автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Совершенствование автоматизированных систем управления качеством проектно-конструкторской и познавательной деятельности на базе метода принятия решений в условиях неопределенности

исследоплтельскип центр проблем качества подготовки специалистов

На правах рукописи

РГ 5 ОД 1 5 ДЕК Ш>

Оразбеков Булат Парухович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКОЙ И ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА ВАЗЕ МЕТОДА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ

Специальность 05.13.10 "Управление в социальных и экономических системах"

Автореферат диссертации па соискание ученой степени кандидата технических паук

Москва - 1996

Работа выполнена в Исследовательском центре проблем качества подготовки специалистов.

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент A.A. Добряков.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Б.Г. Лйтвак; кандидат технических наук Д.А.Новиков,

Ведущее предприятие: Авиациопныйнаучцо-техничойКий комплекс > . ' ' им.А.Н.Туполева

27 декабря 16 00 Защита состоится "__"__ 1096 г. в _ час.___мин. на

заседании специализированного совета К053.35.03 в Исследовательском

центре проблем качества подготовки специалистов по адресу: 105318,

г.Москва, Измайловское шоссе, дом 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Исследовательского центра.

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан "Jt" "оябр" 199С г.

Учепый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

И.Б.Моргунов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темь;. Внедрение ЭВМ и компьютерных технологий в такую важную для научно-технического прогресса область человеческой деятельности, как проектирование и конструирование, длктует потребность п создании автоматизированных систем опирающихся на специальные виды методического, информационного и математического обеспечения человеко-машинного взаимодействия. Важное значение такие автоматизированные системы приобретают на ранних стадиях проектного анатиза, характеризующихся высокой степенью неопределенности исходной проектной информации, нечеткостью п слабой формализуемостью задач, наличием значительного объема качественной нпфермацин, многокритериалыгастыо.

В существующих автоматизированных системах управления процессом проектирования этим вопросам либо не уделяется достаточного внимания, либо рассматриваются лишь некоторые из них. Поэтому разработка метода принятия многокомпонентных решений в условиях неопределенности и совершенствование на ее основе систем управления качеством про-ектио-копструкторской деятельности является актуальной научно-технической задачей.

ЦбйЬКШаЙЕШ является совершенствование автоматизированных систем управления качеством проектно-конструкторской и познавательной деятельности яа базе метода принятия решений п условиях неопределенности.

ЖеШН^ШЖЛаяШШЯх Результаты диссертационной работы получены на основе комплексного использования положений системного апалнзя. теории нечетких множеств, теории оптимального управления, теории выбора и принятия решений.

Даучяяя гтутт работы. Разработан новый метод принятия многокомпонентных решений в условиях неопределенности, отличающийся от существующих формой представления проектного решения 8 аидо совокупности детермлнирскашгой и нечеткой составляющих.

Предложена новая блочно-модульная схема системы управления качеством проектно-конструкторского решения, которая определяется исходя из условия обеспечения эффективности человеко-машинного взаимодействия, путем предоставления проектировщику информации в структурированной форме, удобной для последующего анализа.

Разработана структура проектно-конструкторской игры позволяющая объединить элементы обучения принятию рациональных технических решений и умению взаимодействовать в реальных условиях проектно-конструкторской деятельности.

На защиту выносятся следующие положения:

- метод принятия решений в условиях неопределенности;

- блочно-модульная схема системы управления качеством проектно-конструкторского решения;

- алгоритм поиска рационального проектно-конструкторского решения;

- структура проектно-конструкторской игры.

Практическая ценность. Создан программно-методический комплекс, инвариантная часть которого реализует заложенный в разработанном методе стереотип принятия решений и взаимодействие составных частей комплекса, а предметно-ориентированная часть в зависимости от имеющейся информации и специфики объекта проектирования используется для адаптации программного комплекса к конкретным условиям и , характеру решаемой задачи.

На основе системы управления качеством проектно-конструкторского решения разработала автоматизированная проектно-конструкторсхая игра, позволяющая прививать обучаемым умение и навыки принятия решений в реальных условиях практической деятельности, моделируемым в игре.

Реализация результатов. Разработанные методы и результаты исследований применяются на предприятиях; АНТК им.А.Н.Туполева (г.Москва), НПО "Союз" (г.Люберцы), ПО "Авангард" (г.Стерлитамак).

