Преобразование аналогов. Получение проектных решений

Следующая задача состоит в преобразовании найденных аналогов таким образом, чтобы получить проектные решения, то есть варианты проекта, удовлетворяющие всем требованиям задания на проектирование. Такие варианты на­зываются прототипами или допустимыми проектными решениями. Преобразование аналогов можно вы­полнять, используя различные приёмы, например такие, как измене­ние формы деталей и узлов объекта, замена материалов и размеров, деталей и узлов аналога другими и пр.

Для преобразования аналогов бывает полезно разделить всю со­вокупность параметров на несколько групп, и в дальнейшем при по­иске прототипов изменять параметры поочередно, по группам. Это по­зволяет, во-первых, сократить размерность пространства поиска на каждом шаге преобразования аналога и, во-вторых, получать прототи­пы за счёт изменения только небольшого числа параметров. Так, на­пример, при поиске прототипа проектируемого ЭМУ можно на первом шаге изменить только материал магнитопровода и обмоточные данные без изменения размеров штампов статора, что в первом приближении не требует изменения конструкции. Если внесенные в аналог изменения не приносят желаемых результатов, в рассмотрение вклю­чают следующие группы параметров. Таким образом, имеется воз­можность получать прототипы при минимальных изменениях аналогов. После получения некоторого множества прототипов можно переходить к решению задач параметри­ческой оптимизации.

Если задача поиска аналогов на конечном множестве альтернативных вариантов проекта может быть решена с помощью простого перебора всех имеющихся в наличии вариантов проекта и выяснения степени их пригодности в качестве аналога проектируемо­го объекта, то проблема преобразования аналогов с целью получения прототипов имеет некоторые особенности. В отличие от задач оптимизации здесь отсутствует функция це­ли в привычном виде, и необходимо определить хотя бы один вариант проекта, попавший в область допустимых значений параметров S. Трудности прямого использования для этих целей методов поисковой оптимизации делают необходимой разработку специальных алгоритмов входа в допустимую область. Рассмотрим более подробно один из возможных алгоритмов.

1) Все действующие ограничения разделяются на технологические, задающие, например, пределы изменения некото­рых геометрических размеров, и функциональные, определяющие требуемый уровень рабочих показателей. Такое разделение позволяет использовать при нарушении технологических ограничений модифициро­ванный метод барьерной функции.

2) При нарушении какого-либо ограничения производится возврат в предыдущую точку пространства параметров, а затеи последовательное приближение из неё к границе допустимой области параметров. Если при этом не до­стигается выполнения всех ограничений, то следующий шаг делается в направлении градиента функции невыполненного на предыдущем шаге технологического ограничения.

3) Если все технологические ограничения выполнены, то поиск входа в допустимую область осуществляется методом зигзагообразно­го движения вдоль границы допустимой по уровню рабочих показате­лей области. При этом, считая, что все ограничения приведены к виду

,

(2.7)

рабочий шаг следует производить в направлении вектора суммы гра­диентов функциональных ограничений, не выполненных в данной точке. Предварительно необходимо произвести нормировку градиентов, на­пример, путём деления значения модуля градиента на значение соответствующей функ­ции ограничения в данной изображающей точке.

В условиях функционирования САПР опыт проектирования концен­трируется в виде базы данных (БД), размещаемой на машинных носите­лях информации, в качестве которых чаще всего применяются магнитные диски, обладающие большой ёмкостью (до 10 Гбайт и более) и малым временем доступа к необходимой информации (десятки микросекунд). В том случае, когда САПР ориентирована на получение типовых проект­ных решений (а именно это является задачей учебно-исследова­тельской САПР), в составе БД целесообразно хранить следующие данные, пол­ностью характеризующие ранее спроектированные объекты:

1) рабочие показатели, по которым оценивается функцио­нальная пригодность объекта, и требования к кото­рым указываются в ТЗ;

2) параметры объектов, кото­рые требуются для их описания (в том числе и в виде чертежей) и для проведения различных расчётов.

В ТЗ на проектирование гироско­пических электродвигателей (ГД) обычно оговариваются требования к следующим параметрам и рабочим показателям ГД:

1) кинетический момент Н;

2) радиус сферы R _сф, в которую надо вписать проектируемый ГД;

3) масса;

4) время разгона до но­минальной частоты вращения t _р;

5) энергетические показатели в пусковом и номи­нальном режимах работы, например, потребляемая мощность Р _1п, Р _1н и токи I _1п, I _1н и пр.

При этом не все требования ТЗ являются одинаково важными и поэтому одни из показателей можно считать основными, другие – неосновными.

Назначение требований ТЗ на проектирование ГД, проводится с учётом условий их ра­боты в составе электромеханической системы (ЭМС). При этом разработчик ТЗ руково­дствуется не физическими взаимосвязями показателей ЭМУС, а требова­ниями к показателям, опре­деляемыми объектом более высокой степени иерар­хии, то есть ЭМС, что может приводить к невозможности од­новре­менного выполнения всех требований ТЗ.

Для расширения возможностей поиска ана­логов на достаточно ограниченном множестве известных объектов целе­сообразно вводить уступки по ряду требований ТЗ к неосновным показа­телям. Как правило, требова­ния ТЗ формируются в форме односторонних неравенств вида

(2.8)

где

(2.9)

y_j – значение j -го рабочего показателя объекта проектирования, a_j – ограничение на j -й пока­затель.

Введение уступок можно рассматривать как снятие чётких огра­ничений на рабочие показатели объекта проектирования и замену их нечёткими ограниче­ниями. Для количественной оценки степени удовлет­ворения объекта требованиям ТЗ применяются функции принадлежности его показателей множеству ограниче­ний ТЗ, определяемые соотношением:

(2.10)

Тем самым принимается, что при y_j = a_j ± b_j, то есть когда значение показателя находится на границе допустимой области, заданной ус­тупкой b_j, функция принадлежности по данному показателю m a_j (y_j)=0, а в случае выполнения требований ТЗ, начиная с момента, когда y_j = a_j, m a_j (y_j)=1.

Таким образом, изложенный выше подход к поиску проектных ре­шений основывается на привлечении результатов выполненных проектно-конструкторских разработок и предполагает по возможности минимальное их преобразование для получения прототипов объекта проек­тирования.