Системное автоматизированное проектирование

При этом справедливо X = Xп ( Xф ( Xо.

В общем случае внутренние свойства технологических операций могут

описываться в терминах, лишь косвенно характеризующих естественный процесс.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ модели ТO могут быть представлены описаниями базовых

множеств, характеризующих важнейшие свойства предметов, результатов и самой

технологической операции, а также описанием отношения отображения

предмета ТО на ее результат в форме передаточной функции:

FnM (ТО) ( Y ( Z , y ( Yп, z ( Zо.

СТРУКТУРНЫЕ модели ТО представляются описаниями базовых множеств,

характеризующих только выделяемые внутренние свойства операции X = Xп ( Xф

( Xо.

Для отображения взаимосвязи внутренних свойств ТО обычно используются

термины и условные обозначения той предметной области, к которой относится

естественный процесс, выступающий в качестве принципа действия или

построения технологической операции.

ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТРУКТУРНЫЕ модели ТО представляются описаниями базовых

множеств. Они характеризуют важнейшие свойства результата, предметов,

свойства назначения и выделяемые внутренние свойства самой ТО. Также

используются табличные или словесные описания отношения соответствия

'результат - предметы ТО' паре 'естественный процесс - техническая форма

реализации процесса ':

Fn - StrM (ТО) : Y х Z -> X, y ( Yн, z ( Zо, x ( Xп .

Cтруктурно-функциональные модели ТО представляются с помощью описаний

базовых множеств, характеризующих все выделяемые внешние и внутренние

свойства ТО, свойства ее результата, предметов, среды реализации, а также

описаниями отображений внутренних свойств ТО, свойств предметов и внешних

условий среды на внешние свойства ТО ее результата.

Обычно отношения, входящие в состав модели Str - FnM(ТО), представлены

вектор - функциями, отображающими зависимость свойств:

- результата ТО Z"о от внутренних свойств ТО X, свойств предметов

операций Z'о и внешних условий среды ТО Zу ;

- самой ТО Y = Yн ( Yу от внутренних свойств операции X = Xп U Xф U

Xо и свойств среды Z = Zо ( Zу ;

тогда справедливо выражение:

Z"о = f(X, Z'о, Zу) ;

Str - FnM(ТО) = { Y = f(X, Z) ; z ( Z, y ( Y, x ( X.

Продуктивная модель ТО - операционная карта по ГОСТ ЕСТД.

3. Задача проектирования технологических операций в обобщенной постановке

Предварительно определим цель проектирования. Ее можно представить в

следующем виде:

< Da, D*тр, Dусл > , где (1.1)

- Dа - предмет задачи проектирования,

- D*тр - желаемое состояние этого предмета,

- Dусл - условия, ограничения, которые должны быть выполнены в процессе

перевода предмета задачи из его исходного состояния в требуемое.

По отношению к задаче проектирования компоненты интерпретируются

следующим образом:

- Dа - заявка на объект проектирования. Эту заявку в задаче проектирования

представляет целевая модель объекта проектирования - M(O)ц;

- D*тр - продукционная модель объекта проектирования;

- M(O)пр - комплект технической документации для изготовления или

использования объекта в производственных условиях, которая отвечает

требованиям определенных стандартов (ЕСКД, ЕСТД или др.);

- Dусл - условия реализации задачи или ограничения на временные, трудовые,

материальные ресурсы Q, выделяемые для решения данной задачи

проектирования.

Под ЗАДАЧЕЙ ПРОЕКТИРОВАНИЯ любых объектов, в том числе технологических

операций, понимается задача построения модели объекта M(O)пр, для которого

определена целевая модель M(О)ц и установлены условия или ресурсы решения

задачи.

В обобщенной постановке задача проектирования может быть представлена в

виде:

ЗП = < M(O)ц, M(O)пр, Q > = , M(О)пр, Q > ,

(1.2)

где компоненты Z', Y', X', G являются в общем случае векторами.

Требования к функциональным свойствам объекта проектирования определены

в форме модели Fn M (O) Yн ( Z.

Требования к условиям функционирования объекта проектирования Z'

задаются допустимыми областями множества возможных состояний среды (внешних

Zy или окрестностных условий), а также продолжительностью функционирования

Yн".

Требования к свойствам объекта проектирования помимо Fn M (O) ограничивают:

a) допустимую область множества возможных значений внешних свойств объекта

проектирования Y' для всех z ( Z;

b) допустимую область множества возможных значений внутренних свойств

объекта Х' которые характеризуют принципы его действия.

Границы допустимой области множества значений свойств объекта X' часто

определяются ресурсами, необходимыми для изготовления или использования

объекта проектирования.

Условия решения задачи проектирования задаются допустимой областью

значений ресурсов Q, выделенных для использования в процессе

проектирования объекта. В качестве таких ресурсов обычно рассматриваются

продолжительность решения, общая трудоемкость, полная стоимость решения

задачи проектирования. При этом стоимость проектирования может выражаться

не только в виде денежных расходов, но и в количестве дефицитных

материалов, времени использования уникального оборудования и др.

Условия предпочтения в допустимой области множества возможных решений

задачи проектирования определяются:

1. Критерием эффективности, функцией ценности или качества объектов G,

которые обобщенно характеризуют данный объект проектирования, а также

параметров функционирования (Y", X", Z").

2. Оценочной функцией M, которая соотносит внешние и внутренние свойства

объекта проектирования при z ( Z с затратами (ресурсами), необходимыми

для реализации процесса проектирования. В общем случае

M : (Y(Х(Z) ( Q, и оценочная функция M характеризует затраты,

определяемые в виде различных ресурсов (временных, трудовых, материальных

и т.п.), на создание объекта с данным набором свойств. Предпочтение

может быть отдано проектному решению с таким набором внешних y (Yи

внутренних x ( X свойств, реализуемых при z ( Z, что M ((у,(х,(z ) (

M ( y, x, z ) для всех допустимых y ( Y, x ( X, z ( Z.

Таким образом, все многообразие задач проектирования любых объектов

проектирования сводится к двум:

a) максимизировать эффективность G проектируемого объекта (допустимые

затраты на процесс проектирования Q задаются в виде ограничений);

b) минимизировать затраты Q (временные, трудовые, материальные),

необходимые для реализации процесса проектирования (требования к внешним

Y, внутренним Х свойствам и условиям функционирования Z объекта

проектирования задаются в виде ограничений).

4. Модель процесса проектирования технологических операций

Обычно при решении человеком той или иной задачи обращают внимание на

умение найти такую ясную точку зрения, при которой ее решение является

достаточно простым.

Один из путей построения такой "ясной точки зрения" на рассматриваемую

задачу основан на использовании метода выбора представлений для решения

задачи. Этот подход предполагает существование упорядоченного и

относительно устойчивого отношения предпочтения между тем, что понимается

под типами представлений для решения задач, с одной стороны, и классами

(наборами) методов решения задач, с другой.

Все множество представлений для решения задач инженерного проектирования

может быть отнесено к трем основным типам:

- выбору из перечислений,

- определению в пространстве состояний,

- сведению задачи к подзадачам.

Рассмотрим каждый из типов представлений.

Использование представлений на основе выбора из перечислений возможно при

наличии множества готовых, ранее спроектированных объектов (систем,

устройств, сборочных единиц, технологических операций), описания которых в

форме SbMi(O) или FnMi(O) доступны проектировщикам.

Решение задачи проектирования при использовании представлений по типу

выбора из перечислений реализуется по следующей схеме:

- поиск или построение перечислений в виде упорядоченных множеств

{SbMi(O)}, {FnMi(O)} готовых проектных решений, соответствующих тем

объектам, которые составляют предмет задачи проектирования;

- выделение на множествах потенциально возможных решений {SbMi(O)} или

{FnMi(O)} подмножества допустимых и целесообразных решений;

- выбор одного из ранее существовавших, готовых объектов в качестве

наиболее предпочтительного решения данной задачи проектирования.

Существующие объекты представляют собой решения других, ранее

поставленных задач проектирования с иными условиями реализации,

ограничениями и др. Это позволяет предположить, что использование

представлений на основе выбора из перечислений имеет приоритет в тех

случаях, когда требования к свойствам объекта проектирования задаются в

виде ограничений. При этом целевая ориентация задачи проектирования

направлена на минимизацию временных, трудовых, материальных ресурсов,

реализуемых в процессе создания нового изделия и (или) освоения его в

производстве.

Представление на основе выбора из перечислений широко используется при

решении задач проектирования объектов низких уровней : материал, деталь,

простая сборочная единица, простая технологическая операция и цепочка

технологических операций.