Материалы работы используются в учебном процессе МГТУ им.Н.Э.Баумана: лекции по курсу "Обеспечение творческих форм проектно-

конструкторской деятельности в САПР силовых конструкций", практически и лабораторные работы.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научно-технической конференции молодых ученых и специалистов СНВ'94 МГТУ им. Н.Э.Баумана (1994 г.); 1-ой ыеждународвой конференция "ВОСТОК-ЗАПАД" - "Информационные технологии в проектировании ИТП'94" (Москва, 1994 г.), а также та семинарах ряда отраслевых НИИ и КБ.

Щйликашш, По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы.

Стру^гп'Р-з ц объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы и приложений, содержит 137 страниц текста, 25 рисунков, 3 таблицы, 55 страниц приложения, список литературы из 112 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматривается актуальность решаемой проблемы, формулируются цели и задачи исследования п приводится общая характеристика содержания работы. ■ .

Е_первой главе проведен аналитический обзор работ и выделены

основные направления развития в области автоматизации проектно-конструкторской деятельности. Рассмотрены различпые структурные схемы управления процессом проектирования. Излагается сущность и содержание задачи управления качеством проектно-копструкторской деятельности. На основе анализа проектно-колструкторской деятельности задача проектирования формализуется в терминах теории принятия решений.

Основная цель проектирования рассматривается как разработка технической системы наиболее полно отвечающей требованиям технического задания, которые образуют комплекс критериев (показателей качества), используемых для оценки принимаемых решений на различных этапах создания сложпых технических систем.

Процесс проектирования условно разбивается на три основные стадии. На первой стадии формируется основная руководящая идея и вы-

бирается принцип действия, которые и определяют технический облик конструкции в целом. На второй стадии в пределах .выбранного облика производятся структурная оптимизация и на третьей (в пределах выбранной структуры) - параметрическая. Все три стадии взаимообусловлены и содержат в своем составе отдельные элементы друг друга. Поэтому процесс проектирования, в целом, носит многоцикловый возвратпо-поступательный характер.

На основе анализа существующих автоматизированных систем проектирования показано, что они, в основном, носят параметрический характер и не предназначены для решении слабоструктурированных, несхематнзиро-вапных задач, содержащих качественные характеристики.

Таким образом, обосновывается необходимость в разработке методов анализа и процедур управления целенаправленным синтезом, которые обеспечивали бы возможность наиболее рационального включения ЭВМ в творческий процесс проектко-конструкторской деятельности.

Перечисляется ряд отличительных особенностей, которые предлагается учитывать при разработке автоматизированных систем управления качеством проектно-конструкторских работ:

в качестве объекта управления может рассматриваться: либо сам процесс проектирования, либо проектно-конструкторское решение, либо и то и другое совместно.

- человек является неотъемлемой частью автоматизированной систе-, мы, поэтому в информационном контуре он может выполнять функции как

объекта, так и субъекта управления и, следовательно, его деятельность должна определенным образом проектироваться.

- значительная часть информации, необходимой для формализованного описания объекта управления существует в качественной форме, при этом не все цели выбора управляющих воздействий и условия, влияющие на згот выбор, могут быть выражены в виде количественных соотношений.

- процесс проектирования можно рассматривать как целенаправленную последовательность актов принятия решений.

Все это в совокупности и определяет основную цель работы для достижения которой рассматриваются следующие задачи:

- разработка метода принятия решений в условиях неопределенности;

- анализ обобщенной схемы проектирования н выделение инвариантов проектяо-конструкторской деятельности;

- построение, па основе выделенных инвариантов и разработанного метода, системы управления качеством проектпо-конструкторского решения.

ЙЮдаШ-ЕШД посвящена разработке метода принятия решений в ус-\

ловнях неопределенности. Дана постановка задачи принятия решений в

условиях неопределенности и отмечены ее особенности. Рассмотрены воз/

можныо модели процесса принятия решений. /

Показано, что при решении задач, требующих структурной оптимизации, конструктор как лицо принимающее решение (ЛПР) имеет дело с формально неопределенными связями, качественными критериями, а зачастую и с неформальным описанием требований технического задания (ТЗ). Наличке в задачах подобного рода неопределенностей, ведет к необходимости их формального учета и а проектных критернях\при поиске рационального провктпо-копструкторского решения (ИКР) неопределенность, присущую рассматриваемой задаче надо сохранить, чтобы не обеднить состав исходной информации.

