процессов образования турбулентности в жидких средах)[75]; - медицина (устройства формирования рентгеновских изображений для медицинской рентгеноскопической и рентгенографической диагностики); - специальное применение (бортовые спутниковые ОЭС наблюдения земной поверхности из космоса, звездные датчики для приборов астроориентации космических спутников и астронавигации наземных транспортных средств) [47].
Разработки в сфере ОЭП уже нашли применение в атомной, нефтехимической, деревообрабатывающей промышленности, медицине, экологии и других областях народного хозяйства [104].
В настоящее промышленные предприятия страны выпускают высокоточные ОЭП, которые используются в различных отраслях промышленности, а именно: в машиностроительной, тяжелой, легкой, угольной, часовой, электронной промышленности и т.д. В числе перспективных направлений научных исследований и разработок является создание оптико-электронных приборов и систем, геоинформационных систем, средств обеспечения надежности и качества изделий электронной техники [3,76]. Назначение приборов данного типа - круглосуточный поиск и наблюдение объектов в простых и сложных метеоусловиях, контроль заданной территории. ОЭП незаменимы при проведении поисково-спасательных работ, в условиях большой запыленности и задымления [47]. Они также используются для контроля линий электропередач, газо- и продуктопроводов и в коммунальном хозяйстве для обнаружения утечек тепла [53].
На основе оптико-электронных приборов, работающих в инфракрасном спектре, созданы теплопеленгаторы, головки самонаведения и тепловизоры. С помощью ОЭП решаются задачи автоматической астроориентации и астронавигации аэрокосмической техники.
Эвристические методы проектирования
В качестве метода проектирования целесообразно использовать эвристические методы, учитывающие большой объем знаний в области оптико-электронного приборостроения. Эти методы основаны на обобщении существующих разработок и морфологическом синтезе устройств, позволяющем из известных элементов и устройств создавать новые измерительные системы с заданными характеристиками [119].
Эвристические методы решения задач не подменяют творческий поиск, а организуют и направляют его, повышая целенаправленность, эффективность и оперативность проектирования. Следует подчеркнуть, что для разработки эвристических методов проектирования необходимо обобщение большого числа решенных задач, причем в различных областях техники. Поэтому наибольший эффект при использовании эвристических методов может быть получен специалистами, обладающими высоким творческим потенциалом и опытом [72].
В области методологии проектирования технических систем по данным различных источников существует довольно большое количество различных эвристических методов - ЗО-і-35 [119]. На основе проведенного анализа существующих методов проектирования получены выводы [77,78] о том, что многие из известных методов проектирования представляют собой варианты одного метода или являются эвристическими приемами, а все эвристические методы проектирования можно разделить на два основных класса: трансформационные и морфологические методы. В качестве основы деления методов положена природа механизма процесса решения задачи, а именно процесс решения задачи может быть расчленен на две стадии: первая - анализ информации, необходимой для получения искомого решения; вторая стадия -синтез искомого решения.
Трансформационный подход определяет трансформационный механизм решения и базируется на ряде принципов. На стадии анализа формируется план решения задачи синтеза, реализация которого осуществляется с помощью различных преобразований (трансформаций) прототипа с помощью одного или нескольких эвристических приемов [72].
При этом весь цикл решения задачи (анализ-синтез) может многократно повторяться с различными прототипами и эвристическими приемами. Однако, трансформация не всегда продуктивна даже при многократном повторении цикла.
К трансформационным методам относятся метод трансформации системы Дж. Джонса [35], АРИЗ [10], а также ряд других методов. В АРИЗе в качестве "модели-ориентира" искомого решения выступает так называемый идеальный конечный результат.
Чисто эвристические операции получения нового технического решения (ТР) из его прототипа могут быть выполнены только человеком, поскольку ЭВМ не обладает интуицией, не может предугадывать, строить гипотезы, фантазировать и т.п. Поэтому чисто трансформационные методы не автоматизируемы. Надежность трансформационных методов обратно пропорциональна сложности решаемых задач. Попытки преодолеть этот недостаток, присущий трансформационным методам, привели к возникновению второго подхода к решению задач - морфологического.
Морфологический подход. Впервые идеи морфологического подхода были изложены швейцарским астрономом Ф. Цвикки в 30-е годы прошлого столетия и в дальнейшем были развиты рядом исследователей, в частности, В. М. Одриным и С. С. Картавовым, А. И. Половинкиным и другими.
