Введение к работе
Актуальность теми. Проблемы, связанные с iiprnwinevi ошшэль--тшх решети, занимают важное место в автоматизированном проектировании. Сложность я многообразие задач оптимизаций в САПР» их тесная взаимосшзь с задачами моделирования и анализа обусловливают пошгаешшо требования к построению процедур оптималМюго проектирования И йОДвКТИВНОСТН СреДСТВ ИХ ОЛГОрПТМИЧеСКОЛ И 1Гр0ГрЗШН')Й
поддержки.
Организация процессов оптимального проектирования в САПР осложняется неполнотой априорного математического описаная проекти-pye.'/J.'x объектов, приводящей к необходимости рассмотрения ол.чбофор-мализованшх задач оптимизации. Отсутствие, как правило, аналитических виракеїгип для расчета бшгодлнх парамитроп моделей и применение о этой целые соответствующие процедур и програмшлх спетом аналкпи, сложность идентификации свойств задач на априорно» уровне, многоэкстрсмалыюсть, негладкое"!ь кр-'.териев оптимальности и високая трудоемкость их однократного вычисления цродъявля'от определенные требования к иибору алгоритмов ОПТИМИЗАЦИИ и Енну.гдявт ограничиваться оггташзациошшми птюиодурами поискового г-па, не исподьзунгаїми даМореншальшэ характеристики показателей качества.
БОЛЬШИІІСТВО СУІЦОСТВУНІІИХ В Настоящее ПреМЯ СПОТОМ ОПТІІ.МИ -
эацпм ориентировано на применение классических поисковнх алгоритмов, что значительно затрудняет их нот--* ьзованае в нестандартних ситуациях» поравдаемиг. априорной неопределенностью. В этой связи необходимо создание специалі'.знроваишх систем оптимального проектирования, предішзначетгах для решения слпбаЮрмзлизопашшх задач ентимизашт к содержащих алгоритмические процедур1'- специально разработашшо для а тих классов задач и учптаващио их специфику. Г.одобше системі долпш обладать способностью к ефективному совмещения процесса чермалпзашгл задачи с ее решением, гибкой модуль-ноЗ сгршглззниеп, наличием элементов адаптации к осооешюстян объекта проектирования и разхнткх текстово-гр»Іпчосіаіх процедур поддерга! пользовательского интерфейса. При этом особенна ванюи является возможность их интеграция с приклади:?,!;! ш;.;гпстемзми моделирования и анализа и полях обеспечения комплексного виполнения сквезише многоэтапных процессов оптимального проектирования. Таким образом, тематика лнесертации,связанная с разработкой влгорнтмпче -окого"и програмного обеспечения ігнтегрпрсвамт процедур анализа и ; оптимального проектировали в САПР, является актуальней.
Гаоота вішолнена в соответствии с межиузоьской комплексной научно-технической программой 12.11 "Перспективные ш&ормационные технологии в внешен школе", х/д НИР 53/91 "Разработка учебно-ис-олеідоватвльского программно-методического комплекса моделирования и оптимизации интегрированных САПР" в рамках одного из основных направлений Воронежского государственного технического университета "Разработка САПР, роботов и ГАП".
Цель и задачи исследования. Целью диссертации является разработка средств алгоритмической и программной поддержки процедур оптимального проектирования в САПР, ориентированных на решение сла-боформализованшх задач оптимизации й предусматривающих возможность интеграции с прикладными подсистемами моделирования и анализа. В соответствии с поставленной целью в работе решались еле-дупцие основные задачи:
разработка алгоритмических схем оптимальшіч) проектирования на базе адаптивного подхода;
формирование библиотеки инвариантных и ігроОлвмно-ориеитиро-ьакных модулей поисковой оптимизации;
построение процедур интеллектуальной поддержки кошлексиро-вания алгоритмически* модулей на основании динамической оценки свойств решаемых задач;
создание средств диалогового взаимодействии с проектировщиком и процедур графической поддержки пользовательского интерфейса;
разработка программного обеспечения специализированной лис -лотовой подсистемы оптимального ігроектирования слабоформаяизоваи-ных объектов в САПР;
апробация подсистемы оптимального проектирования при решение-задач параметрического синтеза технологических процессов инструментального производства на основе ее штэграцзш с имитационными GPSS - моделями.
Методи исслодовспия основываются па методах математически.. моделирования, исследования операция, теории систем, тер; .">';; вероятностей, Теории ИСКУССТБОЇШОГО ИНТОДПЗКТа, КЛИТРЧ'ёОШЮГО ШДОЛЇІ-
ровашя, аппарате вычислительной магвкэтшел, на «ссперимонтальчых исследованиях.. При разработки програгляшх средств использовались метода модульного програг.:д;іровшшя и технологии программирования.
Научная новизна. Оскошша результати дазссортаївк:, шносіааіо па запиту її ш-юкаке научпуа новизну, состоят в елздувдзм:
построены алгоритмические схег.з оптимального проектирования, ociuiu'j/!);:;' ип соч-^шт i;vrcip;.!;!H;ipopaHmix і: рандо:пзаровопіглх про-
цедур поисковой оптимизации, характеризующийся возможностью алаи тации к особенностям моделей проектируемых объектов зэ счет гибко го учета априорной и текущей информации о решаемой задачо;
на основе структуризации алгоритмов поиска сформирована биб-лиотека алгоритмических.модулей оптимального проектирования, отличающаяся иерархической структурой, напичшзм групп альтернптивиы.ч взаимозаменяемых компонент, полнотой охвата типовых проектных ситуаций и возможностью синтеза различных по уровне сложности и ин -формвционной наполненности оптимизационных процедур из набора инвариантных модулей;
разработаны интеллектуальные проблемно-адаптивные процедури комплексирования модулей, обеспечивающие генерацию алгоритмичо -ских схем нвпоередствешю по постановко задачи при различной априорной информированности пользователя об особенностях оптимизационной модели .
создан, программный комплекс оптимального проектирования, отличающийся ориентацией на решение слябоформзлизовашшх задач оптимизации,'сочетанием пакетного и интерактивного режимов Функционирования, наличием средств интеллектуальной поддержки генерации программных компонент и возмоиюсгьв интеграции с процедурами имитационного моделирования, реализованными в среде GPSS/P0.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
используемый при разработке алгоритмического и программного обеспечения принцип модульного синтеза позволил сформировать библиотеку инвариантных модулей поисковой оптимизации с возможностью построения на их, основе различных оптимизационных процедур, превосходящее по афїективяости стандартные поисковые алгоритмы;
в результате проведенных исследований разработана подсистема оптимального проектирования, применение которой в рамках САПР позволяет повысить.эффективность оптимизационного процесса, улучшить качество принимаемых проектных ревення при выборе параметров объектов проектирования, уменьвить вычислительные и временные за -траты для получения оптимального варианта;
разработанная подсистема инвариантна к предметной области приложения, обладает высокой гибкостью и может быть использована как- при - решении прикладных задач, оптимального проектирования, так и в.научных исследованиях и.учебном процессе; . ;.':; па основе интеграции-подсистемы с'имитационныкн GPSS-процеду-рами разработан программный, комплекс параметрического синтеза '.технологических процессов .инструментального производства. ич;гль-
.^іііашю котцхл'о в конкретних производственных условиях позволило получить экономический аффект за счет повышения (производительности проектных работ, уменьшения времени простоя оборудования и обеспе-чения ого равномерной загрузки.
Реализация результатов работы. Разработанный на осново интеграции подсистемы оптимального проектирования и процедур имитационного моделирования программный комплекс параметрического синтеза технологических процессов инструментального производства внедрен на предприятии "Видоофон" г.Воронежа с годовым экономическим эффектом 15 млн. 120 тис. руолей в цанах 1994 г.
І'аоретические и практические результаты работы, реализованные штором в комплекса программных средств оптимального проектирования, внедрены в учебный процесс на кафедре САПР Воронежского государственного технического университета и используются нри проведении лабораторных работ по курсу "Оптимизация в САПР".
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и совещания*: Всесоюзном совещашш-семинарэ молодых ученых и специалистов Разработка и оптимизация САПР и ТАЇІ изделий электронной техники на базе высокопроизводительных ьшш-и микроЗІйІ" (Вороне», 1939)} Ш Всесоюзной конференции "Динамике процессов и аппаратов химической технологии (Ьоронек, 1990); IX Всесоюзном симпозиуме. "Эф-фективнооть, качество и надежность систем "человек-техникан (Воронок, 1990); Всесоюзной школе-семинаре " Разработка и аксплуатация САПР в радиоэлектронике" (Челябинск, 1991); Российской конференции "Мзмда оценки и повышения надежности РЭС" (Пенза. 1991); Всесоюзном ооьещатш-сбшиарб "Интерактивное проектирование технических устройств и автоматизированных систем на персональных ЭВМ" (Воронеж, 1991); республиканской конференция "Современные проблемы алгоритмизации" (Тшшшт, 1991); Российском совощаакм-семцнарэ "Оптимальное проектирование техгачоских устройств ц автоматизированных систем" (Ворона», 1992); Российской' шюла-сашшаро "Созренен-1шз методы в теории краевых задач" (Вороной, 1S92);, Ііеїхосударст-ввшюп иаучной конференции "Экстремальные задача-и- их прикошся" (КишиЯ Новгород, 1S92); Всероссийском совещшш-сомпноре "ііате.1^--тнческоэ обеспечение высоких технологий»!)-технике, образовавши а медицине" (Вороной, S 934), ежегодных научных- коп&зроициях профессорско-преподавательского составя Воронежского государственного технического университета.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в из печатных работах, перечень которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами и заключения на 170 с, списка тторатурч (140 наименований) на 14с, восьми приложений на 20 с, содержит 16 рисунков, 10 таблиц.
