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

мости. Поэтому при проектировании новой измерительной системы приходится прорабатывать весь комплекс вопросов заново.

В делом для создания АСЭТ необходимо: определить принципы построения комплекса; установить состав; разработать соответ­ ствующую совокупность устройств.

Принципы построения комплекса, его состав и перспективы соз­ дания будут изложены в четвертой главе. Добавим к вышесказан­ ному, что, говоря о формализованном описании технических средств, следует иметь в виду необходимость не только построить матема­ тическую модель (в виде совокупности уравнений, например), но и дать характеристику модели (шифр, код), содержащую все необ­ ходимые данные для определения того, как сказывается на функ­ ционировании и качестве системы (значении обобщенного критерия) включение в ее состав конкретного варианта данного блока.

Не будем останавливаться на вопросах, связанных с пробле­ мами направленного перебора при определении наилучшего ва­ рианта построения системы или состава АСЭТ. Исследование методов направленного перебора проводится в рамках общей тео­ рии математического программирования, и выделение специфичес­ ких задач может быть произведено лишь при решении конкретных задач синтеза технических средств.

Некоторые частные случаи будут рассмотрены в четвертой главе при анализе задач определения состава АСЭТ.

В заключение рассмотрим небольшой пример, иллюстрирующий

Рассмотрим для определенности измерения, связанные с некото­ рым преобразованием процесса, являющегося носителем измери­ тельной информации, т. е. оценку вида

ниям: возведению в квадрат, интегрированию, возведению в сте­ пень 1/2.

Сохраняя за оператором сравнения обозначение S 2, можем формально организовать измерение одним из следующих способов:

на рис. 1-6. Данные варианты построения измерителей отличаются друг от друга последовательностью операций сравнения (S2) и преобразования (g), а также родом образцовой величины. В первом случае, когда операция сравнения предшествует преобразованию, образцовая величина соответствует роду процесса іг (/). Во втором случае образцовая величина соответствует роду процесса g [х (/)].

20

С технической точки зрения варианты построения могут су­ щественно отличаться друг от друга. Если второй вариант можно представить в виде совокупности функциональных элементов, тра­ диционно относимых к классу измерительных средств (например, функциональный измерительный преобразователь и компаратор), то первый может быть, вообще говоря, реализован с помощью уни­ версальной ЭВМ, осуществляющей преобразование g U'], и специа­ лизированного измерительного устройства, ей предшествующего (например, аналого-цифрового преобразователя).

Поставив задачу сравнения и выбора наилучшего варианта построения устройства, приходим к необходимости рассмотрения

а) Si

Рис. 1-6. Два варианта построения измерителей, отличающиеся последовательностью операций срав­ нения и преобразования

возможных модификаций с единых позиций, которые определяются характером решаемых задач. Поскольку задачи измерительные, то независимо от выбранного технического решения данное уст­ ройство относится к измерительным средствам.

1-3. Граф проектирования, взаимосвязь организационных и технических проблем синтеза измерительных систем

Процесс проектирования (разработки) сложного измерительного устройства, охватывающий совокупность действий от анализа технических требований и исходных данных до изготовления и ис­ пытаний опытного образца (образцов), представляет собой сложную процедуру с многочисленными связями между различными этапами. Для детального исследования процесса синтеза (определение целе­ сообразного варианта построения проектируемой измерительной системы, разработка рабочей документации и изготовление первого образца) представим процедуру проектирования в виде связного ориентированного графа,* вершины которого соответствуют кон­

* Здесь не приводится общих определений из теории графов. Их можно найти в специальной литературе, например [22].

21

22

кого разделения всех этапов, и в первую очередь этапа технического (эскизного) проектирования, на подэтапы с однозначным опреде­ лением как характера решаемых на них задач, так и используемых при этом методов.

Представляется целесообразным разделить этап технического проектирования на шесть подэтапов:

1) анализ предъявляемых требований, накладываемых ограни­ чений и массива исходных данных, составление тезауруса;

* 2) установление множества допустимых (удовлетворяющих предъявляемым требованиям и накладываемым ограничениям) ва­ риантов построения разрабатываемого устройства;

3) поиск новых технических решений, совершенствование «сла­ бых» функциональных узлов и элементов;

«4) сравнение допустимых вариантов между собой и выбор оп­ тимального;

5) детализация технических решений до уровня, обеспечиваю­ щего совместимость и заменяемость всех функциональных узлов

иэлементов изделия;

6)определение состава и общих характеристик вспомогательного

(испытательного и поверочного) оборудования.

Этими шестью подэтапами исчерпывается объем работ, выпол­ няемых в рамках технического проектирования. Рассмотрим эти подэтапы подробнее, выделив следующие моменты:

а) решаемые задачи; б) уровень формализации и соотношение между решениями,

принимаемыми на эвристической и объективной основе; в) характер, объем и вид выходной информации.

На первом подэтапе производится первичная обработка и систе­

и данных, представляющих накопленный в этой области опыт. Первая группа данных состоит из значений технических и эксплуа­ тационных параметров, которыми должно характеризоваться уст­ ройство, перечисления условий работы, а также описания методов оценки качества. Вторая группа данных есть перечень известных технических решений, относящихся к устройству в целом или его функциональным узлам и элементам. На этом подэтапе, в первую очередь, устанавливается достаточность исходных данных. Далее вся исходная информация формализуется, т. е. представляется в виде, обеспечивающем возможность перебора и сопоставления всех или выделенной части вариантов построения устройства или составляющих его узлов с количественной оценкой их качества.

На первом подэтапе превалируют решения, принимаемые на эвристической основе: выбираются принципы формализованного представления информации (коды, язык), методы отбора ограни­ ченной совокупности возможных вариантов построения устройства для последующего количественного анализа, метод определения множества элементарных технических решений.

23

В результате трудоемкой работы высококвалифицированных специалистов составляется тезаурус данной разработки, обеспе­ чивающий возможность представления всего объема информации, необходимого для выполнения последующих подэтапов, в формали­ зованном виде.

Таким образом, на первом подэтапе:

а) определяется достаточность исходной информации и состав­ ляется тезаурус;

б) основная совокупность решений принимается на эвристи­ ческой основе;

в) вся выходная информация формализована, ее объем и харак­ тер определяются составом тезауруса.

На втором подэтапе устанавливается множество (совокупность) допустимых вариантов построения устройства, которые целесооб­ разно детально проанализировать. Отбор данной совокупности про­ изводится с помощью выбранного (разработанного) на первом под­ этапе метода на базе включенных в тезаурус известных технических решений устройств, подобных разрабатываемому (аналоги), и тех­ нических решений функциональных узлов и элементов, входящих в устройство.

На этом подэтапе:

а) отбирается множество допустимых вариантов построения устройства для дальнейшего количественного анализа;

б) решения принимаются на объективной основе; в) вся выходная информация формализована и представляет

собой перечень вариантов построения устройства, подлежащих

в случае, если множество допустимых вариантов оказывается пу­ стым. Следует пересмотреть либо метод отбора допустимых вариан­ тов, либо требования технического задания. В случае когда не удается найти допустимые варианты построения устройства и нельзя изменить требования ТЗ, возникает необходимость в прове­ дении специального подэтапа по изысканию новых, более эффектив­ ных технических решений (принципиальных, схемных, конструк­ тивных, технологических), обеспечивающих возможность выпол­ нения предъявляемых требований (технических и эксплуатацион­ ных) при наложенных ограничениях.

Таким образом, на третьем подэтапе изыскиваются новые тех­ нические решения. Основу выполнения данного подэтапа состав­ ляет определение «слабых» мест — функциональных узлов и элемен­ тов, обусловливающих низкий уровень параметров, и организация разработки более качественных вариантов.

Третий подэтап связан с проведением творческого поиска (изоб­ ретательства), и решения, принимаемые на эвристической основе,

24

превалируют, но результаты работы представляются в формали­ зованном виде.

Таким образом, на третьем этапе:

а) разрабатываются новые варианты технической реализации «слабых» функциональных узлов и элементов, обусловливающих низкий уровень параметров устройства;

б) значительный объем решений принимается на эвристической основе;

в) вся выходная информация формализована и представляет собой описание новых технических решений. Поступает эта инфор­ мация в тезаурус.

На четвертом подэтапе производится количественный анализ отобранных допустимых вариантов построения устройства. Основу количественного анализа составляют принятые критерии и метод (алгоритм) оценки качества. Определяется значение критерия ка­ чества для каждого из отобранных вариантов и выбирается наилуч­ ший, соответствующий экстремуму критерия — максимуму или минимуму, в зависимости от вида критерия.

Решения на этом подэтапе принимаются на объективной основе. Именно этот подэтап в первую очередь должен быть автоматизиро­ ван, так как без этого требуемый объем работы не может быть вы­ полнен.

Таким образом, на четвертом подэтапе:

а) приводится количественный анализ отобранных допустимых вариантов построения устройства и определяется наилучший;

б) решения принимаются на объективной основе; в) вся выходная информация формализована и представляет

собой необходимую техническую характеристику разрабатывае­ мого устройства.

Пятый подэтап технического проекта посвящается детальной инженерно-конструкторской проработке общих принципов построе­ ния устройства. Прорабатываются вопросы совместимости и заме­ няемости всех узлов устройства, уточняются технические и эксплуа­ тационные характеристики, предлагаются основы технологии из­ готовления и устанавливается характер и объем конструкторскотехнологических работ на следующем этапе «рабочая документация».

На пятом подэтапе выполняется большой объем разнообразных и трудоемких работ, алгоритмизация которых связана с преодо­ лением больших трудностей. На этом подэтапе значительное число первичных решений (о характере уточнений схемотехнических, конструкторских и технологических решений) принимается на эвристической основе с последующим их количественным анализом. В результате при текущем уровне научно-технических достижений нет оснований ставить задачу полного перевода пятого подэтапа на объективные процедуры принятия решений. Это может отрицательно сказаться как на трудоемкости работ, так и на качестве разработки из-за исключения элементов творчества (изобретательства) при раз­ работке выбранных технических решений.

25