автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Управление выбором оптимальной автоматизированной среды "разработчик - конструкторская САПР"

На правах рукописи

АЦДРЮХИН Александр Гавриилович

УПРАВЛЕНИЕ ВЫБОРОМ ОПТИМАЛЬНОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СРЕДЫ «РАЗРАБОТЧИК -КОНСТРУКТОРСКАЯ САПР»

Специальность: 05.13.12 - Системы автоматизации

проектирования

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж-2005

1*8 Ш

Работа выполнена в Московской государственной академии приборостроения и информатики

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Сахаров Юрий Серафимович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Львович Игорь Яковлевич;

кандидат технических наук, доцент Питолин Михаил Владимирович

Ведущая организация

Уфимский государственный авиационный технический университет

Защита состоится 27 января 2006 г. в

14оо

часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.03 Воронежского государственного технического университета по адресу: 394026, Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

Автореферат разослан «_» декабря 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Родионов О.В.

2006-4 2 2^7033

—' ОБТПАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время рынок систем автоматизированного проектирования (САПР) как в нашей стране, так и во всем мире переживает стремительное развитие. Практически ежегодно выходят новые, усовершенствованные версии САПР известных фирм - производителей, которые отличаются от предыдущих новыми расширенными возможностями.

Расширение возможностей САПР с одной стороны дает возможность решать более эффективно и быстро производственные задачи различной сложности, а с другой стороны предъявляет и к человеку- разработчику все новые и новые требования в плане его психологических, психофизиологических и квалификационных возможностей адаптации к постоянно меняющемуся программному продукту и совместимости с ним в системной среде человек - САПР.

В настоящее время в системе «Разработчик - конструкторский САПР» становится все более значимым с одной стороны при возрастающих возможностях конструкторских САПР роль человека - разработчика, как интеллектуального усилителя вычислительных возможностей САПР и с другой стороны роль предприятия, как компонента несущего ответственность за качество разрабатываемой техники и являющегося интегральным элементом системы т.к. помимо своих экономических, производственных и квалификационных требований и возможностей фактически является собственником двух компонентов системы, а именно: лицензионного САПРа и заказа на топологическое проектирование электронной аппаратуры.

Существует достаточно много разработок, направленных на профориентацию, профотбор и эргономику, однако данные разработки зачастую не решают задачу выбора оптимальной среды, а решают лишь одностороннюю задачу, зачастую не принимая во внимание задачу их оптимального взаимодействия.

Таким образом актуальность темы диссертационной работы определяется необходимостью построения методики и алгоритма многокритериального выбора оптимальной системной среды «Разработчик - конструкторская САПР», как единой системы управления с соответствующими прямыми и обратными связями, которая позволит с одной стороны повысить эффективность производства, а с другой стороны - оптимизировать условия работы человека -разработчика на конкретной САПР.

Работа выполнена в рамках вузовской программы ИСТ 102 «Принятие решений в системах автоматизированного мониторинга и диагностики».

Цели и задачи исследования. Целью работы является - разработка метода управления выбором оптимальной системной среды «Разработчик -конструкторская САПР», основанного на многокритериальном подходе, позволяющем повысить как качество производимой продукции, так и эффективность использования возможностей определенного человека -разработчика на конкретной САПР.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

проанализировать особенности системы «человек - машина», особенности системной среды «Разработчик - конструкторская САПР» с углубленным учетом психологических и психофизиологических особенностей человека -разработчика;

определить составные части - элементы среды «Разработчик -конструкторская САПР» и проанализировать каждый элемент на предмет выявления прямых и обратных связей их оптимального взаимодействия;

разработать модель системной среды «Разработчик - конструкторская САПР»;

осуществить выбор и систематизацию свойств системной среды по принадлежности конкретному элементу, сформулировать тестовые задачи, применимые для идентификации индивидуальных свойств разработчика в системе «Разработчик - конструкторская САПР»;

разработать иерархическую модель процесса выбора оптимальной системной среды «Разработчик - конструкторская САПР»;

разработать метод и методику управления выбором оптимальной системной среды «Разработчик - конструкторская САПР», основанные на многокритериальной многоуровневой векторной оптимизации свойств такой среды;

разработать структуру программно-методического комплекса управления выбором, а также сам комплекс и провести его апробацию.

Методы исследования. При выполнении работы использовались основные положения теории векторной оптимизации, методы теории управления, кластерный анализ.

Научная новизна. Принципы формирования и анализа модели среды «Разработчик - конструкторская САПР» основанные на представлении системной среды как единой системы управления с соответствующими прямыми и обратными связями, позволяющие идентифицировать и выделить существенные свойства элементов системной среды «Разработчик-конструкторская САПР» с адаптацией к индивидуальным психологическим и психофизиологическим свойствам человека-разработчика.

Метод управления выбором оптимальных свойств системной среды «Разработчик - конструкторская САПР», основанный на систематизации, классификации, разработке иерархической схемы и последующей векторной оптимизации квалификационных и психофизиологических факторов разработчика и параметров элементов системы, позволяющей повысить как эффективность производства, так и эффективность использования возможностей разработчика.

Иерархическая структура безусловных и условных критериев предпочтения, ориентированных на выбор оптимальной среды «Разработчик -конструкторская САПР», обеспечивающих возможность объединения в интегрированную среду как процедур оптимального выбора, так и интеллекта эксперта, обладающих достаточной гибкостью для сбалансированного учета прямых и обратных связей внутри иерархии метода.

Программно методический комплекс основанный на иерархической схеме управления и векторной оптимизации систематизированных квалификационных и психофизиологических факторов разработчика и параметров элементов системы, позволяющий выбрать оптимальный вариант системной среды.

