Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22) УДК 658.512 А.А. РеутовФОРМАЛИЗАЦИЯ ВЫБОРА КОНЦЕПЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЪЕКТАРассмотрен фасетный способ классификации концепций проектирования. Предложен формальный метод выбора концепции путем сравнения описания технического задания и фильтрованного множества концепций.Ключевые слова: проектирование, концепция, классификация, техническое задание.Концепцией проектирования называют общий замысел проекта без конкретизации составляющих. Описание концепции включает назначение и описание объекта проектирования. Выбор концепции определяет направление проектирования, область возможных проектных решений. Проектировщик, как правило, ищет подходящие проектные решения, не имея заранее точных сведений об их характеристиках. Для упорядочения множества концепций применим фасетный метод классификации [1]. Каждой концепции g сопоставим фасетную формулу F(g) – последовательность пар: фасет φ и его значение φ(g) на этой концепции для всех фасетов., где Ф – множество всех фасетов; G – множество всех концепций. При классификации важно обосновать классифицирующие признаки – фасеты. Выбор концепции хорошо контролируется, если количество фасетов не превышает семи-девяти. Выделим классифицирующие признаки и варианты их реализации для приводов ленточных конвейеров (ЛК) (табл.1).Таблица 1 Классифицирующие признаки приводов ЛК и варианты их реализации Классифицирующий признак (фасет) Вариант реализации (значение фасета) Обозначение Наименование Обозначение Наименование φ1 Место установки привода на конвейере φ11 Грузовая ветвь ленты φ12 Концевой барабан φ13 Порожняковая ветвь ленты φ2 Вид подводимой энергии φ21 Электрическая φ22 Гидравлическая φ23 Пневматическая φ24 Тепловая φ3 Способ передачи силы тяги φ31 Фрикционный контакт с прижатием за счет натяжения ленты φ32 Фрикционный контакт с прижатием за счет натяжения ленты и дополнительных сил φ33 Бесконтактный электромагнитный φ4 Тип компоновки узлов привода φ41 Привод из отдельных по функциональному назначению узлов φ42 Привод из совмещенных по функциональному назначению узлов Базовое множество концепций Gb, включающее все возможные сочетания значений фасетов, для конкретной проектной задачи необходимо отфильтровать с использованием известных теоретических и заданных в техническом задании (ТЗ) критериев и ограничений. В качестве самых общих можно использовать критерий взаимного исключения и критерий взаимного дополнения фасетов. Результат фильтрации базового множества концепций Gb представим матрицей совместимости А вариантов реализации классифицирующих признаков. Значение элемента матрицы А является мерой совместимости фасетов. При использовании дискретной трехступенчатой шкалы совместимости матрица А заполнена по следующему правилу: – если элемент матрицы aij = -1, то реализации i и j несовместимы; – если aij = 0, то реализации i и j нейтральны по отношению друг к другу; – если aij = 1, то реализации i и j взаимно дополняют друг друга. Для приводов ЛК матрица совместимости имеет видНомера столбцов и строк матрицы ^ A соответствуют порядку обозначений значений фасетов в табл.1. Матрица совместимости A является симметрической. Незаполняемые элементы матрицы отмечены черточками. Базовое множество Gb для приводов ЛК включает 72 концепции. Из матрицы А следует, что пары значений фасетов φ11 и φ32 , φ22 и φ33 , φ23 и φ33 , φ24 и φ33 несовместимы. Несовместимость пары значений фасетов φ11 и φ32 обусловлена нецелесообразностью расположения на грузовой ветви конвейера дополнительных устройств для создания фрикционного контакта с прижатием за счет натяжения ленты и других сил. Несовместимость пар φ22 и φ33 , φ23 и φ33 , φ24 и φ33 связана с тем, что бесконтактный электромагнитный способ передачи силы тяги невозможен без электрической энергии. Несовместимость пары значений фасетов φ11 и φ32 приводит к выбраковке 8 концепций, остальных трех пар - к выбраковке 18 концепций. Поэтому множество концепций после фильтрации Gf содержит 46 концепций. Отфильтрованное множество концепций Gf представим фасетной таблицей (табл. 2), содержащей все допустимые сочетания значений фасетов.