gl1-2beg (Лекции по БЖД)

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ, КОНЪЮНКТУРЫ И ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ КАДРОВ

Для служебного пользования

А. А. ДОБРЯКОВ

Обеспечение творческих, форм проектно - конструкторской, деятельности в САПР силовых конструкций

Под редакцией К.Н.Потапова

Допущено в качестве учебного пособия для студентов высших технических учебных заведений

|

МОСКВА ЦНИИНТИКПК 1989

ОГЛАВЛЕНИЕ

От автора .............. 3

Введение ................. 4

Раздел I. Особенности методического обеспечения САПР, реализуемой на базе антропоцентрического подхода

Глава 1. ОРГАНИЗАЦИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЧЕЛОВЕКА И

МАШИНЫ В САПР-СИЛОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ... 8

1.1. Особенности решения задач поискового конструирования в

САПР ............ 8

^L 1.1.1. Содержательные характеристики НПКЗ и возмож­ность их формализованного описания ... 8

1.1.2. Специфика САПР силовых конструкций . . 10

1.1.3. Конструктор как активное «звено» в информаци­онном контуре САПР . . . . , . 11

1.2. Модели ПКД .......... 13

1.2.1. Феноменологическая модель ..... 13

1.2.2. Структурно-иерархическая модель .... 15

1.2.3. Инварианты ПКД -.....-. 16

1.3. Структура целенаправленного поиска конструкторски ре­шений ............ 18

1.3.1. Структурные схемы управления ПКД . . . 18

1.3.2. Информационные контуры СУПР .... 22

1.3.3. Этапы функционирования КП САПР .... 31

Гл а в а 2. НЕЧЕТКАЯ ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕДУР МНОГОКРИ­ТЕРИАЛЬНОГО ВЫБОРА ........ 43

2.1. Метод нечеткой оптимизации ПКР ..... 43 2 1,1. Особенности «размытой» посгановки задачи поиско­вого конструирования . ..... 43

2.1.2. Функции принадлежности и лингвистические пере­менные как средство формального описания качест­венных факторов ........ 48

2.1.3. Виды нечетких метрик . ..... 54

2.2. Нечеткий алгоритм многопараметрического выбора рацио­нальных ПКР .......... 58

2.2.1. Содержание и структура расчетных процедур . -58

2.2.2. Способы нормализации и задания приоритета . 62

2.2.3. Особенности выбора рационального ПКР в усло­виях неопределенности ...... 69

2.3. Формализованное представление сложности ПКР . . 74

2.3.1. Особенности иерархического подхода ... 74

2.3.2. Меры структурной сложности ..... 75

2.3.3. Определение сложности функциональных взаимо­связей .......... 78

2.3.4. Анализ сложности конструктивных схем . . 79 2.3.5- Оценка структурного совершенства ПКР" . . 81

Глава 3. ЧЕЛОВЕКО-МАШИННЫЙ ПОИСК РАЦИОНАЛЬНЫХ КОН­СТРУКЦИЙ С ПОМОЩЬЮ УНИФИЦИРОВАННОГО КАДРА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ....... 87

3.1. Особенное и «гибкого» алгоритма и «нежесткого» управле­ния поисковыми процедурами ....... 87

3.1 1. Требования к структуре разрешающих алгоритмов 87

3.1.2. Построение «гибкого» алгоритма и последователь­ность расчетных процедур ...... 91

3.1.3. Требования к режиму адаптивного («гибкого»)

диалога . ........ 94

3.1.4. Особенности «нежесткого» управления решением . 97

3.1.5. НПКЗ как прямая и обратная задачи математичес­кого программирования . . .... 98

3.2. Структурный состав унифицированного кадра для приня­тия решений в условиях неопределенности .... 102 3.2 1. Информационно-логическая структура кадра . 102 3.2.2 Мнемоническая схема поисковых действий . . 106 3.2.3. Сценарий нечетко управляемого адаптивного диа­лога ........... 108

