CC BY
234
КРИТЕРИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Муравин А.Н., соискатель
В статье рассмотрены вопросы критериев эффективности и надежности систем автоматизированного проектирования (САПР). Показано, что при моделировании надежности САПР перспективен подход выделения машинной и субъективной компонент.
Ключевые слова: эффективность САПР; надежность САПР; машинная компонента; субъективная компонента.
CRITERIA OF THE CAD SYSTEM’S EFFICIENCY AND RELIABILITY
Muravin A., the applicant
In the article the questions of performance criteria and reliability of CAD are discerned. It is shown that the reliability of the modeling CAD promising approach dedicated machine and a subjective component.
Keywords: efficiencyofthe CAD; reliability ofthe CAD; engine component; subjectivecomponent.
Цель при написании данной статьи было исследование критериев эффективности и надежности систем автоматизированного проектирования (САПР),что представляет интерес при принятии решения о выборе определенной САПР, а также при выполнении оптимизационных задач.
САПР - человеко-машинная система [1], которая представляет собой иерархию моделей объекта проектирования с возрастающим уровнем абстракции, связанных проектными процедурами, модифицирующими данные модели под управлением соответствующих кри-териев.САПР можно рассматривать как комплекс взаимосвязанных иерархически выстроенных моделей, процедур и критериев.Анализ закономерностей развития САПР показывает, чтов первую очередь появляются новые технологические методы САПР-создаются новые методы моделирования (эволюционные, генетические и др.), привлекаются новые инструменты - нечеткая логика, ситуационное управление и др.,а вопросам более высокого порядка поотладке комплекса методов, процедур и критериев в единое системное решениеотво-дится меньшее внимание, особенно в части общих теоретических подходов.На практике это приводит к тому, что при создании с помощью САПР определенного объекта требуется выполнение оптимизационных процедур и согласования методов, моделей и критериев, что снижает эффективность и качество работы. САПР, таким образом, представляет собой сложно построенную и многофакторную сущность, при характеристике которойзадача выработки базовых критериев приобретает особую актуальность.
Нерешенность проблемы критериев САПР порождает много проблем и, прежде всего, отставание в области создания фундаментальных и технологических знаний. По мере накопления практического опыта по разработкеи опробованию различных методов и технологийвозникает потребность в обобщении результатов и выработке новых перспективных путей решения проблемы.
Такие базовые понятия САПР, как эффективность, надежность, отказоустойчивость, ремонтопригодность и др., должны лежать в основе расчетов при проектировании и оптимизации, однако в трактовках этих понятий применительно к САПРне всегда удается про-следитьпоследовательность и логическую связанность их друг с другом.Необходимо отметить, что при сопоставлениирезультатов разных работ приходится учитывать несовпадение в трактовках базовых понятий и характеристик, что приводит к определеннымс-ложностям при анализе работ и становится препятствием при решении общих методологических вопросов.
К числуодной из главныххарактеристик сложнойтехнической системы (СТС)относятэффективность, при этом трактовка этого понятиянеоднозначна.ЭффективностьСТСотражает ее приспособленность к выполнению своей целевой функции. Так, по ГОСТ 34.003-99 «Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Термины и определения»эффективность автоматизированной системы-определяется как «свойство, характеризуемое степенью достижения целей, поставленных при создании системы».
В этом определении эффективностиприсутствуюткачественные и количественныестороны ее оценки. В рядеслучаев длякачествен-нойоценки достаточно двоичного измерения (соответствует/не со-ответствуетнекоторому требованию), однако часто этого оказывается недостаточно.
Предпочтительныколичественные методы измерения эффективности, но при этом возникает проблема выборакритериев. Критерий эффективности (оптимальности, принятия решений) - признак, позволяющий дать сравнительную оценку предложенных альтернатив и выбрать оптимальное решение. Наиболее распространенные типы критериев включают:
-экономическиеподходы учета по шкале«эффект - затраты», позволяющие оценивать достижение целей функционирования СТС при заданных затратах (экономическая эффективность);
- элиминирующие критерии-оценка качества СТС по заданным показателям и исключениевариантов,не удовлетворяющих заданным ограничениям (методы многокритериальной оптимизации);
-композиционные- искусственно сконструированные критерии, позволяющие оценивать интегральный эффект (например, «линейная свертка» частных показателей).
Критерии эффективности должныотвечатьряду требований:
- достоверность и возможность проверки;
-комплексность - отражение всех значимых сторон функционирования СТС;
-наглядность и доступность- простая и удобная форма, пригодная для заключения об эффективности системы на основе данного критерия.
Эффективность СТС зависит от рядапоказателей или параметров: стоимости разработки и эксплуатации, качествафункциониро-вания,надежности СТС, массы, габаритов, субъективного фактора-,условийнормального функционирования и др.
