Файл: Системы автоматизированного проектирования технологических процессов..pdf

тать» устоявшееся представление об объекте. Конечно же, подавляющее большинство комбинаций - объект (синоним), признаки и ассоциации - окажутся абсурдными. Однако на практике 10 - 15 % комбинаций представ­ ляют интересные идеи.

Мозговой штурм. Метод позволяет организовать коллективную рабо­ ту конструкторов. Руководитель (главный конструктор) собирает группу спе­ циалистов, как правило, не более 10 человек, и ставит перед ними задачу поиска технических решений, удовлетворяющих определенным признакам. Каждый участник сеанса мозгового штурма, продолжающегося не более од­ ного часа, может высказать любые идеи. Анализ и критика их во время сеан­ са не допускается. Основной девиз - чем больше идей, тем лучше. Если в хо­ де сеанса высказано мало идей, то он может быть повторен, возможно, с дру­ гим составом специалистов. Все высказывания стенофафируются или запи­ сываются на магнитную ленту.

Сннектика. Метод подобен методу мозгового штурма, но отличается от него тем, что основная его задача сводится к детальному обсуждению од­ ного-двух вариантов технических решений. В группу участников обсужде­ ния включаются специалисты различных профессий.

Метод идеального объекта. Прежде чем отыскать идеальное техниче­ ское решение, рекомендуется пофантазировать, представить себе «идеаль­ ное» решение поставленной задачи. Скажем, для перемещения предложить ковер-самолет. Конечно, полет фантазии должен быть офаничен пределами осуществимого. Выбрав идеальный объект или способ удовлетворения по­ требности, в дальнейшем надлежит установить препятствия к его реализа­ ции. На борьбе с этими препятствиями и следует построить поиск техниче­ ских решений. Изложенный метод, несомненно, организует поиск. Однако представление идеального способа достижения цели в некоторых случаях и составляет основную трудность.

Морфологический анализ. Как было отмечено, рассмотренные до сих пор приемы и мегоды относятся к первой фуппе по степени формализации. Морфологический анализ включает в себя операции, выполняемые алгорит­ мически, и, следовательно, принадлежит ко второй фуппе. Сущность его со­ стоит в расчленении общей функции проектируемого объекта на частные и в отыскании возможных способов их выполнения. То или иное сочетание спо­ собов выполнения всех частных функций и составляет вариант техническою решения. Конечно, некоторые варианты абсурдны, многие средства выпол­ нения частных функций несовместимы. Однако обычно представление уда­ ется «сломать», появляются интересные варианты.

Результаты разработки вариантов проектируемого объекта удобно представить в виде табл. 2.1.

Построение дерева технических решений - трудоемкий процесс. По­ этому можно ограничить исходное множество только наиболее перспектив­ ными техническими решениями, обладающими к тому же наиболее высоки­ ми технико-экономическими показателями. В дальнейшем расширение мно­ жества может осуществляться с использованием различных источников, включая авторские свидетельства и патенты. Однако дерево несет информа­ цию лишь о структуре технических решений и об их конструктивных при­ знаках. Этого недостаточно для выбора вариантов, отвечающих другим эле­ ментам множества признаков из концептуального описания. Поэтому дерево нужно дополнить средством формального отражения отношений на множе­ ствах технических решений, их функций и признаков. Воспользуемся для этого матрицей соответствия.

В строках матрицы соответствия (табл. 2.2) представлены функцио­ нальные элементы, в столбцах - признаки из полного их множества. Матри­ ца определена на множестве значений + 1,0,-!. +1 означает, что техническое решение функционального элемента улучшает соответствующий признак; 0 - техническое решение не характеризуется данным признаком; -1 - техни­ ческое решение ухудшает признак.

Рассмотренное дерево технических решений, матрица соответствий, концептуальное, функциональное и структурное описание объекта проекти­ рования представляют необходимые данные для выработки вариантов объ­ екта проектирования.

2.2.3. Выбор оптимального варианта технического решения

Переходя к процедуре принятия решения, конструктор располагает не­ которыми вариантами технического решения. Теперь ему нужно выбрать лучший из них. С подобными задачами встречаются не только при проекти­ ровании. Выбор того или иного действия из множества вариантов - ситуа­ ция, свойственная любой деятельности человека. В каждом случае ему нуж-

но вначале дагь оценку вариантам, затем эти оценки сравнить и только после этого выбрать вариант с наивысшей оценкой. Эта процедура заключается в отображении множества вариантов технического решения на множество оценок и выборе оптимального из них:

(F :Jf0 ->K )-»opt.

