gl1-2beg (Лекции по БЖД), страница 5

^у^ния' ^на "Р-"³^ ^сам- процесса^кового

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

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

При информационно-методологическом согласовании человече­ской и машинной частей антропоцентрической САПР их «сомасштаб-ность» по характеру и структуре перерабатываемой информации может быть обеспечена за счет уменьшения «жесткости» использу­емого математического аппарата. С этой целью разработан специ­альный метод нечеткой оптимизации многоцелевых пкр. В целом, методическое обеспечение способствует содержательной ориентации конструктора и подкрепляет его творческую активность путем «установки» с помощью ЭВМ четких ориентиров («смысловых опор») по ходу развертывания целенаправленного процесса реше­ния. Можно сказать, что «нежесткое» управление ПКД стимулирует «эвристический выход» конструктора, и поэтому такая человеко-машинная технология ПКД названа супервизорным конструирова­нием.

Характер и содержание супервизорной технологии ПКД позво­ляют использовать антропоцентрическую версию САПР нс только как конструкторско-поисковую, но и как обучающую автоматизиро­ванную систему—тренажер ПКД. И действительно, задачи творче­ского конструирования и проблемною обучения имеют .много общего. Использующийся в антропоцентрической САПР унифици­рованный кадр принятия решений и его мнемоническая схема, по существу, представляют собой систему «нежестко» регламентирую­щих алгоритмоподобных указаний, предписывающих, что надо делать, в какой последовательности и в пределах каких ограниче­ний. Такая регламентация способствует формированию определен­ного стиля мышления, необходимого конструктору (обучаемому) при целенаправленном разрешении проблемных ситуации с неопре­деленностям^.

РАЗДЕЛ 1

Особенности методического обеспечения САПР, реализуемой на базе антропоцентрического подхода

ГЛАВА 1

Организация взаимодействия человека и машины в САПР силовых конструкций _______

1.1. ОСОБЕННОСТИ РЕШЕНИЯ ЗАД^Ч ПОИСКОВОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ В САПР

1.1.1. Содержательные характеристики НПКЗ 'и возможность их формализованного описания

Для решения нечетко определенных и неполностью схематизи­рованных (нешаблонных) ПКЗ помимо выполнения чисто вычисли­тельных процедур требуется еще и применение приемов неформаль­ного анализа и синтеза. Эффективность человеко-машинного поиска при решении задач такого класса связана с возможностью фор­мального представления наиболее характерных особенностей (условий), присущих этим задачам (НПКЗ) . Можно выделить четыре таких условия.

Неопределенность. Неполностью ал1 ори визируемые НПКЗ характеризуются наличием значительных неопределенностей нсход-ных данных, проектных критериев, а также неопределенностей, связанных с самим процессом поиска их решения Эти неопределен­ности могут быть как стохастического, так и нестохастического вида [1, с. 38] и иметь различную физическую природу

При формализации эгого условия необходимо использовать довольно гибкий матемагический аппарат, допускающий возмож­ность выполнения разнохарактерных операций над нечетко опреде­ленными параметрами В зависимости от вида неопределенности здесь могут быть применены нече1кне подмножества Л. Заде [2, с. II], алгебра Дж Буля ,3, с 13¹ пли верояшостныс методы [4, с, 7].

Неформализуемость. Элементы, 01ражающне содержа [ельную счорону НПКЗ, носят в большинстве своем неформальный харак­тер—это описание условий, ограничений, целей и т, д, которые лишь частично мо1ут быть выражены количественными характернс-

* Первая буква аббревиатуры соответствует названию факторов, характери­зующих такие ПКЗ (нешаблонные, несхсматшированные и неформалиэуемые).

,S

чиками. Кроме этого, наличие в составе НПКЗ качественных факторов не позволяв формализовать процесс поиска их решения полностью, так как единая мера оценки значений колнчео венных параметров (четких величин) и качественных факторов (нечетких образов) отс\тс1в)ет.

Для формализации этою условия нужно име1ь обобщенную расчетную процедур), основанную на нснолыованнн разнородных (метрических и неметрических) шкал ценное] и. Иными словами, требуется разработка обобщенных мер (метрик), позволяющих сопоставлять и оценивать разнохарактерные факторы на основе помина.11>ных, порядковых, интервальных и опюсшельных измери­тельные шка I, i e нроводшь от нмн-щцию не юлько ц «количест­вах», но и в «качеспзах» При -»юм фаморный аналш должен пройоипься на специальном я-»ыкс описания, приемлемом как для че.кжек^, так и д 1Я ЭВМ, например, на ячыке лингвистических переменных, элемешы коюрою moi\( бьпь -ючнымн оперли тами

для ЭВМ

Многокритериальность. Рабоюиюсобносгь силовых конс1рук-

ций kjk правило, определяется многими выходными хараыерпсш-ками, выступающими в роли критериев. Мноюкршериалыюсть веде]' к необходимое^! использования приемов цекюрной оптими­зации. Однако установи ib четкие взаимосвязи между отдельными характеристиками и обобщенным критерием эффективности прн решении НПКЗ обычно не удается Это, в свою очередь, не позво­ляет, особенно на ранних оадиях проектирования, свести НПКЗ к обратной задаче ма1ема1ического npoi раммирования и получип> отве! на вопрос- какими должны бьпь значения выходных х^раюе-рипик ПКР, при которых обобщенный критерии эффект нвносгн принимает экстремальное значение

Прн формализации этою условия приходи юя использовать приближенные способы ведения многокритериальной огп нмизацни, например, на основе принципа справедливой уступки 5, с, 29^ вводить так называемый составной критерий эффективности, обра­зующийся путем неформального объединения частных выходных характеристик.

Это в свою очередь, обусловливает необходимое^ использова­ния внелогических форм знаний конструктора Опираясь на опыт прошлою и свои субъективные представления, конструыор уста-навливае! коэффициент предпочтения, oiраннчения, а частично и прием.юмые значения выходных харакгериник для того, чюбы иметь возможность свести решение ППКЗ к прямой задаче магма­тическою программирования, т е получшь отве! на вопрос какое значение буде! иметь составной критерии эффективности, если в качестве решения принять ту или иную комбинацию выходных характеристик рассматриваемою варианта ПКР. По существ), с помощью такого приема решение НПКЗ сводится к решению задачи выбора из множества имеющихся альтернатив.

Особенность эюго приема состоит еще и в юм, чю и эюм случае процесс принятия сложных технических решений частично '»

алюритмизируется и в пределе может быть сведен h выполнению простых процедур парною ранжирования однокомпоиешных пара­метров Последнее очень важно, так как позволяет уменьшть долю субъективизма конструктора в конечном результате и тем самым повысить объективность принимаемых с помощью ЭВМ решении [6, с. 49; 7, с. 85; 8, с. 205]

Многовариантность. Множество целей, сое i а ваяющих функцию полезности, и множество неопределенностей, содержаться в про­ектных критериях, обусловливают необходимость формирования в процессе решения НПКЗ множества альтернативных вариантов, из которых должно быть выбрано рациональное ПКР Для обоснова­ния достоверности решения такой задачи необходимо, чтобы множество приемлемых альтернатив удовлпроряло ря i\ юебоца-ний по обеспечению его полноты, уровня разнообразия и сюнени новизны содержащихся в нем вариант ов

Чтобы обеспечить возможное^ формализации эгого условия нужно иметь некие правила, модели ПКД и эвроритмы 9, с 191, помогающие конструктору целенаправленно порождать множество приемлемых вариантов ПКР с помощью ЭВМ Для этого необходи­ма специальная система формальных показателей качества ПКД, характеризующих конструктивную сложность порождаемых ПКР, степень их сгруктурного совершенства и уровень новизны. Это позволит получать достоверные решения НПКЗ в постановке вариантного проектирования [10, с. 4].

1.1.2. Специфика САПР силовых кож 1руки,1И!

Процесс поисковою конструирования можно условно р<иошь на гри основные сгадии. На червой стадии формируется основная руководящая идея и выбирается принцип действия, которые и определяют 1ехиический облик консгрукции в целом На второн стадии производится так называемая структурная оптимизация, а на третьей—параметрическая Вс-е три сгадин взаимооб\словлены и содержат в своем составе отдельные элементы дрм друга Поэю-му процесс поискового конструирования в целом носит миоюцикло-вый возвратно-поступательный харакюр

Существующие в настоящее время САПР силовых консгрукции, в основном, носят параметрический характер

В ряде работ подчеркивается, что САПР вообще не предназна чены для выбора системных решений в конструировании ill, с oj. Выбор—дело самою конс1рукгора, следствие ею субъективных представлений и ишеллекта. Следовательно, такие САПР практи­чески не помогают конструкгору в решении НПКЗ, содержащих н своем составе неметрические характеристики С этой точки зрения существующие САПР силовых конструкций являются слиш­ком формальными «орудиями труда», слишком «жесткими партне­рами», несовместными с характером творческой (поисковой) дея­тельности человека-конструктора.

