Процедуры структурного синтеза

Реализации процедуры структурного синтеза соответствует в системотехнике задача принятия решения. Сущность этой задачи заключается в определении множества возможных решений и ограничивающих условий. Процедуры структурного синтеза могут быть однокритериальные и многокритериальные. Реальные задачи проектирования, как правило, являются многокритериальными. Одна из основных проблем постановки многокритериальных задач – установление правил предпочтения вариантов. Способы сведения многокритериальных задач к однокритериальным и последующие пути их решения изучаются в теории оптимизации и математическом программировании (методы свертки, методы уступок, оптимизации уступок и др.) [10].

По степени неопределённости процедуры структурного синтеза подразделяют на три группы:

· детерминированные – в формулировке задачи все величины определены, нет случайных параметров;

· процедуры в условиях риска – в формулировке задачи есть случайные параметры;

· процедуры в условиях неопределённости – исходная информация в таких задачах неполная или недостоверная.

Наличие случайных факторов существенно усложняет выполнение задачи принятия решений (учет возмущающих факторов, противодействия и др.).

При выполнении процедур структурного синтеза в условиях риска используют два основных подхода [11]:

· решение «для наихудшего (расчетного) случая»;

· включение в целевую функцию математического ожидания и дисперсии выходных параметров.

В первом подходе задачу решают как детерминированную при завышенных требованиях к качеству решения, что является главным недостатком этого подхода. Пример – определение параметров и характеристик БЛА для т.н. «расчетной», наиболее нагруженной точки траектории (или наиболее трудных условий применения).

Во втором подходе достоверность результатов решения намного выше, но возникают трудности с оценкой целевой функции. Для алгоритмических моделей объектов применяют метод Монте-Карло, что требует значительных вычислительных ресурсов.

При выполнении процедур структурного синтеза в условиях неопределённости применяют две группы методов: методы теории игр и методы теории нечётких множеств [11,12].

В первой группе методов задача решается при наличии противодействия разумного противника. Такая задача при проектировании объектов техники выполняется на ранней стадии проектирования.

Во в торой группе методов противодействие достижению цели оказывают силы природы. Это достаточно распространённая, но практически трудно реализуемая задача.

Частным случаем структурного синтеза является формирование структуры БЛА. Остановимся на этой задаче поподробнее [13, 14].

Среди множества подходов к ее решению наибольшее распространение в системах автоматизированного проектирования получили методы, называемые комбинаторно-логическими. Эти различные по математическому аппарату и сферам применения способы решения основаны на общих принципах комбинаторики.

Для генерации структур вариантов используется перебор и поиск новых сочетаний в массиве аналогов и прототипов. Структуру объектов, имеющих одинаковое функциональное назначение, принято называть обобщенной.

Обобщенная структура представляет собой «комбинаторное пространство», в котором осуществляется поиск всевозможных альтернативных сочетаний элементов. Она составляется на основе знаний о данной предметной области, анализа массива существующих решений (аналогов и прототипов) и обобщения опыта проектирования [3, 14].

В качестве средств описания обобщенных структур используются табличные, алгебраические, логические и сетевые модели. Наибольшее распространение среди этих моделей получили морфологические таблицы, графы, альтернативные деревья и ориентированные гиперграфы.

Для БЛА синтез структуры тесно связан с пространственным размещением компонентов проектируемого изделия. К числу задач пространственного синтеза относятся, прежде всего, компоновка оборудования и его размещение в отсеках БЛА. Задача компоновки заключается в распределении n заданных элементов (конструктивов) в m блоках [13].

Элементами БЛА, чаще всего, могут быть подсистемы, агрегаты, размещаемые в отсеках БЛА. Типичными ограничениями при компоновке являются ограничения на расположение и вместимость блоков, несовместимость элементов отдельных типов друг с другом и потому необходимость их размещения в разных блоках и др.

При формировании структуры альтернативных вариантов БЛА требуется решение задач пространственного (конструкционного) синтеза, связанного с компоновкой и размещением оборудования в отсеках корпуса. При этом необходимо обеспечить проверки по месту расположения того или иного элемента структуры (пример: координатор цели может быть размещен только в носовом отсеке), проверки на несовместимость агрегатов оборудования (пример: баковый отсек несовместим с РДТТ) и т.д.