КОНЦЕПТУАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ

КОНЦЕПТУАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ. Системная модель ВС. Проведение целенаправленного рационального синтеза ВС, являю- щейся сложной многоуровневой иерархической системой, требует сис- темного подхода к анализу ВС при проектировании, что позволяет учесть все многообразие взаимозависимых и часто противоречивых факторов 86 . Проведение концептуального анализа объекта проектирования предполагает разрешение ряда проблем, а именно - декомпозиция ВС на типовые функциональные элементы и модули ФМ - выявление свойств выделенных элементов, а также параметров и признаков их характеризующих - нахождение всех взаимосвязей свойств ВС и ее структурных элементов - построение на основе найденных зависимостей свойств матема- тических моделей функционирования ВС в целом и ее ФМ в частности, существенных целей и критериев - выявление существенных для процесса извлечения знаний приз- наков и свойств описания объекта.

Необходимость решения поставленных задач требует создания четко структурированного описания ВС в виде системной модели, всесторонне вскрывающей все необходимые для качественного проекти- рования аспекты ВС. Задача структурно-параметрического синтеза ВС относится к начальным этапам процесса проектирования, на 70-80 формирующим облик будущего изделия 37 . Работа на начальных этапах ведется на - 40 - уровне технического предложения, не предусматривающего детальной проработки проектируемого объекта.

Следовательно, достаточно рас- сматривать ВС в виде двухуровневой системы ВС - функциональные модули. Системная модель ВС, необходимая для выявления и раскрытия ее системных характеристик, а также отношений между ними, в зависи- мости от поставленной цели описание, анализ или синтез объекта на начальных этапах проектирования может быть двух видов 87 - системная модель, описывающая ВС как объект проектирования ВС4о0 - системная модель ВС, как необходимая информация для процес- са проектирования ВС4п0 Системная модель описания ВС как объекта проектирования сов- мещает структурно-параметрическое статическое-7S0 и функциональное динамическое-7F0 описания.

Причем, функциональное описание 7F0 ВС полностью определя- ется ее структурно-параметрическим описанием 7S0 , поскольку функциональные свойства любого объекта напрямую зависят от струк- туры ТО, а также от значений свойств его структурных составляющих.

И наоборот, функциональное описание объекта неоднозначно определя- ет его структурное описание, что является основой развивающегося в конструировании функционального подхода.

Следовательно, связь этих описаний представляет собой однозначное соответствие f 7S 0-76 F0. Формально двухуровневую системную модель для описания ВС можно представить в виде следующих соотношений 87 7 720 7 5k7S5i0 5k0I,5k0F,5k0S,5k0П,5k0Z,5k0C 5i6,0 6 0k 0,1 i 1,n4k0 ВС4о7 0 7 0 2.1 720 5k7F5i0 5k0W4вх0,5k0W4вых0,5k0Z5ф0,5k0G,5k0H, T 5i6,0 k 0,1 i 1,n4k0 79 - 41 - где индексы k 0,1 - соответственно нулевой или первый уров- ни членения, представляющие ВС как целое или на уровне ее функцио- нальных модулей ФМ i - i-й ФМ, входящий в ВС на первом уровне членения n4k0 - число ФМ на данном уровне членения при k 0 - n4k0 1 I - множество имен ФМ F - множество функций ФМ S - множество структур П - множество признаков, описывающих компоненты систем- ной модели на качественном уровне Z - множество свойств С - мно- жество отношений связи ВС ФМ с окружением W4вх 0- входные дейс- твия окружения на ВС ФМ W4вых 0- выходные действия системы ФМ на окружение Z5ф 0- состояние ВС ФМ , описывающее значения свойств объекта в данный момент времени G - оператор выходов Н - опера- тор перехода Т - время.

Первая строка системы отношений 2.1 описывает ВС и ФМ как целое, вторая строка дает системное описание функционирования ВС и ФМ как целостной структуры и как структурных составляющих.

