автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Структурно-целостный статистический синтез критерия реализуемости технического задания и технологии автоматизированного проектирования

р г Б од

я правах рукописи

СЁМИН Валерий Григорьевич

СТРУКТУРНО-ЦЕЛОСТНЫЙ СТАТИСТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ КРИТЕРИЯ РЕАЛИЗУЕМОСТИ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

05. 13.. 12 - Системы автоматизации проошировонип

( в промышленности )

Автореферат диссертации но соискание ученой степени доктора технических наук

Мое ива 19%

- г -

Работа выполнена б Московской Государственном институте электроники и математики (технической университете).

Научный консультант; доктор технических наук, профессор A.C. Черкасов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор А.Д. Иванников

доктор технических наук, профессор H.H. Сорокин

доктор технических наук, профессор Е.А. Саксонов

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений.

Защита состоится

на заседании диссертационного совета Д 063 68 05 в Московской Государственной институте электроники и ыэгеыатин по адресу: 109028, Иосква, Б. Трехсвятительский пер., д.3/12 тел.: 916-88-07.

С диссертацией ыожно ознакомиться в библиотеке ИГИЭМ.

Автореферат разослан

"23' /ЧЯЯ 1996 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ю.Л. Игванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Все многообразие задач, решаемых современной техникой и технологиями, различные аспекты их реализации находят свое отражение в техническом задании. Именно в техническом задании формируется концепция проекта, закладываются основные критерии и показатели будущих реальных систем и процессов. •

В соответствии с положениями системного этапа процесса проектирования концепция технического задания, откорректированная с участием разработчика - это рабочая концепция будущего изделия, системы или процесса. В целях организации достижения оптимальных результатов системное проектирование строится как итеративный процесс.

В дальнейшем процесс формирования оптимальной организации объекта проектирования лишь уточняется, но не изменяется, т.к. перестройка сложившихся к этому моменту времени кооперационных связей, участвующих в разработке предприятий, связана с значительными материальными затратами .

Однако, на практике некорректные требования заказчика и возможное нарушение разработчиком системных свойств описаний объекта проектирования приводят к неоправданно большому расходу временных и материальных ресурсов при заранее непредсказуемом отрицательном результате.

Сложившийся подход к проблеме автоматизации проектирования фактически "консервирует" традиционную технологию проектирования, т.к. не влияет на итерационный характер процесса проектирования.

Современные экономические критерии взаимоотношений между заказчиком и разработчиком актуализировали необходимость оценки качества проекта с позиций своевременности и достоверности. Достоверность в данном случае - это мера доверия, мера определенности принимаемого решения,мера уверенности принимающего решение в том, что реальный результат Судет соответствовать ожидаемому.

В связи с этим взаимосвязанные теоретические проблемы создания критерия реализуемости технического задания и разработки эффективной ресурсосберегающей технологии автоматизированного проектирования, обеспечивающей однозначную структурно-целостну» взаимосвязь технического задания с последовательными описаниями объекта проектирования .представляют практическую ценность я* значимость. Несмотря на известные результаты исследований указанных проблем в работах В.А.Мищенко, Л.И.Гурского, С.Ф Матвеевского, .

Г.А.Кейджяна, С.Б.Погребинского, В.П. Стрельникова и ряде других их решение с целью построения эффективных технологий автоматизированного проектирования,исключающих структурную коррекцию преды дущих этапов проектирования, остаются открытыми вопросами теории и практики.

Таким образом, тема диссертационной работы является актуальной и имеет непосредственное отношение к глобальной проблеме сокращения и управления техническим циклом жизни изделий, решена которой в значительной степени определяет конкурентоспособное!! проектной организации.

Цель работы. Решение теоретической проблемы синтеза критери; реализуемости технического задания и построения эффективной ресурсосберегающей технологии автоматизированного проектирования исключающей структурную коррекцию предыдущих этапов проектирования. Практическая реализация основных теоретических результата работы^ в классе систем электронной эмиссии.

Задачи исследования. Для достижения цели в работе решаютс: следующие основные задачи:

- разработки класса макромоделей описаний объекта проектиро вания (теоретико-множественная, топологическая, лексикографичес кая, стохастическая), описывающих статическую, динамическую ; статистическую характеристики;

- разработки методов формального оценивания целостности характеристического свойства технической системы (описание обгек та проектирования);

- разработка концепции структурно-целостного синтеза иссле дуемых объектов;

- разработка теории структурно-целостного статического син те за критерия реализуемости технического задания;

- разработка метода структурно-целостного статистическог синтеза технологии автоматизированного проектирования, исключаю щей структурную коррекцию предыдущих описаний объекта проектирс вания;

- разработки алгоритмов построения критерия реаяизуемост описаний- объекта проектирования, технологии автоматизированног проектирования;

- разработки и построение объектно-ориентированной технолс гш автоматизированного проектирования в классе приборов элега

ронной ЭМИССИИ;

- экспериментальной реаливации основных теоретических ре зультатов работы на ранних стадиях проектирования приборов электронной эмиссии.

Методы исследования. Для решения перечисленных вадач использованы методы теории алгебраических полугрупп, теории множеств, теории марковских случайных процессов с поглощением и восстанов лением реализаций,теории построения сложных систем, а также теории статистического синтеза систем совместного различения - оценивания стохастических сигналов, приближенные методы статистической динамики.

Для подтверждения результатов теоретических исследований используются методы автоматизированного проектирования в классе приборов электронной эмиссии.

