Л4 Теор. основы САПР

ОСНОВЫ САПР. Лекция 4.

Содержание.
15. Постановка задачи проектирования.
16. Разработка стратегии проектирования.
17. Методы и способы принятия решений в САПР.
18. Постановка оптимизационных задач.

Постановка задачи проектирования. Объем и состав работ при решении задач проектирования определяются прежде всего постановкой задачи. При этом необходимо:
уяснить, отчего и в связи с чем возникла проблема;
установить, почему она рассматривается как нерешенная, и выявить ее отличие от смежных или близких задач.
Для этого требуется четкая формулировка задачи, ее анализ и поиск возможных путей решения.
Ф о р м у л и р о в к а з а д а ч и п р о е к т и р о в а н и я. Главным вопросом формулировки задачи проектирования Т-систем является описание их функций. При этом описание функции основывается на рассмотрении модели объекта проектирования как «черного ящика». Под функцией в данном случае понимают действие рассматриваемой Т-системы для преобразования некоторого исходного или начального состояния (ситуации) в желательный конечный результат. Иногда кроме начального и конечного состояний необходимо еще описать особые условия и ограничения, накладываемые на реализацию функции.


Представление объекта проектирования в виде «черного ящика»
для описания его функции

Формула описания функции Т-системы формально состоит из трех компонентов:
F = (D, G, Н),
где D – указание действия, производимого рассматриваемой Т-системой и приводящего к желательному результату; G – указание объекта (объектов), на который направлено это действие; Н – указание особых условий и ограничений, при которых выполняется действие.
А н а л и з р е ш а е м о й з а д а ч и. На данном этапе необходимо выполнение следующих проектных процедур:
выявить компоненты задачи:
переменные, которые не зависят от воли проектировщика (факторы окружающей среды, независимые переменные);
переменные, которые должны определяться проектом (цели или зависимые переменные);
переменные, которые проектировщик может использовать (факторы решения);
выявить ограничения или граничные условия, т. е. предельные значения всех переменных;
прогнозировать вероятные значения факторов окружающей среды;
установить возможные пути решения задачи.
Переменные, которые не зависят от воли проектировщика и которые должны определяться проектом, анализируются при рассмотрении системной модели объекта проектирования в виде «черного ящика». При этом определяют в первую очередь параметры входа, к которым относят независимые переменные и факторы окружающей среды, и параметры выхода, к которым относят цели проектирования:
После определения параметров входа и выхода при заданном принципе действия Т-системы выявляют так называемые факторы решения, т. е. те переменные, влияя на которые проектировщик может достичь заданной цели.
Важным является и выявление ограничений на параметры задачи, и определение вероятностных значений факторов окружающей среды.
Путем сравнения проектируемой Т-системы с аналогичными по D, G, Н можно установить, почему рассматриваемая задача является нерешенной и выявить ее отличие от подобных задач.
П о и с к в о з м о ж н ы х п у т е й р е ш е н и я задачи проектирования осуществляется по следующим направлениям:
подбор существующих Т-систем для выполнения заданной функции;
использование существующих Т-систем в качестве аналогов новой Т-системы (модернизация);
проектирование оригинальной Т-системы.
Для определения пути решения проектной задачи проводится поиск в информационной системе, которая содержит сведения обо всех объектах, спроектированных ранее. Данная проектная операция должна выполняться всегда. Если даже не удастся найти Т-систему, полностью отвечающую заданным характеристикам, то выявятся объекты с рядом близких или сходных параметров, которые могут быть выбраны в качестве аналогов для конструкторского процесса. При выявлении необходимости проведения конструкторских работ формулируют задание на проектирование по форме, изложенной выше. В качестве приложения к заданию дается перечень параметров входа и выхода в виде текста, чертежей, схем и т. п.