Множество признаков П представляет собой объединение следую- щих подмножеств П 4f0П 7u0 4s0П 7u0 4z0П 7u0 4c0П , где 4f0П - множество функциональных признаков 4s0П - множество структурных признаков, характеризующих отношения 4z0П - множество признаков свойств объекта 4c0П - множество признаков связей.

Оператор выходов определяется следующим образом G T 7 0 Z5ф0 7 0 W4вх0 -760 W4вых0 , т.е. он позволяет определить параметры выходных процессов по параметрам начального состояния и входных действий.

Оператор переходов представляет собой отображение Н T 7 0 Z5ф0 7 0 W4вх0 -760 Z5ф 0 , 5tо t т.е. определяет состояние ВС подсистемы в момент времени t по параметрам начального состояния t4o0 4 0и входных воздействий 42 - Таким образом, с помощью этих операторов можно построить раз- личные уравнения функционирования, зная содержание компонентов Z5ф0, W4вх0, W4вых0 и отношения между ними. Графическое представление двухуровневой системной модели, объединяющей статическое структурное и функциональное описания ВС как объекта проектирования приведено на рис. 2.1. Системная модель, представляющая информацию о ВС, необходимую для процессов проектирования и конструирования ВС4п0 имеет не- сколько иной вид. Это связано с тем, что установить функциональные зависимости операторы выходов и перехода для еще не существую- щего объекта не представляется возможным, поскольку предполагается вообще говоря, что структура объекта не известна.

Однако, сущест- вуют необходимые ресурсы известные прототипы, типовые структурные элементы, которые служат основой для модернизации и синтеза новых решений при проектировании ВС. Следовательно, существует возмож- ность раскрытия неизвестных операторов выходов и переходов через функциональные элементы ВС на основе информации из системной моде- ли, описывающей ВС как объект модель ВС4о0 . Таким образом, для формирования требуемых зависимостей сис- темная модель проектирования должна содержать еще компоненты, ха- рактеризующие структуру процесса функционирования ВС S4ф0 , а также все взаимосвязи между элементами, их свойствами и свойствами окружения, что позволяет построить уравнения проектирования и функционирования, на основе которых осуществляется синтез проекти- руемой системы.

Для выбора наилучшей структуры из множества синтезированных или прототипа ВС необходимо введение в модель критериев, позволяю- щих оценить эффективность принимаемых проектных решений.