Новые научные ревультаты. К новым научным результатам, полу ченным в работе, следует отнести:

- создание основ методологии макромоделирования технического задания и объекта проектирования, обладающих свойством структурной целостности;

- математические макромодели описаний объекта проектирования в классе систем с возможными изменениями режимов функционирования и мультиструктурных систем;

- впервые разработанные методы оценки структурной целостности исследуемых объектов на основе доказательства эквивалентности свойств теоремы о гомоморфизме для алгебраических полугрупп и отношением обратного и прямого уравнений Фокера-Планка-Колмогорова, а также отношением правдоподобия в совместном алгоритме различения-оценивания непоглощенных (структурно-целостных) реализаций марковского случайного процесса;

- критерий реализуемости технического задания на основе принципа сохранения объектом проектирования в течение заданного интервала времени структурной целостности в условиях возмущающей внешней среды и формальном методе оценивания структурной целостности;

- метод анализа возможных структурных изменений целостности для стационарных плотностей вероятностей перехода и соотояний га уссово-марковских и диффузионных процессов;

- уравнение для плотностй" вероятности распределения" вцемени

недостижения реализацией марковского процесса границы поглощения (времени сохранения структурной целостности);

- алгоритмы редукции структурной целостности без потерь информации для класса систем без последействия;

- технологию автоматизированного проектирования, исключающую структурную коррекцию предыдущих этапов проектирования, на основе критерия реализуемости описаний объекта проектирования и формальном методе оценивания структурной целостности в . фазовом пространстве смешанных марковских случайных процессов;

- метод моделирования оптических характеристик полупроводниковых материалов и критерий реализуемости фотоэмиссионных приемников и преобразователей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Московской городской конференции "Прикладные аспекты теории систем и разработка гибких автоматизированных производств", на 3-й Международной конференции по электронике (Берлин, 1985г.), на Московской конференции "Измерительные приборы и преобразователи в гибких переналаживаемых комплексах (Москва, 1987г.), на Всесоюзном совещании Центрального правления НТО приборостроительной промышленности им.Вавилова "Создание и внедрение автоматических и автоматизированных систем управления непрерывными и дискретно-непрерывными процессами" (Новгород, 1987г.), на ХП Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню Радио (Москва, 1988г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Техническое и программное обеспечение комплексов полунатурного моделирования"(Гродно, 1988 г.), на Международных научно-технических конференциях "Актуальные проблемы электронного приборостроения" - АПЭП-92, АПЭП-94 (Новосибирск, 1992г., Саратов, 1994г.), и ряде других научно-технических конференциях.

Публикации. По теме диссертации опубЛ!%совано более сорока работ. Основные научные результаты и положения диссертационной работы своевременно опубликованы в ведущих периодических изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из основной части и приложения. Основная часть содержит введение ,пять глав и заключение, излаженные на 327 страницах.Работа иллюстри-

- / -

рована 32 рисунками, содержит 5 таблиц. Полный объем 351 страница.

Автор защищает:

1.Решение актуальной проблемы разработки теории структурно- целостного статистического синтеза критерия реализуемости технического задания, включающее:

- разработку макромоделей описаний объекта проектирования (техническое задание, объект проектирования) в классе систем с возможными изменениями режимов функционирования и мультиструктур-ных систем;

-синтез критерия реализуемости технического задания на основе принципа сохранения структурной целостности объектом проектирования в процессе взаимодействия с внешней средой на заданном интервале времени;

- метод структурно-целостного статистического синтеза структуры макромодели технического задания;

2. Решение актуальной проблемы построения эффективной технологии автоматизированного проектирования, исключающей структурную коррекцию предыдущих этапов проектирования, включающее:

- построение макромодели многоэтапного процесса проектирования на основе смешанного двухкомпонентного марковского случайного, процесса;

- синтез критерия реализуемости технологии проектирования на основе принципа существования однозначной структурно-целостной взаимосвязи технического задания и объекта проектирования;

- метод построения технологии проектирования на основе критерия реализуемости и формальном методе оценивания структурно-целостной взаимосвязи между последовательными этапами процесса проектирования в фазовом пространстве смешанного двухкомпонентного марковского случайного процесса.

3. Метод анализа структурных изменений для стационарных плотностей вероятностей перехода и состояний гауссово-марковских и диффузионных процессов. Уравнение для плотности вероятности распределения времени недостижения реализации марковского случайного процесса границы поглощения (времени сохранения структурной целостности).

4. Теоретические и экспериментальные результаты пос£роения

объектно-ориентированной технологии автоматизированного проектирования в классе систем электронной эмиссии. «

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении технология проектирования определяется как целенаправленная последовательность этапов по принятию * и реалиэацш проектных решений, приводящих к формированию на определенном языке описания объекта проектирования, содержащего необходимую и достаточную информацию для изготовления и эксплуатации в заданных условиях, физически несуществующего изделия. Известно так же, что в значительной степени эффективность технологии проекти рования зависит от качества проектного решения на этапе формирования технического задания - исходного описания разрабатываемой изделия в условиях априорной неопределенности и риска.

На основании системного анализа традиционной и автоматизиро ванной технологий проектирования показано, что существующие тех нодогии автоматизированного проектирования фактически "консерви руют" традиционную технологию с точки зрения влияния на итераци онный характер процесса проектирования.

В связи с этим формулируется концептуальная постановка проб лемы разработки эффективной ресурсосберегающей технологии автома тизированного проектирования, обладающей качественно новым свойствами "регуляризации" итерационного характера процесса про ектирования.

Показано, что решение исследуемой проблемы "регуляризации может быть получено в результате исключения структурной кЬррекци предыдущего описания объекта проектирования.

Очевидно, что необходимым компонентом решения проблемы пост роения эффективной технологии проектирования является решение те еретической проблемы синтеза критерия реализуемости техническог гадания.

Показана Практическая значимость решения исследуемых теоре тических проблем и их взаимосвязь с решением проблемы сокращен» и управления техническим циклом жизни изделий.

В первой главе решается 'задача алгоритмизации принципов системного проектирования с целью построения методологических основ процесса макромоделирования описаний объекта проетироваяия на этапе формирования рабочей концепции проекта. Необходимо отметить, что субъективизм разработчика является основным препятствием для решения исследуемой задачи. В связи с этим в работе в качестве гипотезы используется предположение о рациональной стратегии его поведения, выражающейся в стремлении к максимивацш! качества проекта.

