автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Многоальтернативная оптимизация программных комплексов при разработке маршрутов автоматизированного проектирования и производства

В - 1 у $

ВОРОНЕЖСКИЙ ПО ^ТЕХНИЧЕСКИЙ ИКОТИТСТ

На правах рукописи

ОСТАПЕНКО Еа.е«а Вячеславовна

МНОГО АЛЬТЕРНАТИВНАЯ О-ТТШЗАЦИЯ ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МАРШРУТОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА

Специальность ОБ.13.1?, - "Системы автоматизации проектирования"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата техничкоких наук

Воронеж 1992

Работа выполнена не кафэдре систем автоматизированного про-ектирог ния Воронежского политехнического института

Научный руководитель: доктор технических наук, лрофосоор Я.Е.Львович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профэсоор

А.М.Бершадский, кандидат технических наук Н.И.Бзракников Ведущая организация: Научно-исследовательский центр электронной вычислительной техники (г. Москва).

Защита состоится " 10 " декабря_1992 г. в 14_чао.

на заседании специализированного совета Д063.81.0?. Воронежского политехнического института по адресу: 394026, г. Вороне*, Московский ттр., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " 10 " нояйря 1992 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ С" 'ДШИЗИРС'ВАННОГО СОВЕТА • доктор технических паук, Профессор

Я.Е.Льбович

' п.; „ --¡-Ir-^í

' - ' ----- -

ОПЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современный уровень развития систем автоматизированного проектирования (СМТР) средств вычислительной техники (СВТ), предъявляет новые, все более серьезные требовчния к »J'активности .и качеству процесса проектирования, расширению функциональных возможностей автоматизм]»-ванных систем. Поскольку программное обеспечение (ПО) занимает приоритетное положение среди других видов обеспечений САПР, то несомненно актуальней является задача совершенствования принципов и методологии проектировытя, организации, взаимодействия и использования программных комплексов.

Интеграция и адаптация как два неразрывно связанных доминирующих направления развития ПО САПР базируются на концепции взаимного влияния свойств объекта проектирования на организацию средств САПР. При. этом появляющаяся в процессе интеграции многовариантность проявляется как на уровне объекта проектирования в виде множества альтернативных вариантов конструкций СВТ, способов изготовления, оборудования и материалов, так и на уровне маршрута проектирования и реализующих его средств САПР в вида множества альтернативных для каждого этапа проектирования программных средств. В связи с этим возникает необходимость разработки формализованного • аппарата структурного синтез;, шпчг-р.гроваыгох САПР на основе выбора варианта на кнотостро ¡ссм'инлциЗ конструкторс-ко-технологических спосос'оз изготсгио.ч'.!я СВТ, пту' ктных процедур и операций, Усредств САПР для каждого зтапз проектирования, елти -малыьго в смысле заданных технике- экономических тр^бозыглЯ.

Анализ особенностей объектов прое-:таровакад, таких как высокая размерность, отсутствие в рядо случаев энклитических зависимостей критериев качества, неопределенность ъ ^лрг^ровании глобального критерия оптимальности в задаче многоцелевой оптимизации приводит к необходимости развития работы ¡то раси.птртеаемггй тематике в связи с недостаточным отражением перечисленных особенное -, в существуlODtHX разработках.

• Таким образом, актуальность т&кк заключается в необходимости разработки научно-обоснов-тннх и практически значимых м^тодо.) структурного синтеза программных комплексов автомэтзиропажнх систем, позволяюсь« в значительной степени повисить эЭДоктчшость процесса автоматизированного проектирования и кпче^тво прежтнру-fíiíHX объектов.

Цель работы и задачи исследования. "елью диссертационной работы является разработка подхода к процессу структурного синтеза программных комплексов в интегрированных системах автоматизированного проектирования и производства, сознание моделей, алгоритмов и программ, характеризующих практическую значимость и теоретическую обоснованность предлагаемой методики.

Для достижения ук^_>анной цела в работе решались следующие оевовине задачи:

анализ эффективности организации программного обеспечения в интегрированных системах автоматизированного проектирования и производства в плане повншения его эффективности, мобильности и удобства кспоъзования в работ«;

формализация системных связей элементов маршрутных схем и программных комплексов в рамках оптимизационной модели;

разработка ввря^ностно-детершнировпнного алгоритма поиока оптимального варианта на Сазе метода мкогоальтернетивной оптимизации;

|{ор!Л5ровани9 многокритериальной оптимизационной модели в соответствии с исходной постановкой задачи коыплэксирования программных средств в интегрированных автоматизированных системах (АС);

разработка диалоговых процедур взаимодействия с проектиров-щикм, в целях поватэния эффективности многокритериальных вычисли-тельных схем;

создание средств графической поддержи многоальтернативных алгоритм!"'эских процедур;

разработка программных средств многоальтернативной оптимизации для использования в задачах автоматизированного синтеза программных комплексов, соответствую»* маршрутам автоматизированного проектирования и производства;,

апробация программного комплекса на примере программного обеспечения интегрированной САГО5 мьтричнш БИС.

