Материал: Создание демонстрационного прототипа системы поддержки принятия решений в области проектирования радиоустройств

Программные продукты, применение которых непосредственно связано с CALS и требованиями соответствующих стандартов.

подготовки текстовой и табличной документации различного назначения (текстовые редакторы, электронные таблицы и т. д);

автоматизации инженерных расчетов и эскизного проектирования (САЕ-системы);

автоматизации конструирования и изготовления рабочей конструкторской документации (CAD-системы);

автоматизации технологической подготовки производства (САМ-системы);

автоматизации планирования производства и управления процессами изготовления изделий, запасами, производственными ресурсами, транспортом и т. д. (системы MRP/ERP);

Ко второй группе относятся следующие программные средства и системы:

управления данными об изделии и его конфигурации (системы PDM - Product Data Management);

управления проектами (Project Management);

управления потоками заданий при создании и изменении технической документации (системы WF - Work Flow);

обеспечения информационной поддержки изделий на постпроизводственных стадиях жизненного цикла;

функционального моделирования, анализа и реинжиниринга бизнес-процессов.

Таким образом при проектировании приемо-передающей радиоаппаратуры возможно использование различных систем автоматизированного проектирования (САПР) и программных продуктов, которые повысят эффективность деятельности при проектировании.

Так, для выполнения проектных работ на структурном и функциональном этапах проектирования на данный момент используются универсальные (MatLAB, Maple) и специализированные (SystemView, Complab) математические пакеты. Для схемотехнического проектирования используются CAD пакеты (ElectronicsWorkbench, OrCAD, AltiumDesigner(P-CAD)). Проектирование структуры печатной платы (OrCad, AltiumDesigner(P-CAD), PCBDesignStudio). Подготовка к производству печатных плат (CAM350). Проектирование конструкции разрабатываемого устройства (AutoCAD, SolidWorks, КОМПАС).

Анализ методов проектирования приемо-передающих радиоустройств.

Радиоприемные устройства обладают всеми свойствами, характерными для сложной системы. Они взаимодействуют с другими элементами радиосистемы (радиопередающим устройством, антенной, устройствами управления и контроля и др.), с окружающей средой и оператором. Иерархичность структуры радиоприемного устройства проявляется в том, что отдельные блоки, субблоки и узлы являются управляющими для одних и управляемыми для других элементов подсистемы. Поскольку прием полезных сигналов всегда осуществляется в условиях воздействия недетерминированных, непредсказуемых помех, функционирование приемной подсистемы носит стохастический характер.

При проектировании систем со сложной структурой, процесс их разработки следует разделить на два взаимосвязанных блока:

Синтез структуры,

Параметрический синтез

.1.1 Синтез структуры

Под синтезом структуры следует понимать процесс получения [3]:

Спецификаций выполняемых функций на всех иерархических уровнях детализации, в общем виде это функции, описанные в техническом задании на проектирование. 1-й уровень детализации - функции, которые следует реализовать с помощью устройств(подсистем). 2-й уровень детализации - функции, которые следует реализовать на уровне блоков подсистем. И так далее до предельного выделения списков функций, которые служат обоснованием выбора элементной базы.

Спецификаций функций межблочных связей, которая является системным этапом определение интерфейса комплекса.

Спецификации алгоритмов управления измерительными процессами внутри комплекса, на основании полученного распределения реализуемых функций по всем компонентам комплекса и функциями межблочных связей.

Распределение ограничений, заданных в техническом задании, по всем устройствам и блокам, системам интерфейса и алгоритмам управления на основании результатов предыдущих шагов.

На Рис.2 показана блок-схема алгоритма синтеза структуры. На схеме приняты следующие обозначения:

БФР - блок функционального распределения;

РБФР - блок оценки оптимальности функционального распределения;

Спецификация - блок составления упорядоченного списка интерфейсных межблочных связей;

А-ПО - блок реализации исполнения функций аппаратным или программным способом;

РА-ПО - блок оценки оптимальности разделения на программную и аппаратную часть;

СПД - блок организации сети передачи данных;

РСПД - блок оценки оптимальности структуры сети передачи данных;

АПОИ - блок реализации исполнения интерфейса аппаратным или программным способом;

РАПОИ - блок оптимальности реализации интерфейса;

АОУ - блок системы алгоритмического обеспечения процесса управления реализацией в системе функциональных алгоритмов;

РАОУ - блок проверки оптимальности организации алгоритмического обеспечения процесса управления;

ОЦС - блок получения системы оценочных соотношений;

РОЦС - блок проверки оптимальности структуры системы оценочных соотношений;

Рис.2 - блок-схема алгоритма синтеза структуры

В соответствии с блок-схемой алгоритма синтеза структуры процесс проектирования состоит в следующем. На основании технического задания составляется оператор, связывающий вход системы с ее выходом. Каждому подоператору приписывается список функций, который в совокупности со списками, приписанными для других подоператоров, покрывает все множество функций сформированного в техническом задании.

Оператор вход-выход подвергается преобразованиям (к примеру, минимизация блочных затрат) и возникает новая совокупность подоператоров со своими списками функций. Далее возможна детализация подоператоров делением на более мелкие операторы, следовательно, и деление списков функций.Результатом является совокупность подоператоров, которые возможно реализовать блоками. Каждый блок будет отличаться своим набором входных и выходных списков функций и условий их реализации - спецификация блока функционального распределения (БФР).

На полученной совокупности подоператоров принимается несколько вариантов сочетания аппаратного и программного их исполнения. После получения минимального покрытия каждого варианта распределения, происходит их сравнение и выбирается наилучший по критерию аппаратных затрат, числу внутренних связей (А-ПО). Затем уточняется спецификация интерфейса всех блоков.

