Вы на НеОфициальном сайте факультета ЭиП

На нашем портале ежедневно выкладываются материалы способные помочь студентам. Курсовые, шпаргалки, ответы и еще куча всего что может понадобиться в учебе!
Главная Контакты Карта сайта
 
Где мы?

Реклама


Процедура синтеза

Просмотров: 3154 Автор: admin
Процедура синтеза – это формирование принципов действия и технических решений задачи.

Анализ – это в данном случае прежде всего проведение и оценка результатов математических и экспериментальных исследований.
Принятие решения – типовая процедура при проектировании нового изделия, заключающаяся в выборе наилучшего, неизбежно компромиссного решения из некоторого множества вариантов (альтернатив). Наилучшее решение – это решение оптимальное по определенным критериям качества в рамках заданных в ТЗ ограничений на характеристики изделия. Как правило, критериев и ограничений несколько. Именно поэтому принятие решения – задача всегда компромиссная.
Если варианты решения можно описать математически, появляется возможность формализовать задачу принятия решения на базе теории оптимизации и применения ЭВМ. Для этого используют известные методы оптимизации (поисковые, аналитические, численные, комбинаторные, теоретико-игровые, стохастические, эвристические).
На практике часто возникает проблема оптимизации качественных характеристик. В этом случае, чтобы применить количественные методы оптимизации, необходимо предварительно решить задачу оценки этих характеристик. Для этого составляется множество допустимых оценок, а затем в его рамках определяется оценка каждого рассматриваемого объекта. Делается это с помощью опроса специалистов (экспертиза, анкетирование и т.п.) и специальной обработки результатов их оценок (например, методами математической статистики с использованием дисперсии оценок как меры согласованности мнений экспертов и т.п.).
Разновидностью определения множества допустимых оценок является задача ранжирования. Здесь множество объектов упорядочивается в систему путем расстановки их по убыванию или возрастанию некоторого количественно неизмеряемого признака. Ранг объекта – это его место в этой последовательности.
Существует ряд методов экспертных оценок: Дельфи, ПАТТЕРН, методы, основанные на теории нечетких множеств и др. Так, в методе Дельфи, разработанном в 1963 г. в корпорации РЭНД (Хелмером и Далки), используется идея обратной связи путем анонимного ознакомления экспертов с мнениями их коллег, высказанными на предыдущих турах опроса. По методу ПЕТТЕРН или прогнозного графа, разработанного той же фирмой, на основе экспертных оценок строится дерево решений как модели сложной сети взаимосвязей. После этого сложная задача разбивается на более простые подзадачи, каждая из которых отрабатывается на ЭВМ.
Именно корпорация РЭНД ввела в 1948 году термин «системный анализ», под которым понимались методы исследования сложных систем, для которых формальные математические методы недостаточны и их необходимо дополнить эвристическими методами, основанными на интуиции и опыте. В дальнейшем понятие системный анализ приобрело более широкий смысл, охватив все и математические и эвристические методы, объединенные концепцией системного подхода к анализу и ориентированные прежде всего на сложные системы.
Моделирование технических систем – это основное средство как анализа, так и синтеза проектируемых систем. Существуют три основных типа моделей: эвристические, физические и математические.
Эвристические модели формируются в воображении проектантов в виде совокупности некоторых образов и аналогий, выражающих проектные идеи общего образа будущей технической системы. Эвристические модели – это основа новых технических решений и постановки задач проектирования.
Физическая модель может иметь ту же или другую физическую природу по сравнению с проектируемым изделием. В первом случае моделирование основано на теории подобия и заключается в изменении масштаба изделия. Например, при проектировании дамбы, защищающей Санкт-Петербург от наводнений, была создана ее физическая модель. При проектировании электроэнергосистем используются их физические модели, построенные из электрических машин, трансформаторов и других компонентов небольшой мощности.
Создание моделей другой физической природы чем у проектируемого изделия основано на понятии изоморфизма, т.е. взаимном соответствии физически различных явлений, когда протекающие в них процессы имеют одинаковое математическое описание. Пример изоморфизма – колебательные процессы физически разной природы (механические, электромагнитные и др.), которые подчиняются общей теории колебаний.
Физическое моделирование особенно важно при рассмотрении процессов, которые недоступны для наблюдения или невоспроизводимы из-за масштабности, энергетики, продолжительности и т.п.
При физическом моделировании достаточно сложных технических систем часто применяют оба типа моделей для различных частей системы – без изменения и с изменением физической природы. Так, например, при упомянутом выше моделировании энергосистем отдельные части системы такие как турбины моделируются с помощью устройств другой физической природы.
 
