Формализация задач топологического проектирования

Основным традиционным методом, который пользуется конструктор в процессе получения технических решений, является метод проб и ошибок. Суть этого метода заключается в том, что на первом этапе формируется исходное предложение (гипотеза) по разрабатываемой конструкции в виде ее схемы или эскиза. Конструктор лишь интуитивно предполагает, что данный вариант окажется работоспособным. На втором этапе проверяется (например, с помощью моделирования или экспериментальных исследований) качество предложенного варианта. Так продолжается до принятия приемлемого решения.

Метод аналогии опирается на подобие конструкций в природе и технике. Метод «мозгового штурма» – метод коллективного генерирования технических решений. Создается группа специалистов – «генераторов идей», – включающая в себя специалистов смежных, а иногда даже дальних областей науки и техники. Такие специалисты могут привнести свежие идеи из своей области.

Очевидно, что прямая автоматизация с помощью ЭВМ метода проб и ошибок с набором эвристических приемов невозможна, так как описанные процедуры трудноформализуемы. Эффективность использования метода проб и ошибок в основном определяется интуицией, а в конечном счете опытом конструктора. Для разработки алгоритмов топологического синтеза прежде всего необходимо формализовать задачи топологического проектирования.

Формализация задач топологического проектирования наиболее просто производится с помощью теории графов. Для автоматизации решения задач компоновки и размещения в основном используются комбинаторные алгоритмы и алгоритмы, основанные на методах математического программирования. Для решения задач трассировки применяются распределительные и геометрические алгоритмы.

В качестве примера формализации одной из задач топологического проектирования рассмотрим алгоритм автоматизированной компоновки многооперационных станков, состоящих из унифицированных узлов (см. рис. 15). Выбор компоновки металлорежущего станка определяет степень использования технических характеристик его узлов. Неудачной выбор компоновки может существенно снизить его производительность и надежность. Критериями выбора компоновки будут точность, жесткость, металлоемкость, виброустойчивость.

Рис. 15. Алгоритм автоматизированной компоновки многооперационных станков

Исходные данные процесса компоновки (блок 2) формируются на основе требований ТЗ. Далее (блок 3) осуществляется процесс поиска готовых компоновок на основе банка компоновок (блок 7). Если имеется готовая компоновка и она соответствует условиям ТЗ, то процесс поиска заканчивается и выводится на печать характеристики найденной компоновки. Если все из имеющихся компоновок в банке компоновок не удовлетворяют ТЗ, то осуществляется синтез новых компоновок (блок 5). Компоновки формируются из унифицированных узлов, которые имеются в банке узлов (блок 10). Каждая из синтезированных компоновок также анализируется по условиям ТЗ (блок 6).