Разработка стратегии проектирования. Под стратегией проектирования понимают укрупненный план решения проектно-конструкторских задач, определяющий структуру САПР и состав проектных подсистем. Следовательно, при разработке стратегии проектирования необходимо:
разбить задачу проектирования на части;
разработать укрупненный план ее решения, так как проектирование сложных Т-систем прямого (одноэтапного) решения не имеет.
Р а з б и е н и е з а д а ч и н а ч а с т и. Оно выполняется на основе методов функционально-структурного анализа и синтеза Т-систем. Цель функционального анализа заключается в иерархическом разделении Т-систем на функциональные элементы и описании их функций, а синтез должен дать структуру Т-систем, отражающую конструктивно-функциональные взаимодействия между элементами.
Анализ функций Т-систем ведется в следующем порядке.
Уточняется описание функции Т-систем и определяются объекты V, на которые направлено действие рассматриваемой Т-системы. При этом компонента G в описании функции F, как правило, совпадает с объектами V. Эту взаимосвязь можно использовать для взаимного контроля правильности описания G и V.
Определяются функциональные элементы первого уровня. Рассматриваемую Т-систему разделяют на небольшое число укрупненных (более или менее равноценных) конструктивных элементов, каждый из которых имеет минимальное число самостоятельных функций по обеспечению работы основных или (и) других элементов Т-системы. При этом принимают во внимание типовые функциональные элементы, соответствующие установившемуся в инженерной практике конструктивному разделению Т-систем. Одновременно с выделением элементов первого уровня описывают их функции.
Среди элементов первого уровня в первую очередь описывают исходный элемент и его функцию. Исходный элемент может иметь несколько функций.
Определяются функциональные элементы второго уровня. Любой функциональный элемент (кроме неделимых элементов) можно рассматривать как самостоятельную Т-систему и делить на функциональные элементы.
В связи с этим каждый из выделенных элементов первого уровня можно рассматривать как самостоятельную Т-систему, т. е. для последующего разделения каждого из них на элементы второго уровня можно использовать изложенные методические рекомендации по выделению функциональных элементов первого уровня.
Определяются функциональные элементы третьего и последующих уровней.
Составляют таблицы результатов анализа функций Т-системы. При этом при описании каждой функции приводят обозначения объектов и элементов, на которые направлено действие рассматриваемого элемента. Дублирование этих обозначений значительно облегчает построение функциональной структуры Т-системы и последующий контроль правильности построения.
Разделение Т-системы проводится до неделимых элементов или прекращается на более высоких уровнях иерархии в зависимости от требования решаемой задачи.
Синтезируется функциональная структура Т-системы на основе результата анализа ее функций. При этом данная многоуровневая структура указывает как на функциональные, так и на конструктивные связи между элементами на разных уровнях разбиения.
Разбиение задачи на части выполняется на основе результатов функционального анализа Т-системы в два этапа:
выполнение многоуровневой структуры построения объектов проектирования;
выявление частных задач и их формулировка.
Р а з р а б о т к а у к р у п н е н н о г о п л а н а р е ш е н и я з а д а ч и п р о е к т и р о в а н и я – это определение последовательности действий (стратегии), выбираемой проектировщиком или конструктором с целью преобразования исходного технического задания в готовый проект.
Классификация стратегий проектирования обычно выполняется по двум показателям: степени заданности и схеме поиска.
Заранее заданные, или готовые, стратегии жестко зафиксированы подобно программам ЭВМ. Они больше подходят для проектирования в знакомых ситуациях, т. е. для объединения и модернизации существующих конструкций, чем для изобретения новых Т-систем. Большой опыт проектирования технологических систем позволяет создавать их по предсказуемой схеме.
В идеальном случае следует стремиться к выбору или разработке линейной стратегии, т. е. стратегии, состоящей из цепочки последовательных действий, в которой каждое действие зависит от исхода предыдущего, но не зависит от результатов последующих действий.

Линейная стратегия




Циклическая стратегия Разветвленная стратегия

Если после получения результатов на одном из этапов приходится возвращаться к одному из предыдущих, стратегия становится циклической. Встречаются случаи, когда две или несколько петель обратной связи охватывают друг друга, как показано на рис. Такая схема с петлями характерна для многих программ ЭВМ. Она отвечает итерационному процессу, т. е. процессу последовательного приближения к цели путем улучшения разрабатываемых вариантов.
Когда проектировщики решают какие-либо задачи независимо один от другого, может иметь место разветвленная стратегия. В нее могут входить параллельные этапы, очень выгодные для сокращения сроков проектирования, и альтернативные этапы, которые позволяют в определенной мере видоизменять стратегию в соответствии с исходом предыдущих этапов.
Адаптивные стратегии отличаются тем, что в них первоначально определяется первое действие. Дальнейший выбор каждого действия зависит от результатов предшествующего действия. В принципе это самая разумная стратегия, так как схема поиска определяется на основе наиболее полной информации. Поэтому адаптивные стратегии являются основой для создания «машинного интеллекта». Их недостаток состоит в невозможности предвидеть и контролировать затраты и сроки выполнения проекта.