3.3. Структурированный поиск рациональной конструктивной

схемы . . ......... 114

3.3.1. Анализ конструктивно-технологической ситуации . 114

3.3.2. Оценка значений качественных факторов с по­мощью базовых информационных карт . . . 120

3.3.3. Порождение множества приемлемых вариантов и

выбор рационального ПКР ...... 121

Раздел 2. Практическое применение антропоцентрической САПР н учебно-педагогическое обеспечение творческих форм ПКД

Глава 4. ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННЫЙ ПОИСК РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУК­ТУРЫ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО КОРПУСА . . . . .129

4.1. Подготовительные процедуры ....... 129

4.1 1. Исходные данные и ТЗ . ..... 129

41.2. Определение стратегии и тактики ПКД . . . 129

4.1.3. Механические характеристики и расчетные зависи­мости . . ..... 131

4.2. Способ оптимизации структуры силовых конструкций без

определения их массы ........ 133

4.2.1. Логическая схема оптимизации С1руктуры по доми­нирующему критерию ..... . 133

4.2.2. Последовательность расчетных операций . . 134

4.2.3. Сопоставление эффективных струкгур одно- и трех­слойной оболочечных конструкций .... 137

4.3. Целенаправленный синтез структурных схем с учетом влия­ния качественных факторов ....... 138

4.3.1. Порождение множества приемлемых ПКР . . 138

4.3.2. Оценки структурной сложности .... 139

4.3.3. Выбор рационального варианта , . , . 142

203

Глава 5. ПРИМЕРЫ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ВЫБОРА . . 148

5.1. Конструкция коробчатого типа ..... 148

5.1.1. Общие сведения ........ 148

5.1.2. Поисковая процедура . ..... 148

5.1.3. Многопараметрический выбор ..... 150

5.2. Корпус глубоководного модуля из КМ ..... 153

5.2.1. Содержание проблемной ситуации .... 153

5.2.2. Схема оптимизации ....... 154

5.2.3. Выбор конструкционного материала . . . 155

5.3. Криогенные баки, трубопроводы, оболочки . . . 157

5.3.1. Пример НПКЗ большой размерности . . .157

5.3.2. Многокритериальный поиск на заданных альтерна­тивах . . ....... 159

Глава 6. ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАН­НЫХ СИСТЕМ ПРИ ОБУЧЕНИИ ТВОРЧЕСКИМ ФОРМАМ ПКД . ........... 161

6.1. Цикловая модель контекстною обучения ПКД . . .161

6.1.1. Структурное содержание ПКД ..... 161

6.1.2. Рассмотрение ПКД с учебно-методической точки

зрения . ........ 163

6.1.3. Предпосылки и допущения ..... 165 ' 6.1.4. Цикловая модель контекстного обучения с тремя

видами «нсжестко» управляемой самоподготовки 166 6.1.5. Особенности обучения внелогическим знаниям на

тренажерах ПКД ....... 173

6.2. Оценка профессионально значимых качеств конструктора . 176

6.2.1. Требования к структуре средств контроля и управ­ления познавательной деятельностью . . . 176

62.2. Иерархический и матричный подходы к измерению

сложности ПКД (обучения) . . . . .178

6.2.3. Абсолютные и относительные показатели качества

обученности . . . . . . . . .183

6.2.4. Индексы качества подготовки специалистов . . 185

6.3. Измерение «содержания» учебных ПКЗ .... 187

6.3.1. Определение структурной сложности ПКЗ (иерар­хический подход) . . .... 187

6.3.2. Оценка проблемности ПКЗ (информационный

подход) ......... 191

6.3.3. Измерение уровня неопределенности ПКЗ («раз­мытый» подход) . . . . . . .196

УДК 629.78 : 681.323 : 681.586(075)

Учебное пособие посвящено проблемам автоматизации проектно-конструкторских работ, требующих помимо выполнения чисто вычислительных процедур использования приемов нефор­мального анализа и синтеза. В пособии рассмотрен широкий круг вопросов, связанных с разработкой средств обеспечения творческих форм поискового конструирования. Учебное пособие предназначено для студентов вузов маши­ностроительных специальностей и может быть полезно специа­листам в области автоматизированного проектирования и конструирования.