Практическая ценность. Практическая ценность работы заключается в разработке метода, методики, структуры и самого программного обеспечения управления выбором системной среды «Разработчик - конструкторская САПР», основанных на многокритериальном подходе, позволяющем повысить как качество процесса проектирования, так и эффективность использования возможностей человека - разработчика на конкретной САПР, а также в разработке рекомендаций по его практическому применению. Разработанный программный комплекс прошел апробацию в ГОУ ВПО МО Международный университет природы, общества, человека «Дубна», ГОУ ВПО МГАПИ и внедрен в учебный процесс по направлениям подготовки дипломированных специалистов - 65.43.00 - проектирование и технология радиоэлектронных средств, 65.46.00 - информатика и вычислительная техника, 65.47.00 -информационные системы.

Апробация работы. Материалы диссертации представлены в сборнике трудов «Моделирование сложных систем» по результатам ПХ и IX МНПК (Севастополь, 2001, 2003); IV и VI МНТК «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права» (Сочи, 2001, 2003); «Информационные технологии в науке, технике и образовании» МНТК (Севастополь, 2004), а также в сборниках научных трудов МГАПИ и других организаций.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 9 печатных работах, перечень которых приведен в конце автореферата. Личный

вклад соискателя: в публикации [7], опубликованной в соавторстве соискателю принадлежит - разработка иерархической структуры системы (2 л.); в [8] -исследование психофизических особенностей человека - специалиста по работе со сложным программным обеспечением при профотборе (1 л.); в [9] -исследование психофизических аспектов поведения человека - специалиста по работе с сложным программным продуктом при психологических обследованиях (0,5 л.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 149 страницах, списка литературы из 109 наименований, содержит 20 рисунков, 17 таблиц, 7 диаграмм, 12 программных фрагментов экрана.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, новизна работы, сформулированы цели и задачи, показана практическая ценность.

Первая глава посвящена анализу системы «Человек - САПР». В первой главе работы проанализирована система «Человек - САПР» и системная среда «Разработчик - конструкторская САПР» (рис.1) , как единая система управления с соответствующими прямыми и обратными связями.

Анализ производился с углубленным учетом психологических и психофизиологических особенностей человека - разработчика по работе с САПР по трем направлениям: разработчик, как часть процесса производства с использованием САПР; психологические и психофизиологические особенности человека, как разработчика по работе с САПР; особенности конструкторских САПР и производственных задач, решаемых на них.

Рис.1. Элементы системной среды «Разработчик-САПР»

Во второй главе работы, на основе системного анализа, проведенного в первой главе был произведен выбор характеристик для оценки индивидуальных особенностей разработчика и проанализированы методы их оценки с углубленным учетом индивидуальных особенностей. В конце главы осуществлена систематизация характеристик элементов в системной среде

Таблица 1

Систематизация характеристик элементов в системной среде _ «Разработчик - конструкторская САПР»_

Элемент модели системы среды Элемент системы среды «Разработчик -САПР» Группы характеристик Название характеристик

Разработчик Разрабог чик Квалификацией ные Основные Уровень квалификацш. Стаж работы.

Уточняющие Цветное зрение

Психологические и психофизиологические Интегральные, базовые Индивиду альньй деятельный стиль. Уровень физиологии труда.

Ограничитель ные САН - хар-ки (самочувствие, активность, настроение)

Дополнительные, вспомогательные Реакция на ошибки, Склонность к риску. Склонность к переоценке возможностей. САН - хар-ки. Переключаемость и концентрация внимания. Характеристики пространственного восприятия. Стиль деятельности.

Предпри ятие-изготови тель (интегральный элемент) Конструкторская САПР Структурные Уровень сложности структуры

Функциональные Режимы интенсивности работы

Функциональные возможности

Экономические Стоимость САПР с доп. расходами.

Производств еннаязадача (печатный узел) Сложность печатного узла Уровни сложности.

Предприятие Экономические Возможность приобретения.

Производственное Необходимость приобретения.

Кадровая политика Квалификационные требования Режим работы и т.д.

«Разработчик - конструкторская САПР» с учетом их взаимосвязей. На основе материалов изложенных в первой и второй главах была произведена систематизация характеристик элементов системной среды «Разработчик -САПР» (табл.1).

В третьей главе была произведена разработка метода управления выбором оптимальных свойств среды «Разработчик - конструкторская САПР» и произведен анализ его особенностей.

Суть метода управления выбором включает:

1) выделение и систематизацию характеристик элементов системной среды и их взаимосвязей (табл.1.);

2) разработку поэтапной иерархической схемы управления выбором;

3) математический аппарат векторной оптимизации в форме совокупности БКП, УКП;

4) конечный критерий эффективности среды, относительно выбранных критериев.

Особенностями системной среды являются:

1) разнообразие элементов (рис.1.): разработчик, предприятие, САПР, производственная задача, которые в свою очередь являются сложными системами;

2) изменчивость свойств элементов и связей внутри среды в зависимости от содержания задач;

3) априорная неопределенность свойств системной среды относительно решаемых задач.

РАЗПДОГ -

с ЧЯОДв»

(гто памф и-

ШяаМОГГ- '

ОКГИМ\ 1М1\Я

!~№М)!РИ1ГГН£ ИТТЧГЛвиггл, | , . «км&дея

1 кЛЧРСТВЕПОтЬПЦ-М

Ирг 111|И1И1111 киш 1|Пк111|)(к.|н

( \ПГ

|||Н||| 11111 II ни шин Ы I 141

Рис 2 Системная среда (модель)

В связи с перечисленными особенностями разработанная модель системной среды (рис.2) включает:

1) человека - разработчика по работе с САПР, его квалификационные, психологические и психофизиологические особенности;

2) систему предприятие изготовитель (ПИ), включающую предприятие, САПР, проектную задачу в качестве подсистем и их свойства;

3) взаимосвязи перечисленных свойств.

В рамках разработанной модели на (табл.1) представлена систематизация свойств элементов системной среды. Для их оценки выбрана и разработана система тестов, относительно всех выбранных характеристик человека-разработчика.

