Файл: Судовые системы автоматического контроля (системный подход к проектированию)..pdf

разработке технического задания и технического предложения

(ГОСТ 2.103—68).

Внутреннее проектирование САК состоит из разработки системы математического обеспечения, проектирования микроструктуры, кон­ структорского и монтажно-коммутационного проектирования.

Каждый этап делится на более мелкие уровни, число которых

зависит от сложности основного этапа. На каждом уровне разра­

ботки выпускается определенная техническая документация, явля­ ющаяся исходным материалом для следующих уровней и этапов

работы.

Многообразие функций и структур САК приводит к многообра­

зию задач проектирования. Эти задачи можно рассматривать как

задачи синтеза системы, реализующей определенные функции в не­

котором заданном классе определенных структур. Поскольку уста­

методы перебора вариантов в сочетании с эвристическими, основан­

ными на использовании опыта и интуиции разработчиков. Исполь­

зование этих методов приводит к необходимости последовательного

улучшения первоначально принятого варианта, т. е. к итеративному характеру процесса проектирования, который иллюстрируется

рис. 1.2.

В качестве исходных данных на каждом этапе процесса проекти­ рования, носящего итеративный характер, принимают требования к системе и ее элементам, сформулированные в техническом задании и уточненные на предыдущих этапах. Затем строится одна или

несколько моделей альтернативных вариантов решений, достаточно

адекватных требованиям ТЗ и дающих возможности для анализа

и оценки этих моделей по принятым критериям эффективности. Выбранная модель уточняется с учетом ресурсов и дополнительных

В случае, если выбранный на первой итерации вариант решения при­

знается неудовлетворительным, осуществляется поиск нового ва­

рианта и процесс повторяется.

Одной из особенностей САК является участие в ее функциониро­

вании человека-оператора. Поэтому на различных этапах проекти­

рования необходимо решать такие вопросы (обеспечивающие опти­ мальное согласование САК с оператором), как степень автоматиза­

ции контроля, темп и форма представления информации, а также

другие факторы, влияющие на рациональную организацию работы оператора. Качественное решение этих вопросов возможно при усло­ вии привлечения к разработке САК специалистов по инженерной психологии и промышленной эстетике.

На каждом этапе проектирования при поиске наиболее эффектив­ ного решения ставятся две задачи: выбор критерия эффективности

11

и нахождение варианта, при котором этот критерий имеет оптималь­

ное значение. Если вторая задача может быть принципиально решена достаточно строго методами математического программирования,

вариационными или другими, то выбор критерия, по которому должна

осуществляться оптимизация, производится лишь на основе логи­

ческого анализа общих требований к системе, с учетом задач дан­

ного этапа и имеющихся ресурсов (материальных и временных).

Кроме того, обе задачи взаимосвязаны: от типа критерия зависит

метод оптимизации, а критерий следует выбирать таким обра­

зом, чтобы современные методы позволяли найти оптимальное решение.

ТЗ | I Критерии

I 4-

Рис. 1.2.

При оптимизации САК, как и других сложных технических

систем, особые трудности представляет переход от оптимальных

показателей системы, определенных при внешнем проектировании,

к оптимальным значениям конкретных параметров, которыми может

распоряжаться проектировщик при внутреннем проектировании.

Здесь значительную роль играет квалификация, опыт и интуиция проектировщика, на основании которых можно выбрать исход­ ный базовый вариант, улучшаемый при дальнейшем проектиро­ вании.

Сложность задач, возникающих при проектировании больших

систем и, в частности, САК, необходимость рассмотрения несколь­

ких вариантов решений на каждом этапе требуют автоматизации

всей совокупности или части проектных работ, что способствует

улучшению качества, сокращению сроков и стоимости проекти­ рования, а также значительному 'повышению производительности труда проектировщиков.

Система автоматизации проектирования обычно включает в себя технические средства, обеспечивающие обмен информацией между

проектировщиком и ЦВМ, и развитое математическое обеспечение процесса проектирования, позволяющее быстро вносить изменения

в проект и осуществлять выбор вариантов. Однако в первую очередь

автоматизация проектирования предполагает проведение определен­ ных организационно-технических мероприятий.

13

Прежде всего необходимо собрать н систематизировать информа­

цию о выполненных ранее проектах, стандартных компонентах систем, критериях эффективности и о производственной базе. Причем

такая информация должна быть логически упорядочена с тем, чтобы

можно было-использовать ее для составления прогнозов развития

элементов и проектируемых систем. Необходимо иметь четкую

систему кодирования как основных понятий проектирования, так

и всех технических средств, используемых при проектировании.

