5.2.3. Оцінка ефективності застосування модульного підходу
Математичну модель об'єкта в узагальненому виді представляють сукупністю елементів і зв'язків між ними [10]
зв'язків між цими елементами.
Використання деякого підходу проектування в загальному випадку дозволяє з Е елементів утворити об'єкт із призначеними функціями шляхом установлення між ними S зв'язків. Традиційний заелементний підхід не регламентує спосіб вибору елементів і встановлення зв'язків. Навпроти модульний похід, що використовує модулі, задає порядок виконання проектних кроків. Порівняння підходів запропоновано виконувати стосовно кінцевого результату - моделі об'єкта із заданими функціями. При цьому, і кожнім з варіантів одержання об'єкта - застосування заелементного й модульного підходу, число елементів і число зв'язків між ними повинне бути однаковим. Розходження між двома підходами виявиться в числом виконаних проектних кроків. Тому ефективність підходу може оцінюватися по числу кроків, виконання яких приводить до одержання планованого результату.
Проектування припускає виконання наступних етапів: вибір типів і числа елементів Е, перевірку елементів, формування S зв'язків між елементами і їхньою перевіркою.
Прийнято наступні початкові умови. Для заелементного й модульного підходів використовується достатній елементний базис, один раз створений і не потребуючих додаткових перевірок. Набір функцій об'єкта заданий. Остаточне число елементів і число зв'язків у моделях об'єкта, побудованих на основі заелементного й модульного підходів, однакове т.е Et = Em; St = Sm, де Et, St і Em, Em - кількість елементів і кількість зв'язків відповідно, прийняте для заелементного й модульного підходом. Використовувані елементи не вимагають додаткових перевірок, отже визначати кількість перевірок для оцінки ефективності підходу не потрібно.
Необхідно визначити загальне число зв'язків між елементами в об'єкті. Модульний алгоритм, на відміну від заелементного, позвольт простежити залежність числа зв'язків від набору заданих властивостей, і отже, визначити число зв'язків для об'єкта із заданими функціями Визначимо необхідне число зв'язків, використовуючи структурне подання об'єкта.
Мінімальний модуль (модуль 1-го рівня) у структурному поданні включає чотири дії. Вони мають наступні змісти: роблять дію, що забезпечує одержання бажаного результату; дія, що відновлює, що приводить до відновлення виробляючої здатності; контролююча дія, що забезпечує одержання факту завершення виробляючої дії; контролююча дія, що забезпечує одержання факту завершення дії, що відновлює.
Для об'єднання чотирьох дій у структуру модуля мінімально необхідно використовувати 4 зв'язки, тобто S1 =4. Приймемо, що число зв'язків для модуля кожного наступного рівня збільшується на К. Тоді загальне число зв'язків для модуля i - того рівня визначає рекуррентное співвідношення
де i=l,2,3...n - число рівнів, S 1-i - число зв'язків для модуля попереднього рівня, при цьому для i=l S0=0, Для об'єднання двох модулів мінімально необхідно виконати дві дії - проконтролювати факти завершення роботи кожного модуля. Об'єднання зазначених дії зі структурами двох модулів вимагає додаткового введення 4-х зв'язний тобто ДО= 4. Використовуючи співвідношення (5.7) одержимо необхідне число зв'язків для модулів різних рівнів (Табл. 5.2).
Таке ж число зв'язків буде задіяно й для моделі об'єкта, побудоване відповідно до заелементного підходу.
Неформальні фази заелементного підходу визначають необхідність перевірок всіх зв'язків, що вводяться в ході проектування об'єкта. Т.е. при побудові моделі об'єкта із заданими функціями відповідно до заелементного підходу число перевірок відповідає числу зв'язний Модульний підхід дозволяє скоротити кількість необхідних перевірок при збереженні об'єкта й досягненні мети. Число перевірок відповідає числу використаних зв'язків у ході об'єднання елементів. Число проектних кроків відповідає числу перевірок.
Проведемо розрахунок необхідного числа перевірок Z при використанні модульного підходу. Наступність переходів від модуля до модуля дозволяє не повторювати перевірки, виконані при формуванні модулі попереднього рівня. Це означає, що перевіряти потрібно тільки зв'язки вводяться при переході до наступного рівня модуля. Тому що число додаткових зв'язків, у випадку переходу до наступного рівня модуля, дорівнює ДО, те загальне число додаткових зв'язків для модуля i - того рівня визначає залежність:
З огляду на, що при формуванні об'єкта число необхідних перевірок відповідає числу використаних зв'язків Z=S, проведемо порівняння числа необхідних перевірок для проектування об'єктів з однаковим числом елементів і зв'язків, але побудованих по різних підходах. Результати, отримані на основі залежностей (5.7) і (5.8) показують, що модульний підхід скорочує число необхідних перевірок (мал.5.26). Приміром, для пристрою, у якому використовується модуль 2-го рівні, загальне число перевірок зменшене з 12 до 8. Для більше складного пристрою, у якому використовується модуль 5-го рівня загальне число необхідних перевірок зменшене з 124 до 20, тобто більш ніж в 6 разів.
Завершуючи розгляд модульного підходу, відзначимо, що:
Властивість модульности властива наступним етапам проектування: побудова структури, розробка принципової схеми, розробка моделі.
Розходження між модулями на різних етапах проектування складається в ступені деталізації.
Наступність опису модулів на різних етапах проектування й у засобах опису функцій забезпечує досягнення структурної адекватності моделі.
Використання модульного підходу скорочує строки проектування, і ефект зростає зі збільшенням складності об'єкта.
До цього моменту, як нам здається, сформований загальний погляд на об'єкт і процес його проектування. Ми довідалися, що ціль проектування модулів і систем механотроники складається в одержання конструкторської документації, а завданнями є:
вибір компонентів;
визначення структури;
узгодження роботи окремих компонентів об'єкта;
одержання бажаних характеристик.
Ми побачили, що проектування являє собою процес, що розбитий на окремі етапи. Зміст етапів у застосовуваних підходах практично однакове. Розходження між підходами складається в технології рішення завдань етапів проектування. Одним із критеріїв ефективності проектування є строки виконання проекту.
Ми познайомилися з поняттями властивості, формальними й фактичними засобами, довідалися про характеристики й розглянули модель будови об'єкта. Побачили, що скорочення строків проектування досягається застосуванням модулів і забезпеченням наступності між різними етапами.
Наших знань уже досить щоб поглибитися в деталі процесу проектування нескладного пристрою.