Файл: Каверкин, И. Я. Анализ и синтез измерительных систем.pdf

(измерительная система), объекте управления (автоматизированная система управления), объекта обнаружения (система обнаружения) и т. п.

Объединение множеств ß £ составляет множество В всех условий, учитываемых при определении оптимальных принципов построения

Сочетание вида решаемой задачи (а£) и значений характеристик условий работы {Ьп , . . . , Ьіп.) будем называть ситуацией.

Качество системы оценивается с помощью некоторого обобщен­ ного показателя. Если множество М ситуаций упорядочено, т. е. каждому элементу присвоен некоторый номер /, то обобщенный по­ казатель качества может быть представлен в виде функционала

(эффективность функционирования) системы в отдельных ситуа­

циях; ||*s I — матрица, составленная из частных показателей качества, не относящихся к отдельным ситуациям, а характеризую­

к системе требованиям и наложенным ограничениям, то формально рассматриваемая задача оптимизации системы сводится к решению

решений.

Правомерность постановки задачи определения оптимального варианта построения сложной многофункциональной системы обу­ словливается наличием следующих исходных данных:

перечня задач, для решения которых предназначена система; описания условий, в которых предполагается ее использовать; перечня накладываемых на систему ограничений и предъяв­

ляемых к ней требований; алгоритма оценки качества системы, включая матрицы весо­

вых коэффициентов; описания множества элементарных технических решений, из

которых строится данная система.

Процедура определения оптимального состава системы осно­ вывается на формализованном представлении всех исходных дан­ ных. При отсутствии ограничений на объем вычислений на этапе определения оптимального варианта вся процедура может быть вы­ ражена следующей последовательностью операций: составление тезауруса; определение множества возможных вариантов построе­

16

ния; полный перебор возможных вариантов с оценкой их качества, сравнением между собой и отбором наилучшего.

В общем случае, когда поисковые ресурсы ограничены и полный перебор возможных вариантов построения системы с оценкой ка­ чества каждого из них на всем множестве ситуаций нереализуем, приходится обращаться к направленному перебору с использова­ нием всего объема априорной информации для повышения скорости сходимости получаемых результатов к глобальному экстремуму.

Из изложенного вытекает, что реализация системотехнического подхода к синтезу сложных многофункциональных систем данного класса требует решения следующих задач:

разработки методов формализованного представления исходной информации;

разработки методов оценки качества систем (обобщенные и частные критерии, алгоритмы их вычисления);

создания компактного множества элементарных технических решений;

разработки методов направленного перебора возможных ва­ риантов построения системы.

В настоящее время эти задачи находятся в стадии разрешения, причем степень их проработки различна.

Одной из первоочередных задач, возникающих при синтезе (проектировании) новой сложной многофункциональной измери тельной системы, является систематизация и формализованное пред­ ставление исходной информации, т. е. составление тезауруса ( Основная трудность, с которой при этом приходится сталкиваться— разнообразие видов информации и общее ее количество.

Разнообразие видов информации — перечень требований, предъявляемых к техническим характеристикам системы, и накла­ дываемых на нее ограничений, метод оценки качества системы и весь сопутствующий массив данных и алгоритмов, правила отбора допустимых и лучших вариантов и, наконец, массив информации об известных технических решениях — требуют либо различных методов формализованного представления, либо выработки спе­ циального синтетического и обязательно компактного языка. С аналогичной трудностью приходится сталкиваться при создании АСУ производством, но принятый там метод кодирования исход­ ных данных не обеспечивает требуемой компактности.

Анализ видов информации, используемой при проектировании измерительных систем, позволяет разделить их на три группы:

количественные данные (требования к значениям параметров, характеристики ограничений и т. п.);

алгоритмы и правила принятия решений в процессе проектиро­ вания (оценка качества, выбор наилучшего варианта построения системы и др.);

описание технических решений.

Первая группа требует для своего представления использования эффективных кодов. Вторую представляют с помощью известных

языков программирования (АЛГОЛ, ФОРТРАН и др.). Третья группа представляется с помощью математических моделей, вид которых в свою очередь определяется структурой и спецификой функционирования описываемых технических средств (известных технических решений).

Ниже эти вопросы будут рассмотрены более детально, но из этого краткого анализа видно, что задача формализованного пред­ ставления априорной информации в принципе решается, но ком­ пактность представления совершенно недостаточна.