Морфологический подход базируется преимущественно на комбинаторном принципе поиска решений. Процедура морфологического анализа позволяет целенаправленно, планомерно закладывать в морфологические множества решений большое число технических решений (TP) - аналогов существующих технических систем (ТС), часто очень далеких [77,78].
Целью морфологического анализа и синтеза технических систем является системное исследование всех возможных вариантов решения задач, вытекающих из закономерностей строения (морфологии) совершенствуемого объекта. Это позволяет учесть, кроме известных вариантов и необычные варианты, которые при простом переборе могли быть упущены исследователем из рассмотрения. Кроме того, при морфологическом синтезе обеспечивается реализация совокупности операций поиска на морфологическом множестве вариантов описания функциональных систем, соответствующих исходной цели поиска, т. е. условиям задачи [13,14].
Под поиском в данном случае понимается последовательность операций выбора из морфологического множества варианта описания функциональной системы и операций оценивания совместимости подсистем, образующих выбранный вариант, и соответствие варианта требованиям к искомой функциональной системе, которое лежит в пределах от понятия «подходящее решение» до понятия «оптимальное решение».
Наиболее целесообразная область применения методов морфологического анализа и синтеза - начальные этапы проектирования и конструирования новых эффективных конструкторских, технологических, управленческих и других решений.
Уравнения функциональной связи между физическими величинами фотоприемников
Решение задач проектирования технических систем базируется на техническом задании, которое содержит сведения о функциях проектируемой системы, перечень требований и ограничений к основным эксплуатационным характеристикам. Поэтому правильное формирование технического задания во многом определяет качество синтезированного решения. На первом этапе проектирования на основе анализа различных источников информации выявляются эксплуатационные характеристики проектируемой системы, которые отражают качество рассматриваемого класса систем. Причем частные характеристики систем необходимо объединить в общие показатели качества, а менее значимые характеристики исключить. Кроме того, для уменьшения общего числа эксплуатационных характеристик до числа наиболее существенных необходимо исследовать их функциональную связь. Выбор эксплуатационных характеристик выполняется проектировщика и зависит от области применения. Так, например, в таблице 3.1 представлено множество эксплуатационных характеристик ОЭП контроля размеров деталей [118]. Если приоритетность эксплуатационных характеристик очевидна, то составление таблицы не вызывает сомнений. В случае сложности определения приоритетности характеристик в списке необходимо использовать метод парных сравнений. Некоторые характеристики технических систем могут быть между собой связаны некоторыми функциями. В зависимости вида функций (детерминированные, стохастические), а в случае стохастической связи коэффициента корреляционной связи нескольких характеристик можно заменить одной. Задача определения функциональных связей между характеристиками ОЭП может быть определена по математическим моделям элементов и устройств, проектируемого прибора. Наиболее просто могут быть получены уравнения функциональной связи между характеристиками оптоэлектронного устройства, поскольку для этих устройств имеются математические уравнения.
Таким образом, прежде чем выбирать список эксплуатационных характеристик необходимо провести анализ функциональной связи между ними. Необходимо отметить, что для измерительных устройств согласно стандартам имеется перечень обязательных технических характеристик, например, погрешность измерения и т.д.
Фоторезисторы. Уравнение преобразования потока излучения Ф в электрический ток 1фт имеет следующий вид [43,93] 1ф.=СЩФа, (3.1) где С постоянная, определяемая свойствами материала и конструкцией фоторезистора; у и а - коэффициенты нелинейности вольт-амперной и световой характеристик. Среднее и дифференциальное значения чувствительности фоторезистора определяются уравнениями [43,93] 50 = Ш Фй- ; (3.2) 8д = аСЩФа-\ (3.3) Из уравнений (3.2), (3.3) следует, что чувствительность фоторезистора зависит в большей степени от напряжения на них.
Фотодиоды. Уравнения преобразования фотодиода, которое получено теоретически из теории фотогальванического эффекта, имеет вид [43] It=SQ0-I,{e»» -Г), (3.4) где So0- информационная составляющая тока, 1Т=1!(еш -1), где 1Т -темновой ток «утечки» через р-п - переход, Is - ток насыщения, т. е. значение тока, к которому стремится темновой ток при /ф-»оо, А - коэффициент, зависящий от материала фотоприемника и имеющий значение от 1 до 4, -температура (К), # = 1,6-1019 - элементарный заряд, к = 1 4-10 23Дж-град 1.