Если поиск рационального ПКР ведется при условии сохранения имеющегося уровня неопределенности, то и окончательную цель пет смысла точяо фиксировать. В соответствии с этим формальное описаиие цели (ТЗ), параметров разрешаемой проблемной ситуации, а также значений качественных факторов, выражаемых в терминах цели, можно представить в виде нечетко определенных предпочтений. Например,

ремонтопригодность - "НЕ ОЧЕНЬ ВЫСОКАЯ",

технологичность - "НИЗКАЯ".

Способ формализованного описания параметров решаемой задачп, являясь более общим по своей природе, и в тоже время более простым

с логической точки зрения, позволяет при использовании нечетких метрик получать формально обоснованные решения, учитывающие влияние и количественных, и качественных факторов.

С дел но формализации процедур принятия решений связанных с ка- ' чественньши характеристиками, предлагается использовать математический аппарат теории нечетких множеств. Для этой цели определяются специальные функции принадлежности и на их основе вводятся лингвистические переменные, которые в наиболее естественной для ЛПР форме, отражают особенности его неформальных предпочтений и в тоже время являются точными операндами для расчета на ЭВМ.

Каждый из записанных на естественном языке нечетких терминов может быть представлен в виде:

110(у)/у (1) •

где в - нечеткое множество элементов У области рассуждений,

/1.р. У [0;1] - функция принадлежности, связывающая с каждым элементом у из У число (1(у) в интервале [0;1], которое и представляет собой степень принадлежности у к О.

Применение лингвистических переменных для описания нефор- >. мальных элементов, встречающихся в процессе решения проектпо-коиструкторской задачи, обусловлено еще и тем, что размытость |

I

' (расплывчатость) свойственна самой сущности процессов восприятия, вое- I произведения я переработки информации человеком. Конструктору лег- ! че формулировать свое мнение расплывчато, и: нечеткая оценка в боль- 1 типстве случаев оказывается более адекватной реальной действи- > тельисстн, чем четкая.

Если принимать во внимание нечеткость суждений человека, ЛПР может считать, что задача принятия многокомпонентного решения, формализованная как задача минимизации векторов, имеет нечеткую постановку

тштп "желательно, чтобы все рассогласования ТЗ-ПКР по возможности бы^ ли бы меньше некоторого значения".

В настоящее время основными группами методов при решении задач векторной оптимизации язляются следующие:

- оптимизация последовательности скалярных (локальных, частных) критериев, при введении приоритетов и назначении последовательных уступок;

- оптимизация с целью выделения парето-оптималышх решений;

- оптимизация, в смысле близости решения к некоторому идеальному значению;

- оптимизация на основе компромиссных соотношений, например путем введения весовых коэффициентов или использования пороговой оптимизации.

Эти группы методов различаются степенью дополнительней информации, которую необходимо получить от ЛГ1Р для проведения оптимизации, а также сложностью вычислительных процедур, предназначенных для обработки этой информации и для проведения собственно оптимизационных расчетов.

Наиболее распространенным способом скаляризацип является взвешенная сумма частных критериев:

Р(Х)

2Ы{*)У

к«1____N (2)

где и>, - весовой коэффициент;

т - количество частных критериев;

/,(х) - линейное преобразование частных критериев у>(х), связанное с нормированием и переносом начала координат.

В предлагаемом методе частные критерии эффективности рассматриваются в впде разности показателей, отражающих фактическое состоянии

ПЕР и требований ТЗ:

где 1ц - частный критерий эффективности, характеризующий относительное отклонение /-го показателя /-го ПКР от соответствующего требования ТЗ.

Значения функций принадлежности р.(у) и структурное содержание лингвистических переменных устанавливаются исходя из опыта прошлого или среднестатистических представлений лиц, принимающих решения.

Для определения значений весовых коэффициентов частных критериев и 1 предлагается использовать различные модели линейного упорядочения, например, оснозалные на статистической обработке матриц парных сравнений критериев.

Нормированные значения количественных характеристик могут определяются из соотношения:

где f|| - нормированное значение /-го критерия 1-го варианта; Уц - абсолютное значение /го критерия /-го варианта: Уп1п1 - минимальное значение /-го критерия; Утн„1 - максимальное значение /-го критерия.

Метрика для вычисления частных критериев эффективности имеет следующий вид, для V К!**1,...,т) :

и =

УЦ ~ УтЫ I

(4)

У та! / ~ Ут.т I

+ (иЦТАтз (у) ■ ^м(у))г1ш [г*тах-иАтФАтз + (а£а,)1)

(5)

где

¡АТз,А1~№таХАТЗм(у)]/1 - нормированные показатели нечеткости функции принадлежности;

8тпх" ^(У)ПаГУт"х " 1 - параметр максимальпой

где

I

^А^А!" 1 ( У) ^у - показатель неопределенности

0 параметров А1'3 и А,;

тАтзм ' !/""лтзЛ1 - моды площадей !

