Синтез проектных решений с учетом дополнительных условий

Все рассмотренные модели структурного синтеза являются композиционными. Это значит, что они, потенциально или актуально, описывают только разрешенные сочетания элементов, полученные по правилам композиции данной обобщенной структуры. Среди всех решений задачи синтеза, которые определяются по рассмотренным моделям, могут содержаться нежизнеспособные, нереализуемые варианты, а также решения, защищенные патентами. Легко согласиться с тем, что множество решений, которые дает обобщенная структура любого вида, является ограниченно применимым.

Число различных параметров, характеристик, аспектов, режимов и т. п., которые описывают свойства реальных объектов, чрезвычайно велико. Только ограниченное их количество может быть учтено и описано при моделировании. Любой реальный объект намного богаче и сложнее по своим свойствам и поведению, чем его самое полное математическое описание. Возможность и необходимость объединения элементов в решение зависит только не только от функциональной структуры класса технических объектов, которая успешно описывается формальными средствами дискретной математики. Во многих проектных ситуациях на выбор структур накладываются дополнительные условия и ограничения, не представленные на языке обобщенной структуры. Эти условия могут отражать как объективные связи различной физической природы (например, требования технологии, эргономики, технического дизайна и пр.), так и субъективные предпочтения экспертов.

Задача разработки моделей структурного синтеза, учитывающих дополнительную информацию о правилах объединения элементов в составе технической системы или процесса, является важной и актуальной. Рассмотрим возможные способы формализации таких условий.

Все дополнительные условия, наложенные на элементы обобщенных структур, можно разделить на две группы: бинарные и многоместные. Первые действуют на парах элементов, вторые могут регламентировать выбор подмножеств объектов любой мощности.

Анализ различных классов технических объектов показывает, что многоместные дополнительные условия композиции встречаются достаточно редко. Большая часть таких условий, имеющих прикладное значение, может быть сведена к сочетанию бинарных отношений и правил. Далее будем рассматривать только такие условия.

Можно привести множество примеров дополнительных бинарных условий из различных отраслей техники и технологии. Выбор магазинного способа хранения штифтов в автоматическом устройстве запрессовки штифтов влечет за собой включение в состав изделия шиберного узла подачи. Гайка не может присутствовать в составе прибора или машины без своей ответной части — болта, шпильки или винта. В состав бытового теплового прибора не может быть включен источник тепла, работающий на физическом принципе ядерного реактора. Самые ответственные этапы сборки машин и приборов должны заканчиваться операциями контроля. Заготовительные и прецизионные технологические операции не могут входить в один техпроцесс обработки.

Если абстрагироваться от физической природы причин, накладывающих дополнительные ограничения на выбор альтернатив, то на уровне принятия решений все объективные характеристики и субъективные соображения могут рассматриваться как условия выбора (предусловия) и последствия выбора (постусловия) структурных элементов. Приведем некоторые виды условий для гипотетических элементов x и y.

· Принуждение. Выбор x влечет выбор y;

· Необходимость. Условием выбора x служит выбор y;

· Бинарный запрет на сочетание. Элементы x и y не могут входить в одно решение;

· Двойное принуждение. Элементы x и у входят в решение одновременно.

Удобными средствами описания этих условий служат язык теории графов и аппарат математической логики.

Самым популярным видом дополнительных ограничений являются бинарные запреты на сочетания. Не будет преувеличением сказать, что этот тип отношений между парами элементов обобщенной встречается чаще всего в проектной практике инженеров различного профиля. Рассмотрим простую модель структурного синтеза, которая позволяет описать этот вид дополнительных ограничений очень лаконичными средствами без привлечения сложного комбинированного формализма.