Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Автоматизированное проектирование технических систем: Учебное пособие.

Бельков В. Н., Ланшаков В. Л.,

1.3. ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Различают проектные процедуры анализа и синтеза. Синтез заключается в создании объекта, а анализ - в определении его свойств и исследовании работоспособности объекта по его описанию.

Анализ может быть одновариантным и многовариантным. При одновариантном анализе заданы значения внутренних и внешних параметров, требуется определить значения выходных параметров объекта. Задача сводится к однократному решению уравнений, составляющих математическую модель. Многократный же анализ требует многократного решения систем уравнений.

Процедуры синтеза делятся на процедуры структурного и параметрического синтеза. Целью структурного синтеза является определение структуры объекта - перечня типовых элементов, составляющих объект, и способа связи элементов между собой в составе объекта. Параметрический синтез заключается в определении числовых значений параметров элементов при заданных структуре и условиях работоспособности на выходные параметры объекта, то есть при параметрическом синтезе нужно найти точку или область в пространстве внутренних параметров, в которых выполняются условия работоспособности.

На рис. 1.5 представлена типичная последовательность проектных процедур на одном из этапов нисходящего проектирования технического объекта. На следующем этапе решения задачи k - го иерархического уровня (например, I-й уровень «Комплекс в целом» для зенитной пусковой установки), одним из результатов этого решения является формулировка технического задания (ТЗ) на проектирование систем (k+1) - го уровня.

Проектирование системы начинается с синтеза исходного варианта ее структуры (выбор приводов наведений, конструкций качающейся и вращающейся частей ЗПУ и пр.). Для оценки этого варианта создается математическая модель. После выбора исходных значений параметров элементов выполняется анализ варианта, по результатам которого становится возможной его оценка, проводимая по проверке выполнения условий работоспособности, сформулированной в ТЗ. Если условия работоспособности выполняются в должной мере, то полученное проектное решение принимается, система II уровня описывается в принятой форме, и формулируется ТЗ на проектирование элементов данного уровня, то есть систем следующего уровня: «Узлы для ЗПУ». Если полученное проектное решение неудовлетворительно, выбирается один из возможных путей улучшения проекта.

Рис. 1.4. Типичная последовательность проектных процедур.

Обычно проще осуществить изменение числовых значений параметров элементов. Если модификации целенаправленны и подчинены стратегии поиска наилучшего значения некоторого показателя качества, то процедура параметрического синтеза является процедурой оптимизации. Возможно, что путем параметрического синтеза не удается добиться приемлемой степени выполнения условий работоспособности. Тогда используют другой путь, связанный с модификацией структуры. Новый вариант структуры синтезируется, и для него повторяются процедуры формирования модели и параметрического синтеза.

Если не удастся получить приемлемое проектное решение и на этом пути, то ставится вопрос о корректировке ТЗ, сформулированного на предыдущем этапе проектирования. Такая корректировка может потребовать повторного выполнения ряда процедур k - го иерархического уровня, что и обуславливает итерационный характер проектирования.

В связи с этим, однократное выполнение процедуры оптимизации требует многократного выполнения процедуры анализа, а однократное решение задачи синтеза - многократного решения задачи оптимизации (рис. 1.6). Если среди вариантов структуры ищется не любой приемлемый вариант, а наилучший в некотором смысле, то такую задачу синтеза называют структурной оптимизацией. Возможности постановки и решения задач структурной оптимизации пока существенно ограничены, поэтому обычно под оптимизацией понимают только параметрическую оптимизацию, то есть определение таких номинальных значений внутренних параметров x, при которых некоторая функция f(х), называемая целевой функцией или функцией качества, принимает экстремальное значение. К определяемым при оптимизации внутренним параметрам может относиться только часть элементов, называемых управляемыми параметрами.

Если решение задач высоких иерархических уровней предшествует решению задач более низких уровней, то проектирование называют нисходящим. Если раньше выполняются этапы, связанные с низкими иерархическими уровнями, проектирование называют восходящим.

В обоих случаях из-за отсутствия полной исходной информации имеют место отключения от потенциально возможных оптимальных технических результатов. Поскольку принимаемые предложения могут не оправдаться, часто требуется повторное выполнение проектных процедур предыдущих этапов после выполнения процедур последующих. Также повторения обеспечивают последовательное приближение к оптимальным результатам и обуславливают итерационный характер проектирования (см. рис. 1.5).

При практическом проектировании сложных систем используют черты, как входящего, так и исходящего проектирования.

При нисходящем проектировании формулировка ТЗ на разработку элемента k - го иерархического уровня относится к проектным процедурам этого же уровня. Иначе дело обстоит с разработкой ТЗ на систему высшего иерархического уровня или на унифицированную систему элементов, предназначенную для многих применений. Здесь разработка ТЗ является самостоятельным этапом проектирования, часто называемым внешним проектированием. В отличие от него этапы проектирования объекта по сформулированным ТЗ называют внутренним проектированием. Следовательно, на начальных стадиях проектирования сложных систем имеет место итерационный процесс, в котором поочередно выполняются процедуры внешнего и внутреннего проектирования - формулировка ТЗ, его корректировка, оценка выполняемости, прогноз материальных и временных затрат на проектирование и изготовление.