/1 чгпАтзм " ординаты центров тяжести (ЦТ)

площадей Я (см. рис.1). Вводится понятие уровня относительной неопределенности

/;ГЯ.//./ (в)

И. = Г^ - неопределенная часть рассогласований ;

~ м^у • детерминированная часть рассогласований.

Множество эффективных ПКР выделяется из условий:

(1"1"1ш.Ып<(1к1-Н1); (Ьм/)ты'- ттЬн1 (7)

Дальнейший выбор рационального ПКР производится на основе праксеологического анализа дополнительных критериев.

1-1

т

Рис.1 Графическая иллюстрация к построению метрики потерь. (и.*: (}'), и-ч(у)- функции принадлежности 1-го ПКР к требования ТЗ, Рл, Рлгзстепенн неопределенности г-го ПКР и требования ТЗ)

Цг' ЦТ ЦТ ЦТ ,

}1 а., Ц а„ у л., у лггкоордннаты центра тяжести функции принадлежности /■го ПКР и требования ТЗ.

В третьей главе на основании обобщения ряда работ, в которых процессы познавательной деятельности рассматриваются с различных сторон, выделяются следующие три составляющих проектко-копструкторской деятельности.

1. Формирование общего замысла - стратегия ПКД.

2. Формирование структуры решения - тактика ПКД.

3. Оценка результатов и корректировка - механизмы регуляции

ПКД.

Процесс проектирования предлагается рассматривать как функционирование некоторой системы управления, состоящей (помимо ЭВМ) из трех элементов: конструктора (ЛПР) - органа, вырабатывающего управляющие воздействия; ИКР - модели фактического (реального) состояния объекта управления; требований ТЗ - модели цели или идеального объекта (эталона).

Тогда задача органа управления (ЛПР) состоит в том, чтобы на каждом шаге процесса проектирования преобразовывать исходную информацию, характеризующую фактическое состояние ПКР, так, чтобы показатели эффективности создаваемого ПКР максимально удовлетворяли требованиям ТЗ.

В зависимости от уровня сложности решаемой проектно-конструкторской задачи (ПКЗ), степени ее структура русмости и неопределенности можно выделить "жесткий" и "гибкий" способ организации процедур человеко-машинного взаимодействия.

Если ПКЗ формализуема и структурируема полностью, то разработка технологии ее решения сводится к созданию соответствующих алгоритмов, т.е. жесткой регламентации проектных процедур и порядка их следования. При такой организации процесса проектирования ЭВМ выполняет ведущую роль. Конструктор не может вмешаться в процесс решения задачи и довольствуется лишь возможностью изменения входа на основании выхода.

Если ПКЗ определена нечетко, схематизирована не полностью и формализуема лишь частично, то в этом случае организация процесса

проектирования должна быть организована более гибко, с учетом характера объективно существующих закономерностей ПКД. Отличительная особенность предлагаемого гибкого управления ПКД состоит в том, что ЭВМ формальными средствами помогает конструктору выполнять и неформальные действия, путем предоставления ему ориентирующей информации (интеллектуальных поддержек), которую она определяет на основе специального анализа детерминированной части решаемой ПКЗ и имеющегося опыта прошлого.

Конструктору предоставляются три вида интеллектуальных поддержек: формальные указатели стратегии, тактики и семантической обратной связи, объединенные в систему управления поиском решения.

1. Указатели стратегии (УС) содержат интеллектуальные поддержки, отражающие смысловую структуру ПКД и возмояшые пути формирования общего замысла.

В зависимости от степени неопределенности исходных данных и проектных критериев УС предоставляются конструктору в различных формах:

- аналитической,

- графической,

- табличной,

- иерархической,

- продукционной.

Аналитическая форма УС, представляет собой соотношения полученные на основе анализа базовых расчетных схем и структурированные по ключевым параметрам разрешаемой проблемной ситуации.

Графическая форма УС представляет собой графические зависимости, полученные на основе имеющихся экспериментальных и теоретических данных (рис. 2).

Табличная форма УС предоставляет конструктору возможность оценить каждую частную "стратегию" с учетом целого ряда как количественных, так н качественных параметров.

