Понятие сложной системы

Методы проектирования

Понятие об инженерном проектировании

Инженерное проектирование - это процесс, в котором научная и техническая информация используется для создания новой системы, устройства или машины, приносящих обществу определенную пользу.

Проектирование (по ГОСТ 22487-77) - это процесс составления описания, необходимого для создания еще несуществующего объекта (алгоритма его функционирования или алгоритма процесса), путем преобразования первичного описания, оптимизации заданных характеристик объекта (или алгоритма его функционирования), устранения некорректности первичного описания и последовательного представления (при необходимости) описаний на различных языках.

Проект (от латинского projectus - брошенный вперед) - совокупность документов и описаний на различных языках (графическом - чертежи, схемы, диаграммы и графики; математическом - формулы и расчеты; инженерных терминов и понятий - тексты описаний, пояснительные записки), необходимых для создания какого-либо сооружения или изделия.

· Прямые аналитические методы синтеза – составление аналитических формул и описаний (разработаны для ряда простых типовых механизмов);

· Эвристические методы проектирования - решение задач проектирования на уровне изобретений (например, алгоритм решения изобретательских задач);

· Синтез методами анализа - перебор возможных решений по определенной стратегии (например, с помощью генератора случайных чисел – метод Монте-Карло) с проведением сравнительного анализа по совокупности качественных и эксплуатационных показателей (часто используются методы оптимизации - минимизация сформулированной разработчиком целевой функции, определяющей совокупность качественных характеристик изделия);

· Применение систем автоматизированного проектирования или САПР - компьютерная программная среда моделирует объект проектирования и определяет его качественные показатели, после принятия решения - выбора проектировщиком параметров объекта, система в автоматизированном режиме выдает проектную документацию.

· Другие методы проектирования.

Современные роботы состоят из большого множества элементов и подсистем, связанных между собой. К таким подсистемам относятся: исполнительная система, система приема/передачи информации, система питания и другие, необходимые для полноценного функционирования робота. Подобных функционально законченных подсистем в системе может быть довольно большое количество. Чем сложнее система, тем большее количество элементов в нее входит. Таким образом, робот является сложной системой, состоящей из различных подсистем, каждая из которых является сложным устройством, проектирование которого требует высококвалифицированных знаний специалиста-разработчика.

При построении системы управления необходимо произвести декомпозицию сложной системы на более простые подсистемы. Например, при наличии нескольких приводов, необходимо реализовать контур управления отдельно каждым двигателем, при этом синхронизируя действия каждого привода. Таким образом, возникает ступенчатая иерархия системы управления, когда более высокий уровень системы управляет более низким. Принято разделять систему управления робототехнической системой на следующие уровни:

Привод – совокупность двигателя, датчиков, контроллера управления, усилительной части.

Исполнительный уровень системы управления предназначен для управления исполнительными элементами робота (приводами).

Тактический уровень системы управления предназначен для вычисления траектории движения всей робототехнической системы и вычисления заданий, для исполнительного уровня.

Стратегический уровень системы управления обычно реализует операции высокого уровня, отвечающие за поведение и интеллектуальные возможности робототехнической системы.

Информационно-измерительная система предназначена для сбора и первичной обработки информации с датчиков и других средств очувствления.

Разбиение системы управления на отдельные иерархии может быть не только логическим, но и физическим. Например, каждый контур управления приводом может быть реализован на отдельном контроллере, а при помощи информационного интерфейса связан с контроллером тактического уровня. Кроме того, в зависимости от задачи, тактический и стратегический уровни также могут быть реализованы на нескольких контроллерах, объединяемых информационным каналом. Такой подход значительно облегчает разработку системы управления и уменьшает требования по быстродействию к вычислительным устройствам.