Таблица 2

Распределение критериев системы «Разработчик - САПР» по этапам

Этап Название этапа Показателя качества системной среды Показатели качества элемент ов системной среды

0 ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ Готовность САП - хар - ки

1 КВАЛИФИКАЦИОННЫЙ (Соответствие квалификационных характеристик разработчика требованиям предприятия с учетом его возможной трудовой деятельности) Квалификация (соответствие квалиф разработчика требованиям предприятия) Физиология труда (степень соотвегств требований разработчика требованиям предприятия). Уров квалификации Требования кадровой политики предприятия, Уровень физиология труда. (утомляемость, работоспособность режим работы и прочие условия)

2 ИНТЕНСИВНОСТЬ (Определение вариантов возможностей разработчика по интенсивности разводки на САПР или соответствие возможностей требованиям предприятия) Интенсивность (способ разводки) Деятельный стиль 1. (применительно к требуемой интенсивности работы) Режимы интенсивности (требуемый) Уровни сложности САПР. (требуемый) Индивидуальный стиль деятельности. Реакция на ошибки, Склонность к риску Склонность к переоценке возможностей САН хар-ки. Переключаемость и концентр внимания. Хар-ки пространственного воспритятия и др.

3 СЛОЖНОСТЬ СТРУКТУРЫ САПР (Определение вариантов возможностей разработчика по работе на САПР с различными структурами по сложности или соответствие возможностей требованиям предприятия). Сложность структуры САПР. (функциональные возможности) Деятельный стиль 2. (применительно к требуемой сложности структуры САПР)

4 ВЫБОР КОНКРЕТНОЙ САПР Целесообразность (приобретения нового или использования имеющегося САПР) Опыт работы, (на конкретной и аналогичных САПР) Цена САПР Необходимость и возможность приобретения САПР Опыт работы на САПР Стоимость САПР с учетом дополнит, расходы на внедрение.

На основе разработанной модели сформированы критерии оптимальности данной среды.

Критерии включают:

1) количественную оценку свойств элементов среды;

2) иерархическую совокупность БКП, УКП на основе аппарата векторной оптимизации - в зависимости от этапов оптимизации среды, относительно выбранных критериев;

3) конечный критерий эффективности среды;

4) учет баланса взаимосвязей основных элемента модели среды.

Таким образом под оптимальной средой будем понимать определенную совокупность выделенных свойств элементов среды, взаимосвязь которых определяется максимальным значением эффективности относительно выбранных критериев предпочтения.

Разработанный метод управления выбором оптимальной среды включает, во-первых, иерархическую структуру оптимизации, во-вторых, анализ и оценку эффективности соответствующих этапов оптимизации по предложенным критериям. Содержание метода представлено в виде иерархической структуры с использованием выделенных критериев на этапах оптимизации (табл.2, рис.3).

Преимуществами подобного решения являются:

1) данный метод выбора позволяет объединить отдельные свойства элементов в конкретные группы за счет систематизации, что позволяет

Рис.3. Иерархическая схема метода

рассмотреть и согласовать соответствующие группы взаимосвязей между отдельными элементами системной среды;

2) на каждом этапе оценка выбора производится с помощью пары специально введенных критериев, что позволяет учитывать два основных элемента модели системной среды;

3) количественные оценки характеристик для значений ЧПК производится с помощью метода экспертных оценок (МЭО) на основе пятибалльной системы с нормированием в интервале 0<С>1(х)<1 с шагом 0,05;

4) выбор оптимального варианта среды происходит с использованием аддитивной свертки установленных значений ЧПК. В случае неоднозначности решение принимается на втором специальном уровне, где используется аддитивные свертки как разработчика, так и предприятия (ПИ).

Этапы оптимизации метода включают: предварительный этап, этапы формирования совокупности пар ЧПК (этапы 1 ...4), заключительный этап.

Предварительный этап, играет роль допуска испытуемого- разработчика к основным этапам оптимизации.

4 этапа формирования совокупности ЧПК построены таким образом, что на каждом из 4-х этапов формируется пара ЧПК (рис.4), причем один из показателей в большей мере выражает интересы разработчика, как элемента системной среды, другой - предприятия изготовителя. В итоге прохождения этапов 1-4 , с учетом условий и ограничений образуется совокупность ЧПК для каждого из рассматриваемых вариантов среды.

Заключительный этап состоит в нахождении оптимального варианта системной среды по БКП и трех последовательных УКП, с использованием аддитивных сверток сформированных совокупностей ЧПК на основании мах общего критерия эффективности.

На заключительном этапе происходит выбор оптимального варианта по двум последовательным уровням: 1 уровень - оптимальный вариант по количественно - качественным характеристикам свойств элементов среды. Образуется с использованием аддитивной свертки установленных значений ЧПК на основании мах общего критерия эффективности, а при неоднозначности - по минимальной стоимости САПР.

В случае неоднозначности решение принимается на 2 уровне, где выбирается вариант системной среды как наиболее сбалансированный - по критериям (рис.4). При этом используется разность аддитивных свертки ЧПК разработчика и предприятия (ПИ). И при неоднозначности предпочтение отдается интересам одного из элементов системной среды.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП (Этап 0) (ИГРАЕТ РОЛЬ ДОПУСКА ИСПЫТУЕМОГО РАЗРАБОТЧИКА К ОСНОВНЫМ ЭТАПАМ ОПТИМИЗАЦИИ МЕТОДА).

ИРИН «ПО Ш1< Я ПЧОЛНОЙ КО»П ГО II. ПГИХО^ИЧИЧРГкЧЛ Г» ( ОС1ОИ1ШЯ Г\<1'\1.01>ШЬ~4 1111 КОМ)1.1ЬКС1Кт» 11ШСЛ.«М1-ЛКМ Л.М1»Ч> К1~|1Ш11

\к'|1лшо('1и|1Тлси'оишя^н 10,1111.VI \н>

ЭТАПЫФОРМИРОВАНИЯ СОВОКУПНОСТИ ЧАСТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА (ЧПК) СИСТЕМНОЙ СРЕДЫ (Этапы 1-4).