В зависимости от полярности напряжения на р-п - переходе различают два режима работы фотодиода: фотогальванический (управляемый источник электрической энергии) и фотодиодный (управляемое сопротивление). Световые характеристики фотодиодов, работающих в диодном режиме практически линейны. При работе фотодиодов в фотогальваническом режиме и при отсутствии в цепи нагрузки сопротивления, световые характеристики так же линейны, а при включении в их цепь сопротивления нагрузки, напряжение на них зависит от фототока иф = 1ФЯИ. Поэтому при увеличении сопротивления линейность характеристик нарушается.
Зависимость напряжения холостого хода на фотодиоде в фотогальваническом режиме от потока излучения имеет вид
Эта зависимость линейна при очень малых значениях потока. Спектральная чувствительность фотодиода меняется при переходе от фотогальванического режима к фотодиодному, так как меняется коэффициент собирания носителей. На спектральную чувствительность фотодиода значительно влияет температура фоточувствительного слоя.
Автоматизированная система морфологического синтеза
Автоматизированная система. морфологического синтеза оптико-электронных приборов PairComp написана на языке Pascal в среде Delphi 5,0. Обладает универсальностью настройки и имеет интуитивно понятный интерфейс, что позволяет гженерту, при определении весов критериев и альтернатив, не иметь высоких навыков в работе с .ПЭВМ [120].
Вею настройку программы, возможно сохранить в файл конфигурации, для последующей, быстрой настройки, путем загрузки сохраненной конфигурации (рис, 4.1).
Исходной информацией для программы в рассмотренном примере являются тины фото приемников, критерии выбора и оценки эксперта.
Программа имеет гибкую настройку (рис. 4,2), что позволяет применять ее и для решения зада1? поиска оптимального решения в других областях техни юа. Программа полностью реализует метод парных сравнений, поэтому, изменив в настройке наименования и количество критериев выбора вариантов pea-лизании, наименование и количество блоков проектируемого объекта и вариантов реализации этих блоков, можно получить новый инструмент поиска решений различных проблем.
Для вычисления векторов приоритетов критериев и альтернатив по критериям и поиска оптимального решения необходимо заполнить матрицы парных сравнений. Заполняя матрицы, эксперт может воспользоваться как контекстным меню, так и самостоятельно ввести оценки предпочтительности. Для оценки предпочтительности критериев и альтернатив по критериям используется девятибаіїльная шкала отношений,
В случае неуверенности в величине коэффициента, ючможно, оставить не заполненными ячейки матрины (рис, 4.3).
При определений неизвестных коэффициентов, эксперт пользуется «подсказками» протраммм. Предложенный коэффициент эксперт может скорректировать по своему усмотрению и уже потом записать его в матрицу, а может оставить без изменений (рис. 4.4},
Также возможен просмотр значений векторов приоритетов ігритериев я альтернатив, на основании которых сформирован результат {рис. 4.9), Полученные результаты, так же как и настройки возможно сохранить (рис, 4.1).
Так же ари оценивший важности критериев и альтернатив по критериям может использоваться шкала, содержащая три оценки (0.5;1;Ь5) [71,П8, І 20]. В этом случае в гірограмме в настройках изменяется только писала опенок (рис. 4.10).
Сначала определяются абсолютные приоритеты критериев (рис. 4Л1 (а),(б)), а затем абсолютные приоритеты вариантов реализации блока по критериям (рис, 4.12).
После определения абсолютных приоритетов вычисляются относительные. Оптимальный вариант реализации блока выбирается по комплексному показателю, который определяется на основе относительных приоритетов критериев и альтернатив по критериям (рис. 4,13} [І! 8Л 20],
Методику морфологического синтеза рассмотрим на примере проектирования оптико-электронного сканирующего прибора контроля размеров нагретыхкрупногабаритных деталей.
Для морфологического анализа и синтеза оптико-электронного сканирующего прибора составляется морфологическая таблица (Приложение Ї), реализующая концептуальное проектирование, поскольку в ней используются только физические основы и принципы действия элементов без конструктивных параметров и характеристик [4].
Наибольшее количество вариантов имеют фотоприемники и сканирующие устройства. В настоящее время существует довольно большое количество фотоприемников (табл. 4.1) [42,43,60], характеризующихся в свою очередь большим количеством параметров и характеристик. В области оптико-электронного приборостроения разработано сравнительно много сканирующих устройств [100], реализующих различные физические принципы действия и имеющих различные конструкции.