Математическое моделирование основано на математическом описании рассматриваемого изделия, пригодном для его решения на современных ЭВМ, что и является его математической моделью. Каждый объект моделирования может иметь множество математических моделей, описывающих определенные свойства этого объекта. Например, электрический двигатель может иметь математические модели как объекта управления в составе привода, модель его механических свойств (механические напряжения, деформации, прочность и т.п.), тепловую модель (температурные поля, условия охлаждения и пр.), массо-габаритную модель (для исследования компоновки объекта, куда входит этот двигатель) и т.д..
Существую три основных типа математических моделей, ориентированные на моделируемые объекты различной сложности:
- аналитические,
- имитационные,
- семиотические. Аналитические модели применимы для достаточно простых
объектов, например, для упомянутого выше электрического двигателя. Они основаны на математическом описании реальных физических процессов, происходящих в объекте. Адекватность модели объекту устанавливается сопоставлением ее с результатами экспериментального исследования объекта. Эта операция называется идентификацией и для нее разработаны соответствующие методики [6].
Имитационные модели применяются для более сложных объектов, для которых отсутствует аналитическое их описание или оно слишком сложно для использования в ЭВМ. Имитационная модель адекватно описывает зависимость выходных переменных от входных, включая возмущения. При этом объект рассматривается как «черный ящик» с неизвестным принципом действия и структурой.
Вариантом имитационной модели является ассоциативная модель [7], которая имитирует принцип действия мозга при формировании моделей объектов внешней среды путем обучения. Модель автоматически синтезируется в ассоциативном запоминающем устройстве в результате накопления в нем снимаемых с моделируемого реального объекта множества дискретных значений выходных реакций на конкретные входные воздействия. Такая ассоциативная модель позволяет выполнять интерполяцию и распознавать ситуацию на входе по неполному набору составляющих входного воздействия.
Для технических систем с известной структурой имитационные модели составляются для отдельных ее частей. Если для некоторых из этих частей возможно получить аналитическую модель, в целом получится комбинированная имитационно-аналитическая модель системы.
Семиотические модели применяются для наиболее сложных объектов, когда возможно только лингвистическое их описание [8].
 
Типичный пример таких объектов – системы, включающие людей. Для таких моделей необходимы специальные языки близкие к естественному, но допускающие их использование в ЭВМ.
Семиотические модели создаются на основе экспертных оценок, по которым составляется таблица соответствий выходных реакций системы и возможных ситуаций (состояние системы, входные воздействия). По существу, здесь тот же подход к моделируемому объекту как к «черному ящику», что и при имитационном моделировании, однако вместо математического используется лингвистическое описание. Семиотическое моделирование основано на методах искусственного интеллекта и воспроизводит процессы в мозгу человека по формированию моделей объектов внешней среды при ее изучении и выработке поведенческих реакций на внешние ситуации. Поэтому семиотические модели можно даже выделить из математических моделей в отдельный тип моделей.
При разработке математических моделей сложных систем используют алгоритмические и эвристические методы системного анализа, рассмотренные в следующем параграфе.
Математическое моделирование вместе с натурными экспериментами на макетах, а затем и образцах создаваемого изделия – основной арсенал средств на всех этапах проектирования. Наиболее эффективно их комплексное применение, которое позволяет получить результаты недостижимые для каждого из этих средств в отдельности. В качестве примера на рис.3 показана функциональная схема комплекса комбинированного физического и математического моделирования, предназначенного для наземных испытаний космических объектов с имитацией условий невесомости. Основное назначение комплекса  отработка бортовых манипуляторов многоразового космического корабля «Буран». Комплекс включает систему обезвешивания (СО), являющуюся физической моделью условий невесомости для обезвешиваемого объекта, и компьютерную систему математического моделирования этого объекта в космосе. В комплекс входит так же система компьютерной обработки получаемой первичной информации и управления комплексом, в том числе со стороны оператора.
Основные функции компьютерной системы комплекса следующие: 1. Отработка программ натуральных исследований и методики этих исследований.
До начала работы на компьютерной модели выполняется и отлаживается вся намеченная программа испытаний. В результате помимо уточнения программы и отладки методики натуральных испытаний испытатели получают полный протокол ожидаемых результатов.
2. Замена части натуральных исследований компьютерным число-вым экспериментом.
Это, во-первых, повышает производительность испытаний в целом за счет интерполяции на модели результатов отдельных натуральных испытаний, количество которых может быть соответственно существенно сокращено. Во-вторых, это существенно расширяет перечень операций, режимов и диапазоны изменения варьируемых параметров как объекта испытаний, так и исследуемых операций (скорость и величина перемещений, типы траекторий и т.п.) сверх технических возможностей физической части комплекса за счет экстраполяции результатов натуральных исследований.
3. Сопровождение натуральных испытаний компьютерным модели¬рованием в реальном масштабе времени с целью контроля правильности функционирования и точности получаемых результатов с возможностью подстройки системы управления системой обезвешивания, а также проверки и повторения сомнительных из них.
4. Контроль (оценка) технического состояния физической части комплекса, диагностика неисправностей и сопровождение ремонтных и наладочных работ.
5. Обучение и тренировка операторов для управления испытыва-емыми объектами.
Для выполнения последней функции компьютерная модель состыковывается с натуральным пультом управления этим объектом. Кроме того, оператор имеет возможность наблюдать на экране в реальном времени движение объекта, а также при необходимости и имитированную окружающую объект среду.
Для реализации перечисленных функций компьютерная модель дополнена следующими программами:
1. Автоматическая настройка варьируемых параметров системы управления системой обезвешивания по заданным критериям оптимальности.
2. Автоматическое сопоставление натуральных и компьютерных результатов в реальном масштабе времени с оценкой их расхождения и выдачей сигнала при выходе последних за установленные пределы.
3. Запоминание и обработка получаемых результатов испытаний с последующей выдачей протоколов испытаний с таблицами и графиками первичных и вторичных (после обработки) данных.
Описанный комплекс демонстрирует принципиально новые возможности комплексирования физического и вычислительного экспериментов. Эти возможности включают также удаленное использование таких комплексов, в том числе с пространственным распределением и децентрализацией как вычислительных так и физических их составляющих. Так, модель сложной физической системы может быть составлена из пространственно разнесенных натурных и физических моделей частей системы, дополненных на местах компьютерными моделями до полного состава моделируемой системы и связанных общей компьютерной сетью. В результате открывается возможность организации распределенных вычислительно-физических экспериментов и создания соответствующих исследовательских комплексов. К проблемам, при решении которых рассматриваемый комплексный подход может дать принципиально новые возможности, в частности относятся:
 