На основе вышесказанного системная модель ВС, как необходимая информация для процессов проектирования и конструирования ВС 43 - 20-й уровень -7 70 7 70 77 0 77 0 77 0 770 77 0 77 0 77 0 77 0 77 0 77 0 77 0 77 0 7 7 o 5o0O 77 0 7 0 7 7 5o0C 77 0 7 0 7 7 г T 77 0 5o0I ВС 7 0 7 0 7 7 77 0 7 0 7 0 7 7 77 0 7 0 7 0 5o7S0 7 0 7 0 7 7 L 77 0 7 0 Структурно-параметрическое 7 0 7 7 описание 77 0 7 0 7 0 7 7 7 0 Функциональное 77 0 7 0 описание 7 0 7 7 77 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 7 5 0 5o7F0 77 0 7 0 7 0 7 21-й уровень0 7 0 7 0 7 7 - 77 0 77 0 77 0 770 77 0 77 0 77 0 77 0 770 77 0 7 0 7 7 0 7 0 4 o7 0 7 0 7 4o7 0 770 7 0 7 0 7 7 510O5i0 7 0 510O5j0 7 0 77 0 7 0 7 7 510C5i7 0 7 510C5j7 0 770 7 0 7 0 7 7 г T г T 77 0 7 0 7 7 0 510I5i0 7 0 7 0 7 0 510I5j0 5 7 0 77 0 7 0 7 7 5 0 77 0 7 0 7 7 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 7 0 7 0 7 7 517S5i0 517S5j0 77 0 7 0 7 7 0 7 0L 7 0 7 0 7 0 7 0L 7 0 7 7 0 7 0 7 7 4o0 7 0 41 i 0 41 i 0 41 j 0 7 0 4o W4вх0 W4вх 0 W4вых0 4 0 W4вых0 4 0W4вых 760 7 0 760 7 517F5i7 0 760 7777 0 760 7 517F5j7 0 76 0 76 L 510W5j0 L 77 0 7 0 7 7 0L - 5вх0L -7 7 0 7 0 7 7 L 77 0 77 0 77 0 770 77 0 77 0 77 0 77 0 770- 77 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 7 L 77 0 7 0 7 0 7 7 L - 77 0 7 0 7 7 L 770 7 70 77 0 77 0 77 0 770 77 0 77 0 77 0 77 0 77 0 77 0 770 - Рис. 2.1. Двухуровневая системная модель ВС 44 - должна иметь следующий вид 87 7 0 5k0L5i0 , k 0,1 i 1,n4k0 72 720 7 5k7S5i0 5k0I,5k0F,5k0ТО5 0,5k0A,5k0G,5k0U,5k0П,5k0Z,5k0C,5k0W,5k0 Q 5i6, 72 ВС4п7 0 7 0 k 0,1 i 1,n4k0 2.2 72 720 5k7F5i0 5k0W4вх0,5k0W4вых0, 5k 17F5i0 ,5k0S4ф0,5k0Z5ф0, 5k 10Z5ф0 ,5k0Z4ф, 725 0 5 i 790 5k0Z4о0,5k0R,T 5i6,0 k 0,1 i 1,n4k0 где L - множество целей проектирования ВС ФМ на k-ом иерархическом уровне ТО5 0- множество известных ТО на k-ом уровне членения ВС A - множество абстрактных функциональных элементов G - множество геометрических элементов, однозначно соответствующих абстрактным U - множество отношений между элементами следова- ния, совместимости, включения и т.д. W - множество соответ- ствий, определяющих уравнения проектирования, конструирования и функционирования Q - множество соответствий, оценивающих эффек- тивность проектируемого объекта 5k 17F5i0 - множество системных мо- делей функционирования на следующем k 1 - ом уровне членения ВС ФМ S4ф0 - структура процесса функционирования объекта 5k 10Z5ф0 5 0- множество состояний технических подсистем Z4ф 0- множест- во свойств, характерных для процессов функционирования Z4o 0-4 0мно- жество свойств окружающей среды эксплуатации R - множество усло- вий существования и прекращения процесса смысл других обозначений был раскрыт ранее.

Проблема структурирования и формализации описания ВС выдвига- ет в качестве основной задачи выявление логических, регрессионных или функциональных зависимостей между свойствами ВС и его функцио- нальных элементов, а также взаимосвязей их параметров и требований с условиями внешнего окружения.

Построенная системная модель позволяет перейти к формализации - 45 - установленных отношений, используя широко известный аппарат мате- матического анализа, дискретной математики и математической логи- ки, для проведения структурно-параметрического синтеза конструкции ВС. Методика этого процесса основана на детальном раскрытии и на- полнении конкретным содержанием всех компонентов системной модели, а также трансформации ее на этой основе в соответствующую в за- висимости от поставленных целей концептуальную модель ВС 88 . Поскольку концептуальная модель КМ , являясь обобщением мно- жества математических моделей, описывает целые классы ТО, то формирование КМ должно осуществляться коллективом независимых экс- пертов, взаимно дополняющих и уточняющих друг друга.

Т.е. КМ - это абстрактное обобщение частных КМ различных разработчиков одной предметной области 89 . Разработанная таким образом КМ в дальней- шем должна являться общей для всех специалистов, которые на основе экспертных знаний настраивают ее на конкретные условия данного ок- ружения. 2.2.