Использование представлений на основе определения в пространстве

состояний предполагает наличие или возможность построения полной Str-

FnMo(O) объектов того класса, к которому может быть отнесен конкретный

объект данной задачи проектирования, а также существование готовых ранее

спроектированных компонентов и (или) элементов, из которых данный объект

проектирования может быть по типу определения в пространстве состояний

реализуется по следующей схеме:

- заимствование или построение множества моделей {Str-FnMo(O)}, которые

потенциально пригодны для формирования частных Str-FnMi(O), отображающих

отдельные структуры конкретного объекта;

- выбор или синтез полной, отображающей все выделяемые структуры, Str-

FnMo(O), наилучшей в смысле конкретного объекта, условий реализации и

ограничений данной задачи проектирования;

- построение модели Str-FnMi(O) проектируемого объекта.

Использование представлений на основе сведения задачи к подзадачам

предполагает разбиение задачи на совокупность подзадач. Их решение приводит

к выполнению исходной задачи. Процесс этот применяют рекурсивно для

порождения подзадач, до тех пор пока их решение не станет тривиальным.

Решение задачи проектирования в этом случае реализуется по следующей

схеме:

- заимствование или построение множества моделей {Str-FnMo(O)},

потенциально пригодных для формирования Str-FnMi(O) конкретного объекта,

составляющего предмет данной задачи проектирования (формирование

множества возможных вариантов декомпозиции объекта проектирования на

подобъекты);

- выбор модели Str-FnMo(O), наилучшей в смысле возможности построения

соответствующей Str-FnMi(O) объекта данной задачи проектирования с

учетом особенностей условий реализации задачи и ограничений;

- построение Str- FnMi(O) проектируемого объекта - параметризация,

интерпретация Srt-FnMo(O), наилучшая в смысле условий данной задачи

проектирования.

Представления на основе сведения задачи к подзадачам используются тогда,

когда из-за высоких уровней сложности проектируемых объектов или из-за

отсутствия необходимых методов и средств задача проектирования не может

быть решена на основе других типов представлений. Они используются и в тех

случаях, когда целевая ориентация задачи проектирования предполагает

максимизацию степени использования готовых проектных решений.

Следует отметить, что в общем случае на разных стадиях решения каждой

конкретной задачи проектирования могут использоваться различные типы

представлений:

- на высшем уровне решение по типу сведения задачи к подзадачам;

- на уровне составных единиц - по типу определения в пространстве

состояний;

- на уровне элементов - по типу выбора из перечислений и т.п.

При вариантном проектировании возможен "конкурс" типов представлений,

когда одна и та же задача проектирования данного уровня решается

параллельно, на основе различных типов представлений, а окончательный вывод

варианта производится на уровне сопоставления результатов полученных

решений.

Под ПРОЦЕССОМ РЕШЕНИЯ задачи проектирования будем понимать совокупность

последовательно меняющихся состояний задачи, а значит, и моделей объекта

проектирования.

Классификация моделей объекта проектирования позволяет отобразить

предметную сторону структуры процесса проектирования (при реализации по

одному варианту решения и рассмотрении в линейной проекции без учета

возможных итераций).

В этом случае процесс проектирования может быть представлен в следующем

виде:

M(TO)ц ( {Fn - StrM(O)} ( {StrMok (O)} ( {Str Mik(O)} (

( {Str - FnM (O)} ( Str - FnMi(O)G ( SbM'i(O) ( SbMi(O) ( M(O)пр.

-----------------------

Техническое задание

Документация на готовое изделие

Эксплуатация

Изготовление серийной продукции

Рабочий проект

Рабочее проектирование

Технический проект

Изготовление опытного образца

Техническое проектирование

Эскизный проект

Эскизное проектирование

Подготовительный этап

да

нет

да

да

нет

да

Формирование или корректировка ТЗ

Выполнены требования ТЗ

Изменять параметры элементов

Изменять структуру

Синтез варианта структуры

Изменение параметров X

АНАЛИЗ

нет

Выбор исходных значений параметров

IBM-370

DMS-2

DMS-2

DMS-2

DMS-2

. . .

. . .

