1.3. Стратегія проектування
Важливою особливістю розглянутої блок-схеми процесу проектування є наявність зворотних зв'язків між етапами (див. рис. 1.3), які виникають як необхідність уточнення у процесі проектування. Лінії зв’язку, що направлені до попередніх етапів блок-схеми процесу проектування, означають, що деякі позиції, процесу проектування не помічені на поточному етапі, виявляються пізніше, тому доводиться переглядати раніше прийняті рішення, а іноді і повністю припиняти роботу (рис. 3.1.)
Для сучасного процесу проектування характерні дефіцит часу і обмеженість в коштах. Дійсно, коли процес розробки затягується, іноді на роки, проекти (або технологічні рішення) морально застарівають вже до стадії експлуатації. Саме тому загальна стратегія проектування повинна бути направлена на зменшення «циклічності» і збільшення «лінійності» процесу проектування.
Ділянка між етапами 5 – 6 (рис. 3.1) являє собою модель циклічної стратегії проектування. Найбільш важкою для розробника є нескінченна петля етапів 5–6, вийти з якої можна, тільки змінивши структуру задачі, наприклад, переформулювавши її.
Рис. 3.1. Циклічні і лінійні зв'язки між етапами проектування (цифрові позначення див. на рис. 1.3)
На рис. 3.1 ділянка 7–10 являє собою модель лінійної стратегії. Лінійну стратегію можна застосовувати, якщо проектна задача повністю сформульована, зв'язок між окремими частинами задачі вже визначений і необхідно внести лише окремі незначні зміни в об'єкт. При подоланні циклічних зв'язків циклічна стратегія перероджується в лінійну, відповідно трансформується проектна задача на даному етапі.
Окремий випадок лінійної стратегії являє собою стратегія оптимізаційного проектування. Стратегія оптимального пошуку лежить в основі рішення задач параметричної оптимізації, які пов'язані з вибором найбільш ефективних по прийнятому критерію значень режимних параметрів для заданої (розробленої або готової) структури об'єкта. Інший клас задач оптимізаційного проектування складають задачі структурної оптимізації, тобто знаходження оптимального варіанта структури об'єкта, яка визначається характером зв'язків між його складовими частинами і їх структурою (виглядом).
Таким чином, рішення задачі структурної оптимізації зводиться до розгляду деякої безлічі варіантів концепції об'єкта. Розгляд кожного варіанта включає в загальному випадку три основні процедури, що виконуються на етапі інженерного аналізу: пошук (вироблення) варіанта, його оцінка і прийняття рішення про припинення або продовження пошуку. Очевидно, останні дві процедури пов'язані з приведенням параметричної оптимізації і передбачають формування математичних моделей для кожного окремого варіанта структури.
Потрібно відмітити, що рішення задачі оптимізаційного синтезу складних об'єктів мегакомплексів напряму практично нездійсненне навіть із застосуванням сучасної обчислювальної техніки. Один з опосередкованих шляхів базується на створенні спрощених алгоритмів на основі розробки наближених математичних моделей і критеріїв переважних (оптимальних) варіантів, що легко перевіряються при умові необхідної достовірності результатів розрахунку.
Інший шлях рішення таких задач – застосування блоково-ієрархічного підходу. Він полягає в тому, що синтез складного об'єкта здійснюють не відразу цілком, а у відповідності з рівнем проектування. Якщо на кожному з m рівнів проектування існує n можливих варіантів структури проекту, то задача зводиться до оптимального по прийнятому для цього рівня критерію вибору одного з варіантів. Число проб при переборі варіантів на всіх m рівнях дорівнює mп. При повному обстеженні простору пошуку довелося б зробити пm проб. Такий підхід дозволяє досягнути тільки локального оптимуму на кожній технологічній стадії об'єкта, і лише потім вирішується задача оптимізації об'єкта загалом. Конкретні шляхи вирішення задач структурного синтезу вибирають в залежності від рівня їх складності.
У літературі виділяється п'ять рівнів складності. До задач першого рівня складності відносять такі, де власне синтез відсутній, оскільки структура об'єкта або визначена в технічному завданні, або її вибір однозначний, або очевидний. Рішення цих задач зводиться до рішення задач параметричної оптимізації.