Иерархическая форма УС представляется в виде "И-ИЛ1Г-графа, дающего общее структурное описание объекта проектирования.

Й_ТР-£1М\Й_ГЛЗ.М па основании обобщения ряда работ, в которых процессы познавательной деятельности рассматриваются с различных сторон, выделяются следующие три составляющих проектпо-конструкторской деятельности,

1. Формирование общего замысла - стратегия ПКД.

2. Формирование структуры решения - тактика ПКД.

3. Оценка результатов и корректировка - механизмы регуляции

ПКД.

Процесс проектирования предлагается рассматривать как функционирование некоторой системы управления, состоящей (помимо ЭВМ) из трех элементов: конструктора (ЛПР) - органа, вырабатывающего управляющие воздействия; ПКР - модели фактического (реального) состояния объекта управления; требований ТЗ - модели цели или идеального объекта (эталона).

Тогда задача органа управления (ЛПР) состоит в том, чтобы на каждом шаге процесса проектирования преобразовывать исходную информацию, характеризующую фактическое состояние ПКР, так, чтобы показатели эффективности создаваемого ПКР максимально удовлетворяли требованиям ТЗ. ,

В зависимости от уровня сложности решаемой проектно-конструкторской задачи (ПКЗ), степени ее структурирусмости и неопределенности можно выделить "жесткий" и "гибкий" способ организации процедур человеко-машинного взаимодействия.

Если ПКЗ формализуема и структурируема полностью, то разработка технологии ее решения ' сводится к созданию соответствующих алгоритмов, т.е. жесткой регламентации проектных процедур и порядка их следования. При такой организации процесса проектирования ЭВМ выполняет ведущую роль. Конструктор по может вмешаться в процесс решения задачи и довольствуется лишь возможностью изменения входа на основания выхода.

Если ПКЗ определена нечетко, схематизирована не полностью и формализуема лить частично, то в атом случае организация процесса

проектирования должна быть организована более гибко, с учетом характера объективно существующих закономерностей ПКД. Отличительная особенность предлагаемого гибкого управления ПКД состоит в том, что ЭВМ формальными средствами помогает конструктору выполнять и неформальные действия, путем предоставления ему ориентирующей информации (интеллектуальных поддержек), которую она определяет на основе специального анализа детерминированной части решаемой ПКЗ и имеющегося опыта прошлого.

Конструктору предоставляются три вида интеллектуальных поддержек: формальные указатели стратегии, тактики и семантической обратной связи, объединенные в систему управления поиском решения.

1. Указатели стратегии (УС) содержат интеллектуальные поддержки, отражающие смысловую структуру ПКД и возможные пути формирования общего замысла.

В зависимости от степени неопределенности исходных данных и проектных критериев УС предоставляются конструктору в различных формах:

- аналитической,

- графической,

- табличной,

- иерархической,

- продукционной.

Аналитическая форма УС, представляет собой соотношения полученные на основе анализа базовых расчетных схем и структурированные по ключевым параметрам разрешаемой проблемной ситуации.

Графическая форма УС представляет собой графические зависимости, полученные па основе имеющихся экспериментальных и теоретических данных (рис. 2).

Табличная форма УС предоставляет конструктору возможность оценить каждую частную "стратегию" с учетом целого ряда как количественных, так и качественных параметров.

Иерархическая форма УС представляется в виде "И-ИЛИ"-графа, дающего общее структурное описание объекта проектирования.

KD

Стратегия 1 Стратегия 3 Стратегия 2

KB В

Рис,2 Графический вид стратегического указателя (КЭ-крнтерий эффективности, КПВ-компонента внешнего воздействия)

кэ

_>. пс,

ПС, --> ПС, ПС,

___________». ас.

Рис.3 Тактический указатель (анализ чувствительности ПС-парамстров состояния, КЭ-критсрнн эффективности).

Продукционная форма УС используется при недостатке информации для построения вышеперечисленных указателей и представляет собой конкретный совет для выбора "стратегии", полученный на основе имеющегося опыта прошлого.

2. Указатели тактики (УТ) предоставляют конструктору интеллектуальные поддержки, касающиеся средств выполнения общего замысла, и также могут быть выражены в разных формах, позволяющих конструктору оцепить степень влияния на конечный результат каждого из параметров состояния, характеризующих с.оздаваамое ПКР и провести анализ чувствительности (рис. 3).