- авиационные и ракетнокосмические системы;
- интеллектуальные робототехнические системы; - комплексные испытательные стенды новой сложной техники, в
том числе для сопровождения ее натурных испытаний в естественных особенно экстремальных условиях (космос, глубины океана и т.п.);
- глобальные эксперименты по проблемам экологии,
телекоммуникаций, энергетики.
Область применения и значение подобного комплексного вычислительно-физического эксперимента при исследовании сложных объектов в ближайшее время будет быстро расширяться не только в связи с усложнением создаваемых технических систем, но и по мере совершенствования вычислительной и телекоммуникационной техники.

1.3. Техническое творчество.

Как было отмечено в предыдущем параграфе, процесс проектирования новой техники – это прежде всего процесс творческий, основа которого интуиция. Рассмотрим это понятие, как его трактуют психологи. Интуиция есть результат совместной работы двух полушарий головного мозга – правого образного и левого логического мышления. У новорожденных левое полушарие работает как правое параллельно с ним, но постепенно оно специализируется на анализе образов внешней среды, выделяемых правым полушарием (латерализация). Постепенно полушария начинают функционировать последовательно циклически доминируя: когда одно полушарие активизируется в ходе решения какой-либо задачи, другое притормаживается (реципрокность).
Каждое полушарие имеет свой язык, свою память, свою модель мира в ней (внешнего и своего внутреннего), по своему преобразуют информацию.
Язык правого полушария образный, а левого вербальный (словесный).
Память хранит и упорядочивает информацию и имеет иерархическую структуру. В правом полушарии память ситуативная – это образы объектов и явлений мира. А в левом память категориальная – это понятия, знания, семантика.
Эта информация ассоциативно связана в правом полушарии по месту и времени, а левом – по сходству по абстрактным признакам (принадлежность к классу) и логическим причинно-следственным связям. Запоминание справа часто непроизвольной, а слева сознательное. Память правого полушария позволяет быстро узнавать, а левого – определять свойства и экстраполировать ситуации.
Модели мира – правая и левая так же иерархические. Наряду с фактической позитивной информацией о мире они содержат систему стереотипов и запретов (психологических, социальных, профессиональных, возрастных и т.д.), которые негативно влияют на творчество, поскольку ограничивают и сдерживают мысль.
Верхний уровень в иерархии моделей мира составляет система мотивов поведения личности. Она формируется всю жизнь по мере накопления опыта и составляет основу личности. В нее входят идеалы и моральные ценности, сознательные цели (в левом полушарии) и неосознанные установки (в правом) для действий в определенных ситуациях.
Каждая точка одного полушария морфологически связана с соответствующей точкой другого по горизонтали, т.е. на своем иерархическом уровне.
Обработка информации, мышление в правом полушарии осуществляется зрительно в виде действий с реальными объектами путем их целостного восприятия с выделением характерных для образного мышления признаков, определяющих их структуру и связь частей. Это – форма (скелет, каркас), регулярность (прежде всего симметрия), сложность, сходство. Для этого осуществляются определенные свойственные только правому полушарию пространственные преобразования (сжатие, параллельный перенос, вращение и т.п.).
Такие же действия осуществляются в правом полушарии и с полученными из левого полушария абстрактными образами – изображениями, символами. (Так, например, появились модели атома и ДНК.). Наиболее обобщенный оператор правостороннего мышления – это образная чувственная идея. Для передачи другим людям ее необходимо переработать в левом полушарии, исключив чувственную окраску.
