Mühazirə 2-3(mls) Layihələndirmənin aspektləri, stadiyaları və mərhələləri

Классификация типовых процедур (задач) проекти­рования

Проектная процедура называется типовой, если она предназначена длямногократного примененияпри проектировании многих типов объектов.

Различают проектные процедуры анализаисинтеза.Синтеззаключается в создании описания объекта, аана­лиз— в определении свойств и исследо­вании работоспо­собности объекта по его описанию, т. е. при синтезе со­здаются, а при анализе оцениваются проекты объектов.

Процедуры анализа делятся на процедуры одно- имноговариантногоанализа.

При одновариантном анализезаданы значения внут­ренних и внешних параметров, требуется определить зна­чения выходных параметров объекта. Задача обычно сводится к однократному реше­нию уравнений, составляющих математическую модель, что и обусловливает название этого вида анализа.

Полезно использо­вать геометрическую интерпретацию этой задачи, свя­зан­ную с понятием пространства внутренних параметров. Это n-мерноепро­странство, в котором для каждого изnвнутренних параметровx_iвыделена координатная ось. При одновариантном анализе задается некотораяточкавпространстве внутренних параметрови требуется в этой точке определить значения выходных параметров.

Примеры одновариантного анализа: проверочный расчет детали на прочность, расчет необходимой производительности машины, проверочный расчет устойчивости работы установки и т.д.

Многовариантный анализзаключается в исследова­нии свойств объекта в некоторойобластипространства внутренних параметров. Такой анализ требует много­кратного решения систем уравнений.

Примеры многовариантного анализа: поиск оптимального соотношения параметров системы, технико-экономический анализ вариантов конструкции, анализ устойчивости работы системы при различных сочетаниях параметров.

Процедуры синтезаделятся на процедурыструктурногоипараметри­ческогосинтеза.

Целью структурного синтезаявляется определение структуры объекта — перечня типов элементов, составля­ющих объект, и способа связи элементов между собой в составе объекта.

К структурному синтезу также относятся:

— выбор принципов функционированиясистемы;

— выбор технического решения;

— оформление проектной документации.

Параметрический синтеззаключается в определении числовых значе­ний параметров элементов при заданных структуре и условиях работо­способности, т. е. при параметрическом синтезе нужно найти точку или область в пространстве внутрен­них параметров, в которых выполняются те или иные условия (обычно условия работо­способ­ности).

Параметрический синтез включает:

— назначение технических требований;

— расчет параметров элементов.

2. Типичная последовательность проектных процедур

На рис. 2.1 представлена типичная последовательность проектных про­цедур на одном из этапов нисходящего проектирования.

На предыдущем этапе решались задачи k-го иерархи­ческого уровня, одним из результатов решения этих за­дач при нисходящем проектировании является формули­ровкаТЗна проектирование систем (k+1)-го рассмат­рива­емого уровня.

Проектирование системы начинается с синтезаисход­ного варианта ееструктуры. Для оценки этого варианта создаетсямодель: математическая — при автоматизиро­ванном проектировании, экспериментальная или стендовая — при неавтоматизированном проектировании.

После выбо­ра исходных значений параметровэлементоввыполня­етсяанализварианта, по результатам которого стано­вится возможной его оценка. Обычно оценка заключается впроверке выполнения условий работоспособ­ности, сформулированных в ТЗ.

Если условия работоспособно­сти выполняют­ся в должной мере, то полученное проект­ное решение принимается, система (k+1)-го уровняопи­сываетсяв принятой форме и формулируются ТЗ на про­ектирование элементов данного уровня (т. е. систем следующего уровня). Если же полученное проектное ре­шение неудовлетворительно, выбирается один из воз­можных путей улучшения проекта.

Обычно проще всего осуществить изменения число­вых значений параметров элементов, составляющих век­тор X(внутренние параметры).

Совокупность процедур модификации X, анализа и оценки результатов анализа представляет собой про­цедурупараметрического синтеза. Если модификацииXцеленаправленны и подчинены стратегии поиска наилуч­шего значения некоторого показателя качества, то про­цедура параметрического синтеза является процедуройоптимизации.

Возможно, что путем параметри­ческого синтеза не удастся добиться приемлемой степени выпол­нения условий работоспособности. Тогда исполь­зуют другой путь, связанный с модификациями структуры. Новый вариант структуры синтезируется, и для него повторяются процедуры формирования модели и пара­метрического синтеза.

Если не удастся получить прием­лемое проектное решение и на этом пути, то ставится вопрос окорректировке ТЗ, сформулированного на пре­дыдущем этапе проектирования. Такая корректировка может потребовать повторного выполнения ряда проце­дурk-го иерархического уровня, что и обусловливаетитерационный характерпроектирования.

Взаимосвязь проектных процедур анализа и синте­за имеет характер вложенностипро­цедурыанализав процедуруоптимизации(параметри­ческо­го синтеза) и процедурыоптимизациив процедуруструктурногосинтеза.

Вложенность означает, что:

— анализвходит как составная часть воптимизацию, аоптимизация— всинтез;

— однократное выполнение процеду­ры оптимизациитребует много­крат­но­го выполнения про­цедурыанализа, а однократное решение задачисинте­за— многократного решения задачиоптимизации.

— одно­кратный многовариантный анализ основан на много­кратном одно­вариантном анализе.

Нетрудно под­считать, что синтез про­ектного решенияна оче­редном этапе проектиро­вания может потребовать выполнениячрезмерно большого количества ва­риантов анализа. Еслиf_ij— количество выполнения процедурыi, вло­женной в процедуруj, при однократном выполнении процедурыj, а процедурам синтеза, оптимизации, мно­говариантного и одновариантного анализа присвоены но­мера соответственно 1, 2, 3, 4, то

f₄₁ = f₂₁ f₃₂ f₄₃ (2.1)

Например, при синтезе объекта рассматривается 4 варианта его струк­ту­ры, каждый вариант структуры опти­мизируется с выполнением 16 шагов опти­мизации, а каждый шаг оптимизации заключается в оценке объекта, требующей 32 ва­риантов анализа. Тогда потребуется 4×16×32 = 2048 вариантов анализа — решений уравнений математи­ческой модели объекта. Подобная задача может оказаться сложной даже для современных ЭВМ, если математическая модель представлена сложной системой дифференциальных уравнений.

Приведенный выше пример свидетельствует о боль­шой трудоемкости проектирования и о необходимости поиска путей сокращения этой трудо­ем­ко­сти. Разработка способов сокращения затрат вычислительных ресурсовна выполнение проектных процедур — актуальная проб­лема автоматизированного проектирования.

Один из путей решения этой проблемы — применение достаточно точныхисложныхматематических моделей и алгоритмов анализа только на завершающих итера­циях синтеза. Для большинства просматриваемых вари­антов структуры при этом выполняется лишь ориентиро­вочная оценка на основе косвенных критериев, упрощен­ных моделей и алгоритмов. Такая оценка позволит без существенных затрат вычислительных ресурсов отсеять боль­шинство неперспективных вариантов и оставить для тщательного анализа малое число вариантов.

3.