Основы синтеза новой технической системы управления

Цели и характер обоснования варианта новой

технической системы управления

Процесс создания новых (перспективных) технических систем управления связан с разработкой требований к ним, которые должны отражать качество и эффективность реализации системами своих целевых функций при определенных условиях и способах их применения (использования).

Для выработки этих требований проводится техническое обоснование перспективной системы. Данная процедура предполагает определение состава и типа элементов будущей системы и их наиболее существенных характеристик, показывающих место и роль элементов в системе. На основе этих характеристик составляется тактико-техническое задание (ТТЗ) промышленности на разработку и производство новой технической системы.

ТТЗ содержит:

• формулировку цели и задач, выполняемых технической системой управления;

• требования к схеме (порядку) применения;

• требования к обеспечивающим элементам (компонентам);

• условия эксплуатации;

• показатели унификации составных частей системы управления;

• требования к объему документации, предъявляемой заказчику;

• число изделий, предназначенных для испытаний (например, летно-конструкторских).

Процесс создания новых технических систем управления и его участники показаны на рис. 3.1.

На этапе разработки технического предложения определяются тактико-технические характеристики (ТТХ) объекта проектирования, даются его краткое описание и схема функционирования, выбирается конструктивно-компоновочная схема или ее вариант, определяется объем работ, производится оценка производственной и экспериментальной базы, разрабатывается генеральный график создания системы и составляется перечень исполнителей-разработчиков.

Тактико-технические характеристики ТСУ — это упорядоченная по определенному замыслу совокупность количественных характеристик ТСУ, определяющих их свойства. В ТТХ могут отражаться такие свойства ТСУ, как производительность, а также массовые, габаритные и прочие характеристики. В общем случае свойства новых ТСУ могут описываться через показатели их качества или эффективности. Качество ТСУ определяется ее потенциальной пригодностью для выполнения задач целевого применения. Эффективность ТСУ проявляется в процессе ее применения и характеризует ее способность достигать цели при своем качестве, условиях и способах применения.

Характерными элементами этапа разработки эскизного проекта являются теоретическое и экспериментальное обоснование главных характеристик, технических и технологических решений при создании ТСУ в целом и ее основных частей.

На этапе разработки рабочей документации важно подготовить полный комплект конструкторской документации и комплексную программу экспериментальной отработки создаваемой ТСУ.

На каждом этапе проектирования решаются задачи системного синтеза, представляющие ТСУ с различной степенью детализации.

В рассматриваемой последовательности этапов проектирования обоснование того или иного варианта перспективной ТСУ представляет собой верхний уровень проектных работ (рис. 3.2). В проекте любой системы можно выделить три уровня: архитектура, исполнение и реализация.

Архитектура системы — это функциональное применение системы с точки зрения пользователя, под исполнением понимается логическое описание внутренней структуры, дающее возможность исполнения этих функций, реализация — физическое воплощение исполнения.

Техническое обоснование ТСУ включает описание с помощью специальных требований функционального применения ТСУ с точки зрения пользователя.

Вышесказанное позволяет сделать следующий важный вывод: техническое обоснование перспективных ТСУ относится к задачам системного синтеза и представляет собой процесс разработки архитектуры сложной ТСУ исходя из принципов многокритериалъности, декомпозиции и итеративности.

Общая процедура обоснования варианта перспективной ТСУ

Техническое обоснование облика перспективной ТСУ направлено на разрешение противоречия между желаемым и возможным, причем желаемое определяется возникшими потребностями в создании новой ТСУ (задачами системы более высокого уровня), а возможное — уровнем развития науки и техники и внешними условиями применения (эксплуатации). На рис. 3.2 в системном представлении показан процесс проведения технического обоснования и выработки тактико-технического задания на разработку и производство перспективных ТСУ.

Методологической основой технического обоснования облика перспективной ТСУ является методология архитектурного проектирования. "Архитектурное проектирование - это проектирование сверху вниз, определяющее каждую деталь как часть целого"[3.8],

Общую процедуру обоснования перспективной ТСУ можно представить в виде трех уровней.

Цель первого уровня исследования — установление достаточности множества показателей качества и эффективности проектируемой ТСУ. Первый уровень включает:

• формулировку задач технического обоснования;

• определение начальных (отправных) качественных характеристик сформулированной задачи;

• определение множества возможных вариантов решения задачи и выбор наиболее конкурентоспособного;

• выбор показателей качества и эффективности для рассматриваемой системы.

Выбор показателей качества и эффективности производится путем сравнения их с интересующими свойствами проектируемой системы. При выявлении несоответствия следует вернуться к этапу формулировки задачи, тщательно разобраться в ней и дать другую формулировку.

Цель второго уровня исследования — достижение соответствия между типом сформулированной задачи, особенностями математической модели исследуемой системы и методами ее решения. Второй уровень включает:

 разработку математической модели ТСУ (модели исходных данных) и проведение на ней экспериментов;

 выбор математических методов обработки математических экспериментов, формирование с их помощью технического облика ТСУ (порождающей модели) и проведение на ней исследований.

Соответствие между типом сформулированной задачи, особенностями математической модели и методами ее решения часто нарушается из-за возможности или неумения подобрать математические методы обработки результатов математического эксперимента и формирования облика системы. В таком случае необходимо скорректировать задачу до уровня своих возможностей или знаний, пусть даже за счет потери качества решения, это будет методически грамотно и математически корректно, а в итоге - правильно.

Цель третьего уровня — достижение соответствия между решениями частных подзадач. Это соответствие предполагает выполнение требований сформулированных по результатам решения задачи вышестоящего иерархического уровня. Третий уровень включает:

• декомпозицию задачи технического обоснования (выдачу исходных данных на нижние иерархические уровни и проведение на них исследований);

• согласование решений всех иерархических уровней с использованием принципа итеративности;

• исследование технического облика ТСУ в организационном и экономическом аспектах.

Затем проводится исследование полного множества альтернативных вариантов и принимается наиболее перспективный вариант ТСУ. Этот блок работ предполагает следующее:

• рассмотрение каждой из возможных альтернатив системы и получение области возможных решений;

• разработку математической модели принятия решений (структурированной модели) и определение наилучшего варианта ТСУ.

Если ни одно из полученных решений множества альтернативных вариантов не удовлетворяет требованиям, то возникает необходимость в изменении формулировки задачи. При этом возможны два выхода: переформулировать задачу при тех же требованиях, используя информацию, полученную при предыдущих исследованиях, или выйти на уровень вышестоящей системы с обоснованной просьбой изменения требований к выполняемой задаче.