(НА КАЖДОМ ИЗ ЭТАПОВ ФОРМИРУЮТСЯ ДВА ЧАСТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЯ КАЧЕСТВА, ПРИЧЕМ ОДИН ИЗ НИХ В БОЛЬШЕЙ МЕРЕ ВЫРАЖАЕТ ИНТЕРЕСЫ ПРЕДПРИЯТИЯ, ДРУГОЙ - РАЗРАБОТЧИКА)

ДВА КОМПОНЕНТА МОДЕЛИ СИСТЕМНОЙ СРЕДЫ «РАЗРАБОТЧИК-САПР» - РАЗРАБОТЧИК И ПРЕДПРИЯТИЕ.

ШЧЛШ'ИМШ*

I чтап КЙ V

1 Ч11к1|1Пх» •'I |кк\ 1И-М1К\Ц11Я)

Тпан^ини

ЧПК 4 (К4(х)) (ИНТЕНСИВНОСТЬ)

1-ГГЯ11 < Щ

ЧПК 6 (Р6(х)) (СЛОЖНОСТЬ САПР) Г Ы-Рг (хЮ.(х)„

ЧПК 8 (Р8(х)) (ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ)

л 1

Р\№ %М»1ЧИЦУ

чик 2

(ФИЗИОЛОГИЯ ТРУДА) Р2(х) = Рг2(дг)а(х)

ЧПКЗ(Ю(х)) (ДЕЯТЕЛЬН СГИЛЬ- 1)

рзМ-р^мйМ

САЙР1"

ЧПК 5 (Р5(х)) (ДЕЯТЕЛЬН СТИЛЬ- 2)

А

4 пап. ПЫВОВЖОНКРЕТМО'ЙСАШ'

ЧПК 7 0В7(х)) (ОПЫТ РАБОТЫ)

р>(х)=рг>(х)е>(^)

ШЖ

совок* иноп ь ч четных нокл и гк л 1:11

КЧЧКС1ВЛ (ЧПК) СЦСГЕМНОИ ( 1'КДЫ

г к (.

II

р

I

Рис.4. Этапы метода

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП - ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА СИСТЕМНОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СРЕДЫ

1 (lUOKMIHOl II.4VI 111Ы\Ш)Ки\ 11.II ПК VII ('IJIVl'IllkM ш пчиоЛ

----ш,,,.,

Оптимальный вариант системной ср|еды по количественно- качественным характеристикам 'свойств элементов

АДДИТИВНАЯ СВЕРТКА СОВОКУПНОСТИ ЧПК СТРЕМИТСЯ НАЙТИ ЕДИНСТВ! | РЕШЕНИЕ ПО БЕЗУСЛОВНОМУ КРИТЕРИЮ ПРЕДПОЧТЕНИЯ (БКП).

(ВЫЕИРАТСЯ ВАРИАНТ СИСТЕМНОЙ СРЕДЫ ПО ПРИНЦИПУ МАКСИМУМА АДДИТИВНОЙ СВЕРТКИ УСТАНОВЛЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ ЧПК).

max J F,(х)= «пах £ Pr,(x)Q,(х),(»= 1 ...8)

* при феоииппачипсти , - " (

Условный критерий предпочтения (УКШ) (ВЫБИРАЕТ САПР С МАХ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬЮ И МИН СТОИМОСТЬЮ)

укп 1 = f, - ,(х) = шах

f.(x),(f.(x)=0).

---------------------щш__1И. ац ют <чииии___________________

Оптимальный вариант, как наиболее;сбалансированный по критериям.

1|Ж1ЕЩ1Э?ЯШй£5Ш

8 Условный критерий предпочтения (УКП 2)

Щ (ВЫБИРАЕТ ВАРИАНТ С МИНИМАЛЬНОЙ РАЗНОСТЬЮ АДДИТИВНЫХ СВЕРТОК Щ ЧПК РАЗРАБОТЧИКА И ПРЕДПРИЯТИЯ).

Щ Л- <х) = £ е,Я,(г)<1 = 2,3 5.7), Ар (х) =£ с„Г,(*)<;- I 4,6,!).

1 укп2 = тт!/^*) - жху.

(и Условный критерий предпочтения (УКПЗ)

¡5 (ОТДАЕТ ПРЕДПОЧТЕНИЕ ИНТЕРЕСАМ РАЗРАБОТЧИКА (ИЛИ ПРЕДПРИЯТИЯ).

УКП 3 - махГг (х) «= лиа £ - 2 3 5 7)

■

( или УКП 3 = мсарр О) = мах £ - I 4.6,8))

ощлкл акиусги иыьоЬА,^ > iiiPoii тонпгя о I ноем Р 1i.«ftVu» ram« iflr итки Ч&кгимА ii.no _в» iMHAin.ix чичщий счнщкмшоп rf ним_

Рис. 4. Этапы метода (продолжение) 11

Конечным итогом применения метода является вариант системной среды оптимальной по отношению к выбору наиболее эффективного варианта проектирования в рамках среды «Разработчик-САПР».

Математическая задача управления выбором среды разработчик - САПР заключается в определения вектора Х=(х,..,х„) оптимальных параметров этой среды, исходя из определенных критериев оптимальности и наложенных ограничений. Переменные выбора х являются внутренними переменными и допускают варьирование. Состав комплекса параметров определяются на предварительном этапе на основе исходных данных о структуре среды разработчик - САПР и наложенных ограничений.

Использование методов векторной оптимизации с учетом БКП, а затем УКП, которые ориентированы на выбор оптимальной среды «Разработчик -конструкторский САПР» позволяют получить оптимальный вариант среды.

Таблица 3

Полный перечень совокупности частных показателей качества системы «Разработчик- САПР» и их обозначения, принадлежности к этапам и их

особые функции

№ Название Обозн. Этап

1 КВАЛИФИКАЦИЯ. (Соответствие квалификации разработчика требованиям предприятия). (ЧПК1) 1

2 ФИЗИОЛОГИЯ ТРУДА. (Степень соответствия требований разработчика гребовашям предприятия.) К2(х) (ЧПК2) 1

3 ДЕЯТЕЛЬНЫЙ СТИЛЬ -1. (Соответствие стиля деятельности разработчика применительно к способу разводки на САПР). Г3(х) (ЧПКЗ) 2

4 ИНТЕНСИВНОСТЬ. (Требовании предприятия по способу разводки печатного узла на САПР). Р4(х) (ЧПК4) 2

5 ДЕЯТЕЛЬНЫЙ СТИЛЬ - 2. (Соответствие стиля деятельности разработчика применительно к работе на САПР с различными функциональными возможностями). Р50О (ЧПК5) 3

6 СЛОЖНОСТЬ СТРУКТУРЫ САПР. (Функциональные возможности САПР, требуемые предприятием). Р6(х) (ЧПК6) 3

7 ОПЫТ РАБОТЫ. ( На конкретной САПР и аналогичных.) ЕТОО (ЧПК7) 4

8 ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ. (Необходимость и возможность использования имеющейся / приобретения новой конкретной САПР). Щ*) (ЧПК8) 4

9 ЦЕНА САПР. (Возможности предприятия по приобретению новой САПР)^Примечание' Критерий является вспомогательным и применяется только для УКП1) геоо (ЧПК9) заключ ительн ын

Для формирования БКП и УКП производится свертка ЧПК к интегрированным показателям качества. Полный перечень ЧПК системной среды приведен в табл. 3.

Интегральный показатель качества системной среды (Fkoc) , как основной показатель, рассчитывается на основе аддитивной свертки совокупности частных показателей качества (Fi(x), (i=R8)) системной среды.

я я

Fkoc= = = 1 *>, (1)

1=1 1=1

где Qi(x) - функция, отражающая оценку прохождения i-ro теста, условий, требований или комплекса i-x тестов, условий, требований (0 < Qi(x) < 1);

Pri(x) - функция приоритета. Pri(x) играет роль специального весового коэффициента, выделенного с целью разделения оценки прохождения с мнением эксперта о этой оценке. Во всех стандартных ситуациях Рп(х)=1, варьирование значений Pri(x) возможно только с участием эксперта.

Таким образом по принципу максимума FK0C находится множество нехудших решений (D*), таких, что: Fi(x)x eD*> Fi(x)x е D/n*,i = 1,л,-, (или Fi(x)xe d*> Fi(x)x e did*,i = 1,л,) оптимальных по БКП. При неоднозначности вводится последовательная, ступенчатая структура из трех УКП для поиска единственного варианта. Для УКП применяются аддитивные свертки ЧПК как в большей степени выражающих интересы предприятия Fp(x), так и разработчика Fr(x).

УКП1 формируется по принципу максимальной целесообразности при минимальной стоимости на основе максимума аддитивной свертки F8(x) и F9(x) (F9(x) - величиной обратная стоимости САПР [1/руб]). Для расчета УКП1 применяется аддитивная свертка с нормирующими множителями.

УКП 1 = тах К - ,(х) = ШаХ<

При неоднозначности применяется УКП2. Данным УКП (УКП2), предлагается учесть баланс взаимосвязей по принципу минимума абсолютного значения разности двух интегральных показателей качества Рр(х) (ИПК предприятия изготовителя, построенного по принципу аддитивной свертки П(х) выражающих в большей мере интересы предприятия изготовителя (¡=1,4,6,8)) и Рг(х) (ИПК разработчика, построенного по принципу аддитивной свертки Я(х) выражающих в большей мере интересы разработчика (1=2,3,5,7)).

*F«>(;с)" v ' " (2)

F»(x),(F^x)=0).

УКП 2 = тт{^>(х) - />(*)| = шш £ с./7, (*),(' = 1,4,6,8) = 2,3,5,7)

/-1 1=1

При неоднозначности применяется УКПЗ. Данным УКП (УКПЗ), предлагается отдать предпочтение интересам предприятия (л«хсРр(х)) или разработчика (люхРг(х)), в зависимости от конкретной ситуации.

8

УКПЗ = тахРг(х) = тах^с^ (*),(( = 2,3,5,7);

/-1

(4)

(или УКПЪ = тах Рр(х) = тах^с^^О" = 1,4,6,8)).

Оценка эффективности выбор производится исходя из отношения ^¡(х), (1=1+8) к сумме максимально-возможных значений 2р1_иахщвв(х),(1=1+8) для каждого из испытуемых разработчиков.

Э = 1>, (*)/ X ^ _ (х) * 100%, о = ,...*>.

(5)

Все нестандартные, трудно формализуемые ситуации относительно БКП и УКП разрешаются с помощью общего критерия эффективности вплоть до непосредственного вмешательства интеллекта эксперта в процесс управления выбором. При этом с целью поиска единственного решения, допускается варьирование как Рп(х).

В четвертой главе работы произведена апробация и практическая реализация:

1) разработана структура программного комплекса, включающая администратор среды, базу данных элементов среды, систему тестовых задач, монитор эксперта и разработчика;

2) практическая реализация программного комплекса выбора оптимальных свойств системной среды на языке программирования БеШ 7.0;

3) произведена апробация метода, методики и разработанных программных средств на конкретных примерах.

Конечным итогом применения метода, методики и разработанных программных средств является вариант системной среды «Разработчик -конструкторская САПР» оптимальной по отношению к выбору наиболее эффективного варианта производства в рамках среды «Разработчик-конструкторская САПР».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проанализирована система «Человек - САПР» и разработана модель системной среды «Разработчик - конструкторская САПР», как единой системы управления с соответствующими прямыми и обратными связями. Модель разработана с углубленным учетом психологических и психофизиологических особенностей разработчика, как интеллектуального элемента системы.

2. Произведен выбор и систематизация характеристик элементов системы «Разработчик - конструкторская САПР», а также разработаны методы их

<- оценки с учетом индивидуальных особенностей разработчика.

