2.6. Процедура поиска аналогов

Проведя эту предварительную работу, проектировщик может поручить ЭВМ технические действия по сопоставлению требований ТЗ с данными известных ПКР, находящимися в БД, и выбору аналогов. Процедура поиска аналога состоит в следующем:

1) Выполняется анализ полученного ТЗ и вводятся уступки по ряду показа­телей, уровни которых оговариваются в ТЗ.

2) Последовательно просматриваются данные объектов, записан­ные в БД, и определяются соответствующие значения функций принад­лежности.

3) Если в БД найдётся описание объекта, обладающего необходи­мым уров­нем функции принадлежности, то есть удовлетворяющего требова­ниям ТЗ с учётом введенных уступок, то этот объект может быть принят в качестве аналога и его данные запоминаются.

4) Для каждого найденного аналога вычисляется значение общей функции принадлежности _k( )=min{a₁(y₁),a₂(y₂),...,a_m(y_m)}, k=1,2,...,l, где l – количество найденных аналогов. Информация об аналогах, имеющих 0,5_k( )1,0, пред­ставляется пользователю для принятия окончательного решения.

5) В том случае, когда просмотр БД не выявил аналог, воз­можно дальнейшее ослабление требований ТЗ и повторе­ние процедуры поиска.

Таким образом, условием окончания поиска является определение координат изображающей точки в пространстве параметров, для которой выполняются все ограничения.

Представленный алгоритм поиска аналогов реализован в виде системы программ, работающей в режиме диалога, уп­равляемого ЭВМ с помощью последовательности директив. После ввода требований ТЗ и соответст­вующих уступок управление передаётся соб­ственно программе поиска ана­лога, которая просматривает описания множества объектов, хранящиеся в БД. Если в результате работы этой про­граммы определяется достаточное число аналогов (оно выводится на дисплей), пользователь может ознакомиться с данными полученных аналогов и задать номера объектов, необходимых ему для дальнейшей работы. Имеется возможность полу­чить данные аналогов в различных формах и для различных применений.

Когда эти действия выполнены, проектировщик ре­шает, какие именно аналоги из выбранных ЭВМ принять к дальнейше­му рассмотрению. В этом случае, когда из множества ПКР не выбра­но ни одного аналога, также необходимо вмешательство проектировщика для того, чтобы пересмотреть задаваемые ограничения или самостоятельно сформировать данные аналога. Таким образом, налицо необходимость интерактивного, непосредственного взаимодействия разработчика с ЭВМ в процессе решения задачи.

2.7. Преобразование аналогов. Получение проектных решений

Следующая задача состоит в преобразовании найденных аналогов таким образом, чтобы получить проектные решения, то есть варианты проекта, удовлетворяющие всем требованиям задания на проектирование. Такие варианты на­зываются прототипами или допустимыми проектными решениями. Преобразование аналогов можно вы­полнять, используя различные приёмы, например такие, как измене­ние формы деталей и узлов объекта, замена материалов и размеров, деталей и узлов аналога другими и пр.

Для преобразования аналогов бывает полезно разделить всю со­вокупность параметров на несколько групп, и в дальнейшем при по­иске прототипов изменять параметры поочередно, по группам. Это по­зволяет, во-первых, сократить размерность пространства поиска на каждом шаге преобразования аналога и, во-вторых, получать прототи­пы за счёт изменения только небольшого числа параметров. Так, на­пример, при поиске прототипа проектируемого ЭМУ можно на первом шаге изменить только материал магнитопровода и обмоточные данные без изменения размеров штампов статора, что в первом приближении не требует изменения конструкции. Если внесенные в аналог изменения не приносят желаемых результатов, в рассмотрение вклю­чают следующие группы параметров. Таким образом, имеется воз­можность получать прототипы при минимальных изменениях аналогов. После получения некоторого множества прототипов можно переходить к решению задач параметри­ческой оптимизации.

Если задача поиска аналогов на конечном множестве альтернативных вариантов проекта может быть решена с помощью простого перебора всех имеющихся в наличии вариантов проекта и выяснения степени их пригодности в качестве аналога проектируемо­го объекта, то проблема преобразования аналогов с целью получения прототипов имеет некоторые особенности. В отличие от задач оптимизации здесь отсутствует функция це­ли в привычном виде, и необходимо определить хотя бы один вариант проекта, попавший в область допустимых значений параметров S. Трудности прямого использования для этих целей методов поисковой оптимизации делают необходимой разработку специальных алгоритмов входа в допустимую область. Рассмотрим более подробно один из возможных алгоритмов.

1. Все действующие ограничения разделяются на технологические, задающие, например, пределы изменения некото­рых геометрических размеров, и функциональные, определяющие требуемый уровень рабочих показателей. Такое разделение позволяет использовать при нарушении технологических ограничений модифициро­ванный метод барьерной функции.

2. При нарушении какого-либо ограничения производится возврат в предыдущую точку пространства параметров, а затеи последовательное приближение из неё к границе допустимой области параметров. Если при этом не до­стигается выполнения всех ограничений, то следующий шаг делается в направлении градиента функции невыполненного на предыдущем шаге технологического ограничения.

3. Если все технологические ограничения выполнены, то поиск входа в допустимую область осуществляется методом зигзагообразно­го движения вдоль границы допустимой по уровню рабочих показате­лей области. При этом, считая, что все ограничения приведены к виду

,

(2.7)

рабочий шаг следует производить в направлении вектора суммы гра­диентов функциональных ограничений, не выполненных в данной точке. Предварительно необходимо произвести нормировку градиентов, на­пример, путём деления значения модуля градиента на значение соответствующей функ­ции ограничения в данной изображающей точке.

В условиях функционирования САПР опыт проектирования концен­трируется в виде базы данных (БД), размещаемой на машинных носите­лях информации, в качестве которых чаще всего применяются магнитные диски, обладающие большой ёмкостью (до 10 Гбайт и более) и малым временем доступа к необходимой информации (десятки микросекунд). В том случае, когда САПР ориентирована на получение типовых проект­ных решений (а именно это является задачей учебно-исследова­тельской САПР), в составе БД целесообразно хранить следующие данные, пол­ностью характеризующие ранее спроектированные объекты:

1. рабочие показатели, по которым оценивается функцио­нальная пригодность объекта, и требования к кото­рым указываются в ТЗ;

2. параметры объектов, кото­рые требуются для их описания (в том числе и в виде чертежей) и для проведения различных расчётов.

В ТЗ на проектирование гироско­пических электродвигателей (ГД) обычно оговариваются требования к следующим параметрам и рабочим показателям ГД:

1. кинетический момент Н;

2. радиус сферы R_сф, в которую надо вписать проектируемый ГД;

3. масса;

4. время разгона до но­минальной частоты вращения t_р;

5. энергетические показатели в пусковом и номи­нальном режимах работы, например, потребляемая мощность Р_1п, Р_1н и токи I_1п, I_1н и пр.

При этом не все требования ТЗ являются одинаково важными и поэтому одни из показателей можно считать основными, другие – неосновными.

Назначение требований ТЗ на проектирование ГД, проводится с учётом условий их ра­боты в составе электромеханической системы (ЭМС). При этом разработчик ТЗ руково­дствуется не физическими взаимосвязями показателей ЭМУС, а требова­ниями к показателям, опре­деляемыми объектом более высокой степени иерар­хии, то есть ЭМС, что может приводить к невозможности од­новре­менного выполнения всех требований ТЗ.

Для расширения возможностей поиска ана­логов на достаточно ограниченном множестве известных объектов целе­сообразно вводить уступки по ряду требований ТЗ к неосновным показа­телям. Как правило, требова­ния ТЗ формируются в форме односторонних неравенств вида

(2.8)

где

(2.9)

y_j – значение j-го рабочего показателя объекта проектирования, a_j – ограничение на j-й пока­затель.

Введение уступок можно рассматривать как снятие чётких огра­ничений на рабочие показатели объекта проектирования и замену их нечёткими ограниче­ниями. Для количественной оценки степени удовлет­ворения объекта требованиям ТЗ применяются функции принадлежности его показателей множеству ограниче­ний ТЗ, определяемые соотношением:

(2.10)

Тем самым принимается, что при y_j=a_jb_j, то есть когда значение показателя находится на границе допустимой области, заданной ус­тупкой b_j, функция принадлежности по данному показателю a_j(y_j)=0, а в случае выполнения требований ТЗ, начиная с момента, когда y_j=a_j, a_j(y_j)=1.

Таким образом, изложенный выше подход к поиску проектных ре­шений основывается на привлечении результатов выполненных проектно-конструкторских разработок и предполагает по возможности минимальное их преобразование для получения прототипов объекта проек­тирования.