3. Указатели семантической рС'рагярй Р№?и (УСОу.) предоставляют конструктору интеллектуальные поддержки, на основе которых осуществляется корректировка содержания проектных процедур. В наиболее общем виде этот указатель молено представить как гистограмму шго-гопарамегрических рассогласований "Т8-ПКР", определяемую для всего набора проектных критериев (рис.4). Па основе анализа показателей гистограммы конструктор выделяет доминирующее рассогласование и с учетом поддерживающей информации об опыте прошлого и элементов ассоциативного, переноса предоставляемых ЭВМ, предпринимает неформальные про-.ектйо-конструкторские действия направленные иа его уменьшение. Благодаря этому на каждом шаге целенаправленного процесса поиска рацио-нальпого ПКР создается необходимое информационно-логическая основа , для выбора (порождения) наиболее эффективных, с точки зрения требований ТЗ, действий конструктора. Результаты интуитивно-логического вмешательства конструктора на каждом итерационном шаге процесса проектирование оцениваются по трем показателям: суммарному рассогласованию ТЗ-ШСР, тенденции его изменения и эффективности предшествующих пробктно-коцструкторских действий. Таким образом корректировка ПКД осухцествляется по суммарному рассогласованию и как бы двум его производным.

кэ

Стратегия 1 Стратегия 3 Стратегия 7

квв

Рис,2 Графический вид стратегического указателя (КЭ-критерий эффективности, КВВ-компонента внешнего воздействия)

Рнс.З Тактический указатель (анализ чувствительности ПС-параметров состояния, КЭ-критерий эффективности).

1.1

Продукционная форма УС используется при недостатке информации для построения вышеперечисленных указателей и представляет собой конкретный совет для выбора "стратегии", полученный на основе имеющегося опыта прошлого.

2. Указатели тактики ГУЛ предоставляют конструктору интеллектуальные поддержки, касающиеся средств выполнения общего замысла, и также могут быть выражены в разных формах, позволяющих конструктору оцепить степень влияния на конечный результат каждого из параметров состояния, характеризующих создаваемое ПКР и провести анализ чувствительности (рис. 3).

3. Указатели семантической обратной связи (УСОС) предоставляют конструктору интеллектуальные поддержки, на основе которых осуществляется корректировка содержания проектных процедур. В наиболее общем виде этот указатель можно представить как гистограмму многопараметрических рассогласований "ТЗ-ПКР", определяемую для всего набора проектных критериев (рис.4). На основе анализа показателей гистограммы конструктор выделяет доминирующее рассогласование и с учетом поддерживающей информации об опыте прошлого и элементов ассоциативного переноса предоставляемых ЭВМ, предпринимает неформальные про-ектно-конструкторские действия направленный на его уменьшение. Благодаря этому на каждом шаге целенаправленного процесса поиска рационального ПКР создается необходимое информационно-логическая основа , для выбора (порождения) наиболее эффективных, с точки зрения требований ТЗ, действий конструктора. Результаты интуитивно-логического вмешательства конструктора на каждом итерационном шаге процесса проектирования оцениваются по трем показателям: суммарному рассогласованию ТЗ-ПКР, тенденции его изменения и эффективности предшествующих проектно-копструкторскнх действий. Таким образом корректировка ПКД осуществляется по суммарному рассогласованию и как бы двум его производным.

Гистограмма ТЗНПКР

а

О

ч л

и и ч о.

.8 .6

.2

0

.6

.2-1 0

П (Т

Ими 1иА М ВЛгЫ» Ы 1»4?

Критерии

Гистограмма ТЗ-ПКР

П !

Ш1 Вар-5

Вар-6

кии иА ы ка йп1 1ю1,

Критерии

Рис.4 Гистограммы рассогласований ТЗ-ПКР (Расс.-рассогласовання по частный критериям эффективности)

На каждом шаге многоциклового процесса целенаправленного поиска приемлемых вариантов 1НСР конструктор выполняет следующие три функции:

1) в соответствии с характером поддерживающей информации, предоставляемой указателями стратегии ШСД формирует содержательные представления о направленности поисковой деятельности в целом;

2) на основе анализа чувствительности параметров состояния ПКР и с учетом качественных ограничений возможности реализации, вырабатывает состав Гуоектнс-кояструкторских действий с целью уменьшения значений имеющихся рассогласований ТЗ-ПКР;

3) при помощи указателей семантической обратной, связи оценивает эффективность предпринятых им действий и корректирует их.