Методы исследования ооновываотЬя на теории математических моделей и моделирования,. теории сложных систем, геории вероятностей, теории исследования отоаций, в частности, ьчп' »те дискретной стохастической и миогоалътернативной оппилизацил. При разрЭ'5откб программны* средств применялись'методы модульного тфограммирования.

Научная новизна работы и основные по-

лохвния, выносимые на защиту Научная новизна работы заключается в разработке принципов и процедур многоальтернативной оптимизации для структурного синтеза программного обеспечения интегрированных систем автоматизирован!гого проектирования и производства СВТ. Основными отличительными особенностями предложенного подхода являются следующие:

предложены способы формализации системных связей элементов маршрутных схем и программных комплексов, позволяющие осущест-апять моделирование и алгоритмизацию структурного синтеза ПО интегрированных АС с учетом специфики предметной области;

разработан алгоритм согласованного выбора вариантов на уровне объекта проектирования, маршрута проектирования и реализующих его средств САПР, отличавдлйся возможностью организации направленного перебора на множестве альтернатив;

предложена иерархическая многокритериальная оптимизационная модель, обличающаяся наличием элементов адаптации к среде проектирования, учитывающая особенности объекта проектирования и ограничения по используемым экономическим ресурсам;

математический аппарат многоальтернативной оптимизации дополнен алгоритмическими процедурами, позволяющими использовать его"в ситуациях различной априорной информированности;

разработаны процедуры многоцелевой оптимизации, обеспечивающие интеллектуальную поддержку процессов прлнятия решений и эффективное сочетание априорной и текущей информации об объектах проектирования;

предложена гибкая, легко модифицируемая и адаптируемая структура программного комплекса многоальторнативной оптимизации, отличающаяся высокой универсальностью, наличием развитого тексто-во-графического диалогового интерфейса, возможностью работы с объемными информационными структурами.

Практическая ценность работы заключается в следующем:.

использованный'в процессе разработки программного продукта принцип модульного программирования позволил создать универсальные инвариантные программные компоненты с возможностью их разнообразной конфигурации и широким спектром прхлокения в поонг-,. од-ственннх системах и научных исследованиях;

в рамках предложенной общей концепции автоматизироватого номплексирования программного обеспечении интегрированных САПР разработан ьысокозфГяктивный программный комплекс, применение ко-

торого позволило повысить производительность труда проектировщиков СВТ обеспечить приемлемый уровень использования экономических ресурсов, получить объекты высокого качеств?».

Результаты практиче^хоЛ реализации и внедрения состоит в следующем. Теоретические и экспериментальные исследования по рассматриваемой проблеме использовались в двух научно-исследовательских работах, проводимых на кафедре САПР Вороне,. ;;ого политехнического института в рамках НИР. Результаты НИР внедрены на НПО "Электроника" с ожидаемым годовым экономическим эффектом 98,7 тыс. руб.. ь также в учебном процессе Воронежского политехнического института для студентов специальности гг.оз - "Системы автоматизированного проектирования".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и оСсуадались на следующих симпозиумах, конференциях, семинарах и совещания*: Всесоюзном совеДании- семинара молодик ученых и специалистов "Разработка и оптимизация САПР к Г АЛ изделий электронной техники на базе высокопроизводительных мини- и микроэвм- (Воронеж, 1989); научно-техническом семинаре "Современные методы обеспечения качества и надежности алоктроишх приборов" (косква, 1990); Всесоюзном совещании-семинаре "Интерактивное проектирование технических устройств и автоматизированных систем яэ персогапышх 5ВМ" (Воронеж, 1991); республиканской конференции "Современные проблемы алгоритмизации" (Тяннечт, 190*); Всесоюзном научно-техническом семянорр "Созда-ы" I;1 " ^ллэктуальных САПР СБИС и электронных средств- (Геленджик, 1С0П), 1*" международном симпозиуме -адективность, качество и 1)ндол'но;:ть систем •'человек-техника $Р-эронзя, хээо) • всесоюзной школв-сомияаря "Разработка и -лчйй САПР в радиоэлектронике"

(Челябинск. ЬШ); Всьо,ог«нш «ч-сениндрах по и» оматиьадаи проеК1К]01г-.<№<1 "ЯМ я ОГЛЗ (Гу]у,.-,-»■> : .»ЭО, 1992); роспи.Чп-.пм сопй-в;въ4ии-сэмянарс "Оитим^пьн^е про&кировшп.е тахничоиких устройств и 8втомлтн:.1гр-)Вьч:шх систем" (Вор';т;эк, 1992); межгосударственно?, научной "Экотрм.ч чыше задачи и их приложения" иасст:!!*

Ноигор^ц, 1992); еь'.г>>А>«ых научных ;«>»'*р<}ьцилх профссороко-пр*-1кнрьательс.|.--."о сс>г,;ъъъ Сс-роншочогс п^литнхикчег :ого институте.