Известно, что методы системного проектирования не ориентированы на создание конкретного изделия, что позволяет их применить для решения задач макромоделированиз таких "систем", как техническое задание.

В плане последовательного решения исследуемой в главе задачи алгоритмизации была решены следующие, подзадачи:

- алгоритмизации процесса макромоделирования технического задания, исходя из условия анализа инвариантных по отншенгаз к любой технической системе еа внешних характеристических признаков: конечность, эмерджентность, сложность и целостность;

- алгоритмизации принципов макромоделирования технического задания на основе теоретико-множественного, топологического и функционального описаний;

- исследования и построения лексйкографичесой макромодели технического задания на основе метода построения обобщенного гра-* фа назначения технической системы в классе объектов с возможными изменениями режимов функционирования;

- алгоритмизации стратегии поведения разработчика в процессе формирования рабочей концепции проекта;

- алгоритмизаци процесса макромоделирования объекта проекте-рования на основе принципов синтеза обобщенного графа построения

систем;

-алгоритмизации процесса автоматизации моделирования технического задания.

- ю-

Во второй главе решаются задачи, необходимые для разработки метода синтеза оптимальной внешней структуры макромодели технического задания.

В соответствии с результатами алгоритмизации принципов макромоделирования исследуемых объектов,внешняя структура определяется характером взаимодействия со средой, выражается через множество внешних свойств и характеризуется ортогональными внешними параметрами.

Постановка исследуемой задачи синтеза.

Пусть исследуемый объект имеет вид

где /V некоторое упорядоченное множество;

у- множество входов, V" множество выходов;

множество состояний объекта: I,- оператор переходов, р- оператор выходов; "р- множество моментов времени.

Оператор |_ '•"Т'у^С* У определяет отображение в пространство выходных сигналов.

Пусть реализуется отображение

V- У.—» Ё,

где -множество заданных(искомых) видов технических состояний (совокупности подверженных изменению свойств объекта проектирования, характеризующих степень его функциональной пригодности в заданных условиях целевого применения ), каждому из которых соответствует подмножество его текущих состояний.

При этом отдельные состояния, входящие в это подмножество, должны находиться в отношении эквивалентности, которое задает разбиение множества всех состояний объекта на непересекающиеся классы, т.е. осуществляет факторизацию этого множества с помощью отображения . г г- _ г

г^У— ЛШ, (3)

где У/О,- фактор-множество непересекающихся классов £ У •

Фактор-множество представляет собой модель множества р , а отображение (3) является естественным отображением. С

Требуется, чтобы множество видов технических состояний и фактор-множество находились во взаимно-однозначном соответствии,г.е. чтобы отображение

^е: Е У7й

(4)

боло взаимно-однозначным. Согласно известной теореме о гомоморфна ме для множеств, требование выполняется при условии вида

= чУ. с 5)

Связь между рассмотренными отображениями представляется диаграммой вида

у —^-

1 ' Л6) . \ft-Q г

в которой отображение есть наложение, т.е. любой в с является образок по крайней мере одного элемента У .

Такая постановка задачи является конструктивной, так как множество состояний обьзкта, разбивается на конечное число класса При атом в терминах теория множеств У является группой и тем более полугруппой. Известно, что разбиение полугруппы У" на смежные классы допустимо той выполнении условия

в котором запись^« ^ означает, что состояния и^

: эквивалентны по свойству Класс-содержащий эквивалентные состояния ^У определяется смежным классом. Множество, образованное из классов эквивалентности определяет фактор-множество

— , В соответствии с теоремой о гомоморфизме для

полугрупп это условие выполняется, если отображение3— есть гомоморфизм, при котором сохраняется операция, заданная на множестве _

Указанное отобрааеняе является гомоморфизмом, если выполняет ся условие 0

к ь

Для задания отношения эквивалентноеги необходимо определить

разбивши множества ^ на на пусгыэ, попарно на пвресвкающиесй классы^ .( с = т) о Если зги части известно го известно и огногзнга эквивалентности ЙI между люйыш двумя состояниями

У' Наоборот,, всякое разбиение множества У ~ определяет отношение вкшвалантности. Пусть общим свойством Ьсл 0 на основании которого ряд состояний объекта может быть отпасен к одному я гаму же классу 0 является целевой рохии функционирования.

Однако такое разбиение возможно только тогда, когда огобража-шю —из диаграммы 16) есть томоморфизи полугрупп„

или гак называемое гомоморфное-падсшшц&о Для обе о печения изомор« фязка между искомым мноасаотвом Е и фактор-многое гвоы Н"/О, т.е. реализации из диаграммы 16) отображения Е необходимо и достаточно, чтобы отображение бЫЛО

есгзсгвашшм гомоморфизмом,-что напое ре дзгвеано следует из теоремы о гемоиорфизш для полугрупп,. В этом случаз бу&зт выполнено условие (7).

• В соответствии с результатами алгоритмизации процесса какро-ыоделяровашш технического задания в работа в качества формального объекта исследований обосновывается макрокода ль вяш :

Выражение (8) известно как каноно!шчаскоа векторное уравшияе для фиксированной £ -й структуры, называемое стохастическим дифференциальным уравнением, б котором:

иЬ матрица детерминированных параметров;

6

О) ~ векторная детерминированная нелинейная функция}'

(-4Ч^У ^ГРИЦ3 Ь V гу^ или И с нелинейными относительно У" компонентами} - вектор гауссового белого щупа.

Использований (8) позволяет проводить исследования макромо-' деля объекта проектирования в вида системы о возможными изменениями режимов функционирования, а также макрокоделя технического зада-

ндя з классе мульгиструктурных систем, обеспечивает достаточный уровень общности теоретических результатов.