3. Разработана система тестовых задач, для идентификации выбранных индивидуальных характеристик человека - разработчика.

4. Разработана иерархическая схема оптимального выбора автоматизированной среды «Разработчик - конструкторская САПР» и структура БКП и УКП, ориентированных на выбор оптимальной среды.

5. Разработан метод и методика управления выбором оптимальной автоматизированной среды «Разработчик - конструкторская САПР», основанной на систематизации, последующей векторной оптимизации квалификационных и психофизиологических факторов разработчика и параметров других элементов системы, позволяющей повысить как эффективность проектирования, так и эффективность использования возможностей разработчика на конструкторских САПР.

6. С целью обеспечения гибкости аппарата метода управления выбором, введены определенные соотношения между весовыми коэффициентами и приоритетами на всем пространстве иерархической схемы.

7. Разработана структура программного комплекса, конкретизированы его составные части и их функции.

8. Осуществлена апробация метода управления выбором системной среды «Разработчик - конструкторская САПР» на конкретных примерах и показана его эффективность.

9. Сформулированы рекомендации по практическому применению разработанного метода управления выбором системной автоматизированной среды «Разработчик - конструкторская САПР».

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Андрюхин А.Г. Метод управления выбором автоматизированной среды разработчик-конструкторская САПР // Моделирование и исследование сложных систем: Сборник тр. IX Междунар. науч. техн. конф. - М: МГАПИ, 2003. С.135-141.

2. Андрюхин А.Г. Метод выбора оптимальной системной среды специалист - СПО // Информационные технологии в науке, технике и образовании: Сборник тр. Междунар. науч. техн. конф. - М: МГАПИ, 2005. Т.1.

3. Андрюхин А.Г. Выбор оптимальной среды «разработчик -конструкторская САПР» при проектировании печатных узлов // Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права: IV Междунар. науч. техн. конф. - М: МГАПИ, 2001. С. 24-

4. Андрюхин А.Г. Исследование метода управления выбором автоматизированной среды разработчик - конструкторская САПР // Инновационные технологии и повышение качества в приборостроении: Сборник науч. тр.- М.: МГАПИ, 2002. Вып. 6. С.118-124.

5. Андрюхин А.Г. Принципы выбора оптимальной среды разработчик -конструкторская САПР при проектировании печатных узлов // Моделирование и исследование сложных систем: Сборник тр. Междунар. науч. техн. конф. - М: МГАПИ, 2001. С.114-119.

6. Андрюхин А.Г. Выбор оптимальной среды «Разработчик -конструкторская САПР» при проектировании печатных узлов // Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права: VI Междунар. науч. техн. конф. - М: МГАПИ, 2003. С. 7-

7. Андрюхин А.Г., Карабачинский А.Л. Система тестирования знаний и профессиональной ориентации на основе теории нечетких множеств // Проблемы экономической теории и практики на современном этапе развития: Сборник науч. тр. М: МГАПИ, 2001. С. 135-136.

8. Варламов Г.В., Андрюхин А.Г., Богомолова С.Н., Психофизиологические особенности профотбора сотрудников // Проблемы психологии и корпоративной безопасности: Науч. техн. конф. - Сочи, 2001.

9. Варламов Г.В., Андрюхин А.Г., Николаева И.Н., Некоторые новые возможности при психофизиологических обследованиях // Психология и безопасность организаций: I науч. техн. конф. - Майкоп, 2001. С. 102-103.

С.62-70.

29.

13.

С.11-14.

Подписано в печать 09.12.2005. Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл.печ.л. 1,0. Тираж 90 экз. Заказ № Оу/

аппар;

ш

Воронежский государственный технический университет 394026 Воронеж, Московский просп., 14

»25 8 42

РНБ Русский фонд

2006-4 28759

Введение

Глава 1. Анализ автоматизированной среды разработчик— 10 САПР.

1.1 .Анализ автоматизированных средств разработчик — САПР.

1.2.Анализ психологических и психофизиологических 16 особенностей разработчика.

1.3.Конструкторские САПР и их особенности. 25 Выводы по первой главе. 34 Постановка задачи.

Глава 2. Выбор , обоснование и систематизация индивидуальных 38 психологических и психофизиологических характеристик разработчика.

2.1 .Выбор и обоснование индивидуального деятельного стиля разработчика, как интегральной, базовой характеристики. 2.2.0боснование выбора цветного зрения, как индивидуальной характеристики , и особенности его анализа.

2.3.Выбор и обоснование дополнительных и ограничительных 57 психологических и психофизиологических характеристик.

2.4.Систематизация характеристик элементов в системе 65 разработчик - конструкторская САПР

Выводы по второй главе.

Глава 3. Разработка адаптивного метода выбора оптимальной среды разработчик — конструкторская САПР.

3.1 .Разработка иерархической схемы автоматизированной среды 69 разработчик - конструкторская САПР.

3.2.Математический аппарат векторной оптимизации

3.3.Особенности метода управления выбором.

Выводы по третьей главе.

Глава 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И АПРОБАЦИЯ.

4.1 .Адаптация теста определения индивидуального деятельного 107 стиля под особенности системы «разработчик -конструкторская САПР».

4.2. Практическая реализация квалификационного теста.

4.3. Апробация и практическая реализация разработанных средств. 125 Выводы по четвертой главе.

Актуальность темы.

В настоящее время рынок систем автоматизированного проектирования как в нашей стране, так и во всем мире переживает стремительное развитие. Практически ежегодно выходят новые , усовершенствованные версии конструкторских САПР известных фирм - производителей , которые отличаются от предыдущих новыми возможностями , а также расширенным выбором программных средств для топологического проектирования электронной техники.

Расширение возможностей конструкторских САПР с одной стороны дает возможность решать более эффективно и быстро конструкторские задачи различной сложности, а с другой стороны предъявляет и к разработчику РЭС все новые и новые требования в плане его психологических, психофизиологических и квалификационных возможностей адаптации к постоянно меняющемуся программному продукту и совместимости с ним в системе человек - конструкторская САПР. Представляется целесообразным наряду с квалификационными характеристиками при выборе оптимальной САПР для конкретного разработчика более углубленно учитывать его психологические и психофизиологические возможности такие как: характеристики зрения, стиля деятельности и его составляющих , утомляемости (при работе за компьютером) и т.д., для выбора оптимальной среды разработчик -конструкторский САПР. Дополнительную актуальность данному вопросу придает достаточно тяжелый для жизнедеятельности россиян периода 90-х годов, достаточно негативно повлиявший на психологическое и психофизическое состояние практически всех возрастных групп.

Конструкторские САПРы для топологического проектирования ГТП в настоящее время представляют собой совокупность программных средств для решения задач проектирования со структурой , характеризующейся достаточно жесткой последовательностью их выполнения и , как правило свободным выбором интенсивности проектирования: ручного, интерактивного или автоматического режима или с многоуровневой структурой , дающей разработчику возможность выбора, как интенсивности разводки, так и стратегии разводки за счет возможности выбора конкретных программ для стандартных процедур проектирования.

В настоящее время в системе разработчик - конструкторская САПР становится все более значимым с одной стороны при возрастающих возможностях конструкторских САПР роль человека - разработчика , как интеллектуального усилителя вычислительных возможностей САПР и с другой стороны роль предприятия , как компонента несущего ответственность за качество разрабатываемой техники и являющегося интегральным компонентом системы т.к. помимо своих экономических , производственных и квалификационных требований и возможностей фактически является собственником двух компонентов системы , а именно: лицензионного САПРа и заказа на топологическое проектирование ЭА.

Существует достаточно много разработок , направленных на профориентацию , профотбор и эргономику, однако данные разработки зачастую не решают задачу выбора оптимальной среды , а решают лишь одностороннюю задачу либо подбора профессионально - приемлемого программного продукта или специализации для человека , либо выбора оператора для конкретной САПР , зачастую не принимая во внимание задачу их оптимального взаимодействия.

Таким образом актуальность темы диссертационной работы определяется необходимостью построения методики и алгоритма многокритериального выбора оптимальной автоматизированной среды «разработчик - конструкторская САПР» , как единой системы управления с соответствующими прямыми и обратными связями , которая позволит с одной стороны повысить эффективность разработки техники, а с другой стороны - оптимизировать условия работы разработчика на этой технике.

Работа выполнена в рамках вузовской программы ИСТ 102 «Принятие решений в системах автоматизированного мониторинга и диагностики».

Цели и задачи исследования.

Целью работы является - разработка метода управления выбором оптимальной системной среды «разработчик - конструкторская САПР», основанного на многокритериальном подходе, позволяющем повысить как качество производства, так и эффективность использования возможностей определенного человека - разработчика на конкретном САПР.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи: проанализировать особенности системы «человек - машина», особенности системной среды «разработчик - конструкторская САПР» с углубленным учетом психологических и психофизиологических особенностей человека - разработчика; определить составные части - элементы среды «разработчик-конструкторская САПР» и проанализировать каждый элемент на предмет выявления прямых и обратных связей их оптимального взаимодействия; разработать модель системной среды «Разработчик- конструкторская САПР»; осуществить выбор и систематизацию свойств системной среды по принадлежности конкретному элементу, сформулировать тестовые задачи, применимые для идентификации индивидуальных свойств разработчика в системе «разработчик - конструкторская САПР»; разработать иерархическую модель процесса выбора оптимальной системной среды «разработчик - конструкторская САПР»; разработать метод и методику управления выбором оптимальной системной среды «разработчик - конструкторская САПР», основанные на многокритериальной многоуровневой векторной оптимизации свойств такой среды; разработать структуру программно-методического комплекса управления выбором, а также сам комплекс и провести его апробацию.

Методы исследования.

При выполнении работы использовались основные положения теории векторной оптимизации, методы теории управления , кластерный анализ.

Научная новизна.

Принципы формирования и анализа модели среды «Разработчик -конструкторская САПР» основанные на представлении системной среды как единой системы управления с соответствующими прямыми и обратными связями, позволяющие идентифицировать и выделить существенные свойства элементов системной среды «Разработчик-конструкторская САПР» с адаптацией к индивидуальным психологическим и психофизиологическим свойствам человека-разработчика.

Метод управления выбором оптимальных свойств системной среды «Разработчик - конструкторская САПР», основанный на систематизации, классификации, разработке иерархической схемы и последующей векторной оптимизации квалификационных и психофизиологических факторов разработчика и параметров элементов системы, позволяющий повысить как эффективность производства, так и эффективность использования возможностей разработчика.

Иерархическая структура безусловных и условных критериев предпочтения, ориентированных на выбор оптимальной среды «Разработчик — конструкторская САПР», обеспечивающих возможность объединения в интегрированную среду как процедур оптимального выбора, так и интеллекта эксперта, обладающих достаточной гибкостью для сбалансированного учета прямых и обратных связей внутри иерархии метода.

Программно методический комплекс основанный на иерархической схеме управления выбором и векторной оптимизации систематизированных квалификационных и психофизиологических факторов разработчика и параметров элементов системы, позволяющие выбрать оптимальный вариант системной среды.

Практическая ценность.

Практическая ценность работы заключается в разработке метода, методики, структуры и самого программного обеспечения управления выбором системной среды «разработчик - конструкторская САПР», основанных на многокритериальном подходе, позволяющем повысить как качество процесса проектирования, так и эффективность использования возможностей человека - разработчика на конкретном САПР, а также в разработке рекомендаций по его практическому применению. Разработанный программный комплекс прошел апробацию в ГОУ Международный университет природы, общества, человека и МГАПИ и внедрен в учебный процесс внедрен в учебный процесс по направлениям подготовки дипломированных специалистов - 65.43.00 - проектирование и технология радиоэлектронных средств, 65.46.00 - информатика и вычислительная техника, 65.47.00 - информационные системы.