А. А. Добряков Обеспечение творческих, форм проектно - конструкторской, деятельности в САПР силовых конструкций Под редакцией К.Н.Потапова. М.: ЦНИИНТИКПК 1989.-204с

Анатолий Александрович Добряков

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТВОРЧЕСКИХ ФОРМ

ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В САПР СИЛОВЫХ КОНСТРУКЦИИ

Редактор Л. М. Яганшина Технический редактор Н. П. Ладыгина Корректор В. А. Коптева

Сдано в набор 15.06.89. Подписано и печать 4.10.89. Формат 60Х90/16 Печ. л. 12,75+1 вклейка. уч.-и.зд. л. 13,00. Изд. №8023. Тираж 404 эк:1. Наряд № 5. Заказ № 1748. В учебном пособии пронумеровано 204 стр. ДСП. 4- 1 вклейка ДСП.

2

ОТ АВТОРА

Основная мысль книги состоит в том, что дальнейшая интеллек­туализация САПР как системы «человек—машина» должна осуществляться на основе так называемого антропоцентрического подхода, обеспечивающего разработчикам новой техники наиболее естественные условия для проявления творческой активности. В соответствии с этим подходом создаются отличающиеся от традиционных специальные виды методического, информационного, математического обеспечения, ориентируемого на обслуживание творческих форм проектно-конструкторской деятельности человека

в САПР.

Чтение книги потребует от читателя некоторой адаптации к еще не установившейся терминологии и самому стилю изложения, неоднозначность которого обусловлена различным характером рассматриваемых вопросов. Содержание книги разбито на две части и введение, позволяющее получить общее представление о структуре и особенностях излагаемого материала.

На формирование общего замысла и «архитектуру» описывае­мой в книге антропоцентрической схемы САПР силовых конструк­ций оказали влияние работы многих специалистов: акад. АН СССР Н. Н. Моисеева и Г. С. Поспелова, чл.-кор. АН СССР В. И. Фео-досьева, П. С. Краснощекова, Б. Ф. Ломова и С, М. Егера, проф. В. М. Даревского, В. М. Фролова, И. П. Норенкова, В. П. Львова и Д. А. Поспелова, а также ответственных работников промышлен­ных предприятий—канд. техн. наук И. Б. Гинко, О. М. Химаныча,

В. И. Бирюка и других.

| Автор особенно признателен инженерам И. В. Головачеву, М. Б. Клочкову, А. В. Зуеву, К. А. Федорову и И. В. Смирнову за

помощь в работе.

3

Возражающие требования к темпам производства и качеству создаваемых технических систем приводят к необходимости совер­шенствования общей методологии выполнения проектно - конструкторских работ на базе широкого использования современной вычис­лительной техники. Применение ЭВМ в проектно-конструкторской деятельности (ПКД) человека требует большей формализации многих традиционно сложившихся представлений. Однако на различных стадиях проектного анализа конструктору приходится решать и нечетко определенные, и несхематизированные проектно-конструкторские задачи (ПКЗ), которые не могут быть формализо­ваны полностью из-за наличия в их составе качественных факторов.

В общем случае под качественными факторами понимают неформально характеризуемые величины, отражающие уровень потребительских свойств создаваемых изделий, условия их произ­водства и эксплуатации — например, простота конструкции, техно­логичность, ремонтопригодность, функциональная «гибкость» по отношению к набору целевых задач, степень отработанности используемых технических решений, наличие производственной и экспериментальной базы, боевая «живучесть». Качественные факто­ры оказывают значительное влияние и на характер, и на структуру создаваемых проектно-конструкторских решений (ПКР), во-первых, потому, что не все компоненты многофакторного технического задания (ТЗ) могут быть выражены в виде количественных соотно­шений (многие из них определяются лишь качественными форму­лировками), а во-вторых, потому, что между рядом неформальных параметров, определяющих служебные свойства пкр, как правило, не удается установить точные взаимосвязи.

Общим положением при учете влияния качественных факторов является то, что в виде «платы» за некие неколичественно характеризуемые «удобства» (объективную полезность) приходится «ми­риться» с ухудшением значения количественно характеризуемого параметра, по которому обычно проводится численная оптимизация. В большинстве случаев таким параметром является доминирующий проектный критерий, например, масса конструкции. При этом «цена» компромисса («уступки»), как правило, не имеет формальных обоснований и определяется лицом, принимающим решение (ЛПР), субъективно, т.с. на основании его прошлого опыта и интуиции.

Для того, чтобы повысить объективность принимаемых конструк­тором решений, разработана специальная система человеко-машинных средств поиска рациональных ПКР, которые в своем составе помимо традиционных (четких) способов описания характеристик ПКР, содержат и так называемые нечеткие формы представления значений неформальных параметров (качественных факторов) С помощью нечетких описаний информация, не выражаемая численно может использоваться в расчетных алгоритмах именно в том виде, в котором она реально существует (фиксируется). Благодаря этому процессы интуитивной (неформальной) и численной (формальной) оптимизации удается объединить в единую проектную процедуру и тем самым обеспечить возможность взаимной компенсации недос­татков одною оптимизационного процесса преимуществами другою.

При решении нешаблонных ПКЗ, особенно на ранних стадиях проектного анализа, доля субъективных представлении конструк­тора или, как иногда говорят, его интеллектуальной составляющей очень велика. Это обусловливает необходимость организации информационного взаимодействия конструктора и ЭВМ на основе так называемого антропоцентрического подхода («от человека—к ма­шине»). Суть этого подхода состоит в том, что в отличие от машиноцентрического («от машины к человеку»), использующегося при решении полностью формализованных ПКЗ, он направлен не столько на упрощение рутинных форм труда конструктора, сколько на приспособление автоматизированной системы к характеру его деятельности, т.е. на организацию самого процесса поискового конструирования.

Такая человеко-машинная система (ЧМС) должна выполнять не только исполнительскую (репродуктивную) часть деятельности конструктора, т.е., быть «механическим орудием труда» но, предоставлять ему арсенал средств, обслуживающих потребности интеллектуально! (продуктивной) составляющей ПКД, т.е. быть «ассистентом» конструктора. «Ассистентские» функции ЭВМ может осуществлять посредством предоставления конструктору своеобраз­ного «градиента» поиска, т. е. интеллектуальных поддержек вклю­чающих в себя как логические связи, так и содержательные выводы, получаемые на основе анализа детерминированной части решаемых с ее помощью нечетких и слабо схематизированных ПКЗ. Например, ЭВМ может помочь конструктору формировать общий замысел (стратегию ПКД), определять наиболее приемлемые пути его выполнения (тактику ПКД), предъявлять информацию семантической обратной связи, которая характеризует эффективность предпринимаемых конструктором интуитивно-логических воздействий на ПКР в соответствии с требованиями ТЗ (коррекция ПКД). Информационные указатели такого типа объединены в специальную систему управления процессом решения (СУПР) нечетких и слабо схематизированных ПКЗ

Кроме этого, сам процесс человеко-машинного поиска рацио­нальных вариантов ПКР при антропоцентрическом подходе должен быть организован «по-человечески», а не машиноподобно. С этой целью на основе анализа объективно существующих закономерно­стей ПКД разработана инвариантная характеру ПКД функциональ­но-логическая структура принятия решений в условиях неопреде­ленности (модель ПКД).