Таким образом, из всего класса возможных динамических сиотчг. определяется класс систем без последействия. Согласно теорем-. Дж.Дуба, уравнение (8) представляет собой математическую модель марковского многомерного непрерывного процесса. Известно также, аналогичное доказательство для стохастического разностного, уравнения, характеризующего эволвдию вектора состояний дискретной I им дул иной или цифровой динамической системы). В результате применения известной теоремы о полугруппе сжимающих операторов, норо». даемшс вероятностью перехода марковского случайного процесса, до-кааано^что в целях решения исследуемой проблемы пля их иоследовч идя целесообразно и корректно применение теоремы о гомоморфизме для полугрупп. При этом эквивалентные марковские процессы порождают одну а ту лее полугруппу.

Известно, что плотность вероятности перехода марковского слу чайного процесса удовлетворяет прямому и обратному уравнениям Фокера-Планка-Колмогорова, которые определяют одну и ту же плотность вероятности перехода, но вычисляемых для переменных в различные моменты времени. По определению прямое и обратное уравнений являются оопряхеншши, что является основанием для трактования этого свойства как отношения эквивалентнооти между двумя катема-тяческями объектами в целях доказательства возможности применение результатов в теории полугрупп для решения исоледуемой проблемы о использованием теоретического аппарата уравнений Фокера-Планка--Колмогорова.

В результате теорегяческого исследования показано, что дифференциальные операторы прямого и обратного уравнений фокера-Планка-Колмогорова заданные на полугруппе сжимагацюс операторов марковского случайного процесса, порождают механизм эволюции плотности вероятности перехода векторного процесса, определяемого каноническим уравнением 17).

Таким образом, теоретически доказана возможность применения георемы о гомоморфизме для полугрупп при решении широкого крута задач анализа и оинтеза в классе динамических систем без последствия.

Для макромодели 18) диаграмма (6). с учетом приведенного а^ работе доказательства принимает няд *

I4- ч

у/Л

В диаграмме (8) '

[АСЧЛ^С^АЛ^ эиСц.-Ы^-ь)_ _ д(у ь)^ Цу У4^.)-

—\ 4- О 1

Ш)

Выраления НО) и (IX), соответственно прямое и обратное уравнение Фокера-Еланка-Колмогорова, в которых ДСМ,"0 - вектор сноса; {ЪОд.'Ь) - матрица диффузии.

Из диаграммы (9) и условия 15) следует, что

со

операторы^ оогветотвеш

•п

где L п, L 0 - 'дифференциальные в НО) и (II).

Таким образом, получен формальный аппарат для рашеши ас следуемых задач синтеза внешней структуры описания объекта проектирования, в классе марковских систем с поглощением и восстановле-югем реализации, т.к. приведенные теоретические результаты авго-иаглчески обобщаются в случав использования обобщенного прямого ) обратного уравнений Фокера-Шшнка-Колмогорова с поглощением и

восстановлением реализация. При этом получена конструктивная методология я аппарат решения исследуемой в работе проблемы в широком классе динамических объектов с переменной структурой, включающей в себя системы с возможными изменениями режимов функционирования и мультиструктурных систем, являющихся макромодзляш исследуемых описаний объекта проектирования. На основании анализа практики системного проектирования в конечномерном базисе существования технического задания, а такка физических процессов, протекающих в реальных объектах в условиях внешних возмущений, проведено обоснование выбора указанных макромоделаЯ. С учетом принципиальных возможностей моделирования взаимных, однонаправленных переходов от одной структуры к другой.

При этом показано, что важным подклассом мультиструктурных систем является подкласс с ветвящейся структурой, в которых возможно появление дополнительных структур в случайные моменты времени.

В соответствии с результатами .теоретического решения задачи синтеза показано,что условием формирования целевого режима функционирования является сохранение системного свойства целостности описания объекта проектирования в условиях внешних воздействий. Поэтому техническое задание, порождающее возможные случайте структурные изменения, не обладает как "система" свойством целостности, как единого целого, обеспечивающего целенаправленнее функционирование всех компонентов объекта проектирования над выполнением его назначения.

При этом возможные в процессе разработки и функционирования случайные поглотения структур и появление дополнительных структур еоть.зеловия нарушения целевого режима функционирования и наоборот^ отсутствие случайных структурных изменений есть необходимое условие формирования и реализации целевого предназначения.

В целях построения единой методологии, разрабатываемой про^ блеш синтеза в работе решается задача формирования статистиче- ' ского описания исследуемых объектов, исходя из полученных теоретических результатов синтеза динамических макромодзле3. ' .

Доказана возможность применения теоремы о гомоморфизме для' полугруппы в классе задач статистического синтеза систем совместного различения-оценивания состояний марковского случайного процесса, моделью которого является уравнение типа ,( 8 ) мультиструктурнрй системы.

В этом случае диаграмма 19) принимает вид

у ¿оГ^со] ^

где

сШоо] - правило различения состояний мультиструктурыI С^С^С^З — правило оценивания их параметров.

В диаграмме 113) векторные правила оцвниванияС^ГУС^и правило соответствии о теоремой о гоысыорфизме для полугрупп реализуют функции отображений и из диаграммы С б).

Доказано, что двухфункциональноа "согласованное" правило

о дискретной и непрерывной компонентами

(Ш исЦ}-

векторный

функционал от реализации марковского процесса, образованного иуль тиотруктурой д

реаляэуе? функцию отображения 02. из диаграмма 16), т.е. алгоритм совместного различения-оценивания.

При формулировке общего решения задачи оинтеза на вводилось пре диалоге ннз о тивд связи между атиии компонентами, поэтому в результате построения определены на только совместные оптимальные структурные схемы, но и форма связи между ними как для класоичеокой постановки, так а по кратерпв максимального правдоподобия.

Учитывая универсальные свойства статистики отношения правдоподобия и общность методов синтеза правила выбора решения : правила оценивания, получено выражение для в вида

ЗГ®

и,к)

ое =

где ^дЛ - область существования непоглощаншх реализации, т.е, существования структурно-целостного фазового портрета 18/.