Адаптивная стратегия

Стратегия случайного поиска отличается абсолютным отсутствием плана. При выборе каждого этапа сознательно не учитываются результаты остальных этапов, что придает поиску непредубежденный характер. Он используется в новаторском проектировании, когда неразумно пренебрегать ни одним из внесенных предложений, пока не будет собрана дополнительная информация.
Методы управления стратегией, или самоорганизующиеся системы проектирования предназначены для оценки стратегии в соответствии с внешними критериями и промежуточными результатами осуществления ее. Целесообразным представляется строить план решения задач с выполнением проектирования в подсистемах и крупных процедурах по линейной стратегии на каждом из уровней проектирования с максимальным использованием параллельных этапов.
Результаты проектных работ по каждой частной задаче оформляются в виде технического задания, которое может дать информацию о последующем плане (стратегии) ее детализации. Например, в результате разработки ТЗ на станок можно определить три стратегии: выбрать готовую конструкцию, наметить аналоги для модернизации, начать проектирование нового станка.

Методы и способы принятия решений в САПР. Сам по себе процесс принятия решения есть компромисс. Принимая решения, необходимо взвешивать суждения о ценности, что включает рассмотрение экономических факторов, технической целесообразности и научной необходимости, а также учитывать социальные и чисто человеческие факторы. Принять «правильное» решение – значит выбрать такую альтернативу из числа возможных, в которой с учетом разнообразных факторов будет оптимизирована общая ценность.
В САПР выбор методов и способов принятия проектных решений во многом зависит от вида описания объекта проектирования и полноты формализации связей его системной модели. Например, отображение, описывающее объект проектирования в виде статистической модели, можно задать различными способами: графиком, таблицей, алгоритмом вычислений выходных переменных, функцией и т. д. Отображение же, описывающее динамическую модель, можно задать различными классами дифференциальных или разностных уравнений линейного или нелинейного типа. Разумеется, каждому виду описания модели соответствует свой способ решения. Если связи системных объектов формализовать не удалось или удалось только на уровне логического описания, то возможно при принятии решений использование только эвристических методов. При разработке математических моделей объекта проектирования возможно применение вычислительных методов для получения оптимальных результатов.
Способы решения проектных задач из арсенала эвристических методов, в которых учтены возможности максимального использования вычислительных средств, включают в себя матрицы решений, таблицы принятия решений, графы зависимостей и др.

Постановка оптимизационных задач. При проектировании технологических систем и технических средств можно отметить два основополагающих правила оптимизации:
либо получение желаемого эффекта при минимуме затрат;
либо получение максимального эффекта при использовании заданных ограниченных ресурсов.
Иногда эти правила трактуются ошибочно: «получение максимального эффекта при минимуме затрат». Однако такая трактовка логически противоречива и ее требования невозможно выполнить.
Оптимизация действия, объекта или его отдельной характеристики означает выбор из множества возможностей. Этот выбор осуществляется в соответствии с принятыми критериями.
Использование этих критериев позволяет осуществить оптимизацию. С другой стороны, оптимизация рассматривается как рациональная процедура, возможная лишь тогда, когда существуют различные варианты и принятые критерии выбора. Чем шире область возможных решений и чем более удачно выбраны критерии, тем больше вероятность нахождения абсолютного оптимума. Практически всегда определяется относительный оптимум, поскольку выбор критериев никогда не бывает идеальным, а область возможных решений всегда ограниченна.
Выбор решения является ключевой процедурой процесса оптимизации. Большое значение имеет способ выбора, если он неочевиден и неоднозначен. К таким способам выбора относятся: критериальный, волевой, случайный. Рационализация процесса принятия решений связана со стремлением использовать критериальный выбор.

15

Приложенные файлы

  • doc 367170
    Размер файла: 174 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий