3. Подходы к решению задач структурного синтеза

Формализация процедур структурного синтеза на каж­дом иерархическом уровне осуществляется на основе од­ного из следующих основных подходов: перебора,последовательного синтезаилитрансформации описаний разных аспектов, рис.6.4.

Переборные алгоритмыхарактеризуются возможностями оценки только вариантов готовых закон­ченных структур. Такие структуры либо создаются зара­нее и хранятся в базе данных, либо генерируются по тем или иным правилам из заданного набора элементов.

Пол­ный переборвариантов возможен лишь в простейших случаях. Как правило, перебор должен бытьчастичным(сокращенным). Переборные алгоритмы включают в се­бя операции выбора или генерации очередного вариан­та, оценки варианта и принятия решения.

Алгоритмы выбора вариантапри частичном переборе могут быть основаны на случайной выборке, использо­вании эвристических способностей человека в диалоговых режимах работы с ЭВМ, установлении корреляции неко­торых параметров, характеризующих структуру, с задан­ными требовани­ями к объекту.

Для задач IIIуровня сложности затруднитель­но, а для задачIVуровня невозможно по­строениемножестваготовых структурдля хранения в базе данных. В таких случаях вместо законченных структур хранению подлежатописания типовых элемен­тов объектов. Это связано с тем, что, как правило, коли­чество типов элементов существенно меньше количества возможных структур из этих элементов. Автоматизация синтеза при этом основана нагенерации структур из типовых элементов.

Частичный перебор можно осуществить на основечастичных модифи­кацийисходных структур. В готовую структуру, полученную из базы данных или путем генерации из элементов, вносятся небольшие измене­ния. В резуль­тате с минимальными затратами труда создается новый вариант структуры.

Оценка вариантаструктуры, сгенерированной или выбранной из базы данных, выполняется с помощью про­цедур параметрического синтеза и анализа. Использо­вание полных математических моделей и процедур пара­метрической оптимизации, как правило, характеризуется высокой трудо­ем­ко­стью, что не позволяет в процессе пе­ребора просмотреть достаточное коли­чество вариантов структур. Поэтому переборные алгоритмы применяют только в тех случаях, когда для оценки удается приме­нитьупрощенные математи­ческие моделиикосвенные критерии, отличаю­щиеся простотой вычисления. Лишь по отношению к не­большому числу отобранных перспективных вариантов следует применять анализ по полным математическим моделям и оптимизацию параметров.

Принятие решенияпри переборе основано на сравнении результатов оценки очередного варианта структуры с лучшей из ранее просмотренных структур. Для такого сравнения должен быть выбран некоторый скалярный критерий, объединяющий частные показатели в многокри­териальных ситуациях.

Ал­горитмы дискретного математического программирова­ния(ДМП) применяют, если задачу структурного синтеза удается сформулировать как зада­чу математического программирования (5.4), (5.5), гдеD— дискретное множест­во.

Приведение к задаче ДМП основано на поиске при­знаков структур, выражаемых количественно, и на опре­делении функции этих признаков, которая выражала бы правило предпочтения одних вариантов перед другими. Такие признаки объединяют в вектор X, а формула пред­почтения становится целевой функциейF(X).

Последовательные алгоритмыхарактери­зуются поэтапным решением задачи синтеза с возможно­стями оценки получающихся промежуточных струк­тур. Различают два способа получения законченной структу­ры:наращиваниеивыделение.

При наращиваниипро­исходит поочередное добавление элементов к некоторой исходной структуре. Примера­ми алгоритмов наращивания могут служить последова­тельные алгоритмы компоновки и размещения оборудо­ва­ния.

При выделениииз некото­рой избыточной обобщенной структуры постепенно уда­ляются лишние элементы. Алгоритмы выделения могут использоваться, если предварительно составлена обоб­щенная структура для рассматриваемого класса объек­тов. Примерами могут слу­жить обобщенные технологические маршруты изготовления классов изделий, в которые вклю­чены все возможные операции, ко­торые могут встретиться при различных сочетаниях кон­структивных особенностей изделия. Сопоставление чертежа конкретного изделия и обобщенного маршрута позволяет убрать лишние опе­рации и сформировать конкретный технологический маршрут.

Трансформация описаний разных ас­пектовзаключается в преобразо­вании описания одного аспекта (обычно функционального) в описание другого, например конструкторского или технологического. Примерами может служить синтез функциональных схем электронных приборов по заданным алгоритмам функционирования или преобразование результатов конструкторского проекти­рования в документацию, вы­полняемое по правилам ЕСКД.

Трансформация описаний разных ас­пектов формализуется тем лучше, чем больше совпадают структуры И-ИЛИ-деревьев, относящихся к рассмат­риваемым аспектам. Для совпа­дающих вершин обычно удается установить однозначное соответствие структурных единиц и свести преобразова­ние к поиску совпадений и подстановкам.

Реальные алгоритмы структурного синтеза обычно яв­ляются комбиниро­ван­нымии сочетают в себе черты более чем одного подхода. Например в последовательных алгоритмах наращивания возможен перебор претендентов на роль очередного добавляемого элемента.

Ограниченные возможности формализации процедур синтеза привели к широкому использованию в САПР диалоговых систем синтеза, в которых процедуры оцен­ки выполняет ЭВМ, а принятие решения остается за че­ловеком. Что касается непосредственной генерации структур, типичное назначение ЭВМ — подсказать типовые варианты и эвристические приемы. Типичная роль человека — реализовать эвристические приемы и модификации структур.

Иногда удается формализовать применение эвристических приемов и получить алгорит­мы синтеза, выполняемые без участия человека. Однако наличие эффективных алгоритмов автоматического син­теза скорее исключение, чем правило. Поэтому основной практический подход к решению задач структурного син­теза в современных САПР — это использование эвристи­ческих приемов синтеза в диалоговом режимеработы с ЭВМ.