- •О г а х Кафедра с а п р Конспект лекций по дисциплине:
- •1. Введение
- •1.1. Предпосылки появления системы автоматизированного проектирования (сапр).
- •1.2. Общая характеристика проблем автоматизации проектирования
- •1.3. Системный подход к проектированию. Проектирование. Основные этапы проектирования
- •Виды представлений системы.
- •1.1. Общие сведения
- •1.4. Моделювання. Параметрична оптимізація. Структурна оптимізація. Оцінка якості і прийняття рішення.
- •1.3. Складові системного підходу
- •1.4. Концепція «чотирьох і»
- •1. Логическая схема задач системного проектирования
- •1.1 Исходные данные
- •1.2 Логическая схема задач системного проектирования сложных объектов
- •1.3 Многоуровневая схема задач проектирования
- •Процедурная модель проектирования.
- •Виды представлений системы.
- •Системный анализ(общие сведения).
- •Системный анализ
- •Обследование существующей системы.
- •Иерархическая модель
- •Жизненный цикл программного обеспечения информационных систем (поис).
- •Каскадная модель.
- •Спиральная модель.
- •1. Введение 1
- •1.3.1 Проектирование. Основные этапы проектирования 9
- •1.3.12 Виды представлений системы. 17
- •1.6.11 Иерархическая модель 90
1. Логическая схема задач системного проектирования
1.1 Исходные данные
При реализации системного подхода в задачах проектирования объектов новой техники (ОНТ) одной из основных проблем является формализованное изложение процесса решения взаимосвязанных задач проектирования в виде некоторой логической схемы алгоритма построения проектного решения. Обобщение опыта проектирования сложных систем управления дало возможность разработать основные положения построения логических схем, называющихся логическими схемами проектирования (ЛСП) [14].
Решение задач системного проектирования осуществляется в виде логической схемы проектирования. Конструируется логическая схема решения совокупности взаимосвязанных задач на базе формализованных элементов: М – модель объекта проектирования; А – начальные данные; С – ограничение; R – проектное решение; К – оценка решения; Т – метод (процедура решения). Формулируется принцип декомпозиции начальной задачи S на логически взаимосвязанную систему подзадач , где d – уровни декомпозиции, i – этапы проектных решений, представленных упорядоченными шестерками <M, R, A, C, K, T>. Такой подход, имеющий свое обоснование в теории решения задач, называется системным проектированием. Декомпозиция содержит в своей основе дедуктивно-параллельную схему, объединяющую опыт специалистов разных аспектов с аксиоматизацией формализованных элементов шестерками <M, R, A, C, K, T>. Исследована решаемость задачи системного проектирования, ячейки которой упорядочены логической схемой проектирования с иерархической структурой. Конструктивным методом здесь является образование итерационных циклов (межэтапных и межуровневых), замыкающихся с помощью формализованных элементов , как функций проектных решений на предыдущем шаге (ij).
Будем считать, что задана схема проектирования H, если дано пятерку множеств (S, A, C, T, R), где S – непустое множество, элементы которого называются задачами проектирования; А – конечное множество, элементы которого называются начальными (прогнозируемыми) данными; С – конечное множество, элементы которого называются ограничениями; R – конечное множество, элементы которого называются проектными решениями; Т – отображение, которое ставит каждой паре вида , A, C в соответствие некоторое непустое подмножество множества R, кот. обозначается Т . Отображение Т, являющееся процедурой решения, владеет такими свойствами. Все множество задач проектирования S считается полностью решаемым, если ; при этом должно полностью выполняться уравнение
Другими словами, для всех задач порождаются процедуры решения , каждое проектное решение является единственным.
Определим свойства двух систем проектирования.
Свойство 1. Для полностью параллельной схемы все задачи проектирования полностью определены заданием множества A, C, T на начальном этапе проектирования , т.е.
;
; (1.1)
.
где под Р(х) понимаем истинность выражения об этом элементе, имеющем полную решаемость.
Свойство 2. Для точно последовательной схемы каждая задача проектирования полностью определена заданием , , по результатам , предыдущих задач , где k<i, т.е.
, (1.2)
где под понимаем истинность выражения об этом элементе, имеющем полную решаемость не ранее наступления события с индексом k, т.е. получение проектных решений с помощью процедур решения до предыдущих задач .
Решаемость задачи системного проектирования формально сводится к построению системы получения и эффективного формирования априорной информации , ограничений и построения процедур решения в процессе самого проектирования.