Апробация работы.

Материалы диссертации представлены в сборнике трудов «Моделирование сложных систем» по результатам ИХ и IX МНПК г. Севастополь 2001г.,2003г.; IV и VI МНТК «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права» г. Сочи 2001г. и 2003 г., «Информационные технологии в науке, технике и образовании» МНТК г. Севастополь 2004г., а также в сборниках научных трудов МГАПИ и других организаций.

Публикации.

Основные результаты исследований опубликованы в 9 печатных работах, перечень которых приведен в конце диссертации. Личный вклад соискателя: в публикации [7], опубликованной в соавторстве соискателю принадлежит - разработка иерархической структуры системы (2 л.); в [8] -исследование психофизических особенностей человека - специалиста по работе со сложным программным обеспечением при профотборе (1 л.); в [9] - исследование психофизических аспектов поведения человека -специалиста по работе с сложным программным продуктом при психологических обследованиях (0,5 л.).

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения составляющих 149 е., списка литературы из 109 наименований, содержит 20 рисунков, 17 таблиц, 7 диаграмм, 12 программных фрагментов экрана. Всего 163 страницы.

Выводы по четвертой главе.

1) Произведена адаптация теста определения индивидуального деятельного стиля под особенности системы «разработчик — конструкторская САПР». Адаптация включает: выбор структуры тестовой задачи, ее модификацию под особенности системы «разработчик - конструкторский САПР»; выбор математического аппарата кластерного анализа, как наиболее эффективного способа идентификации индивидуального деятельного стиля; разработку алгоритма тестирования, программного обеспечения и его апробацию.

2.) Разработана структура программного комплекса управления выбором, конкретизированы его составные части и их функции. Разработано соответствующее программное обеспечение управления выбором. Программный комплекс включает: администратор системной среды, базу данных по элементам среды, комплекс квалификационных, психологических и психофизиологических тестовых задач.

3.) Разработана практическая методика управления выбором, с использованием адаптированных тестов, разработанных программных средств, выделенных и оцифрованных свойств самой среды с разбором конфликтных ситуаций при помощи эксперта.

4.) Показана роль эксперта. Функции эксперта заключается в слежении за ходом тестирования и оптимизации, который имеет право вмешиваться в процесс в нестандартных ситуациях, в частности при возникновении конфликтных ситуаций.

5.) Осуществлена апробация метода управления выбором оптимальной среды «разработчик - конструкторская САПР» на конкретных примерах, произведена оценка эффективности, в том числе при вариации характеристик элементов среды. Приведенные примеры показали эффективность разработанного метода, методики и программных средств.

6.) Сформулированы рекомендации по практическому применению разработанного метода управления выбором системной автоматизированной среды «разработчик - конструкторская САПР».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1. Проанализирована система «человек - САПР» и разработана модель системной среды «разработчик - конструкторская САПР» , как единой системы управления с соответствующими прямыми и обратными связями. Модель разработана с углубленным учетом психологических и психофизиологических особенностей разработчика, как интеллектуального элемента системы.

2. Произведен выбор и систематизация характеристик элементов системы «Разработчик - конструкторская САПР» , а также разработаны методы их оценки с учетом индивидуальных особенностей разработчика.

3. Разработана система тестовых задач, для идентификации выбранных индивидуальных характеристик человека - разработчика.

4. Разработана иерархическая схема оптимального выбора автоматизированной среды «разработчик - конструкторская САПР» и структура БКП и УКП, ориентированных на выбор оптимальной среды.

5. Разработан метод и методика управления выбором оптимальной автоматизированной среды «Разработчик - конструкторская САПР» , основанной на систематизации, последующей векторной оптимизации квалификационных и психофизиологических факторов разработчика и параметров других элементов системы, позволяющей повысить как эффективность проектирования, так и эффективность использования возможностей разработчика на конструкторских САПР.

6. С целью обеспечения гибкости аппарата метода управления выбором, введены определенные соотношения между весовыми коэффициентами и приоритетами на всем пространстве иерархической схемы.

7. Разработана структура программного комплекса, конкретизированы его составные части и их функции.

8. Осуществлена апробация метода управления выбором системной среды «разработчик - конструкторская САПР» на конкретных примерах и показана его эффективность.

9. Сформулированы рекомендации по практическому применению разработанного метода управления выбором системной автоматизированной среды «разработчик - конструкторская САПР».

1. Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права. 1УМНТК. Научные труды книга «Приборостроение» М: МГАПИ 2001, С 24-29.

2. А6). 5). Андрюхин А.Г. Выбор оптимальной среды «разработчик -конструкторская САПР» при проектировании печатных узлов. //

3. Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики,экономики и права. VI МНТК. Научные труды книга «Приборостроение» -М: МГАПИ 2003, С 7-13.

4. А8). Варламов Г.В., Андрюхин А.Г., Богомолова С.Н.,

5. Психофизиологические особенности профотбора сотрудников. // 5 НТК Проблемы психологии и корпоративной безопасности. Сочи: 2001 г., С11-14.

6. А9). Варламов Г.В., Андрюхин А.Г., Николаева И.Н., Некоторые новые возможности при психофизиологических обследованиях. // 1 НТК Психология и безопасность организаций. Майкоп: 2001 г., С 102-103.ба1. УТВЕРЖДАЮ:1. Ректор МГАПИ

7. Акт о внедрении результатоддассертационной работы Андрюхина Александра Гаврииловича «Управление выбором оптимальной автоматизированной среды «Разработчик конструкторская САПР»».

8. Программный комплекс позволяет повысить эффективность и качество обучения студентов методам векторной оптимизации, методам моделирования сложно организованных систем, а также методам оптимального управления в сложных системах.

9. Зам. зав. кафедрой ПР7 г к.т.н, доцент A.C. Кудрявцев

10. Зав. кафедрой ПРЗ д.т.н, профессор A.C. КравчукЪ1. УТВЕРЖДАЮ: