THE IBY AND ALADAR FLEISCHMAN FACULTY OF ואלדר פליישמן איבי ש " ע הפקולטה להנדסהENGINEERING

DEPARTMENT OF SOLID MECHANICS, MATERIALS AND בית הספר להנדסה מכאנית SYSTEMS

-תכן קונספטואלי בין תחומי-CROSS DOMAIN CONCEPTUAL DESIGN

שם: רומן ד.ר. גורודצקימנחה: ד"ר עופר שי

העברת רעיונות לתכן מתחום הנדסי אחד לשני

תחום המבנים:

תחום החשמל:

רעיון

תחום ההידראוליקה:

העברת מידע הנדסי באמצעות מודלים גרפיים

1תחום - 2תחום -

א. טופולוגיה של המערכת

ב. תכונות הנדסיות של האלמנטים.

מודלים מתמטיי

ם

דרישות פונקציונאליות

Functional Requirements

פרמטרים תכנוניים

Design Parameters

פרמטרים ייצוריים

Process Variables

1--------------.

2--------------.

3--------------.

.

.

.

N-----------.

! רעיון !תכן קונספטואלי

Conceptual Design

תכן מפורט

Detailed Design

שרטוטי ייצור

הוראות ייצור והרכבה

! מוצר !

שלבי תכן הנדסי

תרשימים סקיצות

רשימת דרישות

! רעיון !! רעיון !

מטרות המחקר

. פתוח שיטה לתכן )העברת קונספטים(.1א. התמקדות בפונקציונאליות. ב. הטופולוגיה וגיאומטריה. ג. קונספטים קיימים בתחומים הנדסיים אחרים.

ד. העברת מידע הנדסי בעזרת מודלים מתמטיים.

. פיתוח בין תחומי של אלמנטים יסודיים מתחומי המכאניקה 2והאלקטרוניקה.

שיטות תכן:

שיטות מסורתיות Cognitive Methods

שיטת ממוחשבותComputational Methods

סינתזה קינמטית

(Brain Stormingסיעור מוחות )

אנליזה מורפולוגית

( TRIZחשיבה המצאתית )

( Num Suh )תכן אקסיומתי

Enumeration

Genetic Algorithm

B.G Chunks

Agent Based Method

תכן בעזרת אנאלוגיה

פוטנציאלים/זרימות

אלמנטf

כוח

ספיקת זורם

כסף

זרם חשמלי

מומנט

מתח חשמלי

הפרש לחצים

הפרש מהירויותהזזה

שיטות תכן בעזרת ייצוג גרפי:

. ייצוג משותף1

משולב ייצוג. 4

. הרכבת ייצוג ידוע ממודולים ידועים5

. שיפור מערכת בעזרת ייצוג משותף3

. ייצוג דואלי2

בניית ייצוגגרפי

לפיתרון

ייצוג הבעיה בעזרתפוטנציאלים/זרימות

מימוש הגרף בתחום הנדסי

מקורי

בעיה הנדסית בתחום הנדסי

מקורי

חיפוש פתרון בתחומים

הנדסיים אחרים:

א.

ב.

ג.

ת.

?

!

f,

g

שיטת ייצוג משותף:

ייצוג מערכת הנדסית )טרנספורמטור( בעזרת גרף:

כל אלמנט בעל פוטנציאל אחיד מיוצג על-ידי צומת

כל קשר בין אלמנטים מיוצג על-ידי קשתות.

ייצוג –גרף פוטנציאלים משותף של טרנספורמטורים מתחומים שונים

01/00/20/1

01/00/20/1 PPP

01/00/20/1 UUU

0/20/1 2

1 RR

0/20/1 2

1 PP AA

0/20/12

11

1

UUN

N

צמתים בעלי 3גרף עם 2פוטנציאלים שונים,

קשתות רגילות וקשת תמסורת.

אלמנטים 3מערכת עם עם מהירויות זויותיות

שונות.

קשת תמסורת מתאימה ליחס בין הקטרים.

מקומות ללחצים שונים. 3מערכת עם

קשת תמסורת מתאימה ליחס בין השטחים.

מקומות 3מערכת עם בעלי פוטנציאלים שונים.

קשת תמסורת מתאימה ליחס בין הליפופים.

01/00/20/1

בנוסף להעברת המבנה עוברת ההתנהגות של המערכת

פוטנציאל = מתח

פוטנציאל = לחץ

פוטנציאל = מהירות

העברת תכונות בין מערכות הנדסיות להן אותו גרף משותף

מערכות הנדסיות המיוצגות כולן Nנניח כי קיימות על-ידי אותו ייצוג, ולאחת מהן יש תכונה מיוחדת.

ניתן להעביר תכונה זו ליתר המערכות דרך הגרף המשותף.

1 2 N3 4

G

דוגמה להעברת שיטת מתחום נתון )גג"ש( לתחומים אחריםמשפט וויליס

00

0/1

?0/2

1/0

0/1

0/11/0

0/11/2

(1)

k

k

1/01/2 k

1/2

012 1

1

1

1

העברת שיטת וויליס ממכניקה דרך הייצוג המשותף להידראוליקה וחשמל

פלנטרית מכאנית

פלנטרית הידראולית

פלנטרית חשמלית

ל- 0שינוי צומת הייחוס מ- 1.

בניית ייצוגגרפי

לפיתרון

ייצוג הבעיה בעזרתפוטנציאלים/זרימות

מימוש הגרף הדואלי בתחום המקורי

בעיה הנדסית בתחום הנדסי

מקורי

חיפוש פתרון לבעיה דואלית

בתחומים הנדסיים אחרים:

א.

ב.

ג.

ת.

?

!

f,

g

שיטת ייצוג דואלי:

ייצוג בעיה דואלית:

},{},{ ff

בניית גרףדואלי

g*

Cut

Cut

f 0

תהליך בניית הגרף הדואלי:

הפרש פוטנציאלים בפרימלי עובר לזרימה בדואלי ולהפך.

לכל פאה מתאים צומת ולהפך.

פאות סמוכות מחברת 2קשת המפרידה בין הצמתים המתאימים בגרף הדואלי. 2בין

Cir

0

F

(-R1/R2)F

תכן מערכות להגבר כח, ספיקה וזרם באמצעות גרף דואלי

q

(-A1/A2)q

I

i

(-N2/N1)iX

זרימה = כוחזרימה = ספיקה זרימה = זרם

חשמלי

שיפור מערכת בעזרת גרף משותף:

G0

S0S1 S2 Sn

s

g

S0’

G0’

S4’S1’ S2’

g

בדיקה התנהגותית של מערכות הדיפרנציאל

31

33110 RR

RR

0310 MMM

0331100 MMM

031

0

3

3

1

1

RR

M

R

M

R

M

31

33110 AA

PAPAP

0310 qqq

0331100 qPqPqP

031

0

3

3

1

1

RR

q

R

q

R

q

31

11

331

111

0NN

NN VVV

0310 iii

0331100 iViViV

03

11

1

0

31

3

11

1

NNNN

iii

דיפרנציאל

מומנט

M

q

2P

2

q=0

פתרון בעיה הנדסית בעזרת מעבר לתחום הנדסי אחר

מערכת דואלית לדיפרנציאל

FIX

FVX

FIV

דיפרנציאל כוחות דיפרנציאל ספיקות

דיפרנציאל זרמים

פיתוח קונספטים חדשים:

DiodeSCRBJTJFETO.A.

G

מצמד חד-כיווני

SCRמכאני

טרנזיסטורמכאני

JFETמכאני

מגבר שרתמכאני

BJTטרנזיסטור- Bipolar Junction Transistor

BC ii 1

EBCBdD MM

(tan)

D

d

CC

במערכת מכאנית BJTטרנזיסטור סיבובית

מגבר מומנטאקטיבי

מקור הספק חיצוני

מבוקרמומנט מופעל בכניסה

מומנט מתקבל במוצא

מהירות במוצא = מהירות בכניסה

תאור המערכת –

מונע על-ידי מנוע Cחלק חיצוני

כתוצאה מהעומס נע ימינה.Eהחיצוני גוף

מסירת אנרגיה מהמקור אשר מסתובב Cהחיצוני

בכיוון הפוך.

קיבל הספק מגוף Eגוף C שגורם לגוף E לנוע

שמאלה.

התהליך חוזר על עצמו ומתקבל תהליך מחזורי של מגע )קבלת הספק( וניתוק.

הסבר אופן הפעולה של טרנזיסטור מכאני

מגבר שרתOperational Amplifier

V1

V2

V3 =A)V1-V2(0

0 VEE

VCC

A~10,000

פיתוח מגבר שרת מכאני

CCEE

Vcc

Vee

מגבר הפרש מהירויות

אקטיבי

מהירות 1כניסה

מהירות 2כניסה

מהירות מוצא

מקור הספק חיצוני

מבוקר

לא נידרש מומנט בכניסה !

מומנט במוצא לא מוגבל

SCRמישר סיליקון מבוקר-

A A

G

המשך מחקר ומסקנות:

הפעלת השיטה על תחומים הנדסיים נוספים ולא הנדסיים:- כלכלה, תעשייה וניהול.

פיתוח תוכנה לקבלת קונספטים הנדסיים ממוחשבת. -)מתמטיקה דיסקרטית היה הבסיס במדעי המחשב(.

מסקנות:הקונספטים המתקבלים על ידי שיטת התכן הבין תחומי לא תמיד -

נמצאים כיעילים מבחינה מעשית בתחום המקורי של בעיית התכן.תכן בין תחומי מאפשר קבלת קונספטים חדשים ולא ידועים.-תכן בין תחומי מקדם את תהליך התכן ההנדסי להיות יותר שיטתי. -בחירת ייצוג מינימאלי של תכן מתברר כיעיל יותר ליישומו המעשי -

בתחום אחר.

מערכות נוספות שפותחו בעזרת תכן

בין תחומי:

תודה.