Выполнить процедуру принятия решения было бы просто, если бы все варианты можно было измерить по одной шкале. Однако в действительности каждый вариант характеризуется многими измерениями. Кроме того, не все­ гда можно воспользоваться абсолютной шкалой. Варианты технического решения представлены пока лишь функциональной и структурной схемой, а дать количественную оценку даже таким свойствам объекта, как масса, про­ изводительность, стоимость, сложно. Еще сложнее обстоит дело с оценкой надежности, эргономичности, эстетичности. Попытка уточнить количест­ венные оценки по варианту технического решения приведет, по существу, к последующей его разработке, а это связано с трудовыми и временными рас­ ходами. Вот и приходится принимать решение в условиях неопределенности. И это еще не все. Сравнивать варианты зачастую приходится по многим их признакам, т.е. пользоваться несколькими шкалами. Причем по одной шкале лучшими оказываются одни варианты, а по другой - иные.

И еще одно обстоятельство. Признаки, используемые для сравнения, неравнозначны: одни более важны, другие менее. Некоторые из них проти­ воречивы.

Рассмотрим теперь общую постановку решаемой задачи:

1.Каждый вариант технического решения характеризуется некоторы­ ми параметрами Pj ; j - 1,..., п .

2.Оценка вариантов производится по совокупности критериев:

v= {v,}; / = 1,/я.

3.В качестве критериев выбираются признаки, отвечающие наиболее важным целям проектирования.

Втакой постановке задача принятия решения примыкает к задачам многокритериальной оптимизации. Особенность таких задач состоит в том, что одновременное достижение оптимума по всем критериям практически невозможно. Приходится идти на компромисс, т.е. на соглашение, достигну­ тое путем взаимных уступок. В одних случаях он просто связан с уравнива­ нием критериев, в других - с выбором из них главного.

Компромисс упрощает решение задачи, сводя ее в некоторых случаях к однокритериальной. Схемы компромиссов могут строиться на основе сле­ дующих принципов: равномерности, справедливой уступки, выделения глав­ ного критерия, последовательной уступки.

Принцип равномерности может требовать: 1) равенства всех критери­ ев; 2) «подтягивания» наихудшего из критериев; 3) квазиравенства критери­ ев, т.е. равенства с допустимой погрешностью. Возможны и другие условия равномерности.

Принцип справедливой уступки требует или абсолютной, или относи­ тельной уступки. Абсолютная уступка считается справедливой, если сум­ марный абсолютный уровень снижения величины одного или нескольких критериев не превосходит суммарного абсолютного уровня повышения ве­ личины других критериев.

При относительной уступке оперируют относительными величинами, являющимися безразмерными, которые определяют путем деления значения критерия на заданное или желаемое значение.

Относительная уступка обеспечивает справедливый компромисс, если суммарный относительный уровень снижения качества по одному или не­ скольким критериям не превосходит суммарного относительного уровня по­ вышения качества по остальным критериям.

Принцип выделения главного критерия сводит многокритериальную задачу к однокритериальной. Оптимизация происходит по главному крите­ рию, на все остальные накладываются ограничения.

Принцип последовательной уступки позволяет отыскать оптимальное решение, отвечающее достижению максимума по всем критериям, разме­ щаемым в ранжированной последовательности по степени их важности. Отыскание оптимального решения начинается с учета первого по важности критерия. Затем с учетом практических соображений и точности, с которой заданы исходные данные, назначается «уступка» по первому критерию Дv,. В пределах и v, - Av1(Vj-максимально возможное значение v,) находится решение, отвечающее максимуму по второму критерию. Дальнейшие шаги состоят в «уступке» по второму и следующим критериям. В итоге находится компромиссное решение, у которого все критерии достигают максимума или находятся вблизи него, не выходя за пределы, установленные «уступкой» области.

Решение многокритериальной задачи осложняется различием единиц измерения критериев. Исключение составляет принятие решения на основе принципа суммарной относительной уступки, где оперируют с относитель­ ными величинами, являющимися безразмерными. Во всех других случаях стремятся нормализовать критерии, что также связано с переходом к относи­ тельным показателям. Нормализованный вектор критериев имеет безразмер­ ные компоненты, получаемые путем деления компонент рассматриваемого вектора на соответствующие компоненты некоторого идеального вектора: