1.3.2 Применение морфологической карты (морфологического ящика)

Более детально выбор этапов и их комбинирование может быть выполнен на основе морфологического анализа, связанного с теорией, структурой и формой организации или системы – метода логической организации идей при проектировании, который отличается от традиционных методов, основанных на интуиции и опыте, и представляет собой довольно строгий математический метод [Х или П. Наука и искусство проектирования. – М.:Мир,1973.]

Метод предложен в 1942 году австрийским астрономом Цвики (получение рациональных решений).

Параметр	Вариант				Общее число вариантов	Оптим. число
	1	2	3	4
Источник питания ИП	220В, 50Гц	Автономн. питание	400Гц	-220В	4	1
Исполнит. механизм ИМ	электр.	Эл.-гидр	пневмат	Эл.-пневм	4	2
Регулирующий орган РО	заслонка	Клапан односедел	Клап двухседел	-	3	2
Регулятор	АКЭСР	Каскад	Уран	МП	4	2

1. Для ИП – отобрали 1;

2. для ИМ – отобрали 2;

3. для РО – отобрали 2;

4. для Р – отобрали 2.

Общее число – 192;

Число после отбора – 8;

Погон – 1(эксперты)

1.3.3 Метод мозгового штурма

Предложен Осборном (1939г): коллективное обсуждение поставленной проблемы; есть руководитель, роль которого обеспечить свободное высказывание идей; критика запрещена. У человека есть сознание и подсознание, сознание тормозит подсознание, пусть даже идея нелепа, надо снять инерцию мышления. Идеи записываются и после этого специалисты обсуждают коллективно и подробно.

1.3.4. Синектика (Гордон, 1960г.)

Участвует коллектив, но главную роль играет руководитель или группа профессионалов – специалистов. Роль руководителя – активизировать деятельность творческого коллектива; возможна критика. Руководитель должен овладеть методом повышения активности коллектива. Руководитель использует приемы:

- различные виды аналогий: прямая аналогия, обратная аналогия (инверсия); личная аналогия (эппатия), вхождение в роль;

- символическая аналогия (краткое образное определение сути задач);

- фантастическая (фантастическая ситуация, неожиданная, новая идея и т.д.)

1.3.5. Метод гирлянд ассоциаций и метаморфоз.

Метод предполагает, что проектировщик имеет довольно мало информации.

Суть метода:

1) подбор слов – синонимов с объектом (нагреватель, отражатель, камера сгорания и т.д.);

2) выбор случайных слов наугад, т.е. набор слов из головы, это позволяет находить неожиданные признаки;

3) для каждого случайного объекта формируются признаки,(набор признаков есть в метаморфозе);

4) комбинирование объектов и синонимов с признаками;

5) формирование гирлянды ассоциаций;

6) формирование (комбинирование) объектов, синонимов с 4 и 5;

7) отбор решений для облегчения мозгового штурма.

Цель – найти какое-то неожиданное решение.

Книга: Автоматизация поисковых решений (искусственный интеллект в проектировании). М.: Сов. радио, 1981г. Под. ред. Половинкина

1.3.6.Инженерный анализ и оптимизация при проектировании систем автоматизации.

Инженерный анализ сопутствует по всем этапам проектирования. Без корректного инженерного анализа невозможно объективно оценить реализуемость поставленной в техническом задании (ТЗ) задачи и принять решение – согласовать ТЗ на проектирование системы.

Инженерный анализ обеспечивает: правильный выбор принципов построения системы управления, определение структуры системы и выбор технических средств ее реализации, разработку технической документации и программного обеспечения.

Значительное место в инженерном анализе занимает проектирование моделей и их оценка. Модель – это образ какого-либо объекта. В благоприятных условиях проводится как математическое, так и физическое, либо полунатурное моделирование, что позволяет более полно исследовать проектируемую СА.

1.4. Принятие решений.

1.4.1. Принятие решений занимает значительное место в процессе проектирования, сопутствуя всем его этапам. Руководителя проекта (главного конструктора) называют лицом, принимающим решения. Он является компетентным специалистом в своей области, наделен необходимыми полномочиями и несет ответственность за принятие решений. Задача выбора решений состоит в выделении из множества вариантов или альтернатив некоторого подмножества или в частном случае – одного варианта. Основываясь на принципе оптимальности, характеризующем качество, выделяет требуемые варианты.

Задача выбора решений сводится к исследованию пары параметров:

МВ – множество вариантов; ПО – принципа оптимальности.

Решением этой задачи будет множество оптимальных вариантов (МВ), полученное с помощью принципа оптимальности (ПО).

Задачу с известным МВ называют задачей выбора, а задачу с известными МВ и ПО – общей задачей оптимизации.

Принцип оптимальности задает понятие лучших альтернатив, принадлежащих оптимальной функции выбора. Альтернативы обладают многими свойствами, которые в некоторых случаях могут выражаться числом, которое часто называют критерием.

Критериальное пространство – это пространство, координаты точек которого рассматриваются как оценки по соответствующим критериям.

