gl1-2beg (1045829), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

При информационно-методологическом согласовании человече­ской и машинной частей антропоцентрической САПР их «сомасштабность» 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 не только как конструкторско-поисковую, но и как обучающую автоматизиро­ванную систему—тренажер ПКД. И действительно, задачи творче­ского конструирования и проблемного обучения имеют много общего. Использующийся в антропоцентрической САПР унифици­рованный кадр принятия решений и его мнемоническая схема, по существу, представляют собой систему «не жестко» 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 ситуаций с неопре­деленностями.

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 ЗАДАЧ ПОИСКОВОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ В САПР

1.1.1. Содержательные характеристики НПКЗ 'и возможность их формализованного описания

Для решения нечетко определенных и не полностью 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)*. [* Первая буква аббревиатуры соответствует названию факторов, характери­зующих такие ПКЗ (нешаблонные, несхсматшированные и неформалиэуемые).] Можно выделить четыре таких условия.

Неопределенность. Не полностью алгоритмиизируемые НПКЗ характеризуются наличием значительных неопределенностей исходных 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 этого условия необходимо использовать довольно гибкий математический аппарат, допускающий возмож­ность выполнения разнохарактерных операций над нечетко опреде­ленными параметрами. В зависимости от вида неопределенности здесь могут быть применены нечеткие подмножества Л. Заде [2, с. II], алгебра Дж Буля [3, с 13] или вероятностные методы [4, с, 7].

Неформализуемость. Элементы, отражающие содержательную сторону НПКЗ, носят в большинстве своем неформальный харак­тер—это описание условий, ограничений, целей и т. д., которые лишь частично могут быть выражены количественными характеристиками. Кроме этого, наличие в составе НПКЗ качественных факторов не позволяет формализовать процесс поиска их решения полностью, так как единая мера оценки значений количественных параметров (четких величин) и качественных факторов (нечетких образов) отсутствует.

Для формализации этого условия нужно иметь обобщенную расчетную процедуру, основанную на использовании разнородных (метрических и не метрических) шкал ценности. Иными словами, требуется разработка обобщенных мер (метрик), позволяющих сопоставлять и оценивать разнохарактерные факторы на основе номинальных, порядковых, интервальных и относительных измери­тельные шкал, т. e. проводить оптимизацию не только в «количест­вах», но и в «качествах» При - этом факторный анализ должен проводиться на специальном языке описания, приемлемом как для человека, так и для ЭВМ, например, на языке лингвистических переменных, элементы которого могут быть точными операндами для ЭВМ

Многокритериальность. Работоспособность силовых конструкций как правило, определяется многими выходными характеристиками, выступающими в роли критериев. Многокритериальность ведет к необходимостью использования приемов векторной оптими­зации. Однако установить четкие взаимосвязи между отдельными характеристиками и обобщенным критерием эффективности при решении НПКЗ обычно не удается Это, в свою очередь, не позво­ляет, особенно на ранних стадиях проектирования, свести НПКЗ к обратной задаче математического программирования и получить ответ на вопрос - какими должны быть значения выходных характеристик ПКР, при которых обобщенный критерии эффективности принимает экстремальное значение

При формализации этою условия приходится использовать приближенные способы ведения многокритериальной оптимизации, 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 необходимость использова­ния внелогических форм знаний конструктора. Опираясь на опыт прошлою и свои субъективные представления, конструктор устанавливает коэффициент предпочтения, oграничения, а частично и приемлемые значения выходных характеристик для того, чтобы иметь возможность свести решение ППКЗ к прямой задаче матема­тическою программирования, т. е. получать ответ на вопрос какое значение будет иметь составной критерии эффективности, если в качестве решения принять ту или иную комбинацию выходных характеристик рассматриваемою варианта ПКР. По существу, с помощью такого приема решение НПКЗ сводится к решению задачи выбора из множества имеющихся альтернатив.

Особенность этого приема состоит еще и в том, что в этом случае процесс принятия сложных технических решений частично алгоритмизируется и в пределе может быть сведен к выполнению простых процедур парного ранжирования однокомпонентных пара­метров. Последнее очень важно, так как позволяет уменьшить 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, составляющих 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 удовлетворяло ряду требований по обеспечению его полноты, уровня разнообразия и степени новизны содержащихся в нем вариантов

Чтобы обеспечить возможность формализации этого 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 структурного совершенства и уровень новизны. Это позволит получать достоверные решения НПКЗ в постановке вариантного проектирования [10, с. 4].

1.1.2. Специфика САПР силовых конструкций

Процесс поисковое конструирования можно условно разбить на три основные стадии. На первой стадии формируется основная руководящая идея и выбирается принцип действия, которые и определяют технический облик конструкции в целом. На второй стадии производится так называемая структурная оптимизация, а на третьей—параметрическая. Все три стадии взаимообусловлены и содержат в своем составе отдельные элементы друг друга. Поэтому процесс поискового конструирования в целом носит многоцикловый возвратно-поступательный характер

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

В ряде работ подчеркивается, что САПР вообще не предназначены для выбора системных решений в конструировании ill, с oj. Выбор—дело самого конструктора, следствие его субъективных представлений и интеллекта. Следовательно, такие САПР практи­чески не помогают конструктору 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.

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 оптимальности, 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 конструкторских 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 Возникающая при этом основная трудность—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

Необходимость учета качественных факторов предопределяет широкое использование так называемых внелогических форм зна­ний конструктора. Под внелогическими знаниями обычно понимают присущие только человеку умения и способности, например, способность конструктора разрешать проблемные ситуации посред­ством интуиции, субъективных представлений, «конструкторского видения», озарения и других неформальных умений н навыков. Если человек не в состоянии формализовать свои представления о пред­мете конструирования, то это еще не означает, что он не способен находить эффективные решения. Наоборот, человеческий мозг приспособлен к качественно иным формам оптимизации, основан­ным на неалгоритмическом способе мышления

Установлено, что именно интуитивные решения, всегда пред­шествующие логическим, оказывают наибольшее влияние на темпы техническою прогресса [12, с 99; 13, с 13]. Действительно, разви­вать технический пpoгpecс лишь на основе опыта прошлого, заклю­ченного в машинном базисе, или, что почти все равно, на основе элементов новизны комбинаторного плана, предоставляемых ЭВМ,— это не только методически неправильно, но и, как показывают статистические данные, экономически невыгодно. Например, специ­алисты фирмы «Боинг» не запускают самолет в серию до тех нор, пока при создании его узлов и деталей не будет использовано 20— 30 % новых технических решений [14, с. 152].

В сложившейся практике ведения проектно - конструкторских работ неформальные требования, обусловленные влиянием качест­венных факторов, обычно учитываются после нахождения

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 «дают осечку» | в связи со, все увеличивающейся сложностью разрабатываемых технических решений.

Экономический анализ проекта «Спейс 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 облика—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.

Основное следствие, вытекающее из этого принципа, состоит в том, что конструкторская подсистема (КП) САПР, предназначен­ная для решения НПКЗ, должна строиться на основе так называе­мого антропоцентрического подхода («от человека—к машине»). В такой ЧМС конструктор также является ее функциональным элементом, однако при антропоцентрическом подходе к организа­ции взаимодействия человека и машины он может к обязан выпол­нять функции не только пассивного информационного «звена», оценивающего решения, получаемые ЭВМ, но и активного (порож­дающего) «звена», направляющего автоматизированную систему на поиск решения задач (целей), формируемых им с се же помощью. 12

Характеристики

Список файлов лекций