Следующей задачей является оценка качества различных ва­ риантов построения системы, основывающаяся на использовании обобщенного показателя (критерия), ибо анализ совокупности не­ зависимых частных показателей позволяет отдать предпочтение одному из сравниваемых вариантов только в том случае, когда он равномерно лучше остальных. Легко показать, что система частных целевых функций, включающая в себя п характеристик а х, . . . , ссп (точность измерений, диапазоны измерений, быстродействие, надежность, чувствительность, вероятность грубой ошибки и т. п.), при сравнении т различных вариантов построения системы позво­ ляет сделать вывод, что г'-й вариант лучше всех остальных только при выполнении следующей системы неравенств:

Если условие (1-7) не выполняется, то решение, какой вариант системы лучше, можно принять только с помощью дополнительных соображений. Обычно в такой ситуации решения принимаются на основе эвристических процедур, базирующихся на опыте и интуи­ ции разработчиков. Чем сложнее система и больше объем перера­ батываемой информации, тем труднее принимать решения чисто эвристическими методами с использованием прямых ассоциаций. Отсюда вытекает необходимость ограничения области применения эвристических методов вопросами синтеза обобщенных показате­ лей качества и частных критериев и перехода в дальнейшем к при­ нятию решений о соотношении между качеством различных вариан­ тов построения системы на основе количественных оценок.

Таким образом возникает задача исследования возможных струк­ тур обобщенных показателей качества, являющихся, как указыва­

где k x, kn — числовые характеристики (габариты, масса, стоимость, ит. п.) и функциональные зависимости (функции влияния и др.).

К сожалению, несмотря на актуальность проблемы и большое число работ, посвященных методам оценки качества сложных си­ стем (как в системотехнической литературе, так и в литературе по

18

теории исследования операций), теории синтеза обобщенных кри­ териев качества не разработаны.

Общие рекомендации по структуре и характеру обобщенного показателя качества сводятся к следующему: он должен быть до­ статочно простым, чтобы процедура вычислений была реализуемой, и в то же время сочетать чувствительность к варьируемым парамет­ рам (ключевым параметрам элементарных технических решений) с определенной устойчивостью в области, примыкающей к оптималь­ ным значениям этих параметров. Заметим, что специалисты в об­ ласти системотехники с большой осторожностью высказываются по проблемам оценки качества проектируемых систем. Так, в работе [36] анализ проблемы оценки качества проектируемой системы сводится к утверждению «. . . выбор критерия может существенно влиять на эффективность системы», а в работе [28] вопрос не об­ суждается вообще. Представляется, что подобная сдержанность обусловлена невозможностью определить с общих позиций вид обоб­ щенного показателя качества и указать совокупность составляю­ щих его частных критериев. Эти вопросы должны решаться в каждом случае отдельно с учетом объема и характера имеющейся априор­ ной информации.

Однако представляется целесообразным рассмотреть типовые структуры обобщенных показателей качества и обсудить их свойства и возможности, что и будет выполнено в следующей главе.

Одной из основных проблем в обеспечении возможности реали­ зации системотехнического подхода к синтезу (созданию) измери­ тельных систем, соответствующих современному уровню научных и технических достижений, является создание агрегатного комплекса средств электроизмерительной техники, обозначаемого АСЭТ и рас­ сматриваемого в главе четвертой.

АСЭТ представляет собоң совокупность унифицированных совместимых устройств, обеспечивающихвозможностіТ^синтешГфгребуемыд измерительных систем. Выполненные на основе 'типовых конструктивов, использующие типовые сигналы, согласованные по основным техническим и эксплуатационным параметрам, сред­ ства агрегатного комплекса должны обеспечить возможность опе­ ративного решения задачи синтеза измерительной системы из гото­ вых устройств.

Следует заметить, что, по существу, работа по созданию сово­ купности средств, используемых при синтезе сложных устройств (систем), ведется во всех областях техники. При этом ставятся

ив какой-то степени решаются задачи унификации и совместимости этих средств. Однако недостаточный уровень методологического обеспечения, отсутствие четкой постановки задачи и системати­ ческого анализа необходимого массива данных приводят к тому, что эта работа проводится недостаточно целеустремленно и без должной связи со всей совокупностью системотехнических проблем

иобусловливает существенную неполноту получаемых результатов, невысокий уровень унификации и нарушение принципов совмести-