П у б якьц и н. По дисч/''|р' мри г.пК'Лик«.«»а:<о Й4 печатные ( ^'от'ч Р-мьышь результат /ис'^ртации достаточно голно отрадны .и 15 щбликащш.. перечень которых ь^я^адчн I- колче аат.фе^-рта.

Структуре и объем .работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литература и Б приложений. Основной объем работы составляют 146 страниц текста, 14 рисунков и Б таблиц.

ОСНОВНОЕ ПДЕРЖАКИЕ РАБОТЫ .

В о введении обоснована актуальность работы, дана ее краткая характеристика, показаны основные пути решения сформулированных 'проблем.

В первой главе диссертации проводится обзор и анализ вопроса эффективности организации ПО в интегрированных системах автоматизированного проектирования и производства СВТ, рассматриваются особенности выбора и адаптации программных комплексов в соответствии с маршрутами проектирования и производства.

Отмечается, что программные комплексы рассматриваемых АС относятся к сложным системам, проектирование которых ведется в рамках системного подхода с учетом блочно-иерархическЬго прш-ципа. Вйутренняя организация программных подсистем производится с использованием технологии сборочного программирования. Принципы модально-иерархической организации и модифицируемости программных комплексов утверждаются в качестве важнейших атрибутов ПО интегрированных АС проектирования и производства .ЛУГ. Наибольшую актуальность в настоящее время преобретает проблема адаптации ПО к пользователю АС (интеллектуализация, развитие диалогового интерфейса), к особенностям объекта проектирования (совершенствование алгоритмической базы, включающей альтернативные программно-алгоритмические средства) и к условиям эксплуатации.

На современном этапе развития интегрированных систем автоматизированного проектирования и производства открытым вопросом остается эффективная реализация принципа адаптации программных комплексов к особенностям объекта проектирования, что позволяет сделать вывод о необходимости создания принципиально новых и совершенствования существующих разработок, направленных на решение рассматриваемой проблемы. Неавтоматизированкные способы генерации программных комплексов, реализующих сквознсЪ цикл "проечтир.аание-производство", являются достаточно сложными, т. к. большое количества маршрутов и соответственно технической документации отйьи? в тупик среднеквалифицировэкного пользователя при выборе маршрута для конкретного объекта проектирования. .•

Анализ существующих разработок, направленных на решение этой проблем^, позволяет сделать вывод о том, что вопроси автоматизированного синтеза програкшых средств и принятия реионий о выборе . оптимального ьэрий'лта пока еще остаются откатами. Несмотря на р. - ноо-'фазие подходов, четко прослеживается тенденция создания гфограм.лы-моштора для автоматизированных процедур проектирования и системы автоматического программирования, используемых в гибком автоматизированном про» годстве. Сродства и способы создания вышеуказанных систем различны, но их функциональное назначение, в-целом, единообразно и заключается в управлении программны« комплексом для обеспечения гибкости процессов проектирования и производства.

Автоматизированный синтез программных средств в настоящее ьрег-л реализуется с использованием средств и методов искусственного интеллекта, прогнозирования, математического программироь,-)шя, исследования операций, теории вероятностей, теории градов,' теории распознавания образов, теории лгагьистических переменных и нечетких множеств, теории принятия решений, системного моделирования, языков управления, адаптивных алгоритмических процедур и др. Каждый из перечисленных подходов содержит как положительные стороны, так и негативные моменты, которые в целом снижают их универсальность .

Рассматриваемая задача автоматиз1фовшшого структурного синтеза программных комплексов имеет ряд особенностей, к-числу.которых следит отнести презде всего следующие: большую размерность, ослокняицую полный комбинаторный перебор всех вариантов; возможность у;с«"т,тьия аналитических выражений (функций цели), херакте-риг^'хшх зависимость показателей ыглах: от показателей входящих в к-эь подсистем (программных модулей}; кообходимость привлечения ьяаниР акспертов для оргагшзацда шфэригтивного взеимодейстсяд пользователя о системой в иоля^ установления оптимальных слосз-ко-магшншх диалоговых процедур. Перечисленные особенности накладывают определенные ограничения на выбор методики комплексирова-«шя ПО в соответствии о маршрутом автоматизированного тхюктиро-ы-ния у производства. Б этой связи анализ существующих подходов возроляот сделать вывод о перспективности развития Метода миого-аль~?ртти* й оптимизации для решения указанной проблемы.

3 о второй главе раосш'-реш вопросы формализа-щш сиотымите связей элементов маршрутных схем и программных комплексов в соответствии о маршрутом автомяткпирсванного ярояк-

тировэния и производства, приведены вероятностно-детерминированные алгоритмические схемы оптимального выбора на множестве альтернатив.

С целью формирования оптимизационной модели выявляется взаимнооднозначно.- соответствие мааду элементами маршрутных схем и функциональными проектируют'ли элементами и формализуют::* системные связи в соответствии с маршрутами ав-.'оматизтровакного проектирования и производства. Рассматриваются различные проектные ситуации: сущостьуют щюг^раммнне модули (ПМ) многоцелевого назначения, которые решают несколько различных тп>'»ктных задач; одну задачу решает несколько ррзлкчннх ПМ; существуют проектные работы, которые реализуются выполнением определенной совокупности ПМ.

