Комбинаторно-логические методы структурного синтеза

Среди всех подходов к решению задачи структурного синтеза наибольшее распространение в системах автоматизированного проектирование получили различные методы, принадлежащие к классу комбинаторно-логических. В основе этого подхода лежит хорошо организованные перебор в массиве решений, которые являются аналогами и прототипами.

Рассмотрим основные допущения:

· Проектируемый объект, будь то техническая система или процесс, имеет структуру;

· Проектируемый объект принадлежит к некоторому классу объектов (множество аналогов и прототипов), имеющих одинаковое функциональное назначение.

· Множество аналогов и прототипов обладает достаточной мощностью, для того, чтобы поиск новых сочетаний в этом комбинаторном пространстве был результативен;

· Составные части объектов класса обладают «хорошими комбинаторными способностями». Это значит, что принципы действия объектов не различаются настолько, чтобы запретить объединение разных компонент в составе нового объекта.

Структуру класса объектов, имеющих одинаковое функциональное назначение, принято называть обобщенной. Элементы этого класса являются аналогами и прототипами реализуемого проекта. Обобщенная структура представляет собой " комбинаторное пространство", в котором находятся различные сочетания элементов, образующие структуры разрабатываемого технического объекта. В качестве средств описания обобщенных структур используются табличные, алгебраические, логические и сетевые модели. Классификация методов комбинаторно-логического синтеза показана на следующем рисунке.

рис. 2. Классификация методов комбинаторно-логического синтеза

Наибольшее распространение среди этих моделей получили морфологические таблицы и А-деревья (И—ИЛИ-деревья — в исследованиях по искусственному интеллекту и в программировании).

Морфологические таблицы применяются на ранних стадиях проектирования и конструирования: при решении изобретательских задач, для обликового проектирования некоторых технических объектов и т. п. Таблицы позволяют получать составы (структуры без связей), структуры с линейными связями и регулярные структуры, причем все решения состоят из равного количества элементов.

Под обобщенной структурой будем понимать структуру класса объектов, имеющих одинаковое функциональное назначение. Обобщенная структура составляется на основе знаний данной предметной области, обобщения инженерного опыта и традиций, анализа аналогов и прототипов. Она содержит информацию об альтернативных вариантах устройства объектов данного класса. Например, если четко ограничить тактико-технические характеристики летальных аппаратов, то множество проектов данной направленности образует класс, который на структурном уровне описания можно рассматривать как обобщенную структуру.

Со времени изобретения бумаги в древнем Китае было предложено множество технических решений для письма. Этот класс объединяет громадное количество самых разнообразных проектов: от кисточек, которыми пользовались авторы изобретения, до автоматических многоцветных ручек современной фабрикации. Любое устройство, предназначенное для письма на бумаге, не отличается рекордной технической сложностью, но даже самые простые технические решения обладают структурой, и их совокупность — обобщенной структурой.

Существует несколько модификаций метода синтеза на основе обобщенной структуры. Они отличаются друг от друга способом описания обобщенной структуры, методами поиска решений, средствами описания запрещений на сочетание различных альтернатив и т. д. Рассмотрим некоторые разновидности метода синтеза на основе обобщенной структуры, получившие наибольшее распространение в практике проектирования.