3.1.5 Внешнее и внутреннее проектирование

Разработка технического задания на систему высшего иерархического уровня или на унифицированную систему элементов, предназначенную для многих применений, является самостоятельным этапом проектирования и часто называется внешним проектированием. В отличие от него этапы проектирования объекта по сформулированным техническим заданиям называют внутренним проектированием, т.е. на начальных стадиях проектирования сложных систем имеет место итерационный процесс, в котором поочередно выполняются процедуры внешнего и внутреннего проектирования - формулировка технического задания, его корректировка, оценка выполнимости, прогноз материальных и временных затрат на проектирование и изготовление.

3.2 Типовые проектные процедуры

3.2.1 Классификация типовых проектных процедур

Проектная процедура называется типовой, если она предназначена для многократного применения при проектировании многих типов объектов. Классификация типовых проектных процедур представлена на рисунке 3.2.

Проектные процедуры

(задачи)

анализа

синтеза

Одновариантный анализ

Параметрический синтез

Многовариантный анализ

Структурный синтез

Рисунок 3.2 - Классификация типовых проектных процедур

Различают проектные процедуры анализа и синтеза. Синтез заключается в создании описания объекта, а анализ - 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- и многовариантного анализа. При одновариантном анализе заданы значения внутренних и внешних параметров, требуется определить значения выходных параметров объекта. (Величины, характеризующие свойства системы, элементов системы и внешней среды называют соответственно выходными Y, внутренними X и внешними параметрами Q).

Многовариантный анализ заключается в исследовании свойств объекта в некоторой области пространства внутренних параметров. Такой анализ требует многократного решения систем уравнений (многократного выполнения одновариантного анализа).

Процедуры синтеза делятся на процедуры структурного и параметрического синтеза. Целью структурного синтеза является определение структуры объекта - перечня типа элементов, составляющих объект, и способа связи элементов между собой в составе объекта.

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

3.2.2 Типичная последовательность проектных процедур

На рисунке 3.3 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 формулировка технического задания на проектирование систем (k+1)-го рассматриваемого уровня.

Проектирование системы начинается с синтеза исходного варианта ее структуры. Для оценки этого варианта создается модель:

математическая - при автоматизированном проектировании, экспериментальная или стенд - при не автоматизированном проектировании.

Формулировка ТЗ

Корректировка ТЗ

Уровень К

Синтез структуры

СИНТЕЗ

Создание модели

Изменение структуры

Выбор исходных значений параметров

Параметрический синтез

Анализ

Модификация параметров

нет

да

Оформление документации

Формулировка ТЗ на элементы

Уровень К+1

Рисунок 3.3 - Схема процесса проектирования.

После выбора исходных значений параметров элементов выполняется анализ варианта, по результатам которого становится возможной его оценка. Обычно оценка заключается в проверке выполнения условий работоспособности, сформулированных в техническом задании. Если условия работоспособности выполняются в должной мере, то полученное проектное решение принимается, система (k+1)-го уровня описывается в принятой форме и формулируются технические задания на проектирование элементов данного уровня (т.е. систем следующего уровня). Если же полученное проектное решение не удовлетворительно, выбирается один из возможных путей улучшения проекта.

Обычно проще всего осуществить изменения числовых значений параметров элементов, составляющих вектор Х.

Совокупность процедур модификации Х, анализа и оценки результатов анализа представляет собой процедуру параметрического синтеза. Если модификации Х целенаправленны и подчинены стратегии поиска наилучшего значения некоторого показателя качества, то процедура параметрического синтеза является процедурой оптимизации. Возможно, что путем параметрического синтеза не удастся добиться приемлемой степени выполнения условий работоспособности. Тогда используют другой путь, связанный с модификацией 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 становится вопрос о корректировке технического задания, сформулированного на предыдущем этапе проектирования. Такая корректировка может потребовать повторного выполнения ряда процедур k-го иерархического уровня, что и обусловливает итерационный характер проектирования.

Одной из характерных особенностей взаимосвязи проектных процедур анализа и синтеза является вложенность: процедура анализа в процедуру оптимизации (параметрического синтеза) и процедуры оптимизации в процедуру синтеза, объединяющую синтез структурный и параметрический.

Вложенность означает, во-первых, что анализ входит как составная часть в оптимизацию, а оптимизация - в синтез; во-вторых, что однократное выполнение процедуры оптимизации требует многократного выполнения процедуры анализа, а однократное решение задачи синтеза - многократного решения задачи оптимизации. Очевидно, что такой же характер взаимодействия имеют процедуры анализа - однократный многовариантный анализ основан на многократном одновариантном анализе.