• Как правило, в реальных системах невозможно ограничиться одной из рассматриваемых выше еитуаций из-за достаточно высокой сложности объекта и процесса проектирования. Поэтому предлагается некоторая обобщенная схема, информация о которой может храниться в памяти ЭВМ в виде двумерного массива - матрицы смежности. Столбцам матрицы будут соответствовать проектные операции (ПрО), а строкам ПМ. Если на пересечении »-го столбца и .>-ой строки матрицы будет стоять единица, то это означает наличие взаимноодноод-нозКачного соответствия между »-ой ПрО и л-ым ПМ или группой (набором) ПМ. Обратная ситуация идентифицируется значенном "ноль". Сведения о сосгаве групп и наборов ПМ могут мыть предстйьлены аналогичным образом. При значительных размерностях задтчи наибо-вде.эффективно хранить исходную информацию а базе данных (БД), например, реляционного типа. Такой способ обеспечивает виг-жуя степень доступности восприятия содержимого БД и его корр^.<ти;х"- -I

Анализ проектных ситуаций приводит к постановке типовой оптимизационной задаче о выборе варианта, которая может оыть прообразована в задачи о покрытии, разбиении и упаковке. Возможны также случаи, при которых функциональные характеристики отображаются нелинейными зависимостям, либо отсутствует возможность априорной аналитической формулировки функций цели. Обобщенную математическую формулировку рассматриваемой задачи предлагается записывать в виде многокритериальной задачи дискретного программирования с ограничениями:

®<<х«п> -»ехгг, »,6 1,.

N '

где I - множество индексов показателей систеик, требования к ;;~>то-

рым формализуются в виде критериев оптимизации; 12- множество индексов "оказателей системы, требования к которым.формализуются в виде ограничений.

Показывается, что генерация программною комплекса, реалиэу-юаего конкретной маршрут автоматизированного проектирования, а такие структурный синтез технологических процессов (ТП) в интегрированных АС осложняется высокой размерностью задачи, отсутствием аналитических математических моделей, невозможностью формулировки глобального критерия оптимальности. Существующие подходи к решению задач такого типа базируются в основном на использовании приближенных методов поисковой оптимизации, характеризующихся различными априорными способами организации направленного перебора. Однако перечисленные неопределенности осложняют реализацию жесткой схемы перебора и приводят к необходимости построения гибкой схемы формования перебора, которая бы не валялась «приорной, а ф^шировалась на основе обучения свойстам долевой функции в ходе оптимизационного процесса.

Использование для решения рассматриваемой задачи метода многоальтернативной оптимизации предусматривает выделение в качестве инвариантой части вероятностного алгоритма дискретной оптимизации исевдобулевой функции векторного аргумента, к которому предъявляется требование булевости. Рассматриваемый алгоритм является приближенным и реализует итерационную схему поиска оптимальных вариантов. Адаптивный характер алгоритма приводит к сокращению перебора, уменьшению вычислительных затрат и времени за сче* дополнительной обработки получаемой в процессе поиска информации. Запись итерч'дяо;гиых процедур настройки координат вектора переменных в хкрактеристиках математического ожидания позволяет перейти к эквивалентной вероятностной переформулировке исходной задачи с выбором в качестве схемы перебора случайного механизма. Использование принципа рандомизации позволяет автоматизировать перебор о помощью гониратсроз случайных величин и ш существу перейти к дифференциальным характеристика, т.е. воспользоваться правилами локапышх улучеькй.

О целью поваььиия степени универсальности алгоритма предлагаются различные эвристические способы выполнения условия локалг-ного улучт? я вариационного типа Лхн»1 СГ(х)1 - Л^кСГ(х)1 * О, на ооноваши которых реализуются раз типе по и«фошйроьапносити алгоритмические структуры. Рассматривается ж^мбиьяровеннал схема направленного перебора, исполъзумцнл понятий" 1 '.чк.мчвоко!о сдвига",

>рганизуютоя альтернативны« правила останова и получения глобчль-юге» экстремум.

Вероятностный алгоритм оптимального выбора в слпу ст ¡то ¡риблихенного характера и ориентации на задачи высокой р^омор^ос-ги предлагается использовать на начальном этапе процедуры стук-гурчого синтеза с целью сохранения размерности задачи и получении гриб^мженно^о решения. Минимизируя псевдо^улеву <й/ккцкю шер^д'п->ом т. роятностной алгоритмической схемы, получзим з итоге разбл.з-ше всего вектора переменных на три независимее груши;:

I. переменные, которые приняли в процессе поиска установив шеся значения (р(к{=1) —■• 1 к р(х,^0) —► 01;

, 2. переменные, которые мо;шо рассматривать как бив^лотные ¡арамотры (р(х{»1) —0.& и р(х{«0) —► 0.5):

3. переменные, • »роятнсстак'характеристики которых нб стч-йишзнровалиоъ т. процесса поиска.

временные юавдаой группы участвуют в детбрмиикосваыюй схел н »честв& неиышетных, я первых двух груш - в качества констант. ?аким образом, значлтельно сокращается размерность исходной ъг.диг щ и возникает реальная возможность использования точного рлг' -штмо для чния поставленной задачи.

Детерминированный алгоритм оптютнзают исбБдооулешх ф^а-,— Ой. отнован на представлении оптимизируемой функции з к«июиичвс--сой форме, аналогичной дизьшктиьгэй <Торме булевоЯ функции:

Пх......X») - 2 С(а)х^!..Д

1 ^ а£ягп 1 п 1

да а - (а,,....а^) - булевый вектор;

- х® - х, - 1-х,, I ГГн; С(а) - Г{а(..,ап).

Детерминированная схема поиск л опт.^алкхх вариантов сидерит процедура формирования оптимизируемой функции в каноническом яде (и& требуется аналитическая зависимость). првобразося...« аэ-ашейных неррвьнств в линейные, получения базисных и множества юех решений неравенств, формирования характеристике ох.»:* ¿.ункцйЧ I получения точек минимизации и минимума псевдобулэвой функции, (редлйгаетоя использовать в алгоритмичвск^й схема процедуры правления 'юдо&.л членов и применения законов булевой алгебры.

Третья главе диссертационной роботы 1цзсвядена £о-гропам алгоритмизации процедур оптимального висорп ь условиях ю'ожесгвенности технических требований и неопределенности и ьибо-» цели.

СплциТмка рассматриваемой проблемы дает основание диффер" шфслэтъ ьтно'дастно показателей Г., £,, —, Т. , составлявших ве:

4 1 с. ' И

терл.ис« критерий качества маршрута автоматизированного проектир У, на три группы: экономические характеристики (время ра: работки и стойкость создания проекта);"показатель »фиктивного использования пычислительных ресурсов ЭВМ (структура машинной ] иц ги); функциональные характеристики проектируемых изделий.

К ^ислу универсальных экономических требований отнесем ст< устные и временные характеристики; к критерию оптимального аспользояякня вычислительных ресурсов ЭВМ - обьм машинной пам! тк, ойнйм?|-мьгй программным комплексом.

Абсолютные значения машинного времени и памяти не являютс] показомлып.ми Хбрактеристиками, поэтому- вводятся некоторые кр1 критерии экономичности, характризувдие зависимость указанных в< личин от размерности решаемой задзчл Р:.Р. (Т) ~ с Ра, где с - 1 Бф^иниен! гфопорциональности. При а £2 накладываются эначителы ограничения не стоимость решаемых задач. Следует также отметит1 чт чек Пгта эта зависимость к линейной, том сффективнее ^чеш вэвмый вариант. Эти характеристики носят названия: быстродойст! и моадеость. Причем, под быстродействием понимаются как затраты машинного Бремени, так и удельная трудоемкость вычислений: ТВу; "В*Т-'!.', где Б - быстродействие используемой ЭВМ, которое опреде

п

ляется посредством выражения Б » 100/(,2( Ч^), я, - доля опе] ций »-ого типа в % при исполнении программы в тестовой сггуацда - время исполнения с врации {-ого типа. В качестве критерия мощности будем использовать показатель удельных затрат па"яти, приеденный гнше.

для отражения в многокритериальной оптимизаций, ¡ной модели свойств проектируемых объектов и 7 ч ютов их производства введем дополнительные критерии оптимальности: обобщенные показатели кг чества и количество работоспособных единиц проктируемых объекте Б связи с тем, что процесс проектирования разбит на ряд этапов, на каждом из которых используются свои машинные программы, реа,; вующие те или иные функции, критерии качества можно дифференцировать на локальные и.глобальше. Первые будут характеризовать качественные стороны проектируемых объектов по отдельным этапам тггуактирования, вторые - комплексную оценку качества полученног варианта. Так в качестве интегрального показателя может быть на смотрчня точно ?/гь результатов, х•фт.гг'физущаясл максимальной '' вредно Г' относительными погрешностчми расчета находи

заметров.

К числу глобальных критериев оптимальности отеосем чьуле )бство использования и гибкость входного приблемно-орйгнтщх)-шого языка, надежность рлботн, оперативность, а те;осн поимок-1ть модификации ПО. Ясно, что такие характеристики яольавЛ 1пени качостшшке, чем юличоотшнпшв. Кдчественнге сп.орлки >6кт0в проектирования являотзя сложнофэшализуцмыми йэ-38 ьв -можности их численного определения. В связи с !)г»!м цо>;со:.б-игг;м предстаачяется фэрмировятте критериев качества экспертным ■ем о использованием теории нечетких множеств.

