Аналитический обзор методов поискового конструирования

1.4. Аналитический обзор методов поискового конструирования.

Необходимость учета труднообозримого множества различных фак-

торов при разработке ВКА, возможность использования формальных

представлений там, где заканчивается интуитивное мышление, прове-

дение детального анализа как можно большего числа аналогов и про-

тотипов, стремление к повышению эффективности разработок и росту

производительности труда конструктора требуют перехода к автомати-

зированному проектированию ВКА.

При этом отмеченная стабильность структуры существующих

конструкций ВКА, составные элементы которой выбираются, как прави-

ло, из систематизированных рядов, позволяет считать применимыми

- 33 -

для процесса схемотехнического проектирования ВКА методы поисково-

го конструирования.

Детальный анализ математических методов поискового конструи-

рования и методов выбора технических объектов с позиций автомати-

зации процесса проектирования проведен автором в [81].

Рассмотрим основные методы, используемые при автоматизации

начальных этапов проектирования, известные в отечественной и зару-

бежной практике, применительно к конкретному классу технических

объектов - ВКА.

В настоящее время известно более 30 методов поискового

конструирования. Разработки более эффективных методов поиска новых

технических решений (ТР) интенсивно продолжаются, при этом просле-

живаются три основных направления разработок [82 - 85]: создание

принципиально новых методов, создание новых методов на основе ком-

бинации известных и увеличение эффективности известных методов.

Анализ известных методов формирования ТР показал, что наибо-

лее эффективными, а потому широко используемыми на практике, явля-

ются: "теория решения изобретательских задач" (ТРИЗ), метод эв-

ристических приемов, обобщенный эвристический метод, метод гирлянд

ассоциаций и метафор, морфологические методы анализа и синтеза та-

кие, как метод "матриц открытия", метод десятичных матриц поиска и

другие, направленные на исследование самого объекта проектирова-

ния, а не психологических особенностей человека. Кроме того, ука-

занные методы могут быть в значительной мере формализованы, что

немаловажно с позиций поставленных задач.

В работах [86, 87] разработана методика решения конструк-

торско-изобретательских задач, которая получила название "теория

решения изобретательских задач". ТРИЗ представляет собой система-

тизированный набор преимущественно эвристических правил, выполне-

ние которых облегчает решение конструкторской задачи.

- 34 -

В работе [88] описаны алгоритмы автоматизированного поиска

новых конструктивных решений с помощью ЭВМ для задач невысокого

уровня сложности и новизны, с применением метода эвристических

приемов. Суть этого метода при проектировании новой конструкции

можно представить, как преобразование известных прототипов с по-

мощью определенного набора эвристических приемов, и получение мно-

жества новых конструктивных решений, отвечающих заданным условиям,

среди которых ведется затем поиск оптимального варианта. Библиоте-

ка эвристических приемов преобразования прототипов для несложных

механических систем содержит 16 приемов, которые подразделены на

16 групп. Из 86 составленных эвристических приемов для 65 имеются

рекомендации по их формальному описанию, открывающие возможность

их программирования на ЭВМ, остальные пока не удалось формально

описать [82].

Метод гирлянд ассоциаций и метафор является одним из эвристи-

ческих методов поискового конструирования, требующим минимальной

информационной подготовки и в наибольшей мере использующим инфор-

мацию, содержащуюся в мозгу конструктора [89]. Суть метода заклю-

чается в определении гирлянд синонимов и гирлянд случайных объек-

тов с последующим составлением комбинаций из этих случайных гир-

лянд. Конечным результатом является выбор рационального варианта

технического объекта и отбор наилучшего из рациональных, как пра-

вило, методом экспертных оценок.

Во многих методах поиска новых ТР присутствуют одинаковые или

близкие этапы и процедуры, причем существует некоторый инвариант-

ный порядок следования этапов и процедур. Это послужило основанием

для создания обобщенного эвристического метода. В работе [90] на

основе анализа большой группы известных методов решения техни-

ческих задач выявлен полный список основных этапов творческого

процесса и процедур его выполнения и построен обобщенный эвристи-

- 35 -

ческий алгоритм поиска ТР. В структуре обобщенного алгоритма

используются массивы информации, которые являются данными для про-

цедур этапов проектирования. Порядок следования процедур и выбор

процедур в процессе решения задачи определяется разработчиком. По-

иск нового ТР разрабатываемого объекта ведется последовательным

выполнением на каждом этапе необходимых процедур. Список процедур

этапов, а также описание назначения этапов и массивов информации

изложены в работах [91, 92]. Следует отметить, что разработка

обобщенного эвристического метода была выполнена на эмпирическом

уровне. В связи с этим необходимо проведение методологических

исследований по научно обоснованному обобщению эвристических мето-

дов и установлению полного набора и иерархии этапов и процедур об-

работки информации при поиске новых ТР.

Для поиска новых ТР на основе взаимосвязи показателей техни-

ческих объектов и эвристических приемов разработан метод десятич-

ных матриц поиска (ДМП) [93]. Все основные показатели технических

объектов разделены на 10 групп, что дало возможность построить

особую десятичную систему матричных таблиц, в строках которых за-

писаны меняющиеся характеристики технического объекта, а в столб-

цах - группы эвристических приемов их изменения. Каждая клетка на

пересечении ряда и столбца соответствует определенному ТР, краткое

описание которого может сопровождаться графическим описанием. В

зависимости от содержащейся информации ДМП могут носить общетехни-

ческий, отраслевой или предметный характер. При построении ДМП

должна использоваться патентно-техническая литература. Значение

взаимосвязей показателей технических объектов и групп эвристи-

ческих приемов, а также конкретных требований решаемой задачи пре-

допределяет целенаправленный выбор пути ее решения.

Ф. Цвикки предложил чрезвычайно простую модель ситуации выбо-

ра, в которой оказывается конструктор при создании новых ТР, наз-

- 36 -

вав ее морфологическим ящиком [94]. Техничекий объект исследуют,

выделяя ряд характерных признаков Затем для признаков

находят различные варианты исполнения, реализующие эти признаки.

Полученные данные оформляют в виде таблицы 1.1.

Таблица 1.1

"Морфологический ящик" Цвикки.

Столбцы в таблице соответствуют необходимым признакам , а

отдельная позиция в столбце - варианту его функциональной реализа-

ции . Свободу выбора при конструировании Ф. Цвикки трактует как

возможность работать с альтернативами, т.е. выбирать одни варианты

выполнения блоков и отвергать другие. Выделяя в каждом столбце

таблицы альтернативу и соединяя их отрезками линий, получают мно-

гозвенную линию , которая символизирует описание

признаков некоторой конструкции. Выбор предпочтительной конструк-

ции инженер делает интуитивно, по очереди перебирая комбинации

альтернатив.

Другой формой морфологического анализа и синтеза ТР является

комбинирование признаков, характеризующих различные системы (орга-

низующие понятия). В этом случае, при комбинировании двух органи-

- 37 -

зующих понятий, рекомендуется табличная форма, в столбцах которой

записаны признаки одного организаующего понятия, а в строках приз-

наки другого организующего понятия. В каждой клетке таблицы нахо-

дится рабочий принцип из комбинации двух элементов решения. При

комбинировании более чем двух организующих понятий пользуются мат-

ричной формой записи [95].

Таким образом, метод морфологического анализа и синтеза [85,

96 - 99] состоит в изучении всех возможных комбинаций параметров,

форм, отдельных элементов для решения поставленной задачи. Значе-

ния параметров, типы форм и элементов образуют таблицу (матрицу).

Различные сочетания перечисленных характеристик рождают альтерна-

тивные идеи или рекомендуемые решения задачи. Морфологический ана-

лиз применяется для решения задач поиска рациональных структур,

схем и компоновок. При возможности синтеза большого множества но-

вых ТР в этом методе практически не решена проблема выбора наилуч-

шего решения из числа синтезируемых.

В последнее время на основе идеи Цвикки предложена комбина-

торная концепция работы с альтернативами, на основе которой разра-

ботаны новые системно-морфологические алгоритмы оптимизации и об-

щая логическая схема принятия решений при конструировании [85]. В

работе вводится понятие комбинаты, являющейся сопряженной к поня-

тию альтернативы, отражающей все локальные, исключающие друг друга

варианты взаимной подмены блоков при конструировании. Не всякая

комбинация при замене одного функционального блока другим (из од-

ной и той же альтернативной серии, описывающей данный признак )

правомерна. Фиксацию этого факта отражает комбината, т.е. совокуп-

ность всех мыслимых альтернатив формально порождает множество ком-

бинаций, а отношение комбинаторности ограничивает это множество и

показывает, что на самом деле невозможно, а что необходимо еще

исследовать. Иерархическая списковая структура, в которой учтены

- 38 -

все альтернативы и комбинаты признаков строения, составляет комби-

наторный файл семейства технических систем, который представляет

не что иное, как многоуровневую композицию вложенных друг в друга

морфологических ящиков [96].