Последовательная схема допускает точную упорядоченность задач (соответственно, множества Т):
без циклов. Полностью распараллеленная схема допускает любую упорядоченность
Содержание (смысл) системного подхода состоит в разработке принципа упорядочивания множеств S и Т и разработке самой схемы, обеспечивающей полную решаемость задачи , прежде всего в части получения и формирования проблемно ориентированной информации (А, С) в человеческо-машинной системе. Принцип организации схемы системного проектирования является базовым началом для разработки методики проектирования, системы критериев, состава математических моделей объектов проектирования, а также, и всего комплекса математического обеспечения и технического оборудования информационной системы. В системном подходе заслуживают внимания два метода проектирования, кот. следуют из практического опыта и интерпретированы в область поисковых исследований при разработке сложных систем управления [14].
При индуктивном методе (эмпирично-индуктивном [8]) формулируются требования к проектируемой системе при заданной ее структурной схеме (по критериям надежности, массогабаритными показателями, энергоемкостью и др.), задаются подмножества реальных (проектируемых) агрегатов. Конструктор, используя свой опыт, умения, интуицию, результаты экспериментов и экспертные оценки, создает («собирает») некий прототип необходимой системы. Таким образом, задаются:
1) требования к системе ;
2) подмножество агрегатов , где – мощность множества, – мощность r-го подмножества.
Проектируется система на основе априорной уверенности об удовлетворении требований к системе, кот. реализуется в заданном агрегатном (элементном) базисе .
Средствами исследования в этом случае являются проверка расчетов, методы синтеза отдельных подсистем, макетно-аппаратная (стендовая) отработка системы. Решаемость задачи базируется на интуиции и опыте специалистов. Математически (или формально) задача рассматривается в границах отдельных агрегированных подзадач . Оценка и выбор оптимального варианта осуществляется, как правило, методами перебора с использованием экспертных оценок.
Индуктивный метод имеет минимальную воспроизводительность, поскольку основные положения его строятся на опыте специалиста, интуиции и умении конструировать варианты и принимать решения. Доказательство решаемости задачи проектирования априори не формулируется, что объясняется отсутствием схемы проектирования, построенной на объективизированных данных.
При комбинированной схеме проектирования можно сказать только, что
и , (1.3)
где i «пробегает» все индексное множество I. Формально ответить на вопрос, как (в какой последовательности) символ i «пробегает» множество I, можно с помощью разработки схемы системного проектирования.
Реализовать системный подход можно, разработав принцип упорядочивания множеств S и Т и схему, обеспечивающую полную решаемость задачи , прежде всего для получения и формирования проблемно-ориентированной информации (А, С) в автоматизированной системе проектирования (АСП–САПР).
При позитивном решении индуктивный метод быстро приводит к цели, поскольку не «отягощен» сложными задачами математического анализа и громоздкими вычислительными процедурами.
При дедуктивном методе (логически дедуктивном [14]) проектирование рассматривается как некоторый процесс последовательного построения проектных решений , в кот. из решения предыдущей задачи формируется ограничение, определяющее , или начальная информация в процедуре решения следующего этапа. Для дедуктивного метода должна быть справедлива формула «замыкания» задач последовательной схемы
(1.4)
В дедуктивном методе каждое из промежуточных решений задачи является разветвляющимся деревом вариантов по отношению к задаче , решающейся на следующем этапе.
Иерархическая структура решения задачи системного проектирования должна быть логической основой разработки системы оценок эффективности проектируемых ОНТ на всех уровнях исследования объекта проектирования; дедуктивизация процесса проектирования возможна, очевидно, на основе единства представления информации о проектируемом объекте, кот. дает возможность реализовать «замыкание» задач в исследовательской цепи. Универсальным способом создания такого единства является разработка совокупности математических моделей объекта проектирования, характеризующихся определенными структурными свойствами. Так, в методике проектирования компьютеров [9] различают такие структуры:
-
системная (архитектура устройства);
-
алгоритмическая (алгоритм функционирования);
-
логическая (функциональная схема устройства);
-
конструктивная (монтажная схема).
Обоснуем комбинацию дедуктивного метода с достаточно широким распараллеливанием некоторых групп задач проектирования. Полнота определения задачи проектирования достигается за счет элементов , и в схеме Н. Наряду с чисто дедуктивным «замыканием» задач при разработке сложных систем (1.4) во многих случаях при невозможности решения некоторые из задач требуют формирования элементов , по проектным решениям более поздних этапов, т.е.
(1.5)
Неопределенность задач приводит к необходимости построения решения по прогнозируемым данным и для того, чтобы получить и соответственно с (1.5). В этом случае возникает итерационный цикл для формирования достоверных данных , задачи (* – элементы ЛСП, полученные в самой ЛСП).