Содержание отчета

1. Фамилия имя, отчество, группа, тема, цель.

2. Анализ вариантов конструкции заданного объекта. Рисунок дерева решений.

3. Описание и обоснование дерева решений.

4. Распечатка текста программы.

5. Распечатка входа и выхода программы.

6. Выводы по работе.

Вопросы для контроля и самостоятельной работы

1. Что такое И-ИЛИ дерево технических решений?

2. Для чего используется дерево технических решений?

3. Какие бывают типы вершин И-ИЛИ дерева? Поясните смысл каждого типа вершин.

4. Что такое вариант технического решения? Как его получить из И-ИЛИ дерева технических решений?

5. Что такое мощность вариантов дерева решений? Как ее определить? Опишите алгоритм определения мощности вариантов дерева решений.

6. Какими способами можно реализовать дерево решений программно? Опишите выбранный для реализации способ. Как осуществляется обход дерева в реализованной программе?

7. Опишите работу программы: входные и выходные данные, ключевые фрагменты алгоритма.

Лабораторная работа №4 Выбор варианта технического решения и его оценка, поиск оптимального варианта по дереву решений

Цель работы: научиться выбирать критерии оценки конструкции технического объекта и реализовывать (программировать) алгоритм поиска оптимального варианта на дереве решений.

Теоретические сведения

Создание новых конструкций относится к задачам структурного синтеза. При рассмотрении таких задач в САПР необходимо решать вопросы представления информации о структуре системы, а также вопросы, связанные с поиском средств улучшения технических решений для элементов системы. Наиболее наглядным и эффективным способом являются графы и деревья, например, И-ИЛИ деревья. Обычно И деревья применяются для описания структуры конкретных систем. Эти деревья представляют собой совокупность вершин, сгруппированных на различных иерархических уровнях. Каждый иерархический уровень представляет собой проектируемую систему с различной степенью детализации. Нулевой иерархический уровень (система) является наиболее абстрактным, а последний – наиболее детализированным. Отображение структуры целого класса подобных систем осуществляется с использованием И-ИЛИ деревьев, которые выражают накопленный опыт в разработке систем определенного типа. Построение общего И-ИЛИ дерева технических решений обычно производят путем объединения И деревьев нескольких конкретных систем.

Техническое решение включает в себя информацию о функциональных элементах системы (они представляют собой множество деталей, узлов, предназначенных для выполнения определенной функции), а также об особенностях их конструктивного исполнения, геометрической формы, основных признаках и параметрах. Принято разделять функциональные элементы и их конструктивные решения на различных иерархических уровнях. Поэтому в узлах И размещают функциональные элементы рассматриваемого класса систем, а с узлами ИЛИ связывают альтернативные варианты конструктивных решений выделенных функциональных элементов. Целесообразно ограничить исходное множество систем только наиболее перспективными решениями, обладающими высокими технико-экономическими показателями. В дальнейшем расширение множества вариантов осуществляется не только по техническим решениям, но и по отдельным функциональным элементам. Расширение множества технических решений позволяет отыскивать на нем не только перспективные существующие системы, но и новые, аналогично методу морфологического анализа. Применение такого подхода формирует словарь предметной области, в которой существует рассматриваемая система, и позволяет при создании САПР приступить к разработке классов для выделенных понятий (абстракций). Принятие проектных решений требует учета столь большого числа взаимодействующих факторов, что проблема может стать нерешаемой. При этом экономические, технические и прочие факторы переплетаются настолько сильно и так влияют друг на друга, что их учет целесообразно проводить только в комплексе, системно. Разумный компромисс заключается в декомпозиции системы и самого процесса проектирования, использовании технических и экономических критериев для оценки эффективности исследуемых вариантов системы.

После проведения декомпозиции по всем функциональным элементам можно преобразовывать полученное И-ИЛИ дерево в различные И деревья, соответствующие разным конструктивным решениям системы с последующей оценкой их с точки зрения поставленных требований. Для выбора варианта необходима модель, обеспечивающая оценку качества конструкторского решения. Вычислительная поддержка принятия проектных решений связана с необходимостью определения статических, динамических, стоимостных характеристик проектируемых объектов и систем, решения задач оптимизации. Особое место при этом занимают имитационные модели, позволяющие исследовать основные особенности реального поведения различных вариантов проектируемой системы в характерной для нее среде. При этом для различных вариантов конструкции можно проанализировать эксплуатационные характеристики как отдельных элементов, так и всей системы в целом. В ряде случаев это приводит к тому, что физическое моделирование системы становится ненужным.

Функции системы неразрывно связаны с целями проектирования, которые также могут быть представлены в виде иерархической структуры, легко представимой в виде графа. Используя граф целей, можно на основе экспертных оценок выделять приоритетные цели, а значит, и более важные функции. При таком подходе цели рассматриваются в основном как технические функции. Типовые процедуры выбора наиболее важных целей выполняются в следующей последовательности: составление сценария развития системы; выделение целей, построение графа с расчетом относительных и абсолютных весов, которые определяются согласно процедуре, описанной в лабораторной работе №3.

Экспертные оценки возможных вариантов технических решений применяют, например, в виде матриц, в которых указываются преимущества и недостатки выделенных технических решений. Для определения степени соответствия конструктивного решения целям проектирования необходимы количественные оценки, в качестве которых выбирают критерии качества (цели проектирования). Можно использовать, в частности, показатели качества, рекомендованные ГОСТ 14.202. С применением метода экспертных оценок каждой И-вершине дерева (i) назначаются несколько (j) оценок k_ij, показывающих соответствие i-й вершины (узла) каждому (j-му) критерию качества. Кроме того, каждому критерию назначается вес _j, который оценивает важность этого критерия при проектировании заданной системы. Общей оценкой конструктивного решения в каждом (i-том) узле является сумма произведений веса каждого критерия _j на оценку решения по этому критерию k_ij

,

где Q_i – оценка реализации целей (оценка соответствия критериям качества) заданным вариантом конструктивного решения, расположенного в i-м узле дерева; _j - коэффициент значимости j-й цели; k_ij - оценка i-го варианта элемента системы с точки зрения удовлетворения j-й цели (j-му критерию).

Оценка варианта объекта в целом есть сумма оценок принятых конструктивных решений в каждом узле И, входящем в данный вариант. Таким образом, модель технической оценки вариантов конструктивных решений для системы в целом рассматривается в виде суммы оценок по каждой цели для каждого элемента системы (проектируемого объекта)

,

где Q – оценка реализации целей заданным вариантом объекта (системы);

k_ij - оценка i-го варианта элемента системы с точки зрения удовлетворения j-й цели (j-му критерию).

В лабораторной работе №3 было определено несколько критериев (количественные оценки целей), по которым следует оценивать проектируемый вами объект (узел). Для оценки качества технических решений для проектируемого объекта строят матрицу оценок k_ij. В матрице оценок строки (i) соответствуют И-вершинам дерева для последнего уровня декомпозиции, а столбцы (j)‑ критериям оценок. Элементами матрицы являются оценки данной вершины i по данному критерию j. Оценки преимуществ и недостатков каждой вершины не должны включать в себя оценку подчиненных вершин. Если вершина не имеет самостоятельного значения, то в матрице проставляются нули.

Наилучшим вариантом конструкции объекта является И дерево, полученное из И-ИЛИ дерева технических решений путем отсечения в каждой ИЛИ-вершине (на всех уровнях декомпозиции последовательно) всех вариантов (И-вершин), кроме одного, обладающего максимальной оценкой.