. -1? -. м

В 45) - оценка максимального правдоподобия

составного вектора 44)}

46)

Ь^О^'Функция правдоподобия; +

^«^'ьм5 МЧ;кЛо)

- оценка дискретной компоненты составного вектора;

- оценка непрерывной компоненты.

На основании разработанного метода анализа возможных структурных изменений доказано, что в стационарном случае отношение правдоподобия принимает вид".

48)

В 48) 0 ж Д^ I - определяются из условия формирования взаиино-сопряхвиных операторов прямого и обратного уравнений Фокера-Планка-Колмогорова.

При этом структура, определяемая оператором в выражении

44),совпадает с оптимальной огрунгурой соотвагсгвуидей структуре оптимального совместного байесовского алгоритма.

Таким образом, с учзтом (18) полученное решение искомой задачи синтеза 115) также расширяет возможности применения традиционного подхода на основа критерия максимального правдбподобия и открывает возможность построения широкого класса конструктивных алгоритмов синтеза.

В овязи с этим, для оператора вводится понятие оператора структуры, обладанией сиотемным свойством целостности.

В тратьвЯ главе разрабатывается теория системного синтеза критериев реализуемости описаний объекта проектирования неавтоматизированной технология проектирования. В общем случае, искомые критерии формируются в вале некоторого функционала в пространстве существования технического задания С\- €."DS'>

где Су-множество возможных состояний внешней структуры. При этом искомый функционал должен определять алгоритм оптимального правила выбора решения,, относительно такого агрегированного состояния, которое характеризуется режимом целевого предназначения. Однако, критерии реализуемости не макет быть определен только в пространстве 1) 3 • '»к. разработчик моэсвт "размыть" системные свойства внешней структуры в результате ранения задачи распределения ресурсов по пространству , что формально отображается наложением на некоторого функционального отношения Ц3 , т.е.-реализует функцию построения внутренней структуры

Следовательно, Uf C<V) является отображением множества возможных внутренних структур (искомых структур объекта проектирования), ^ т.е. пространство для пространства D5 есть множество

его М^ -образов, определяемыхM'tV к непрерывных на^з , для которых "-P.S является пространств® определения, - про-

странством значений.

Очевидно, что критерии реализуемости технического задания и критерий реализуемости объекта проектирования, должны определять одно и то же агрегированное состояние целевого предназначения в пространстве ^ = ^^ ^ ... С^) =

и в пространстве

Dvp - Ц1 ((V.) ,

где^С^*) - плотность вероятности состояния вектор-суммы внев-нях ортогональна* параметров технического задания.

В связи с этии возникает необходимость разработки метода оценки структурной целостности на пространству ifcl^ » определяющнго возможность решеиия задачи синтеза автоматизированной технологии проектирования,- регуляризирующей итерационна природу процесса ■■

проектирования. В связи с этим я на основании результатов предыдущих глав работы, последовательно исследуются задачи алгоритмизации процесса накромодвлирования теоретико-множественного описания технического задания в терминах многоуровневой стохастической разервйруемой'системы. Показано, что исконгсй функционал для критерия реализуемости может быть связан напоервдсТвенно о теми фазовыми координатами, которые наиболее критичны с точка зрения формирования режима целевого предназначения в пространстве J) 5 . При отом упорядоченное семейство окрестностей возможных состояний объекта проектирования (структуры} может быть получено путем переноса системы окрестностей возможных состояний (структуры) его ресурсов, удовлетворяющих внешней структуре, при условии обеспечения режима целевого функционирования. Таким образом, доказано, /что решение общей задачи синтеза системы в условиях отсутствия информации о структуре, алгоритме функционирования реализуется, всходя аз ее целевого предназначения й априорной информации о множестве характеристик элементной база, а также нз разработанного в работа формального аппарата агрегвдии множества возможных состояний элементной базы по критерию реализации целевого ражина функционирования.

При этом в первой главе представлена макромодель описания объекта проектирования в терминах теории функциональных пространств о учетом влияния внешней среды и функции построения в . виде некоторого вероятностного пространства

I ъ S, "Р Psi, < '3)

в котором ^ г _

Нз ~ J т> ?С ^ ^ ~ 010бРаж8НИе

воздействия внешней среды.

следовательно, процесс формирования описания объекта проектирования является результатом взаимного влияния вне иней среды и конечного числа функции лостровнияЦ'1<СС^) (K=I,.» h ), удовлетворяющих внешне Я структуре» определяемой в

В связи с этим решается задача разработки описания иакромо-деля (19) на основе смешанного двуххомлонентяого случайного про-

деоса^Уш, ВС-О 3 > в котором компонента! непре-

рывна, а компонента Диократнв, при достаточ-

но общих условиях, включающих в себя как различные свази между кошюиентаии сиешавного процесса и его предыдущими состояниями, так и зависимость 01 других случайных процессов и некоторых пара-петров.

В результате показано, что для плотности вероятности перехода смешанного марковского процесса справедливо прямое и обратное уравнение Фокера-Планка-Колмогорова.

Более того показано, что моделью смешанного марковского случайного процесса является макромодель описания объекта проектирования в вида мультисгруктурной системы.

Таким образом, получена возможность корректного применения операторов » описываемых.(12) и (15), для решения задачи синтеза искомых критериев реализуемости на основе разработанного структурно-статистического метода синтеза.

. Так, согласно результатам реаешш задачи макроыоделяровашш показана возможность вероятностного описания макромодели на основе обобщенного уравнения Фокара-Иланка-Колмогорова относительно плотности вероятности не поглоданных реализаций. Поэтому значение критерия реализуемости в зависимости от состояния исследуемого объекта определяется следупаям образом

г1,еслл УШе и, (20)

где ^ - область изменения вахтера состояния объекта, определяемая как область реализации режима целевого функционирования юш область существования непоглоденных реализации марковского случайного црсщеоса.

