Уровни сложности проектных задач.
Вопрос об установлении объективной меры оценки сложности различных задач проектирования не прост. В настоящем случае будем исходить из введенных ранее системных представлений об объектах проектирования и установленных видах деятельности в процессе проектирования.
Поскольку объектом проектирования является техническая система S, то значит, задача проектировщиков в общем случае состоит в определении принципа действия П технической системы, совокупности элементов Г системы, структуры и параметров Е отношений R, объединяющих элементы Г в единое целое, т.е. S={П, Г, , Е}= ?.
Однако, в отдельных задачах проектирования могут быть априорно известны некоторые сведения о будущей системе. Именно из объема и содержания априорного знания о требуемой системе можно и нужно исходить, оценивая сложность той или иной задачи проектирования.
Реально существует несколько типов задач проектирования технических систем различной сложности.
1) Проектирование технической системы S, требующее предварительного поиска наиболее эффективного физического принципа П действия для конкретных условий и ограничений.
Очевидно, что задачи первого типа являются наиболее сложными, поскольку предварительное знание о будущей технической системе полностью отсутствует.
Обычно задачи этого типа возникают в связи с открытием новых физических явлений, которые подталкивают к разработке совершенно новых технических систем.
При проектировании технической системы S в подобных случаях, кроме поиска физического принципа П, надлежит определить элементы Г, структуру и множество параметров Е для отношений R, объединяющих элементы Г между собой.
ПРИМЕР 1. Проектирование весов.
Выбор возможного физического принципа действия из известных (на законе рычага, использующие линейную упругую деформацию, использующие пьезоэффект и т.д.) или поиск еще пока не известного принципа. 2) Тесно связана с предыдущей группа задач проектирования систем при априорном указании принципа действия и отсутствии каких-либо дополнительных данных о будущем объекте.
Итак, задачи второго типа менее сложные, нежели первого; и по содержанию сводятся к определению элементов Г, структуры , множества параметров Е для отношений R, объединяющих элементы Г в единую систему S.
ПРИМЕР 2. Проектирование рычажных весов.
Известно: принцип действия - принцип рычага; условия эксплуатации.
Необходимо найти: Г = ? = ? Е = ?
3) Третий класс задач проектирования характеризуется тем, что априорно известны принципы П и состав элементов Г системы S. Процесс проектирования сводится к поиску структуры и определению совокупности параметров Е системы S.
Практически часто встречается постановка задачи, когда структура задана в виде набора возможных вариантов 1, 2, ... k, т.е. третий тип задач можно разделить на два подкласса:
3а) - структура неизвестна;
3б) - структура задана набором вариантов.
ПРИМЕР 3. Проектирование рычажных весов; структура задана двумя вариантами.
| 1 | 2 |
|
Рис. 3.6. Рычажные весы.
ПРИМЕР 4. Проектирование печатного узла (ПУ).
Известно: принцип объединения элементов в ПУ, перечень элементов Г узла и возможные пространственные схемы 1 и 2 объединения элементов.
Требуется: выбрать вариант схемы объединения и определить размерные параметры Е взаимного положения всех элементов ПУ.
| 1 | 2 |
| 
|
Рис. 3.7. Структуры ПУ.
4) Четвертый класс задач по содержанию представляет собой поиск значений параметров Е системы S с известными принципами П, перечнем элементов Г схемой (структурой) . Такие задачи наиболее просты.
ПРИМЕР 5. Проектирование рычажных весов по рис. 3.8.
Рис. 3.8.
Известно: принцип действия П, элементы Г весов, структура ( конструкции весов.
Необходимо найти: размеры рычага, диаметр чашек, способы крепления чашек к рычагу.
ПРИМЕР 6. Проектирование конструкции печатного узла, причем элементы необходимо установить по рядам и столбцам.
S ={П, Г, , Е} ? П - известно Г - известно - известно Е - не известно ?
Рис. 3.9. Печатная плата с элементами.
Известно: принцип построения П, перечень элементов Г, структура пространственных связей пр.
Необходимо найти: геометрическое положение каждого элемента - параметры пространственного расположения элементов.
Для оценки необходимости участия человека в процессе проектирования ТС, надо учесть современные представления о формализованном решении задач синтеза. Сейчас большинство специалистов считают, что строго формализовано получить объективное решение можно только при синтезе параметров Е системы S с известными принципами П, элементами Г и структурой . Такими задачами занимается область математики называемая параметрической оптимизацией.
Кроме того, возможно объективное (строгое, формализованное) решение задачи выбора варианта из множества заданных при наличии критерия выбора.
Таким образом, теперь можно оценить сложность любых задач проектирования и роль человека в процессе их решения.
Общим характерным свойством задач первого, второго типа и типа 3a является первоочередное участие в их решении человека-творца. Причиной этого является наличие этапа синтеза структуры системы S, который является сугубо творческим по характеру действия.
Ясно, что задачи типа 3б и четвертого типа являются наиболее простыми; по содержанию они представляют собой задачи определения неизвестных параметров Е системы.
Важной особенностью этих задач является потенциальная возможность формализации их решения и, следовательно, полной автоматизации. Причиной является отсутствие этапа синтеза структуры , который нельзя выполнить формализовано (действительно, известно, что задача размещения элементов на ПП решается автоматизированного на ЭВМ; см. пример 6).
Задачи проектирования четвертого типа можно условно отнести к задачам рационализаторским, т.е. к тем задачам, где требуется в почти готовом объекте изменить наилучшим, оптимальным образом размеры каких-либо элементов или расстояние между ними. Задачи четвертого типа называют задачами поиска оптимальных значений параметров заданных технических решений, в отличие от задач первых трех типов, которые называют задачами поиска оптимальных структур.
Итак, использование понятия системы дало возможность объективно оценить сложность различных проектных задач и роль человека в процессе проектирования.