2.4.Формализация процесса проектирования

Введение, автоматизации в процедуру проектирования на основе средств вычислительной техники, т.е. кибернизация проектирования требует точного формального алгоритма этой процедуры. Очень часто процедура проектирования представляется как изготовление чертежно - технической документации, что на самом деле является лишь завершающим этапом этого процесса - вершиной «айсберга». Этому этапу предшествует решение ряда гораздо более сложных задач, которые приходится выполнять проектировщикам.

Независимо от способа проектирования (автоматизированное или неавтоматизированное) и предметной области объектов проектирования, процедура проектирования включает ряд традиционных (обязательных) этапов. На рисунке 2.1. в рамках рассмотренного выше блочно-иерархического подхода, представлена блок-схема проектирования на отдельном уровне иерархии.

После получения технического задания от предшествующего уровня иерархии наступает этап проектирования, который называется синтез технических объектов. Он включает в себя выбор структуры объекта - структурный синтез, создание модели объекта и выбор его параметров (параметрический синтез).

Если среди вариантов структуры изделия ищется не любой приемлемый вариант, а наилучший (в некотором смысле) задачу

Рис. 2.1. Кибернетическая схема проектирования.

синтеза называют структурной оптимизацией. Выбор параметров структуры, оптимальных с позиции некоторого критерия при заданной структуре объекта называют параметрической оптимизацией.

Следующий этап проектирования называется анализ технических объектов. На этом этапе происходит исследование свойств выбранной структуры объекта проектирования (его модели) при различных внутренних параметрах.

Синтез и анализ находятся в диалектическом единстве и не могут существовать друг без друга.

Результаты анализа определяют завершающий этап проектирования - изготовление технической документации.

Если проектное задание не достигнуто, то выбирается способ его достижения. Наиболее простой вариант улучшения проекта - изменение внутренних параметров выбранной структуры объекта (параметрический синтез). Ежели эти изменения не приводят к желаемому результату, необходимо изменять структуру объекта (структурный синтез). Ежели и этот способ не приводит к удовлетворению Т.З. необходимо обращаться на верхний уровень иерархии проекта с целью облегчения технического задания.

Завершающий этап проектирования - изготовление - технической документации.

Таким образом, процедура проектирования включает три основных этапа: синтез технических объектов, их анализ и изготовление технической документации. Причем первые две задачи находятся в тесном взаимодействии и в рамках автоматизированного проектирования их основу составляет математическое моделирование.

Синтез технических объектов нацелен на создание новых вариантов объекта проектирования и представляет наиболее сложную математическую задачу, основанную на разделах математики, ориентированных на вычислительные методы требующих очень больших ресурсов вычислительных систем. Наиболее проблемным является структурный синтез. Основу параметрического синтеза составляют методы математического программирования (методы оптимизации), которые интенсивно развиваются на протяжении последних десятилетий.

Анализ технических объектов - это изучение их свойств. Результаты анализа должны ответить на вопрос, какими свойствами обладает исследуемый объект, насколько хорошо он удовлетворяет предъявляемым требованиям, но непосредственно не содержит в себе рецептов относительно того, что нужно сделать, что бы улучшить объект и выполнить проектное задание. Но несмотря на такой пассивный характер результатов анализа, роль задачи анализа велика, поскольку результаты этого анализа составляют основу реализации задач синтеза. Задачи синтеза связанны с выбором оптимальной стратегии изменения параметров (или структуры) объекта с целью получения результатов, удовлетворяющих техническому заданию (в простейшем случае переборные алгоритмы). Оценка результатов синтеза проводится с помощью методов анализа. Т.е. синтез осуществляется через анализ и невозможен без него. Обычно различают два основных метода анализа технических объектов:

Одновариантный анализ (или детерминированный), который включает следующие разновидности:

-анализ статических состояний (без учёта изменений параметров во времени);

-анализ переходных процессов;

-анализ стационарных видов колебаний;

-анализ частотных характеристик;

-анализ устойчивости.

Многовариантный анализ заключается в исследовании объекта в некоторой окрестности отображаемой точки и он связан с изучением влияний случайных факторов и внешней среды на работу объекта проектирования и включает, как правило, две задачи:

-анализ чувствительности выходных параметров к изменениям внутренней и внешней среды;

-статический анализ, основу которого составляют методы теории вероятностей и математической статистики.

Более подробно методы анализа и синтеза будут рассмотрены в дальнейшем.