Следовательно, математическая постановка задачи синтеза искомых критериев реализуемости сведена к исследованию случайного векторного процесса 'УС*) с поглощением реализаций на граница области \\Г при выполнении (20).

Условие означает поглоденяе случайного процесса

на границе и переход объекта в другое состояние с новой структурой, т.е. условие нарушения системного свойства целостности.

Г 21 -

Используя результаты теории марковских процессов с поглощением реализаций, а также на основании разработанного автором »¿«года анализа возмокных структурных изменения на основе свойства эквивалентности прямого и обратного уравнений Оокера-Планкп-Колмо-горова, получено для стационарного случая. уравнение для плот-иге«.' вероятности распределения времени рекйй Целевого функциониротнап в виде

^(У)Р(г.«)]^

с* % i^l ^ Vi *

Получанное уравнение является еойрякешшм известному уравнении Понтрятина, т.к. aro швод озКЭйан на использовании прямого, уравнения Фокера-Планка-Колмогор&ва а определяет одну и ту ,-е вероятность недостижения случайна! вектор$&м процессом 'EfC-t) fpaiS-цы ¿ области поглощения» Определяемая уравнениеп вероятноояь • замой? лишь от разносKf аргументов i. -4_0 с? при зтем для стационарных систем a AüMpaíype получены диффереициалышз уравй§~ пая, опяснваюне аэройИПМйШв кемзктн яремени пзяоетякення границы области судеотвоййНйд (шйоглоеззшшх реализаций.

Таким образочка oaííoBttMíiíi единой методологии структурного подхода полностью опреДВЛЗНМ формальная постановка и конструкций-^ нов решение задачи синтеза acKofüix критериев реализуемости»

В результата в pa6of9 аалучей класс алгоритмов» ü ífcuteg йй оценки для построения KpüfSjMtóB рз&ййзубМостй оййсШШЙ вб%Ш& проектирования с учетам грашмшх усЛбййЙ# фуйкЦйй йсгЛОкмШя, о полним поглощзняем на граница» а *ЙШ о 3^з¥вУ йровдеой поглощения в области поглоазнпяг

Четвертая глада поовлщаш разработка й йоотрренаю объектно-ориентированной технология автоматизированного проектирования, включаицзй в себя решение следукцях осповша. задач:

- алгоритмизация процесса синтеза интегрированной система математического и экспзриментального моделирования в классе прп-боров электронной змиосии для поотроеняя. объектно-ориентированных

технологий проектирования, регуляризируюдих итерационный механизм алгоритма автоматизированного процесса проектирования;

• - разработки математической модели деградации выходных параметров приборов электронной эмиссии с целью обоснования корректности применения теоретических результатов диссертации на оснрв( применения обобщенного уравнения Фокера-Планка-Колмогорова с поз щением и восстановлением реализации;

- алгоритмизации процесса моделирования электронной эмиссии для формирования основных компонентов математического обеспечена! интегрированной системы с целью'реализации алгоритмов построения оценок реализуемости в классе приборов электронной эмиссии;

- разработки метода моделирования оптических характеристик полупроводниковых материалов электронной, эмиссии с целью формирования алгоритмов автоматизированного процесса проектирования, обладающих возможностями редукции без потерь информации свойств системности; *

- разработки концептуальной структуры и критерия качества интегрированной системы теоретического и экспериментального моделирования, учитывая особенности построения компонентов математического обеспечения процесса моделирования исследуемых объектов, обуславливающих необходимость интеграции средств теоретического

и экспериментального, моделирования, что приводит к формированию моделируюцих подсистем в виде программно-технических комплексов, реаляэувдих не только функции оценки точности разрабатываемых моделей, но и построения и экспериментального подтверждения областей адекватности в пространстве внешних параметров.

При этом под разрешенной областью адекватности определяется . область в пространстве внешних параметров, представляющая собой ги-перпараллелипипед, вписанный в область адекватности с ребрами параллельными координатным осям и которая задается 'допустимыми диапазонами изменения внешних параметров в пределах, гарантирующих сохранение системного свойства целостности математической модели.

В пятой главе рассмотрены вопросы проектирования информационного, программного, лингвистического обеспечения, а также исследована на основе зкеперименталышх результатов моделирования функции ональнне возможности интегрированной системы теоретического и

— С.Э —

экспериментального моделирования в класса систем электронной эмиссии. Йри.этом исследованы этапы проектирования и приведены характеристики информационного обеспечения на основе анализа результатов алгоритмизации процессов моделирования электронной эмиссии, решения задачи локального представления данных, а также решения задач проектирования концептуальной, логической и физической модели базы данных.

Рассмотрены вопросы проектирования лингвистического обеспечения с целью организации эффективного диалога между разработчиком и системой моделирования для реализации обьектно-зависикой технологии проектирования. Показано, что процесс формирования структуры программного обеспечения аналогичен разработанному методу формирования структуры интегрированной системы теоретического и экспериментального моделирования на основе принципов синтеза обобщенного графа построения 'систем.. Приведены типовые формы и последовательности решения задач моделирования и экранная организация процесса диалога, а также структура программного обеспе-* чения для реализации оръекто-зависиыых алгоритмов автоматизированного проектирования. В плане исследования функциональных возможностей интегрированной системы приведены результаты разработки и построения алгоритма оценок реализуемости фотоприемников оптического излучения, а также параметров МП-структур. Показано, что необходимым этапом разработки указанного метода является построение физической модели фотоэлектронной эмиссии на основе теории многократного рассеяния электронов в твердом теле,учитывающей оптические характеристики и структура " ^оюэмиссиошшх материалов. В результате былз получена модель исследуемого процесса, допускающая возможность цифрового моделирования величины квантового выхода электронов для различных материалов с целью определения оценки спектральной плотности фотоприешшка, используемой для построения оценки реализуемости определяющего параметра этого класса изделий, т.е. коэффициента достижимости или спектрального коэффициента полезного действия в заданном техническим заданием оптическом диапазоне излучения. Приведены результаты экспериментального исследования разработанного алгоритма для различных фотоэииссиошшх материалов.

