Подходы к решению задач параметрического синтеза

Синтез бывает:

- Структурный

- Параметрический

Целью структурного синтеза является определение рациональной структуры построения СТС, то есть типа подсистем, их состава и компоновки.

Задача структурного синтеза выполняется методом перебора структурных схем СТС на дискретном множестве альтернатив задаваемой морфологической матрицей (М:признаков) и/или графиком.

Параметрический синтез заключается в оптимальном определении выбора конструкторских параметров и ТТХ основных подсистем при фиксированной структурной схеме СТС.

Рассмотрим два основных подхода к решению задачи параметрического синтеза СТС с заданной структурной схемой.

Первый подход заключается в последовательном решении задач выбора рационального облика подсистем, входящих в состав СТС, а затем решении задач рационального облика СТС в целом, то есть процесс проектирования направленного «снизу-вверх».

Метод решения, используемый здесь – последовательный анализ вариантов.

Во втором подходе процесс проектирования направлен «сверху-вниз» от СТС в целом и ее подсистем. Метод решения, используемый здесь – синтез СТС на основе последовательного усложнения модели.

Синтез СТС по методу последовательного анализа вариантов

Рассмотрим задачу параметрического синтеза СТС при заданной структуре и условиях ее применения.

Задача синтеза формализуется так:

(1)

Где – операционная модель оценки эффективности СТС

 – выбор ТТХ системы в целом размерности m,

 – выбор ТТХ j-ой подсистемы СТС размерности

 = выбор конструкторских параметров СТС размерности ,

 – выбор конструкторских параметров j-ой подсистемы размерности u_j

 – множество дополнительных конструкторских решений, определяемых возможностями реализации и задаваемые ограничениями

- показатель затрат или выделенных ресурсов для СТС в целом

- показатель затрат или выделения ресурсов для j-ой подсистемы СТС

- модели определения вариантов ТТХ подсистем  и затрат

 – Общее количество подсистем

 - устанавливаемое в ТТЗ ограничение на показатели затрат или выделяемых ресурсов для СТС

Для решения задачи (1) целесообразно использовать 2х-уровневую систему моделей. На 1 уровне находятся модели формирования облика отдельных подсистем СТС, задаваемых соотношениями

(2)

Где  – выбор, определяющий структуру СТС

     – выбор, описывающий управление и поведение системы в процессе функционирования

     – выбор условий применения СТС

На 2 уровне расположения операционной модели и модели затрат, которые описывают функционирование системы в целом.

(3)

Главным свойством показателей затрат или выделения ресурсов его аддитивный характер. Суть предлагаемого метода синтеза заключается в следующем:

1) Для любой из подсистем назначаются частные показатели эффективности.

В качестве этих показателей могут использоваться непосредственно ТТХ подсистем или свертки из показателей, входящих в ТТХ

Если используются свертки, то индекс  меняется в диапазоне , где

Далее составляется ЦФ:

(4)

, при

при условии, что

при этом (5)

Экстремальное значения  являются функцией выделения ресурса для  той подсистемы. При фиксированном векторе концентрации оптимальным является вектор , при .(6)

Вектор является эффективной альтернативой на множестве ЦФ , и его значения зависят от выделенного ресурса ой подсистеме и вектора концентрации .

Т.о. оптимальное решение для  той подсистемы множетству Патеро, подстроенному на функциональный . Само множество Парето для подсистемы зависит от параметров .
Варьируя вектор  при условии, что  и значения выделенного рес.  (т.е. ), и определяя для этих значений точки , удовлетворяющие условиям (5) и (6), мы получим все множества Парето для подсистемы .

Естественно, что вектор оптимального значения конструкции каждой .

Т.о. предположение о том, что функционалы  достаточно полно характеризуют облик  подсистемы приводит к тому, что облик СТС в целом следует искать среди точек Парестровых множеств

, ,  , (7)

Глобальные критерии эффективности СТС в целом (см.1) оптимизируются на П.(7). При этом:

(8)

Т.о. в результате решения задачи (8) производится оптимизация решения по всем подсистемам для заданного на дискретном множестве значений вектора  ,  и выбор оптимальных значений .

. ,

, ,

где ,

при этом ,

По окончательным значениям , из множества П, для любой из подсистем оптимизации вектора констант параметров , .

Т.о. процесс проектирования с использование данного подхода направлен снизу- вверх и включает следующие операции:
1) Выполняется решение ой локальной задачи оптимизации по частным критериям при суммарно задаваемых на дискретном множестве значениях ресурсов, выделяемых любой подсистеме системой. В результате для любой подсистемы определяется области П, расчет значений вектора концентрации  и ограничений на допустимые ресурсы .

Полученные для любой подсистемы множества П, зависят от выделенного ресурса который задавался на допустимом дискретном множестве для любой подсистемы.

2) проводится поиск оптимального вектора конструкторских параметров системы в целом по глобальному критерию на множествах оптимальных по П решений для любой подсистемы.
Решение состоит в определении оптимального вектора концентрации и оптимального расширения ресурса по подсистемам.

Проектирование СТС на основе последовательного усложнения модели

Процесс проектирования при данном подходе направлен сверху в низ, от системы в целом к ее подсистеме. Суть метода состоит в следующим:

Вектор оптимизированных переменных  разделяется на 2 части .

вектор существования параметров, а его компоненты -  существующие параметры подсистемы, их разность характеризуется существенным влиянием на ТТХ  и назначение ресурса выделенного любой подсистеме  следовательно, на критерий W системы в целом.
Состав этих параметров определяется на основе предварительной аналитической чувствительности показателя этих затрат к применению конструкторских параметров.
Степень чувствительности для выявления конструкторских параметров в составе вектора существующих параметров находится с учетом потребной точности нахождения значений вектора X. Вектор существующих параметров являются, варьируемым при решении задачи 1.

вектор вторичных параметров полагается зарезервированным в контур интерации при решении задачи 1.

Тогда задача 1 принимает вид:

(10)