Процедуры целенаправленного преобразования ПКР выполняются до тех по~ пока функционал взвешенных суммарных потерь не примет приемлем!. значение. Затем процесс порождения рационального варианта ПКР повторяется для следующей структуры^ Прекращение поиска альтернат!«: производится после определения уровня разнообразия порожденного множества конкурентоспособных ■ вариантов и оценки степени его полноты.

Предлагаемая структура системы управления качеством проектво-копструкторского решения состоит, функционально, из двух подсистем: подсистемы генерации альтернатив, основу которой составляет система управления поиском решения (СУПР), и подсистемы выбора, основанной на разработанном методе принятия решений в условиях неопределенности.

СУПР предназначена для предоставления ЛПР ориентирующей ин-фор:..:мши и структурированной форме, удобной для содержательного ш л/ за, на этапах, представляющих'собой ключевые функциональные точки процесса проектирования, а именпо:

- формирования общего замысла,

- поиска путей реализации замысла,

- оценки эффективности предпринимаемых действий и формирование управляющих воздействий.

Н>

В подсистему генерации альтернатив входят блоки СУПР, блок формирования требований технического задания (ТЗ), блок начальной оптимизации (БНО), блок Еозмояшостей прялизяцпи (БВР) и комплексный расчетный блок (КРБ) (рис. 5).

Подсистема многокритериального выбора предназначена для выполнения операций связанных с выделением парето-оптималышх вариантов ПКР и многокритериальным выбором рационального ГОСР и включает в себя блоки множеств возможных и приемлемых альтернатив и блок выбора "АвзоЗ".

Приводится краткое функциональное содержанке каждого из блоков:

- блок ТЗ предназначен для ввода требований технического задания л выбора тиноз нормировки и екпляризации;

- блок стратегических указателей предназначается для выдачи структурированной информации о имеющихся прототипах проектируемого объекта и выбора его структуры;

- блок начальной оптимизации предназначен для проведения параметрической оптимизации;

- блок возможностей реализации содержит ограничения па технико-экономические условия производства;

- блок указателей тактики предназначен для анализа чувствительности я оценки степени влияния параметров состояния ПКР ка частные критерии эффективности;

- комплексный расчетный блок позволяет произвести поверочный расчет ПКР с учетом как количественных, так и качественных факторов;

- блок семантической обратной связи предназначен для оценки эффективности предпринимаемых проектно-конструкторсккх действий на этапе проектирования выбранной структуры объекта и выработки управляющих воздействий па ПКР;

- блок множества возможных альтернатив предназначен для выделения парето-оптималышх вариантов ПКР заданной структуры;

ОТЭУП-ограничения на технико-экономические условия производства, КЭ-критерий эффективности, ВПО-анешиие параметрические ограничения, ПУ-параметры управления, мКТС- матрица конструкторско-технологических ситуаций, КЗТО - количественные значения технологических ограничений, БД-С-база данных по стратегиям, КТС-конструкторско-технологическая ситуация, ВИК-базовая информационная карта, ост.обоз.в текст«)

- блок множества приемлемых альтернатив предназначен для выделения оптимальных, с точки зрения требований ТЗ, вариантов ПКР различной структуры (стратегии).

- блок "ЛааоГ предназначается для мдогохритер'иялшого выбора ПКР !'з множества приемлемых альтернатив.

Необходимо отметить, что система управления качеством проектпо-кокструкторского решения не противопоставляется традиционным САПР, а дополняет их, решая те вопросы, которым в них обычпо не уделяется должного внимания.

2£Е£ЗЛаЛ-ХДа-ЕЗ посвящена применению системы управления качеством лроектно-копструкторского решения в учебном процессе. Характер п содержание предлагаемой технологии принятия решений представляет собой систему "нежестко" регламентируемых алгоритмоподобгшх указаний, предписывающих, что надо делать, а какой последовательности и в пределах каких ограничений. Такая регламентация способствует формированию определенного стиля мышления, необходимого конструктор у (обучаемому) пря целенаправленном разрешении проблемных ситуаций в условиях неопределенности, Это позволяет использовать систему не только как копструк-торско-плисковую, яо и как обучающую автоматизированную систему -тренажер ГОСД.

Исходя из концепции "предметного содержания деятельности", разработанной академиком А.Н.Леонтьевым следует, что учебный процесс должен, во-первых быть имитацией той среды, в которой будут работать студенты; ио-вторых, содержать в себе конкретные цели, задачи и проблемы реальной деятельности людей; в-третьих, обеспечивать формирование у студентов способностей решать практические задачи.