Ввиду недостатка «приошой информации о взаимном вляяплп ажнооти критериев ряоо.. .риваемую задачу сдедуот считать ола-ормализованной. Отсутствие (в ршдь случаев5 лвши иналит/чко -выражений функций ноли, их декретный и многоэ'лстрщадьнь.Р актер, невозможность формулировки глобального критерия опти-ыюста, а ;.;нивйицего в целом аИективиость марарут^х схем, вртит к ке^гое деланности в выборо цели. Для преодолен.1.1 ука-ннх неопределенностей необходима более полная формализации г 1л многоцелевой оптимизации, пой водящая построить процесс "о а решег таким обр&о^м, чтобы в рго хсд* раскрылись би з'.и гфеделе....->сти на основе т-жукей инфэрмящгл. Однта из наиболее бмлемше в указанной ситуации является адаптивна. подход, поз-яющий максимально использовать всю текущую априорную губи, к ■ чую и о'б'обктивнуи? информацию, что деет возможность б зшии-ьной степени повысить эффективность многокритериального поиска «мйльното.варианта. Стохастические (адаптивные) аг~оритмы векторной опт-тзь-базируются на понятиях рандомизации и мнсгоурорнеьости. Ка»-уровень в алгоритмической схоме свя ывается с различными (от хценных до ояож)- (X) стратегиями поиска паилучиюс вариантов: тхь дифференциации показателей качестве на группы во стэпеяи 1ротиворвчиьости; уровень выделе над главного критерия гчцрл (лыш групп; уровень адаптивного учета ограничений: урсвенв течения оптимальных точности и скорости сходимости алгоритми-1их процедур.

Кспользо дао понятия рьндомиаации позволяв1: пэрвходкть от >дном чостарв^и эад*»и к ее эквивалентной первцо^дулировнв б юотйе случайны* векторов,. Это обеспечивает вввдылм на каждом ¡не алгоритма дискретных случайных величин, ктчроти-чнэя пе>)->Якп ьвройткоотных характеристик которых нриьодо к Ъярищхыз-

НИМ рвядшдзяроодшоя функции ПрОДПОЧТЭНИЯ.

!«свничийе эффективности адаптивных алгоритмических проца-дуо многокритериального поиска представляется целесообразным свя зоть с качественной оценкой формируемых вариантов. С этой целью орг«клзуегся диалог о пользователем, в ходе которого ЛПГ характе разует степень удовлетворенности .поЛучьнним решением. Оформиро-Т'.пчнаи танш образом функция предпочтения используется в качеств коэффициента коррекции при перестройке вероятности привлечения 'фитериег; к оптимизации.

Ориентация алгоритма многокритериального выбора ка взаи-" мсд^йствко о пользователем приводит к необходимости создания гиб кого диалогового интерфейса, в графической форме иллюстрирующего ход оптимизационного процесса. Анализ существующих направлений • машинной графики в прАяожении к решаемой задаче позволяет сделат «>нвол об использовании в данном случае средств деловой графики. Для отображении на экране терминала промежуточных и окончательно '-о р-жоний прорисовываются кгговые диаграммы, столбиковые гисто-гр>^«мн и линейные графики. Пречисленныа типы изображений прт-рамл-лю' обгоняются з единую многостраничную визуальную систему ноддеркки принятия решений.

В четвертой г лат* в рассматриваются вопросы формализации принципов модульного программирования в виде программного комплекса мкогсэльтернативной оптимизация и практическо реализации его на примере ПО интегрированной САПР матричных БИС а также длк гибкого технологического процесса сборки ЭВМ.

На основании принципов структурной организации программ при аппаратной поддержке персональной ЭВМ IBM PC/AT/XT на алгоритыи-чоскоу языке Турбо-Паскаль был реализован программный комплекс многоальтерчативной оптимизации, состоящий из ряда независимы программ и объединенный при помощи командного файла. В качестве инвариантных составляющих были разработаны программы: адаптивное многокритериального вчбора, детерминированного и стохастического оптимального поиске по одному критерию, графической поддержки многовариантного выбора. Обмен данными мезеду программами и мо дулями производится посредством файла глобальных переменных и файлов данных. Развитый диалоговый интерфейс, включающий подсказки, комментарии, прешвания, меню и другие сервисные возможности позволяв1; работать "с программным комплексом пользователям, рюличшх категорий.

Анализ ПО интегрированной ОАГГР матричных Ei'C SL-2000 дает ;.

основание считать рассматриваемый программный кгвдтлекс нч в поя-ной мере зфф&ктиьаым в смысле отсутствия в а го состава црогргч-мных средств выбора оптимального вараатн маршрута пвтока-'исчфэ-ванного проектирования и оптимальной совокупное1:» уцравляноих преграда СУП) для генератора изображений. Для выбора оптимального маршрута ььточетиоироьалного проектирования wn:o нрадтекить гакие технико-экономический хьрактеристукл, кек время разработки, 5» стоиькэсть, объем машинной памяти и точность. Результатом робо-гн программного комплекса мвогоельтарньтлыюй оптимизации является маршрут автоматизированного проактировати, облзд<5щий значи-гельно лучшими показателям" по сравнению с Еарданточ, ревлиаован-шм. вручную. Эксперимент гк..азгл. что при соксмцежу. вшмонг гт^ю-•ктирования на го 5, точность реэультатор снижается на 7.5 Я. (окно спрогнозировать тонданцл» значительного роста кремете pyi-гош проектирования и одновременныего сни^голл кячкньа объектов фоектир.»вьиил при уЕэ.тачении числа анализируемых маршрутов.