Часть подоператоров представляет сеть передачи данных (СПД). Вместо этих подоператоров используется детализирующая их операторная схема, которая подвергается преобразованиям, с целью получения минимальной структуры СПД. Структура СПД реализуется несколькими вариантами распределения программно-аппаратного исполнения обработки передаваемой информации (АПОИ). Найденные минимальные покрытия позволяют выполнить сравнение вариантов и выбрать лучший из них.

На заключительно этапе синтеза системы осуществляется получение оценочных соотношений (ОЦС). К этому моменту стали известны все блоки, следовательно, и результирующее функциональное распределение. Значит, имеется полная информация о параметрах, которые определяют основные характеристики блока. Также на этапе ОЦС необходимо провести оценку параметров программного обеспечения. В зависимости от предназначения системы ПО анализируется по параметрам надежности, точности и т.д.

Заключительным этапом процесса синтеза системы является сравнение расчетных параметров оценки работы системы с оценочными параметрами, указанными в техническом задании. При несовпадении осуществляется коррекция параметров блоков, начиная с начального этапа БФР, и далее по алгоритму, указанному в блок-схеме.

.1.2 Параметрический синтез

Целью параметрического синтеза является [3]:

Выбор элементной базы.

Определение информационных характеристик устройств, блоков и комплекса в целом.

Определение метрологических параметров устройств, блоков и комплекса в целом.

Определение энергетических параметров, разработка источника питания комплекса.

Определение конструктивных параметров устройств, блоков и комплекса в целом.

Параметрический синтез во всех этапах опирается на результаты синтеза структуры. Параметрический синтез не может быть выполнен без реализации структурного этапа.

В соответствии с целями, сформулированными выше, параметрический синтез совершается в рамках технического проекта и разработки рабочей документации. При техническом проектировании определяют конструкцию изделия и его составные частей, выполняют все необходимы расчеты, подтверждающие показатели, установленные в техническом задании, разрабатывают принципиальные схемы, технические решения, обеспечивающие требуемые показатели надежности, анализируют конструкцию на технологичность с учетом условий конкретного предприятия-изготовителя.

.2 Эскизное проектирование

На основании требований, изложенных в техническом задании на проектирование, проводится эскизное проектирование, в котором решаются следующие вопросы [8]:

выбор и обоснование структурной схемы приемника;

определение числа поддиапазонов, расчет сквозной полосы пропускания приемника;

выбор структуры первых каскадов преселектора и числа преобразований частоты;

выбор первых каскадов приемника;

определение избирательной системы тракта промежуточной частоты;

выбор электронных приборов для высокочастотного тракта;

распределение усиления между трактами приемника;

оценка динамического диапазона приемника;

выбор тракта усиления низких частот;

выбор регулировок приемника.

.3 Описание систем поддержки принятия решений, перспективы применения подобных систем в области проектирования

В данный момент вопросы,перечисленные в пункте 1.2 решаются непосредственно конструктором или лицом, принимающим решение. При решении вопросов конструктор вынужден исходить из своих субъективных представлений об оптимальности использования возможных альтернатив и важности различных критериев.

Для объективного решения вопроса необходимо использовать систему поддержки принятия решений. Под такой системой можно понимать, как совещания, коллегии, аналитические центры, так и компьютерные автоматизированные системы, целью которых является помощь людям, принимающим решение. Увеличение объема информации, поступающей конструкторам, усложнение решаемых задач, необходимость учета большого числа взаимосвязанных факторов и быстро меняющихся требований к проектируемому объекту обеспечивают необходимость использования автоматизированной системы поддержки принятия решений.

Основная функциональность системы поддержки принятия решений следует из её определения. Главной функцией является вывод рекомендаций на основании изучения текущего состояния объекта исследования и сравнения их с информацией, хранящейся в базе знаний системы. Близким к системам поддержки принятия решений является класс экспертных систем. Основным отличием экспертных систем является то, что экспертная система способна частично заменить специалиста(эксперта), тогда как система поддержки принятия решений используется для оказания помощи людям, принимающим решение, а результат работы системы всегда проходит валидацию человеком. Однако стоит отметить, что этапы проектирования обоих классов систем очень схожи, так как существует необходимость создания базы знаний, которая должна быть наполнена структурированными знаниями, полученными от экспертов.

Система поддержки решений СППР решает две основные задачи:

выбор наилучшего решения из множества возможных (оптимизация),

упорядочение возможных решений по предпочтительности (ранжирование).

В обеих задачах первым и наиболее принципиальным моментом является выбор совокупности критериев, на основе которых в дальнейшем будут оцениваться и сопоставляться возможные решения. Система поддержки принятия решений помогает пользователю сделать такой выбор.

Необходимо отметить, что знания в какой-либо проблемной области всегда являются динамичными. Что-то устаревает, какие-то гипотезы опровергаются, подтверждаются новые теории, исследователи находят новые закономерности и факты. Всё это должно постепенно вноситься в базу знаний системы поддержки принятия решений, чтобы она была актуальной. Без этого система закостенеет и перестанет отвечать вызовам изменяющейся среды. Иными словами, система должна предоставлять функцию по актуализации знаний.

В процессе актуализации знаний участвуют два человека «Эксперт» и «Инженер по знаниям». Первый предоставляет знания зачастую в неструктурированном виде, а второй переносит их в базу знаний системы поддержки принятия решений в формализованном и полностью структурированном виде и в формате, который используется в самой системе. После этого эксперт верифицирует знания уже в базе знаний, тем самым своим авторитетом подтверждает то, что система может использоваться для поддержки принятия решений, и выдаваемые ею рекомендации основаны на правильных методах вывода и корректных знаниях [4].