Таким образом, анализ методов поискового конструирования по-

казывает, что большинство из них представляет собой комбинацию из

нескольких известных методов или же являются производными какого-

либо метода, но более эффективными. Наиболее простым и формализуе-

мым методом, позволяющим генерировать большое множество вариантов

ТР, является метод морфологического анализа и синтеза, но в нем не

формализована процедура выбора наилучшего решения. Представляется

целесообразным развитие этого метода для структурного синтеза ВКА

путем добавления процедур структурной оптимизации [100].

Вместе с тем, изучение вопросов, связанных с автоматизацией

проектно-конструкторской деятельности и, в частости, созданием

САПР, показало подробную проработку методических основ создания

САПР, типовых структур подсистем САПР, правил построения и органи-

зации различных видов обеспечений САПР (математического, программ-

ного, информационного) и других теоретических аспектов автоматизи-

рованного проектирования [101 - 105]. Большое внимание уделено и

аппаратным средствам САПР [104, 106]. Однако проблемы создания

конкретных прикладных САПР достаточно полно решены лишь в областях

электротехники и радиоэлектроники [107 - 109]. В разработке же

САПР машиностроительных объектов, к которым относится и ВКА,

основной упор делается на автоматизацию отдельных процедур, авто-

матизированное проектирование отдельных элементов, автоматизацию

технологической подготовки производства и изготовление конструк-

торской документации [110 - 113]. При этом отмечается сложность

выработки единого универсального принципа конструирования техни-

ческих объектов машиностроения, основанного во многом на трудно-

- 39 -

формализуемом творческом подходе [102, 114] и неизбежность, в свя-

зи с этим, модификации типовых структур их САПР.

Принципиальная возможность решения задачи автоматизации про-

ектирования конкретного класса ТО делает актуальной разработку ме-

тодических основ создания САПР ВКА, формализацию типовых процедур

ее конструирования и построение интегральных и локальных критериев

оценки конструкции на различных этапах проектирования ВКА.

Выводы.

На основании изучения материалов, отражающих состояние работ

по созданию ВКА, с учетом требований, предъявляемых вакуумным тех-

нологическим и научным оборудованием, и необходимости автоматиза-

ции процесса проектирования ВКА, можно сделать следующие выводы:

Похожие работы

Вакуумная коммутационная аппаратура

Скачать

42765

0

0

... модели функционирования ВКА и критерии оптимальности конструкций ВКА. 6. Новый класс ВКА переменной структуры и конструкции ВКА. I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО СОЗДАНИЮ ВАКУУМНОЙ КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ I.I. Анализ связей ВКА с оборудованием электронной техники. Основные требования, предъявляемые к ВКА. Вакуум как рабочая среда технологических процессов и научных исследований находит ...

Блок обмена сообщениями коммутационной станции

Скачать

148336

19

1

... сборки и маршрутные карты приведены в приложении. 9. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ   9.1 Краткая экономическая характеристика проектируемого устройства Разрабатываемое в дипломном проекте устройство представляет собой блок обмена сообщениями аналоговой ЭАТС. В развитых зарубежных странах широкое применение нашли аналоговые ЭАТС типа IBM 1750 (США), DST1 (Италия), ЕК-50 (Япония), АТС 501 ...

Разработка конструкции и технологии изготовления модуля управления временными параметрами

Скачать

138399

23

10

... УЛПМ-901. 11 Визуальный контроль качества сборки при увеличении 2,5. ГГ6366У/012. Маршрутная карта на техпроцесс изготовления печатной платы приведена в приложении. 8 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА 8.1 Характеристика изделия «Модуль управления временными параметрами». Обоснование объема производства и расчетного периода Модуль управления временными параметрами – ...

Блок интерфейсных адаптеров

Скачать

183285

12

5

... : ¾   температура, °С +25±10; ¾   относительная влажность воздуха, % 45...80; ¾   атмосферное давление, мм рт. ст. 630...800. Так как блок интерфейсных адаптеров предназначен для работы в нормальных условиях, в качестве номинальных значений климатических факторов указанные выше принимают нормальные значения ...