При выборе и принятии решений проектировщик СА сталкивается с необходимостью компромиссного выбора или, иными словами, с поиском условного оптимума. Если при этом МВ носит количественный характер, то задача может быть формализована, и принятие решения в этом случае относится к методам оптимизации, основанных на количественных показателях. Однако во многих случаях МВ носит не количественный, а качественный характер, что затрудняет поиск оптимума.

Выбор и принятие решения характеризуется следующими чертами:

1. Наличием цели; если нет цели, то не возникает потребность в принятии решения;

2. наличием альтернатив; с различными альтернативами связаны различные затраты и вероятности успеха; поскольку эти затраты и вероятности не всегда известны достоверно, то принятие решения сопряжено с неопределенностью;

3. необходимостью учета существенных факторов ограничений или штрафов; такими ограничениями при проектировании СА обычно являются массовые, габаритные, энергетические, динамические (например, частота собственных колебаний в нелинейных системах управления и т.д.).

Составление перечня альтернатив процесс творческий и от полноты и качества этого перечня в значительной степени зависит качество решения.

1.4.2. Количественные методы принятия решений

Они базируются на использовании понятия эффективности. Под эффективностью понимается мера оценки успешности процесса проектирования. Эффективность оценивают количественно показателями или критериями эффективности.

В качестве критерия эффективности используется или вероятность совершения к.-л. события, например, выполнение в срок проектных работ или обеспечение заданных технических характеристик СА и др., либо математическое ожидание некоторой случайной величины.

Выбор одного решения не всегда решает поставленную задачу. Для сравнительно сложной задачи его выбирают из совокупности критериев.

1.5. Общий алгоритм процесса проектирования.

1.5.1. Схема процесса проектирования.

Процесс проектирования СА итеративен, причем на каждом шаге итерации разработчик системы пытается найти более совершенное решение. Вначале исходные предпосылки еще недостаточно определены, поэтому используются приближенные методы, расчеты и испытания.

При расчетах в первом приближении можно пренебречь второстепенными факторами. Позднее при изучении главных явлений, в анализ следует включить и второстепенные, ранее неучтенные факторы, чтобы быть уверенным, что в дальнейшем при проектировании не возникнет никаких неожиданностей, и в целом будут получены удовлетворительные результаты.

На рисунке показана укрупненная схема процесса проектирования СА, охватывающая основные этапы: 1) этап формулирования задачи; 2) Научно-исследовательских работ (НИР); 3) эскизное проектирование; 4) техническое проектирование. Общим для этапов предварительного, эскизного и технического проектирования является то, что каждый из них включает в себя обязательное проведение пяти процедур: синтез, создание абстрактной модели, создание физической модели, анализ, принятие решений.

На рисунке 1.5 представлены этапы проектирования.

Рисунок 1.5 –Этапы проектирования.

Существенно то, что при переходе от этапа к этапу происходит уточнение модели и углубление анализа и, как следствие, приближение системы к заданным в ТЗ характеристикам.

1.5.2. Предварительное проектирование (ПП)

На этом этапе решаются следующие задачи:

1) изыскание и разработка принципов построения системы, отвечающей заданным или предполагаемым требованиям;

2) разработка и оптимизация структуры системы по основным критериям или их совокупности;

3) изыскание и разработка принципов построения технических средств, обеспечивающих создание системы с лучшими характеристиками;

4) изыскание (разработка) методов оптимизации характеристик системы и их составляющих;

5) изыскание (разработка) методов проектирования системы, обеспечивающих достижение заданных характеристик с наименьшей затратой времени и сил.

Решение перечисленных задач (за исключением второй) обычно относят к категории поисковых работ, целью которых является: выполнение ближайших по срокам конкретных проектов; создание задела для перспективных разработок.

ПП начинается с выбора структурной системы и технических средств ее реализации, определение основных статических и динамических характеристик системы и составляющих ее звеньев.

Осуществляется предварительная «завязка» системы с учетом удовлетворения основных требований технического задания (ТЗ): по точности, надежности, габаритно-массовым показателям, энергопотреблению и др. Габаритно-массовые показатели особенно существенны для горной отрасли.

Чрезвычайно ответственный момент предварительного проектирования – выбор технических средств проектирующей системы и, прежде всего, элементной базы (системы элементов) – той технической основы, на которой строится система.

Если в процессе проектирования можно изменить структуру системы с относительно небольшими потерями времени и средств, но без коренной перестройки производства, то изменение системы элементов на последующих этапах проектирования связано в большинстве случаев со значительной перестройкой производства и может сделать дальнейшее проектирование невозможным.

Выбор системы элементов в значительной мере предопределяет надежносные характеристики проектируемой системы.

На этапе ПП оценивается рациональное распределение функций системы между ее технической частью (машиной) и оператором анализируются в первом приближении метода обслуживания проектируемой системы в процессе эксплуатации, исследуются математические и физические модели.

Итоги ПП находят отражение либо в технических предложениях по системе, либо в аванпроекте. В ряде случаев вместо этих документов выпускается отчет (ГОСТ 2.118-73)

На рисунке 1.6 приведена схема процесса проектирования изделия.