Критерии оптимальности в процессе выбора 171 япя генератора вображений можно ограничить слоцувдтм множеством: качество ¡.ojy-ьемше фотошаблонов, а также время и сюшость, оатрачкьаом»е яч а проиэвг '¿о. Конкретные екзлитичг-ские выраже^и указании* характеристик »изволят с высокой степенью точшети оценить мриан-ы решений с исполььоьаниам разработанных нрогр «мьчх средств.

Эффективное применение разраготашшх моделей, элгоригккь и рогрэмм б;)ло »грокллг-стрировано на примере рта с-ни я йацачи стук-урной адаптации гибкого технологического процесса сборки ЭВМ к гшнеп/р номенклатуры сборочных единиц. В качестве критериев оп-КМалЬКОС'ГК ИСПОЛ1 ЛОВИЛИСЬ ЬрбМОНЫ потери при BdiiyOKP ц:'.г',<ш!й адак»ой-номенклатуры. Фактически задача заключалась в выборе пт!'к>льных в смысле t. лнимума сремэни п. оекп технологического Зорудонанич рабочих чь-.<зт, технологических ргимоь сбор.л (иссло-оват>льчоош ■гг-шюлоппанехил операций и и:; распределения между абочим! иочицинми). В качестве исходных дооах исполкзсс •laob м^д^мая в интарпктиьном режиме 'i пользователем штормами о ч«£о-? функци. нирунаих на ;4агешй момант рабочих позиций, рвтме ньтуо-a, ycji:>htioro HOM' j -. >i и ¡.(мономания блок? 8ВМ, которой А.ушян со-ij'dTbC h результате была получена последовать льость тааюло-цепких операций и раг-счих гпзицнй, при копрой суммарное врямп <ото« составило 43382 сек. Гнтлслигорькие mi инртты покпза-», что чус по циклов Л1пимиза1рс» г ля ра'-чрл.г.'.чг ( не < .слче coj.- * з соддоьых от>р'щий h.j ирэг.апаат ТОО,

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОЕНЧЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В диссертации ргаработэны модели и алгоритмы иногоальтернативной оптимизации для структурного синтеза программного обес пччения интегрированных систем автоматизированного проектирован и производства СВТ. С единых методологических позиций решена за дача автоматизированной генерации программных комплексов с учет прлниэт:с.в адаптации и интеграции.

Основные 1«зул1-т9ти диссертационной работы заключаются в 'уюдукщем:

1 На основе ана газа традиционных методов выбора и адаптац тхтраммшх комплексов интегрированных АС выделены проектные пр г.чдурн, требующие оптимизации в рамках САПР, определены основны' технико-экономические показатели, установлен набор варьируемых параметров и ограничений.

2. Кредложены оптимизационные модели выбора маршрутов авто матизировенного проектирования и производства СВТ, характеризую ■дие задачу структурной адаптации как многокритериальную и много ал- -ернативьую. Разработана диалоговая схема принятия решег'й, позволяющая формализовать мнения проектировщика как на уровне главных показателей, так и на уровне выбора рационального вариа! та программного комплекса с учетом слабоформализуемых покязател<

3. Разработаны алгоритмические процедуры интеллектуальной поддерхки По многоальтернативной оценке предпочтительности выбо] вариантов на основании экспертной информации, использущие визу! лизаци» текущих проекта1 >х.данных посредством столбиковых гистограмм, круговых диаграмм и линейных графиков. .

4. Созданы вероятностно-детерминированные алгоритмические ггроце;../ры оптимального выбора, позволяющие работать на уровне различной априорной информированности при значительной размеряю) ти оптимизационных задач. Предложены альтернативные вычислительные схемы выполнения условия локального улучшения, останова, поиска глобального экстремума с возможностью автогенерзции алгори: ма. •

б. Создана гибкая, легко модифицируемая и aдaптиpyeмai структура программного комплекса * многоальтернативной оптимизации, включающая блоки формирования оптимизационной модели, векторной оптимизации, оптимизации по главному критерию, поддержки принятия решений и анализа результатов. Программно реализован т тирфейс о проектировщиком, вкллча;оп>.ий сервисные средства н элементы адаптации к пользователям различных кат<м орий.

6. Использование разработанного программного комплекса для пения задачи автоматизированного выбора оптимального марсгруха юктированид для САПР SI.-2GQO, а такие в условиях гибкого тех-югичэскогс процесса сборки ЗБМ позволило получить экономичес-I за счет сокрац.эния сроков внпо.гшанил проектных pafoT,

»ньшвния времени простоя оборудования и повышения качества ira -тируемых y изготавливаемых изделий.

