2.5. Содержание технического задания на проектирование

В ТЗ на проектирование объекта указывают следующие данные:

1. Назначение объекта.

2. Условия эксплуатации (качественные и количественные).

Числовые параметры, характеризующие эти условия, для которых указаны области допустимых значений, называются внешними параметрами.

3. Требования к выходным параметрам объекта.

Выходные параметры – это главные параметры, характеризующие потребительские свойства объекта.

Требования к выходным параметрам выражаются в виде условий работоспособности

y_i R T_i,

где y_i – i-й выходной параметр, R – вид отношения, T_i – нормированное значение (норма) i-го выходного параметра.

2.6. Классификация моделей, используемых

в автоматизированном проектировании

В автоматизированных проектных процедурах вместо ещё не существующего проектируемого объекта оперируют его моделью, которая отражает некоторые интересующие исследователя свойства объекта. Модели могут быть физическими объектами (макет, стенд) или спецификациями (описаниями). Среди моделей-спецификаций различают функциональные, информационные, структурные и поведенческие, т.е. модели соответствуют аспектам описания. Эти модели называют математическими, если они реализованы средствами аппарата и языка математики.

Этот класс моделей (математические) используется наиболее широко во всех областях техники. В дальнейшем, если не будет специальной оговорки, под термином «модель» будем понимать «математическую модель». В свою очередь, математические модели могут быть геометрическими, топологическими, динамическими, логическими и т.п., если они отражают соответствующие свойства объектов.

Математическая функциональная модель в общем случае представляет собой алгоритм вычисления выходных параметров Y при заданных векторах параметров элементов X и внешних параметров Q.

Модели классифицируются по ряду признаков:

По форме представления:

1. Символические модели.

При использовании символических моделей оперируют не значениями величин, а их символическими обозначениями (идентификаторами).

2. Численные модели.

Численные модели могут быть:

– аналитические; представляются в виде выраженных зависимостей выходных параметров Y от внутренних параметров X и внешних Q.

– алгоритмические; в этих моделях связь выходных параметров Y и параметров элементов X и Q задана неявно в виде алгоритма моделирования.

Важнейший частный случай алгоритмических моделей – имитационные, которые отображают процессы в системе при наличии внешних воздействий на систему. По своей сути, имитационная модель – это алгоритмическая поведенческая модель.

По признаку принадлежности к определённому иерархическому уровню:

1. Модели системного уровня.

2. Модели функционально-логического уровня.

3. Модели макроуровня.

4. Модели микроуровня.

По характеру используемого для описания математического аппарата:

1. Теоретико-множественные модели.

2. Нечёткие модели.

3. Автоматные модели.

4. Абстрактно-алгебраические модели и др.

Характер используемого математического аппарата зависит от описываемого иерархического уровня. Например, на системном уровне преимущественно применяют модели на основе теории систем массового обслуживания, теории сетей, теории множеств и теории нечётких множеств; на функционально-логическом уровне – автоматные модели на основе аппарата передаточных функций или конечных автоматов; на макроуровне – системы алгебраических и дифференциальных уравнений; на микроуровне – алгебраические уравнения и дифференциальные уравнения в частных производных.

По степени описания внутренних процессов в объекте:

1. Макромодели.

Описывают только процессы на внешних выводах моделируемого объекта, совершенно не затрагивая внутренние процессы в объекте.

2. Полные модели.

В дополнение к описанию характера изменения выходных параметров объекта, описывают также и внутренние по отношению к объекту процессы.

По степени использования параметра времени:

1. Статические модели.

Описывают статическое состояние объекта, время как независимая переменная не используется.

2. Динамические модели.

Отражают поведение системы, обязательно используется время.

В зависимости от учёта случайных факторов:

1. Стохастические модели.

Учитывают случайные факторы.

2. Детерминированные модели.

Не учитывают случайные факторы.

По виду фазовых переменных:

1. Аналоговые модели.

Фазовые переменные – непрерывные величины.

2. Дискретные модели.

Фазовые переменные – дискретные величины.

Частный случай дискретных моделей – логические (булевы). В этих моделях состояние системы и её элементов описывается булевыми величинами.

3. Смешанные модели.

Часть подсистем характеризуется аналоговыми моделями, другая часть – логическими.

Наибольшие трудности возникают при создании моделей слабоструктурированных систем, что характерно прежде всего для системного уровня проектирования. В этом случае широко используются экспертные методы.

Обычно в имитационных моделях фигурируют фазовые переменные. Так, на макроуровне имитационные модели представляют собой системы алгебро-дифференциальных уравнений

F(dV/dt, V, t) = 0 (2.2)

с начальными условиями: при t = 0 V = V₀,

где V – вектор фазовых переменных;

t – время;

V₀ – вектор начальных условий.

К примерам фазовых переменных можно отнести: токи и напряжения в электрических системах, силы и скорости – в механических, давления и расходы – в гидравлических.

Выходные параметры систем могут быть двух типов. Во-первых, это параметры-функционалы, т.е. функционалы зависимостей V(t). Примеры таких параметров: амплитуды сигналов, временные задержки, мощности рассеивания и т.п. Во-вторых, это параметры, характеризующие способность проектируемого объекта работать при определённых внешних условиях. Эти выходные параметры являются граничными значениями диапазонов внешних переменных, в которых сохраняется работоспособность объекта.