Кроме этого, эффективность изделия зависит от егоструктуры, характера связей между элементами, вида управляющихалгорит-мов и ряда других закономерностей функционирования, неподда-ющихся описанию при помощи указанных параметров.
Таким образом,в понятие комплексной эффективности сложной системы Э входят две группы разнородных факторов - технические и экономические:
эсс^/о.э,).
гдеЭ иЭ - экономические и технические факторы, соответственно.
На наш взгляд, такое сочетание малоперспективно с точки зрения формирования целостногои системного представления о целесообразности выбора той или иной сложной системы. Экономическая эффективность проекта (объекта) представляет собой отдельную смысловую категорию,сложным образом связанную с техническими характеристиками объекта.
Экономическая эффективность в значительной мере зависит от конъектуры рынка, конкурентной среды и других факторов, не являющихся предметом рассмотрения в настоящей работе.Поэтому целесообразнососредоточиться на технических факторах эффективности СТС.
Можно отметить, что как эффективность в целом, так и ее компоненты - экономическая и техническая -представляет собой некоторую функцию от параметра времени - периода эксплуатации объекта.
Проблема надежности САПРисследована мало,что связано с характеристикой нынешнего периода развития САПР, которыймо-жет быть описан как интенсивный.
Рис. І.Плотность нормального распределения приразныхстандартных отклонениях
Существуетнесколько возможных интерпретаций надежности САПР:
- как готового (ГП), но не примененного вопределенных обстоятельствах продукта;
- как примененного продукта, адаптированного (АП) под конкретную задачу.
Такой подход представляет интерес с точки зрения исследования возможности разделения машинной и субъективной компонент САПР с целью изучения их влияния на показатели надежности САПР.
Можно отметить, что данных по субъективной компоненте АП очень мало, тогда как по ГП такие сведения имеются.
Так, в[2] рассмотрены технический и эргономический аспекты в САПР,что позволяет получить важную для настоящей работы информацию о субъективной компоненте САПР. Состав работ проектировщика включает выявление потребностей в САПР, постановку задачи, ведение объемного и каркасного моделирования и другие процедуры.
Субъективная компонента САПР наименее исследована в структуре САПР.
Значительный интерес также представляют методы количественных оценок субъективной компоненты САПР.
В качестве исходных положений для разработки расчетного метода принятыследующиефакторы:
-к настоящему времени отсутствуют расчетные методы определения надежности субъективнойкомпоненты;
-в качестве базового нормативного документа применен ГОСТ 27.002-89 «Надежность в технике. Термины иопределения»;
-достоверные эмпирические сведение (базы данных) по статистике отказов по субъективнойкомпоненте отсутствуют, а по машинной компоненте не всегда имеют систематический характер;
- в качестве возможных расчетных методов могут быть приме-неныразличные подходыиз таких, кактеория вероятности,дискрет-ная оптимизация, теория перколяции, теория случайных графов, теория гиперграфов,методы дискретной двузначнойи непрерывной логики, а также другие решения.
Детальныйанализ перечисленных факторов показывает, что одним из перспективных решений может бытьиспользование для расчета надежности субъективной компоненты вероятностного метода с тестовыми (ВМТ) базами данных по каждой компоненте.
прочих равных условияхболее надежны системы, у которых основные характеристики имеют распределение с малым разбросом значений - малой дисперсией. Это обстоятельство имеет принципиальное значение при разработке ВМТ.
Таким образом, значение дисперсии распределения контролируемого параметра становится одной из ключевых характеристик надежности системы. В случае субъективной компоненты САПР последнее положение может быть интерпретировано так, что при формировании воздействий большой ущерб надежности системы могут нанести те из них, которые имеют неожиданный характер.
В основе ВМТ лежат следующие положения.
Рассмотрим некую СТС, в которой в качестве контролируемого используется определенный эмпирическийпоказатель. Допустим, что этот показатель описывается нормальным распределением.Мож-но отметить, что с точки зрения исследования параметров надежности особое значениеимеет такая характеристика нормального распределения, какстандартноеотклонение(рис. 1).
При одном и том же значении математического ожидания, чем выше значение стандартного отклонениязаданного параметров, тем выше вероятность выхода этого параметраза пределы нормируемого (проектного) уровня. Из этого положения следует, что при
Литература:
1. Романов В.Н. Системный анализ для инженеров. СПб: СЗГЗТУ, 2006. 186 с.
2.Человеческий фактор: В 6 т. Т. 6. Эргономика в автоматизированных системах: Пер. с англ. /Под ред. Г. Салвенди. М.: Мир, 1992 . 522 с.