В плане исследования функциональных возможностей, э также

жсслвдованив точности моделирования л установления разрешен-, ных областей адекватности привела ни результаты серии 8 кс пери-ментов. а,том числе:

- моделирование процесса электронной вшюсии без учета конкретного впзтнего воздействия для различных материалов;

~ моделирование процесса вторичной электронной эмиссии о учетом трех потенццадоз, дейсгвугоюс на влзктроне а твердом геле, на основе реиекия кинетического уравнения, а также на основе использования црибликенних уравнений для анализа различных иатеркзлов.1

Проведав сястеюагЗ анализ экссаримзнталькьа результатов моделирования и результатов расчзта абсолютной и огносатвл£=> вой срвдне-квадраткческой погрешности для основных мода лей процесса*ваектронной эмиссии.

Показаны оФшатз применения получешшх средств математического моделирования, вюшчая решение Задач синтеза т-таряалов еяегвщошоЗ эмиссии о апдяннши вараьаграьш.

основные ттшт тшттт тш

Основным результатов работы. явлаеюя реиенив проблемы разработки критерия реализуемости ¡технического задания и технологии автоматизированного проектирования не освове созданного о тру кту рзр-целос тн ого стагистичеокого метода синтеза. Решение получено;,вв) освове иооладозания, обобщения и развития методов системного, проектирования для класса систей без последействия ° использованием теории марковских случайных процессов, аппарата'уравнений Фокера-Плэика-Колиогорова о поглощением к восстановленной реализаций, а также теории статистического синтеза алгоритмов совместного различения-оценивания стохастических процессов.

В процвосе решении исследуемой проблемы диссертационной работ получены значимые научные резудьаты »представляющие самостоятельную теоретическую я практическую ценность для по-

отроения объектно-ориентированных технологий автоматизированного проектирования в широком класод технических систем, а именно:

- основы методологии иакромоделировэния опиоаний объекта проектирования, обладающих овойатвом структурной целостности;

- атруктурно-целостный подход к решению задач синтеза и методы оценки структурной целостности технических аистам;

- критерий реализуемости на основе формальных методов оценки структурной целостности . описаний объекта проектирования, подверженного' влиянию стохастической внешней среды;

- ыэтод анализа возможных структурных нарушений целостности проектируемых технических систем в фазовом пространство гауооово-марковских и диффузионных процессов;

- уравнение для плотности вероятности распределения времени существования структурно-целостных связей исследуемых объектов проектирования в стационарном случае;

- структурно-целостный статистический метод синтеза технических систем;

- метод и алгоритмы решения задач структурно-целостного статистического синтеза технологии автоматизированного проектирования, обладающей качественно новыми возможностями структурной регуляризации процесса проектирования,путём исключения процедуры коррекции предыдущих этапов проектирования;

метод автоматизированного моделирования и анализа оптических характеристик фотозмиссионных объектов и построение на его основе объвктно-зависимых критериев реализуемости.

Таким образом, полученные результаты являются решением'крупной теоретической проблемы создания эффективной ресурсосберегающей технологии автоматизированного проектирования, имеющей . важное народохозяйс,твенно9 значение.

Основные результаты диссертации изложены в следувдих работах:

1. Семин В.Г. Математическое разделение линейной комбинации хроштографичвскях пиков // Труды X Всесоюзной школы АН СССР по автоматизации научных исследований. "Структура, технические средства и организация систем автоматизации научных исследований". Ленинград, 1977, с.350-353.

2. Семин В.Г. Машинный метод обработки хромат о графической информации // Методы повышения эффективности хроматогра-фических колонн. Сб.статей. - Ы., ШШГЭХИМ, 1977 , 0.44-47.

3. Семин В.Г. Интерактивный метод синтеза алгоритмов обработки хроматогрвфической информации. Сб.тезисов докладов Всесоюзной конференции.."Хроматографичвские процессы и автоматизация хроматографических исследований". Горьки й-Дзеришак 1977, о.60-63.

4. Белов A.B., Семин В.Г., Черкасов A.C. Методологический аспект построения математических моделей первичных преобразователей информации. Сб.: тезисы докладов конференции "Прикладные аспекты теории систем к разработки." ГАП. Ш НТО Приборпром нм.Вавилова. П., 1984, с.51.

5. Семин В.Г., Черкасов A.C. Исследование параметров МКП структур на основе автоматизированной лабораторной системы. Сб.: тезисы докладов конференции "Информационно-измерительные системы и точность в приборостроении. ЫП НТО Приборпром им.Вавилова. М., 1984, 0.22.

6. Семин В.Г., Черкасов A.C. Улучаете градации яркости изображения алектронноопткческого преобразователя.

Appß-lka tbon гтЛ<<и) - uLncl opto-eZektiontbche^ S^ s tpmetemenie

HurnboßcLt-Umvexsitdt ?u

1985, о.66-70. Сборник докладов Международной конференции.

7. Се пан В.Г. Систеняое технологическое проектирование технического контроля. СО.: тезисы докладов Всесоюзной аколн-сеыанара "1янамичеокие модели в ACT теория и опыт применения". (1-3 октября 1985г.). Гродно, с.52.

8. Семян В.Г. Постановка задачи статистического регулирования технологических прсцеосов ГАП. Сб.¡тезисы докладов конференции "Снетемы автоматического контроля в гибких переналаживаемых комплексах." Ш НТО Приборпрон им.Вавилова.

М.,1984, о.48.

9. Самин В.Г. Поотановка задачи статистического анализа технологических процессов ГАП. Сб.:тезисы докладов кокфзреге-ции "Математические кетоды организации современного производства". МП НТО Приборпром им.Вавилова. М.,1985,0.27.