10

С помощью таких САПР часто проводится параметрическая оптимизация конструкций, которые по своей структуре оптимальны­ми не являются или, по крайней мере, не имеют формально обосно­ванных доказательств своей оптимальное ги, так как в общем случае выбор структуры не может быть отнесен к классу формально разрешимых задач (см п 2 1.1). По неофициальным данным, именно такие задачи составляют около 80 % общего числа решае­мых консгрукторских задач

Поэтому для САПР силовых конс1рукций необходимо разраба­тывать такие методы анализа и процедуры целенаправленною синтеза, которые обеспечивали бы возможность наиболее рацио­нального включения ЭВМ в творческий процесс поискового конструирования и создания на этой основе специальной конструкторской подсистемы, ориентированной на решение НПКЗ Вожнкснощая при diOM основная грудность—сопряжение формализуемых и неформализуемых операций в единую человеко-машинную техноло­гию решения НПКЗ, для обслуживания которой нужны специальное методическое, математическое и пр01раммное обеспечение

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

Необходимое^ учоа качественных факторов предопределяег широкое использование гак называемых внело!ических форм зна­ний конс1руктора. Под внелогическими знаниями обычно понимают присущие голько человеку умения и способное ги, например, способное ib конструктора разрешать проблемные стуации посред­ством ишуиции, субъективных иредоавлений, «конструкторского видения», озарения и друшх неформальных умении н навыков Если человек не в состоянии формализовать свои представления о пред­мете коисгр^ирования, то ^то еще не очначаег, что он нс способен находить эффекгивиыс решения Наоборог, человеческий мозг приспособлен к качественно иным формам оптимизации, основан­ным на иеалгоригмическом способе мышления

Установлено, что именно интуитивные решения, всегда пред­шествующие логическим, оказывают наибольшее влияние на [емпы 1ехническою прогресса [12, с 99; 13, с 13]. Действигельно, разви­вать технический iipoipecc лишь на основе опьпа прошлого, заклю­ченного в машинном базисе, или, что почти все равно, на основе элементов новизны комбинаторного плана, предоставляемых ЭВМ,— это не юлько меюдическн неправильно, но и, как показывают статно гичесьие данные, экономически невыгодно Например, специ­алисты фирмы «Боинг» не запускают самолет в серию до тех нор, пока при создании его узлов и деталей не буде1 использовано 20— 30 % новых технических решений [14, с. 152].

В сложившейся практике ведения проектно-констру к горских работ неформальные требования, обусловленные влиянием качест­венных факторов, обычно учитываются после нахождения опти-11

мальных решений по количественным критериям [15, с. 25]. Тем |;

самым трудности, связанные с удовлетворением этих требований, f по существу, «переносятся» на последующие стадии проектного анализа. В результате процесс неформальной доработки конструк­ции сильно усложняется. В ряде случаев доводочные трудности вообще не могут быть преодолены. Обусловлено что тем, что интуиция и индивидуальный опыт ЛПР, все чаще «дяют осечку» | в связи со, все увеличивающейся сложностью разрабатываемых | технических решений, j

Экономический анализ проекта «Спенс Шаттл» показал, что около 70 % стоимости проекта определились неформальными реше­ниями, принятыми па ранних стадиях проектирования 46, с. i69j. Возникшие при этом ошибки на последующих этапах проектного анализа практически не могли быть устранены. Проведенные оценки показывают, что решение задач параметрической оптими­зации позволяет улучшить технико-экономические показатели, интересующие разработчиков, не более чем на 10—15 %, в то время как решение задач структурной оптимизации улучшает эти показа­тели на 20—30 %, а задач, связанных с формированием техническо­го облик'а—на 70—100% [17, с. 52j. Эти данные свидетельствуют о высокой «цене» неформальных решений, принимаемых конструк­тором на ранних стадиях проектирования, и соответстсвенно о важной роли творческих форм ПКД, которые являются основой при поиске решений в тех случаях, когда трудно или невозможно дать формализованное описание целевой функции.

В связи с этим целесообразно отметить следующее. По мере «движения» создаваемой конструкции от первоначального замысла к ее реальному воплощению уровень неопределенности решаемых НПКЗ изменяется от полной неопределенности до полной детерми­нированности (рис. 1.1). Именно уровень неопределенности являет­ся тем ключевым параметром, который определяет .характер ПКД на каждой стадии проектирования. На основе содержательного анализа процесса ПКД можно установить своеобразный принцип соответствия — чем выше уровень неопределенности решаемой НПКЗ, тем меньше точность необходимых вычислений и больше сложность организации процедур человеко-машинного взаимодей­ствия.