Основное содержание диссертации опубликовало а следующих ра--■ах:

1. A.B.Антонов, Е.В.Ог""апбнко Структура Г,'О подсистемы шого-^•ернативной оптимизации ^ля САПР ТП производства РЗА с исполнением ПВК "Электроника MC 0G8G"// Разработка и оптимизация

[Р и ГАП изделий моктронной те .быки на база чысокояроизюли -1ьных мини к микроЗЕМ: -Тез. докл. Всесоюзного ссьотцзния-семина--Воронеж, Т989.,с.?Ж.

2. Бачурин В.И., Львович Я.Е.. Остапетео К.В. Многсапот^рна-нэя оптимизация автоматизированных технологических снегам [а электроники по показателям надежности, »Активности и кач' "л-У Совре' чые мэтодн качества и надежности электронных прибо-

: Материалы научн.-техн. семинара.- Москва, 1990'. ,с.105-Г07.

3 Остапенко Е.В. Графические средства ьизувлизации в зада-

приняти/i решений// Интерактивна гтроектарэватю технических рс.йств и автоматизированных. пистем'на персональных ЭЕМ: Тдз. л. Всесоюзного советания-секинара.-Возюьеж, Г991., с.III.

4. Рлндин A.A., Остапенко Е.В.. Сиброь A.A. Автсматизирсван-

синтез маршрут-* проектирования ' ТС средствами многоакгарня-

'•ой оптимизации// Современны* гцюблемы алгоритмизации: Тез.

Республиканской конференции.-Тешким, Г9Э1., с.С4-?5.

5. Львович я.е.,. ведоцкая С.Ю., Остапэпко Е.В. Вероятностей эритмиэчция задач ол шмальього проектирования РоУ/>' Разработка «сплуатьцяя САПР в радиоэлектронике; Тез. докл. Всесо-лиля га-семинара.- Челябинск, 1991., 0.14.

6. Риндич A.A., Оотапбнко В.В. Человеко-машинные процедуры адтия решений по показателям .эффективности и надежности при работСА1^// Эффективность, качеотво и надежность систем яовек-тохникв": Тез. докл. IX Всесоюзного симпозиум*.- Ворона», 1, 4.2, С.в4-«5.

7 А.А.Гиндин, Е.В.Остгтенко Интеллектуализалия процесса «мяльного etiope Majwpyia проектир-.'вкчия матричных ВИС к САПР//

«гвтоллвнтувлькых CAITF БИС к электронных средств: Тез. дохл. Во&'.'оюзчого клуто-тмиичзского семинара.- Москва "Радио и ТОЮ., с.70.

Я. A.A. Рнидин, Ю.Г.Зеленин, Е.В.Остапенко Интеграция проектах процедур и обеспечений САШ на основе методов многоальтер н; 7иы;оЯ опгш.'изацга// Сшт и перспективы развития матемагическо го, программного и технического обеспечения САПР в прессострое-нии: Те"», докл. научи.--техн. конференции.- Воронеж, 1990., с.46.

3. A.A. Рындин, Е.В.Остапенко Интеллектуальная поддержка ^.-цзппч принятия решений при разработке САПР ИЭТ// Метода искус-cvivjiworc интеллекта ь САПР: Тез. док i. Всесоюзной школы-семинара,- Ворон««. 1930, C.IG2.

10. Ршушн-A.A., Оотапонхо Е.В. Модели и алгоритмы многова-рионтной интеграции для разработки сквозных САПР ТОТ// Тез. докл, мевднародаой конф. "Новые информационные технологии в науке, образовании и бизнеса".- Воронеж, 1992, с.НО.

11. Остапенко Е.В. Автоматизированный синтез программных • кстл-жсов интегрированных систем средствами многоальтерна-чвной оптимизации// Тез. докл. межгосударственной научной конф. "Экстремальные задачи и их приложения",- Нижний Новгород, 1992, с.88,

Т". Jli ьович Я.Е., Остапенко Е.В., Усог П.И. Автоматизация поддержки принятия проектных решений// Оптимизация и моделирована в автоматизировании:; системах: Мевуз. сб. науч. тр.- Воронеа, i93Т, с.33-4?,.

13. Болецкая С.Ю., Остапчнко Е.В. Решение непреравно-диск-ретных вкстромалькых задач в автоматиэировмтных системах// Тез. доит. Российского совещания-семинара "Оптимальное проектирование техтг »ских устройств и автоматизированных систем".- Воронеж, 199?,, с.46.

14. Белецкая C.D., Остапенко Е.В. Структурная организация программного комплекса векторной оптимизации //Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах: Межвуз. сб. науч. тр.-Воронеж, 199?,., с.66-70..

1С. Исследование адаптивных алгоритмов оптимизации //Методические указания к лабораторным работам по курсам "Оптимизация в САПР" и "Конструирование алгоритмов в САПР" для студентов специальности 22.03 "Системы автоматизированного проектирования" дневной формы обучения / Вороне*, политехи, ин-т; Сост. Я.Е. Лг,еоьйч, А.И. Кандинский, Е.В. Остапенко, Воронеж, 199?,., ige.

ОуС

- ^