הפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן THE IBY AND ALADAR FLEISCHMAN FACULTY OF ENGINEERING בית הספר להנדסה מכאנית DEPARTMENT OF SOLID MECHANICS, MATERIALS AND SYSTEMS - תכן קונספטואלי בין תחומי - CROSS DOMAIN CONCEPTUAL DESIGN שם: רומן ד.ר. גורודצקי מנחה: ד"ר עופר שי

העברת רעיונות לתכן מתחום הנדסי אחד לשני תחום המבנים: תחום החשמל: רעיון תחום ההידראוליקה:

העברת מידע הנדסי באמצעות מודלים גרפיים תחום -1תחום -2 א. טופולוגיה של המערכת ב. תכונות הנדסיות של האלמנטים. מודלים מתמטיים

דרישות פונקציונאליות Functional Requirements פרמטרים תכנוניים Design Parameters פרמטרים ייצוריים Process Variables N ! רעיון ! תכן קונספטואלי Conceptual Design תכן מפורט Detailed Design שרטוטי ייצור הוראות ייצור והרכבה ! מוצר ! שלבי תכן הנדסי תרשימים סקיצות רשימת דרישות ! רעיון !

מטרות המחקר 1. פתוח שיטה לתכן (העברת קונספטים). א. התמקדות בפונקציונאליות. ב. הטופולוגיה וגיאומטריה. ג. קונספטים קיימים בתחומים הנדסיים אחרים. ד. העברת מידע הנדסי בעזרת מודלים מתמטיים. 2. פיתוח בין תחומי של אלמנטים יסודיים מתחומי המכאניקה והאלקטרוניקה.

שיטות תכן: שיטות מסורתיות Cognitive Methods שיטת ממוחשבות Computational Methods סינתזה קינמטית סיעור מוחות (Brain Storming) אנליזה מורפולוגית חשיבה המצאתית (TRIZ ) תכן אקסיומתי (Num Suh) Enumeration Genetic Algorithm B.G Chunks Agent Based Method תכן בעזרת אנאלוגיה

פוטנציאלים/זרימות אלמנט f  כוח ספיקת זורם כסף זרם חשמלי מומנט מתח חשמלי הפרש לחצים הפרש מהירויות הזזה

שיטות תכן בעזרת ייצוג גרפי: 1. ייצוג משותף 4. ייצוג משולב 5. הרכבת ייצוג ידוע ממודולים ידועים 3. שיפור מערכת בעזרת ייצוג משותף 2. ייצוג דואלי

בניית ייצוג גרפי לפיתרון ייצוג הבעיה בעזרת פוטנציאלים/זרימות מימוש הגרף בתחום הנדסי מקורי בעיה הנדסית בתחום הנדסי מקורי חיפוש פתרון בתחומים הנדסיים אחרים: א. ב. ג. ת. ? ! 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 גרף עם 3 צמתים בעלי פוטנציאלים שונים, 2 קשתות רגילות וקשת תמסורת. מערכת עם 3 אלמנטים עם מהירויות זויותיות שונות. קשת תמסורת מתאימה ליחס בין הקטרים. מערכת עם 3 מקומות ללחצים שונים. קשת תמסורת מתאימה ליחס בין השטחים. מערכת עם 3 מקומות בעלי פוטנציאלים שונים. קשת תמסורת מתאימה ליחס בין הליפופים. בנוסף להעברת המבנה עוברת ההתנהגות של המערכת פוטנציאל = מתח פוטנציאל = לחץ פוטנציאל = מהירות

העברת תכונות בין מערכות הנדסיות להן אותו גרף משותף נניח כי קיימות N מערכות הנדסיות המיוצגות כולן על-ידי אותו ייצוג, ולאחת מהן יש תכונה מיוחדת. ניתן להעביר תכונה זו ליתר המערכות דרך הגרף המשותף. 12N34 G

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

1 העברת שיטת וויליס ממכניקה דרך הייצוג המשותף להידראוליקה וחשמל פלנטרית מכאנית פלנטרית הידראולית פלנטרית חשמלית שינוי צומת הייחוס מ- 0 ל- 1.

בניית ייצוג גרפי לפיתרון ייצוג הבעיה בעזרת פוטנציאלים/זרימות מימוש הגרף הדואלי בתחום המקורי בעיה הנדסית בתחום הנדסי מקורי חיפוש פתרון לבעיה דואלית בתחומים הנדסיים אחרים: א. ב. ג. ת. ? ! g שיטת ייצוג דואלי: ייצוג בעיה דואלית: בניית גרף דואלי g*

Cut תהליך בניית הגרף הדואלי: הפרש פוטנציאלים בפרימלי עובר לזרימה בדואלי ולהפך. לכל פאה מתאים צומת ולהפך. קשת המפרידה בין 2 פאות סמוכות מחברת בין 2 הצמתים המתאימים בגרף הדואלי.

F -(R 1 /R 2 )F תכן מערכות להגבר כח, ספיקה וזרם באמצעות גרף דואלי q -(A 1 /A 2 )q I i -(N 2 /N 1 )i X זרימה = כוח זרימה = ספיקהזרימה = זרם חשמלי

שיפור מערכת בעזרת גרף משותף : G0G0 S0S1S2Sn s g S0’ G0’G0’ S4’S1’S2’ g

בדיקה התנהגותית של מערכות הדיפרנציאל

דיפרנציאל מומנט M q 2P 22 q=0 פתרון בעיה הנדסית בעזרת מעבר לתחום הנדסי אחר

מערכת דואלית לדיפרנציאל F IX F VX F IV דיפרנציאל כוחות דיפרנציאל ספיקות דיפרנציאל זרמים

פיתוח קונספטים חדשים : O.A.JFETBJTSCRDiode G מצמד חד-כיווני SCR מכאני טרנזיסטור מכאני JFET מכאני מגבר שרת מכאני

טרנזיסטור - BJT Bipolar Junction Transistor D d  CC

טרנזיסטור BJT במערכת מכאנית סיבובית מגבר מומנט אקטיבי מקור הספק חיצוני מבוקר מומנט מופעל בכניסה מומנט מתקבל במוצא מהירות במוצא = מהירות בכניסה

תאור המערכת – חלק C מונע על-ידי מנוע חיצוני כתוצאה מהעומס החיצוני גוף E נע ימינה. מסירת אנרגיה מהמקור החיצוני C אשר מסתובב בכיוון הפוך. גוף E קיבל הספק מגוף 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 שרת Operational Amplifier V1V1 V2V2 V3V3 =A(V 1 -V 2 ) 0 0 V EE V CC A~10,000

פיתוח מגבר שרת מכאני  CC  EE Vcc Vee מגבר הפרש מהירויות אקטיבי מהירות כניסה 1 מהירות כניסה 2 מהירות מוצא מקור הספק חיצוני מבוקר לא נידרש מומנט בכניסה ! מומנט במוצא לא מוגבל

מישר סיליקון מבוקר- SCR AA AA G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.