До задач другого рівня складності відносять задачі вибору варіанта з кінцевої множини (наприклад, стандартизованих або уніфікованих варіантів структури об'єкта), в якій всі елементи (складові частини об'єкта) заздалегідь відомі. Ця безліч не дуже значна, і є можливість перебрати і порівняти всі варіанти за визначений час. Для рішення цих задач використовують каталоги структур (типових рішень) об'єкта загалом або каталоги структур його складових частин у вигляді пакету (бібліотеки) типових варіантів структури системи інформаційного забезпечення автоматизованого проектування.
До задач третього рівня складності відносять задачі вибору варіанта з кінцевого, але великого для повного перебору і порівняння варіантів безлічі, в якому всі варіанти відомі. Звичайно такі задачі виникають внаслідок штучного обмеження безлічі варіантів. Характерними прикладами служать задачі розміщення, трасування. До рішення таких задач можна підійти двояко: або вирішувати їх за допомогою алгоритмів направленого перебору, або звести до другого рівня складності, звузивши простір пошуку при формулюванні вихідних даних.
До задач четвертого рівня складності відносять задачі вибору варіанта з безлічі із заздалегідь невідомим числом варіантів або взагалі нескінченного, і тільки частина варіантів відома. Часто це задачі взаємного розташування складових частин об'єкта, вони мають різноманітність варіантів, що не піддається повному обліку рішення. Такі задачі виникають в новаторському проектуванні. Так само, як і в попередньому випадку, тут можна знизити рівень складності задачі, однак тоді будуть отримані тільки вже відомі варіанти структури. Для отримання принципово нових рішень необхідно застосовувати неформальні або частково формалізовані евристичні методи.
Задачі структурного синтезу перших трьох рівнів складності вирішують за допомогою конкретних методів і алгоритмів математичного програмування, заснованих на стратегії оптимального пошуку. Однак на відміну від задач параметричного синтезу, де частина задач можна безпосередньо вирішити за допомогою методів оптимізації безперервних об'єктів, задачі структурного синтезу вирішують за допомогою апарату дискретного або частково дискретного математичного програмування, оскільки параметри реального об'єкта проектування мають переважно дискретний характер.
Стратегія оптимального пошуку відноситься до так званих готових стратегій і складає методологічну основу еволюційного розвитку підсистеми програмного забезпечення систем проектування.
На відміну від задач структурної оптимізації перших двох рівнів складності, де рішення знаходять в межах однієї спеціальності або одній галузі техніки, і задач третього рівня, де рішення можна знайти в суміжних або в інших галузях, рішення задач структурного синтезу четвертого рівня потрібно шукати не в техніці, а у сфері науки – зазвичай серед нетрадиційних фізичних і хімічних ефектів і явищ.
Способи рішення задач п'ятого рівня складності можуть взагалі виявитися за межами сучасних знань. Ці задачі не піддаються алгоритмізації, і планувати їх рішення не можна. Однак це не означає, що інженер, який встановив і обгрунтував потребу у вирішенні такого роду задачі, повинен припинити свої спроби.
Рішення задач структурного синтезу п'ятого рівня складності спираються на принципово нові наукові результати фундаментального і прикладного характеру. У задачах структурного синтезу четвертого і п'ятого рівнів складності процедури оцінки і вибору остаточного рішення грають допоміжну роль, тим більше що суворого рішення задачі оптимізації тут отримати не вдається. Найбільшу значущість придбаває процедура вироблення принципово нових концепцій структури об'єкта проектування. Цю процедуру можливо формалізувати і частково передати обчислюваному комплексу – машині, в якій частина процедур обробки інформації може бути описана у вигляді алгоритмів і запрограмована для ЕОМ.
Якщо проектну задачу з самого початку можна розділити на ряд приватних і об'єкт проектування представити у вигляді потокової системи із заздалегідь заданими вхідними і вихідними впливами, то розробник повинен користуватися готовими стратегіями. Однак багато які задачі проектування взагалі не піддаються розчленуванню, оскільки при цьому спотворюються складні характеристики об'єкта. Такі ситуації виникають, коли окремі функції не розділені між спеціалізованими вузлами – стадіями об'єкта, а складним і часто непередбачуваним чином розподілені по всьому об'єкту. Суворі математичні методи тут вже безсилі, і інженер повинен знайти розумний компроміс, покладаючись тільки на особистий досвід і інтуїцію. У цих випадках розробник повинен користуватися неформалізованими проектними методами.
Суворих рекомендацій по застосуванню методів і стратегій проектування немає. Вибір найбільш раціональних дій в проектній ситуації визначається досвідом і знаннями керівників проекту.