Таблица 2 Фасетная таблица Обозначениеконцепции Значения фасетов φ1 φ2 φ3 φ4 g1 φ11 φ21 φ31 φ41 g2 φ11 φ21 φ31 φ42 g3 φ11 φ21 φ33 φ41 … … … g46 φ13 φ24 φ32 φ42 В качестве формального способа выбора концепции примем сопоставление описаний концепций с требованиями ТЗ. Для этого описания концепций и ТЗ должны иметь одинаковый формат, т.е. одинаковые правила составления описаний. Формат определяет способ расположения и представления данных в таблицах, базах данных и других информационных объектах. С учетом [2] в табл. 3 приведены обязательные разделы ТЗ и описания концепций. Таблица 3 Разделы ТЗ и описания концепций Разделы ТЗ Разделы описания концепций 1. Наименование. Идентификатор 1. Наименование. Фасетная формула 2. Перечень нормативных документов для проектирования 2. Перечень документов, источников информации с характеристиками концепции, результатами испытаний, статистическими данными 3. Источники информации для проектирования 3. Источники информации, использованные при разработке концепции 4. Технические требования: – основные параметры и характеристики; – требования назначения; – требования надежности;– требования стойкости к внешним воздействиям 4. Технические возможности, ограничения: – диапазоны возможных значений основных параметров и характеристик; – область (условия) применения; – данные о надежности аналогов;– данные о стойкости эксплуатируемых объектов, результаты испытаний 5. Конструктивные требования 5. Конструктивные ограничения 6. Требования к технологии изготовления 6. Перечень технологических процессов изготовления аналогов 7. Эксплуатационные требования 7. Эксплуатационные характеристики аналогов 8. Требования эргономики и безопасности 8. Показатели эргономики и безопасности аналогов 9. Требования производственной санитарии и экологии 9. Показатели производственной санитарии и экологии аналогов 10. Экономические требования 10. Экономические показатели аналогов Каждый раздел ТЗ и описания концепции может иметь несколько пунктов, содержащих текстовую, графическую и числовую информацию. Методика описания концепции включает: – выбор аналогов, соответствующих фасетной формуле (реальных объектов, проектов, описаний изобретений и других документов); – сбор источников информации с характеристиками аналогов, результатами испытаний, статистическими данными; – заполнение разделов описания концепции (табл. 3). Многократное автоматизированное использование описаний концепций возможно при создании онтологической модели концепции и применении инструментального средства, например редактора Protégé. Описания ТЗ и концепции всегда содержат неопределенность вследствие недостатка информации, поскольку полную информацию об объекте проектирования содержит только рабочий проект. Соответствие пунктов описаний ТЗ и концепции оценим степенью совместимости ζi - дискретной экспертной оценкой в интервале [0,1]. Оценка ζi = 0 означает, что требования i-го пункта ТЗ ни в коей мере (ни в коем объеме) не могут быть удовлетворены при использовании концепции. Оценка ζi = 1 означает, что требования i-го пункта ТЗ могут быть полностью удовлетворены при использовании концепции. Результатом сопоставления описания ТЗ и множества концепций Gf может быть: 1. Выбор наиболее подходящей концепции по обобщающему оценки ζi критерию. Например, максимальная суммарная степень совместимости biζi max, где bi - весовые коэффициенты; или минимум максимальной несовместимости min(max(1-ζi)). 2. Выбор Парето-оптимальных концепций. 3. Корректировка требований ТЗ. 4. Поиск, синтез новых концепций (расширение базового множества Gb).СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Информатика / под ред. Н.В. Макаровой. -М.: Финансы и статистика, 2007. – С. 51 – 52. 2. ГОСТ 2.114-95. Технические условия. Правила построения.Материал поступил в редколлегию 17.11.08.