Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры (1984) (1092053), страница 18
Текст из файла (страница 18)
решение о тривиальности зависит от квалификации конструктора. Но в общем виде необходимыми функциональными связями являются: 1) электрические, определяемые монтажными соединениями; 2) пространственные и механические, определяемые компоновкой и закреплением элементов. Лишними связями, которые в конструкции должны быть ограничены верхним пределом, являются электромагнитные и тепловые связи.
Эти связи возникают как побочный результат формирования первых трех необходимых связей. Лишние связи представляют по- — — — — — На Нилл слгйаингл смааап — -- -----. --.-> рис. 2-3. Системный образ многостадийного процесса конструирования тенциальную опасность тем„что при неблагоприятных обстоятельствах могут перейти во вредиыс.
Установление структуры проектируемой конструкции и связей в ней представляет собой процесс синтеза, Процесс синтеза при конструировании всегда сопровождается анализом получаемых результатов для внесения коррективов в ;.,'~:,' синтез, т. е. протекает шаговая процедура приближения к оптимуму по схеме синтез — анализ — синтез (рис. 2-3). Взаимосвязь между теорией и практикой в проектной части процесса конструирования оказывается сложной, Их связывает интуиция конструктора.
Теория не создает алгоритма, по которому можно однозначно действовать при оптимизации конструкции (кроме простейших конструкций). „';: 'Теория в конструировании РЭЛ создает систему взглядов на условия обеспечения каждого требования с учетом взаимных воздействий и помех. Учет основан на научно обоснованных компромиссах для известных конструкторупредшествующих частных случаев. На базе этой системы взгляла,' дов при опытном и тренированном мышлении возникают интуитивные решения. Каждый раз их подвергают научному анализу и расчету, с тем чтобы вновь сформулировать -!,:-': —,. задачу дальнейшего шага по пути совершенствования предмета разработки. Таким образом, при конструировании РЭА поперемен,но действуют синтез и анализ: опирающийся на опыт и .,научную систему взглядов синтез, требующий развитой ин: туиции, и анализ, подвергающий контролю, расчету н кор- ~": рекции продукт синтеза. Оптимизация конструкторских решений как обратная задача исследования операций.
Исследование операций яв- 77 ляется наукой о поиске оптимальных решений путем построения и анализа математической модели проектируемой операции. Прямой задачей исследования операций служит выбор в заданном множестве допустимых решений такого решения, которое удовлетворяет выбранным критериям оптимальности. Главным является формальное описание множества допустимых решений и критериев оптимальности выбора, отвечающее реальным условиям возможного и целесообразного*.
Это является самым трудным. Но даже в тех случаях, когда не удается создать математическую модель из-за отсутствия количественных оценок, построение и анализ вербальной (словесной) модели имеет чрезвычайно важное значение для принятия правильного решения в сложных многофакторных условиях. Типичная ситуация, как пишет Е. С. Вентцель [2), такова: организуется система действий (операция), которую можно организовать поразному, чтобы достичь желаемой цели.
Каждый вариант обладает преимуществами и недостатками, причем в силу сложности обстановки неясно, какой из них предпочтителен. Разработка модели (жслательно — математической) и ее анализ должны помочь людям, ответственным за выбор решения, произвести критический анализ ситуации, учесть все в совокупности и обоснованно остановиться на одном варианте.
При прямой задаче исследования операций это дает возможность заранее оценить последствия каждого варианта решения, отбросить недопустимые и рекомендовать наиболее удачные варианты, установить, достаточна ли информация для правильного решения, и если нет, то какую информацию необходимо получить дополнительно. Редко находится одно, строго оптимальное решение. Чаще выделяется область практически близких разумных решений, в пределах которой человек может сделать окончательный выбор. Само принятие решения (это следует подчеркнуть)' выходит за пределы рассматриваемой отрасли науки, называемой исследованием операций, которая только готовит материал для интеллектуального процесса окончательного выбора и принятия' решения.
Чтобы сравнивать между собой по эффективности разные решения, нужно иметь количественный критерий — по. казатель эффективности, или целевую функцию, При выборе решения предпочитается то, которое обращает показатель эффективности в максимум (или в минимум). ' Математическая энциклопедия/Под ред.
И, М. Виноградова,— М: Советская энциклопедия, !979, Т. 2, 76 Обратная задача исследования операций отвечает на вопрос: как выбрать решение для того, чтобы показатель эффективности обратился в максимум? При поиске конструкторских решений, т. е.
при их оптимизации, ставится именно обратная задача исследования операций: при заданном комплексе условий и найти такое решение х=х~, которое обращает показатель эффективности в максимум. Максимум показателя эффективности рбозначим К*. Тогда )р' есть максимальное значение )р(а, х), взятое по всем решениям, входящим в множество возможных решений Х: )р* = гпах(йг(а, х)).
ф~ ',!Ж!!', хЕХ Подчеркнем, что х — не число, а целая группа парамет. ров, а также функций. В последнем случае величина К (а, х) является функционалом. При конструировании задача всегда многокритериальна. При этом приходится придавать весовые коэффициенты частным критериям, что неизбежно вносит субъективность, и с этим надо считаться, как с необходимостью принципи. ального свойства. Но главным препятствием для плодотворного примене ния математического аппарата исследования операций при поиске конструкторских решений является неполная и нестабильная однозначность заданного комплекса условий (исходных данных) а. Неполная однозначность исходных !У',"-.''~;:: данных является результатом того, что заранее известны ;;,—.':. не все переменные, подлежащие изучению. По мере синте- за конструкции число переменных растет н их взаимосвязи 4 ",:!:, деформируются.
Но так как зависимая переменная (исходные данные) при конструировании задается не скалярно, а векторно, в виде взаимосвязанного набора свойств для описания, то появление каждого нового условия (переменной) вызывает смещение всех ранее полученных оценок. Чтобы среди большого числа рациональных (оптимизированных по частным критериям) вариантов найти оптимальный, нужна формализованная информация о предпоч- ~3~~~!'-;:' тительном сочетании значений показателей по каждому варианту.
Информация о предпочтительности сочетаний ;-';~~~".,';:....формализуется трудно из-за неполной однозначности оце- В,',~э,';:;*::;,: нок, Чем сложнее конструкция, тем оценка предпочтительности сочетаний формализуется труднее, так как возрастает неоднозначность оценок. При изложении условий и поиске оптимума при кон::,:струировании в математических терминах неполная одно:: значность усугубляется сниженной полнотой описания. УФ Строго формализованный язык, обеспечивая четкость, краткость и абстрактную общность, проигрывает при описании подробностей в сравнении со словесным описанием на естественном языке (с так называемым вербальным описанием). Естественный язык в силу своей полиморфности информативнее строго формализованного языка.
Для синтеза систем организованной сложности описание подробностей имеет иногда решающее значение, причем чем сложнее система (конструкция), тем важнее подробности. Ограничения, установленные при формализованном поиске конструкторского решения, уменьшают практическую полезность формализации по многофакторным (больше двух) критериям при множестве (больше двух) требований, т.
е. в условиях многокритериальной оптимизации. Здесь предпочтителен процесс осмысливания и обобшения на основе вербального описания. К богатым возможностям ЭВМ следует подходить разумно и ие переопеннвать нх. За машиной прн конструировании остается широкое поле продуктивного использования при решении трудоемких, основанных на переборе и запоминании вариантов, утомительных для человеческого разума, но формализуемых задач конструирования узлов РЭА и расчета режимов при малокритернальной оптимизации. При поиске же сложных конструкторских решений главную роль играет решение неформальных задач, основанных на непревзойденном умении разумного и опытного человека принимать компромиссные решения, т. е. не строго оптимальные, но приемлемые по нескольким критериям в условиях неопределенности ряда исходных данных.
Принятие компромиссных решений в условиях неопределенности. Такие решения возможны при использовании специальных, профессионально развитых интеллектуальных свойств конструктора на основе мыслительного процесса, называемого интуицией. Интуиция есть неосознанная обработка информации из предшествуюшего накопленного опыта с целью достижения многокритериальной оптимизации, происходящая на подсознательном уровне. Интуиция возникает на материале опыта, а не на пустом месте. Эффективность интуиции зависит от природных данных индивидуума, которые конструктор должен развивать путем самосовершенствования, усиливая в себе семь главных интеллектуальных свойств: эрудицшо — исходный объем знаний, интеллектуальный потенциал", память — накопление полученной информации, ассоциирование прошлых наблюдений; наблюдательность †умен выделить главное на фоне второстепенных псдробностей; здравый смысл (фронезис) — способность оценивать без предвзятости, жертвовать чем-то ради достойной цели, понимать другие точки зрения; воображение — способность видеть еще не существующий образ; ясность изложения мысли — умение формулировать умозаключения понятно для других; увлеченность -- умение радоваться удачам, переносить неудачи и преодолевать трудности.
Чем в большей степени конструктор обладает этими свойствами, тем ближе к совершенному будет найденное им решение и тем быстрее оно будет найдено. Талант конструктора измеряется не его способностью находить наиболее остроумное решение, а умением выбирать из многих возможных решений самое простое и экономичное. Простота решения конструкции — залог надежности. Известны две причины запуганных„усложненных решений: инертность мышления, основанная на приверженности к сложившимся представлениям, и невежество, недостаток знаний. Конструирование как психологический акт проявляется во всей своей творческой части — от замысла до синтеза.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