Кроме того, коллектив проектировщиков должен быть психологи­

чески подготовлен к внедрению автоматизации.

В настоящее время наиболее перспективным является автомати­ зация следующих работ, относящихся к стадии внутреннего проек­

тирования САК: логического синтеза функциональных узлов; мон­

тажно-коммутационного проектирования узлов и блоков; проекти­

рования и конструкторской проработки печатных плат; выпуска

технической документации; поиска необходимых элементов и ком­

понент в автоматическом каталоге. Сложнее автоматизировать ра­

боты на ранних этапах разработки САК. Причина возникающих

при этом трудностей заключается в недостаточной формализации

методов решения многих задач внешнего проектирования. Широкое использование эвристических методов делает необходимым участие

на ранних этапах проектирования специалистов, имеющих опера­

тивное общение с техническими средствами системы автоматизации

проектирования.

Техническое оснащение системы автоматизации проектирования можно представить в общем случае в виде достаточно сложного комплекса (рис. 1.3), состоящего из ЦВМ, аналоговой вычислитель­ ной машины (АВМ), сопрягаемой с ЦВМ, и внешней памяти боль­ шого объема, состав которой периодически корректируется. Этот

комплекс связан с совокупностью внешних устройств и термина­ лов, позволяющих обращаться к комплексу и получать готовые ре­

шения.

Математическое обеспечение процессов автоматизации проекти­

рования предполагает наличие проблемно-ориентированного языка, например типа ПРОЕКТ или ЛЯПАС [26], и развитой системы интерпретации этого языка, а также математического обеспечения функций организации вычислительного процесса, его контроля, отладки алгоритмов и программ. Необходима также программа решения информационно-поисковых задач, для работы с каталогом,

процесса моделирования и оптимизации на АВМ. Примеров таких

систем, ориентированных на сквозную автоматизацию проектирова­ ния, пока не существует, но работы ведутся многими организациями,

причем одним из основных требований к системам является возмож­

ность их эволюционного внедрения, т. е. постепенное расширение

и усовершенствование.

Таким образом, проектирование САК можно рассматривать как многоэтапный процесс преобразования имеющейся у заказчика и

разработчиков информации об объекте контроля, требованиях к САК и общих методах ее построения в техническую документацию

14

в виде рабочих чертежей всех блоков и устройств системы, а также

в документацию по специальному математическому обеспечению процесса контроля. Причем, если на начальных этапах проекти­ рования имеется значительная неопределенность в отношении мето­ дов решения многих вопросов и наличие большого числа альтерна­ тивных вариантов, то в окончательной документации выбранного

варианта системы эта неопределенность должна быть минимальной, допускающей ее устранение в процессе настройки и испытаний

САК совместно с контролируемой системой.

Значительная неопределенность имеется в начале каждого этапа

проектирования, и связана она как с некоторой неизбежной неопре­

деленностью результатов предыдущих этапов, так и с новыми зада­

чами, характерными для данного этапа. Чем меньше начальная

неопределенность, тем, в общем случае, быстрее и качественнее

осуществляется проектирование на данном этапе.

Уменьшение неопределенности в начале каждого этапа проекти­ рования создается соответствующим информационным обеспечением

проектирования, которое осуществляется комплексом различных

мероприятий, называемых системой информационного обеспечения

процесса проектирования.

§ 1.2

ПРОБЛЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАЗРАБОТКИ САК

Информация, необходимая проектировщику САК, может быть разделена на исходную (априорную) и текущую. Исходная информа­ ция содержит сведения об объектах контроля, материалы об отече­ ственных и зарубежных системах аналогичного назначения (судовых

и промышленных), результатах научно-исследовательских и опытно­

конструкторских работ по автоматическому контролю и смежным вопросам (метрология, вычислительная техника, инженерная пси­

хология, элементная база и т. д.), патентные материалы, монографии,

журнальные и другие публикации по этим темам. К исходной инфор­ мации следует отнести также различные директивные материалы, учет которых необходим при проектировании (требования ГОСТ, Регистра, нормалей, технических условий, установленные сроки проектирования и т. д.).

Текущая информация представляет собой результаты уже про­ веденных разработок данной ..системы, необходимые для последу­ ющих этапов работы.

Проблеме сбора и обработки информации с целью обеспечения

ею научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ в настоящее время уделяется большое внимание. В связи с мощным нарастанием потока информации для решения этой проблемы тре­

буется осуществление целого ряда мероприятий организационного характера. К ним относятся создание специальных служб, занима­

J6