Разработанная, па этих принципах, проектао-конструкторская игра используется для тренировки и развития творческого мышления, формирования практических умений и навыков принятия решений, обучения выработке групповых решений в реальных условиях проектио-конструкторекой деятельности.

Проектно-конструкторская игра "Проектирование криогенного бака экспериментального самолета" (рис. 6) состоит из следующих этапов.

Вт&я 1. Подготовки участников и экспертов.

Формулируется главная цель запятая. Определяются составы групп -конструкторских бюро (КБ), распределяются роли в КБ (генеральный конструктор, технолог, экономист и т.д.), Обосновывается постановка проблемы и выбора ситуации. Выдастся техническое задание на проект.

Этап 2. Изучения ситуации, инструкций, установок и других материалов. Собирается дополнительная информация. При необходимости студенты обращаются к руководителю игры и экспертам за консультацией. Допускаются предварительные контакты между участниками игры.

Этап 3. Проведение игры.

Включает основные стадии разработанной технологии принятия решений:

- выдача стратегических указателей, выбор структуры;

- проектировочный расчет, параметрическая оптимизация;

- выдача ограничений на возможность реализации, анализ чувствительности параметров состояния;

- поверочный расчет, оценка эффективности предпринимаемых про-ектно-кокструкторских действий, выработка управляющих воздействий на ИКР;

- выделение парето-оптимального множества ПКР;

- выбор наиболее рационального ПКР из сгенерированных КБ;

Этап 4. Анализ, обсуждения и оценки результатов игры. Сравнение лучших вариантов ПКР различных КБ, выступления экспертов, обмен мнениями, защита студентами своих проектов.

В заключение руководитель игры констатирует результаты, отмечает ошибки, формулирует окончательный итог занятия.

КБ-3

Руководство игры

Группа обеспечения

КБ-2

Генеральный конструктор

КБ-1

Прочностной отдел

Конструкторский отдел

Планово-экономический

Отдел главного технолога

Игровая группа N0!

Рве.6 Структура игрового комплекса лроектно-коясгрукторской игры "Проектирование криогенного баказкепериментального самолета" (КК-конструкторское бюро)

OCBOSHMC 8ЫВРДИ ПО работе:

1. Разработан метод принятия многокомпонентных решений в условиях неопределенности, который позволяет осуществлять многокритериальный выбор альтернатив, с учетом влияния качественных факторов.

2. Предложена блочно-модульная схема системы управления качеством ПКР, которая обеспечивает повышение эффективности человеко-машинного взаимодействия, путем предоставления проектировщику ориентирующей информации в форме, удобной для содержательного анализа, в ключевых точках процесса проектирования.

3. Применение системы управления качеством ПКР в учебном процессе как основа проектно-конструкторской игры позволяет:

- прививать обучаемым умение и навыки принятия рациональных технических решений;

- обучать выработке групповых решений в реальных условиях проектно-конструкторской деятельности;

- интенсифицировать ход игры за счет ускорения расчетов и повышения наглядности представления результатов действий участников.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Archipova N.V., Dobrjakcrv A.A., Orazbekbv В.Р., Ledovskich U.P., Kobyzev G.P. CAD Intellectualisation Methods. / Internationa] Conference "EAST-WEST" Information Technology in Design, EWITD'94. - Moscow, 1994. - Sept. 5-9. - P. 188-195.

2. Архипова H.B., Добряков A.A., Оразбеков Б.П. Методы интеллектуализации поисковых процедур. // Межотраслевой научно-технич. сб. "Техника, Экономика", серия "Автоматизация проектирования", вып. 4. - М.:, 1994, НИМИ. -С. 29-38.

3. Оразбеков В.П. Система поддержки принятия решений в условиях неопределенности. // Тезисы докладов. Научно-технической конференции "Студенческая научная весна '94". - М.: МГГУ им. Н.Э.Баумана, 1994.

4. Архипова Н.В., Добряков А.А., Орязбеков В.П. Функциональная структура гуманизированных алгоритмов. // Межотраслевой научно-техшга. сб. "Техника, Экономика", серия "Автоматизация проектирования", вып. 3-4 (сдвоенный). - М.:, 1995, ВИМИ. - С. 73-83.

V

Исследовательский цяпр проблем качества подготовки специалистов 105318, г.Москва, Измайловское шоссе, дом 4.

Заказ №_ Объем 1 п.л. TitjiiuK 100

Типография НИИАЭ, 105187 г.Москва, ул.1Сиргогчпая,39.