УС

ГАП

МПК

ПК

ЕС

ПК

М

Т

ПК

Д

ГП

ГД

КЭВМ

МПК

Т

М

ПК

Д

ГП

ГД

КЭВМ

НМД

ОЗУ

НМЛ

РМ

РМ

К

А

Н

А

Л

Процессор мини-ЭВМ

Машинописные и перфоленточные устройства вывода

К

А

Н

А

Л

Другие ЭВМ

Другие САПР

Другие АРМ

Символьная печать

Функциональная клавиатура

Графопостроитель

Кодировщик

Графический дисплей

Символьный дисплей

Накопители на магнитных дисках

Процессор микро-ЭВМ

Накопители на магнитной ленте

Оперативное запоминающее устройство

АРМ1

АРМ3

АРМ2

б)

ЭВМ

РМ

РМ

РМ

а)

ЭВМ ЦВК

ГУС

ИУС

АРМ

ИУС

АРМ

ИУС

АРМ

ИУС

АРМ

...

в)

ЭВМ ЦВК

ГУС

ИУС

АПД

АРМ

ГУС

АПД

ИУС

АРМ

ИУС

АРМ

ИУС

АРМ

ИУС

АРМ

ИУС

АРМ

ИУС

АРМ

ИУС

АРМ

...

г)

а)

б)

. . . .

. . . .

|Тип |Номер узла |

|Номер узла |

0 2 3 31

a b

a b

c d

c d

a b

a b

c d

c d

a b

a b

c d

c d

a)

a b

a b

c d

c d

б)

Минимальный охватывающий прямоугольник

c

a

b

b’

d

yп

yл

yа

y

xл xа xп x

Тактирование

Распараллеливание

Смешанная

Конвеерная

Последовательная

Каскадная

Параллельная

Технических требований

Допусков

Параметров

Параметрическое

Структурное

Композиция

Декомпозиция

Параметричес-кий

Структурный

Идентификация

Преобразова-ние

Параметричес-кая

Структурная

Многовариант-ный

Одновариант-ный

Оптимизация

Синтез

Анализ

Алгоритмов

Параметров

Структуры

Проектные процедуры

Модель объекта проектирования

…

…

Модель подсистемы одной физической природы

Модель подсистемы одной физической природы

Модель компоненты

Модель компоненты

|Модель объекта |

|проектирования |

|Звено 1 | |

|Звено 2 | |

|. | |

|. | |

|. | |

|Звено N | |

|Макромоде| |

|ль 1 | |

|Макромоде| |

|ль 2 | |

|. | |

|. | |

|. | |

|Узел 1 | |

|Узел 2 | |

|. | |

|. | |

|. | |

|Назначени| |

|е | |

|Модель | |

|звена | |

|Имя | |

|Тип | |

|Парамет| |

|р 1 | |

|Парамет| |

|р 2 | |

|Макромо| |

|дель | |

|Имя | |

|Тип | |

|Парамет| |

|р 1 | |

|Парамет| |

|р 2 | |

|Модель | |

|узла | |

|Имя | |

|Тип | |

|Число | |

|входов | |

Имя модели

Тип

Параметр

Параметр

|Прототип |

|модели звена|

|Имя| |

|Тип| |

| | |

Лингвистический процессор

Подсистема логического вывода

Селектор

Интерпретатор

База знаний

Подсистема ревизии знаний

Рабочая память

Входное

сообщение

|Анализ сообщений |

|Морфологиче|Синтаксичес|Семантическ|

|ский |кий |ий |

Внутреннее представление

|Словарь |

|Аффик|Морфо|Синта|Семан|

|сы |ло-ги|к-сис|-тика|

| |я | | |

|Модель предметной|

|области |

|Структур|Структур|

|а данных|а правил|

Программа диалога

Выходящее сообщение

|Набор шаблонов |

|Шаблон входных |

|сообщений |

|Морфологичес|Семантико-си|

|кий |нтаксический|

|Синтез сообщений |

...

...

Рабочая память

Выбор

Сопоставление

Разрешение конфликтов

Изменение рабочей памяти

База знаний

Активный набор данных и правил

Конфликтный набор означенных правил (модулей)

Выбранный означенный модуль

Технологическая операция

Параметры, характеризующие естественный процесс, выбранный в качестве

принципа построения или действия ТО, Хп

Параметры, характеризующие техническую форму реализации естественного

процесса в ТО, Хф

Параметры средств технологического оснащения, Хо

Внутренние свойства ТО

Предмет ТО

Продукт ТО

Zy - условия функционирования ТО

Z(о - свойства предметов ТО

Z((о - свойства предметов ТО

Внешние свойства ТО Y = Yн ( Yу

Среда технологической операции Z = Zy ( Z(о ( Z((о

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9