10. Кусов И.Ф., Сенин В.Г. Логическое резервирование в системах очувствления роботов. Межвузовский сборник научных трудов. М.,В2Ш,1986,с.52-56.

11. Сети В.Г., Черкасов A.C. Программно-технический комплекс моделирования н контроля параметров ЭОП. Сб.;тезисы докладов Всесоюзной конференции ЦП НТО Приборпроа яы.Васялова. "Динамическое моделирование сложных систем". И.,1387,с. 194.

12. Семин В.Г., Черкасов A.C., Белов A.C. Синтез и анализ штеыатической модели процесса контроля параметров ЭВ ФЭП. Сб.:тезиса докладов Международной научной свесил, посвященной дно Радио. Ы«,Радио и связь, 1988,ч.1,с.5.

13. Семин В.Г., Черкасов A.C. Комплекс програгано-техня-чвеких средств автоматизации моделирования и контроля параметров ЭВ ФЭП. // Сб.: тезисы докладов ШТК ЦП НТО Пряборпрома ям. Вавилова. "Техническое и программное обеспечение коишшкаов полунатурного моделирования". П.,1988, ч.2,с.18Э-184.

14. Санин В.Г*, Черкасов Д.С. Исследование параметров первичных преобразователей на основа мякроканальных структур. // Межвузовский сборник научных трудов. "Датчики систем измерения контроля и управления". Пенза, 1987» й 9, с.127-130.

15. Семин В.Г., Черкасов A.C. Теория и принципы построения высокочувствительных преобразователей пространственно- .

временной информации на оанове микрокаиальных пластин. // СБ.: тезисы докладов Всесоюзной научной конференции. "Проблемы чувствительности измерительных датчиков электронных и электромеханических систем". Ы.,1989, ч.1,0.

16. Семин В.Г., Черкзоов A.C. Специальное программное обеспечение АСЭМ параметров ШШ. Сб.: тезисы докладов .конференции "Методологическое, информационное и программное обеспечение систем автоматизации ЫП ВНТО им. Попова. Черноголовка, 1989, 0.64-65.

17. Семин А.Г. Алгоритмизация процесса управления гибким технологическим автоматом в производстве ШШ структур. // Сб.: тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции, "Микропроцессорные системы управления технологическими процессами в nie. Одесса, 1990, с. 13-14.

- 18. Семин В,Г. Алгоритмизация процесса проверки адекватности математического обеспечения САПР. //J36.: тезисы докладов Всеооюзной научно-технической конференции. "Проблемы обеспечения высокой надежности МЗА. Запорожье, 1950, с ,147-148.

19. Семин В.Г., Черкасов A.C. Разработка концептуальной структуры автоматизированной системы научных исследований параметров SB ФЭП. // Цежвузовокий сборник научных трудов. "Математическое обеспечение вычислительных информационных и управляющих систем. М., ШШ, 1990, с.124-128.

20. Семин В.Г. Алгоритмизация процесса интеграции автоматизированных систем машинного моделирования и экспериментальных исследований. // Межвузовский сборьик научных трупов. "Математическое обеспечение вычислительных информационных и управляющих систем. М., Ш1ЭЙ, 1990, с.132-134.

21. Семин В.Г., Черкасов A.C. Интегрированная система проектирования и экспериментальных исследований параметров' ЗВ ФЭП. Труды международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЗП-92. Новосибирск, том I, часть I, о.87-90.

22. Семин В.Г. Цифровой метод измерения параметров многокомпонентных сигналов. // Измерительная 4ехника. 1992, te 2,

с.18-19;

23. Семи» В,Г., Черкесов A.C.. Цетод математического моделирования оптических характеристик ползпроводников, //Метрология,. 1993, № 10, с.23-26.

24. Сеиин В.Г. Теоретико-вероятностный аспект моделирования процессов электронной эмиссии. // Сб.:тезисов докладов Всероссийской конференции. "Датчики и преобразователи информации оиотеи измерения, контроля и управления". Ы., ЦГИЭЫ, 1994, 0,28, (

25. Сеиия В,Г., Черкасов A.C. Моделирование и экспериментальное иоалвдогание парапетов оарьершс пленок микроканальных пластин. // Сб.j теаиооя докладе» Воероссийокей нвучво-техничв-окой конференции, "Датчики и преобразователи информации оиотеи измерения, контроля и управления1*. U», МГИЗМ, Ш4, сЛ9,

26i Семии В.Г, Раэрабои« алгоритма построения оценок реализуемом спектральной плотности фомэмиооионных ярибороя на ранних стадиях проектирования. Труды международной конференции АПЭЯ-94, Саратов 4-7 октября 1994 P«, 0,147-148,

27, Сеиин В.Г., Чвряаооа A.C. Иоделирование процессов деградаций я задачах исследования электронной эмиссии полупроводниковых материалов. //Труды международной конференция АПЭЙ-94. (4-7 октября 1994 г.), о.100.

28» Сейш В.Г., Черкаооз A.C. Разработка меада nosiроения оценки реализуемости фотоприеыииков штвшио излучения, / /Метрология, 1994, к $, о Л 8-19,

29. Семин В.Г, Синтез критерия реализуемое«« вптеэлектрой-них преобразователей из раинах стадиях проектирования.

// Измерительная техника, 19%, № 5, о,13-15*

30. Семия В.Г, Разработке математической модели деградации параметров фотозмаесионных приемников и преобразователей.

// Измерительная техника, Ш5, к 1, еЛ9-20,'

51. Семин В.Г, Алгоритмизация'процесса синтеза многолара-цетричеоких систем контроля. // Измерительная техника, 1995, № 2, е.8-9. '

Подписано к печати 6,05.96 3ак,63 Объём 1.7 п.л. ТирДОО ' МГИШ, Москва,М.Пионерская ул.,12