Этап функционального проектирования. Методы оптимизации. Особенности системного уровня

2.1.5. Этап функционального проектирования. Методы оптимизации.

Особенности системного уровня.

Как было показано выше, процесс проектирования любой ТС состоит из функционального, конструкторского и технологического этапов. В случае проектирования сложной ТС функциональный этап, в свою очередь, может разбиваться на подэтапы, отвечающие различным уровням детализации системы. При таком иерархическом подходе к проектированию сложных систем наивысший уровень этой иерархии называют системным этапом или системным уровнем.

Входными данными для системного уровня проектирования является техническое задание, на выходе этапа должны быть функциональная или структурная схемы ТС и их описание. Задачей системного уровня является раскрытие (детализация) закона функционирования системы за счет распределения функций и самой системы на части – функции и структурные элементы следующего, более детального уровня иерархии.

Проведя такую декомпозицию функции системы, получают набор составляющих функциональных элементов (ФЭ) системы. Его записывают в соответствующей математической форме, или в виде функциональной схемы. Техническая реализация ФЭ – компонентов (их «материализация») дает набор конструктивных элементов ТС. Состав и взаимосвязь таких конструктивных компонентов ТС отображается с помощью структурной схемы.

Так как на каждом этапе проектирования ТС решаются три главные задачи: синтез, анализ и оптимизация, то они же являются задачами системного этапа. То есть на системном этапе проектирования ТС решаются задачи синтеза функциональной (или структурной) схемы ТС, ее анализа и оптимизации по определенным критериям.

Исходя из всего вышесказанного, можно определить особенности системного этапа проектирования ТС и особенности его автоматизации:

·  Системный уровень относится к наивысшему уровню иерархии процесса проектирования сложных ТС, поэтому его трудно формализовать;

·  В связи с этим возникают трудности с использованием методов математического моделирования, соответственно, и с применением автоматизации и построением соответствующей подсистемы САПР;

·  Так как системный уровень относится к верхнему уровню указанной иерархии, здесь существенным является влияние специфики предметной области, к которой относится ТС.

Из этих особенностей вытекает, что на системном этапе получают широкое распространение методы неформального синтеза структур или функциональных схем; в основе этих методов лежат, с одной стороны, типовые приемы изобретательства, а с другой стороны – широкий учет специфики конкретной предметной области, использование типовых решений.

В качестве примера рассмотрим структурно-функциональную схему системы электроснабжения (рис.1). В частности, сокращения на рисунке обозначают: Т – транспортировка электроэнергии из пункта А в пункт В, то есть электрические сети внешнего электроснабжения, распределительные сети 6 – 10 кВ, цеховые сети всех классов напряжения; К – коммуникации, то есть выключатели мощности, выключатели нагрузки, рубильники, автоматы, контакторы; Р – распределители энергии, то есть распределительные приборы всех типов и классов напряжения; ППЭ – преобразование параметров потока энергии, то есть главные и цеховые трансформаторные подстанции, силовые преобразующие подстанции, преобразующие агрегаты, трансформаторные подстанции специального назначения (для питания дуговых сталеплавильных печей, электролизных установок, сварочных постов); ПВЭ – преобразование вида энергии, то есть электроприемники технологических механизмов, агрегатов, блоков, преобразующих электроэнергию в другие виды энергии (тепловую, механическую, энергию электрохимических реакций, световую), необходимые в технологических процессах промышленного производства; КРН – компенсация реактивных нагрузок, то есть синхронные двигатели, конденсаторные установки, источники реактивной мощности; РПС – районные понижающие подстанции.

Для облегчения процесса синтеза новых ТС, поиска новых технических решений, генерации новых идей, то есть всего того, что называют «инженерным творчеством», был предложен, внедрен и проверен на практике целый ряд приемов и методов. К таким методам относятся метод «мозгового штурма», инверсии, аналогии, эмпатии, фантазии, морфологического анализа, так называемый межотраслевой фонд эвристических приемов и т.д.

Например, межотраслевой фонд эвристических приемов включает в себя набор определенных правил, а именно:

1)  проведение количественных изменений (в несколько раз изменить параметры ТС);