Норенков И.П. - Основы автоматизированного проектирования (1060628), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Очевидно, что по мере перехода от стадии к стадии степень подробности и тщательность проработкипроекта возрастают, и рабочий проект должен быть вполне достаточным дляизготовления опытных или серийных образцов. Близким к определению стадии, но менее четко оговоренным понятием является понятие этапа проектирования.Стадии (этапы) проектирования подразделяют на составные части,называемые проектными процедурами. Примерами проектных процедурмогут служить подготовка деталировочных чертежей, анализ кинематики,моделирование переходного процесса, оптимизация параметров и другиепроектные задачи.
В свою очередь, проектные процедуры можно расчленитьна более мелкие компоненты, называемые проектными операциями, например,при анализе прочности детали сеточными методами операциями могут бытьпостроение сетки, выбор или расчет внешних воздействий, собственномоделирование полей напряжений и деформаций, представление результатовмоделирования в графической и текстовой формах. Проектирование сводитсяк выполнению некоторых последовательностей проектных процедур - маршрутов проектирования.Иногда разработку ТЗ на проектирование называют внешним проектированием, а реализацию ТЗ - внутренним проектированием.191 Введение в автоматизированное проектированиеСодержание технических заданий на проектированиеВ ТЗ на проектирование объекта указывают, по крайней мере, следующиеданные.1.
Назначение объекта.2. Условия эксплуатации. Наряду с качественными характеристиками (представленными в вербальной форме) имеются числовые параметры, называемыевнешними параметрами, для которых указаны области допустимых значений.Примеры внешних параметров: температура окружающей среды, внешние силы,электрические напряжения, нагрузки и т. п.3. Требования к выходным параметрам, т. е. к величинам, характеризующимсвойства объекта, интересующие потребителя. Эти требования выражены ввиде условий работоспособностигде yt - i-й выходной параметр; R е {=,<,>,>,<}- вид отношения; Г - нормаz'-ro выходного параметра.
В случае R = (равно) нужно задать требуемуюточность выполнения равенства.Примеры условий работоспособности:рзсход_топлива_на_1 00_км_пробега_автомобиля < 8 л:коэффициенту усиления_усилителя_на_средних_частотах > 300;быстродействие_процессора > 40 Мфлопс.Классификация моделей и параметров,используемых при автоматизированном проектированииВ автоматизированных проектных процедурах вместо еще не существующего проектируемого объекта оперируют некоторым квазиобъектом -моделью, которая отражает некоторые интересующие исследователя свойстваобъекта. Модель может быть физическим объектом (макет, стенд) или спецификацией.
Среди моделей-спецификаций различают упомянутые вышефункциональные, поведенческие, информационные, структурные модели (описания). Эти модели называют математическими, если они формализованы средствами аппарата и языка математики.В свою очередь, математические модели могут быть геометрическими,топологическими, динамическими, логическими и т. п., если они отражаютсоответствующие свойства объектов. Наряду с математическими моделями припроектировании используют рассматриваемые ниже функциональные IDEFOмодели, информационные модели в виде диаграмм сущность - отношение,геометрические модели-чертежи.
В дальнейшем, если нет специальной оговорки, под словом «модель» будем подразумевать математическую модель (МО).Математическая функциональная модель в общем случае представляетсобой алгоритм вычисления вектора выходных параметров Y при заданныхвекторах параметров элементов X и внешних параметров Q.201.2. Структура процесса проектированияМатематические модели могут быть символическими и численными. Прииспользовании символических моделей оперируют не значениями величин, аих символическими обозначениями (идентификаторами). Численные моделимогут быть аналитическими, т. е.
их можно представить в виде явно выраженных зависимостей выходных параметров Y от параметров внутреннихX и внешних Q, или алгоритмическими,, в которых связь Y, X и Q задана неявнов виде алгоритма моделирования. Важнейший частный случай алгоритмическихмоделей - имитационные, они отображают процессы в системе при наличиивнешних воздействий на систему. Другими словами, имитационная модель это алгоритмическая поведенческая модель.Классификацию математических моделей выполняют также по ряду других признаков. Так, в зависимости от принадлежности к тому или иному иерархическому уровню выделяют модели уровней системного, функционально-логического, макроуровня (сосредоточенного) и микроуровня (распределенного).По характеру используемого для описания математического аппарата различают модели лингвистические, теоретико-множественные, абстрактно-алгебраические, нечеткие, автоматные и т.
п.Например, на системном уровне преимущественно применяют модели систем массового обслуживания и сети Петри, на функционально-логическом уровне- автоматные модели на основе аппарата передаточных функций или конечных автоматов, на макроуровне - системы алгебраических и дифференциальных уравнений, на микроуровне - дифференциальные уравнения в частных производных.
Особое место занимают геометрические модели, используемые всистемах конструирования.Кроме того, введены понятия полных моделей и макромоделей, моделейстатических и динамических, детерминированных и стохастических, аналоговыхи дискретных, символических и численных.Полная модель объекта в отличие от макромодели описывает не толькопроцессы на внешних выводах моделируемого объекта, но и внутренние дляобъекта процессы.Статические модели описывают статические состояния, в них не присутствует время в качестве независимой переменной. Динамические модели отражают поведение системы, т. е.
в них обязательно используется время.Стохастические и детерминированные модели различают в зависимости отучета или неучета случайных факторов.В аналоговых моделях фазовые переменные - непрерывные величины, вдискретных - дискретные, в частном случае дискретные модели являютсялогическими (булевыми), в них состояние системы и ее элементов описываетсябулевыми величинами. В ряде случаев полезно применение смешанных моделей, в которых одна часть подсистем характеризуется аналоговыми моделями, другая - логическими.211. Введение в автоматизированное проектированиеИнформационные модели относятся к информационной страте автоматизированных систем, их используют прежде всего при мифологическом проектировании баз данных для описания связей между единицами информации.Наибольшие трудности возникают при создании моделей слабоструктурированных систем, что характерно прежде всего для системного уровня проектирования.
Здесь значительное внимание уделяется экспертным методам. Втеории систем сформулированы общие рекомендации по подбору экспертов приразработке модели, организации экспертизы, по обработке полученных результатов. Достаточно общий подход к построению моделей сложных слабоструктурированных систем выражен в методиках IDEF.Обычно в имитационных моделях фигурируют фазовые переменные. Так,на макроуровне имитационные модели представляют собой системы алгебродифференциальных уравнений*(dVldt,V, /) = 0 при / = О, V = V0,(1.1)где V—вектор фазовых переменных; / - время; V0—вектор начальных условий.К примерам фазовых переменных можно отнести токи и напряжения вэлектрических 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(Y) в случае использования (1.1). Примеры таких параметров: амплитуды сигналов, временныезадержки, мощности рассеивания и т. п. Во-вторых, это параметры, характеризующие способность проектируемого объекта работать при определенных внешних условиях. Эти выходные параметры являются граничными значениямидиапазонов внешних переменных, в которых сохраняется работоспособностьобъекта.Типовые проектные процедурыСоздать проект объекта (изделия или процесса) означает выбрать структуруобъекта, определить значения всех его параметров и представить результатыв установленной форме. Результаты (проектная документация) могут бытьвыражены в виде чертежей, схем, пояснительных записок, программ для программно-управляемого технологического оборудования и других документовна бумаге или на машинных носителях информации.Разработка (или выбор) структуры объекта есть проектная процедура, называемая структурным синтезом, а расчет (или выбор) значений параметровэлементов X - процедура параметрического синтеза.Задача структурного синтеза формулируется в системотехнике как задачапринятия решений (ЗПР).
Ее суть заключается в определении цели, множествавозможных решений и ограничивающих условий.Классификацию ЗПР осуществляют по ряду признаков. По числу критериевразличают задачи одно- и многокритериальные. По степени неопределенности221.2. Структура процесса проектированияразличают ЗПР детерминированные, ЗПР в условиях риска (при наличии вформулировке задачи случайных параметров), ЗПР в условиях неопределенности, т. е.
при неполноте или недостоверности исходной информации.Реальные задачи проектирования, как правило, являются многокритериальными. Одна из основных проблем постановки многокритериальныхзадач - установление правил предпочтения вариантов. Способы сведения многокритериальных задач к однокритериальным и последующие пути решенияизучаются в дисциплинах, посвященных методам оптимизации и математическому программированию.Наличие случайных факторов усложняет решение ЗПР. Основные подходык решению ЗПР в условиях риска заключаются или в решении «для наихудшего случая», или в учете в целевой функции математического ожидания идисперсии выходных параметров. В первом случае задачу решают как детерминированную при завышенных требованиях к качеству решения, что являетсяглавным недостатком подхода. Во втором случае достоверность результатоврешения намного выше, но возникают трудности с оценкой целевой функции.Применение метода Монте-Карло в случае алгоритмических моделей становится единственной альтернативой, и, следовательно, для решения требуютсязначительные вычислительные ресурсы.Существуют две группы ЗПР в условиях неопределенности.
Одна из нихрешается при наличии противодействия разумного противника. Такие задачиизучаются в теории игр, для задач проектирования в технике они не характерны. Во второй группе противодействие достижению цели оказывают силы природы. Для их решения полезно использовать теорию и методы нечетких множеств.Например, при синтезе структуры автоматизированной системы постановказадачи должна включать в качестве исходных данных следующие сведения:• множество выполняемых системой функций (другими словами, множестворабот, каждая из которых может состоять из одной или более операций); возможно, что в этом множестве имеется частичная упорядоченность работ,которая может быть представлена в виде ориентированного графа, где вершинысоответствуют работам, а дуги - отношениям порядка;• типы допустимых для использования серверов (машин), выполняющихфункции системы;• множество внешних источников и потребителей информации;• во многих случаях задается также некоторая исходная структура системыв виде взаимосвязанной совокупности серверов определенных типов; эта структура может рассматриваться как обобщенная избыточная или как вариант первого приближения;• различного рода ограничения, в частности ограничения на затраты материальных ресурсов и (или) на времена выполнения функций системы.Задача заключается в синтезе (или коррекции) структуры, определении типовсерверов (программно-аппаратных средств), распределении функций по серверам таким образом, чтобы достигался экстремум целевой функции при выполнении заданных ограничений.2У1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