В левом полушарии обработка информации заключается в ее вторичном преобразовании с целью вскрытия логических отношений вне времени и пространства путем выделения локальных классификационных признаков (контур и т.д.), их многоуровневого обобщения, собственно классификации объектов и явлений. При этом используются операции анализа, синтеза, обобщений, абстрагирования.
В процессе мышления каждое полушарие принимает задачу от другого и продвигает ее решение в соответствии со своей моделью мира до исчерпания своих возможностей. После этого оно передает ее опять другому полушарию. Так циклически доминируя полушария совместно решают задачи.
Общая типовая схема интуитивного решения задачи включает три следующих этапа. Вначале в левом полушарии осуществляется сознательная постановка задачи, ее анализ и попытка решения. Эмоциональная неудовлетворенность отрицательным результатом последнего приводит к доминированию правого полушария, переводя там задачу в подсознание. В результате последующего ее решения возникает положительная эмоция, которая приводит к доминированию левого полушария, выявлению там решения и его последующего логического оформления. Возможны варианты этого процесса. Например, задача может возникнуть образно в подсознании правого полушария под действием какой-то эмоции. При этом в зависимости от характера задачи ее решение может быть получено как там же, так и в левом полушарии.
Основа творческого процесса – образное мышление правого полушария. Хотя этот подсознательный процесс непосредственно не наблюдаем, по косвенным признакам в нем можно выделить следующие базисные операции поиска решений: конденсация, смещение и символьная трансформация [9].
Конденсация – это операция объединения различных элементов в обобщенный образ путем типизации (например, образ собаки, автомобиля).
Операция смещения заключается в переносе внимания с основных свойств объекта на второстепенные, на детали.
Символьная трансформация – это операция психологически обратна смещению: сложный объект обобщенно представляется некоторым эмоционально окрашенным символом, который возбуждает память на активизацию всего, что так или иначе может быть связано с этим объектом.
Проведение этих операций над постановкой, исходными условиями и целью задачи увязывают их, порождая контекст, ассоциативную среду для генерации гипотез ее решения на основании аналогий. Операции смещения и символьной трансформации при этом выделяют из памяти множество ассоциаций, а операция конденсации путем случайных комбинаций синтезирует из этих компонентов варианты решений, подготавливая решение по аналогии.
Опираясь на перечисленные базисные операции разработаны следующие практические приемы активизации творчества по общей подготовке правого полушария к интуитивной деятельности и по созданию условий для выполнения каждой из базисных операций.
Правое полушарие надо тренировать для развития целостного и образного восприятия. Восприятие целостности развивается в поиске и вскрытии в объектах упорядоченности и закономерности в виде периодичности, регулярности, гармоничности, соразмерности. Это позволит оперировать объектами любой сложности, представляя их на основе этой общей закономерности.
Образность тренируется приведением словесных задач в зрительную форму (в картинку, схему, план). Образность важна для творчества, т.к. образ всегда имеет эмоциональную окраску, стимулирующую творчество.
Важным аспектом развития творческой активности правого полушария является преодоление названных выше различных подсознательных психологических запретов, стереотипов и штампов, которые постепенно на основе опыта формируются в моделях мира. В стандартных ситуациях они облегчают жизнь, но в творчестве они мешают, создавая искусственные преграды. Для преодоления этих преград разработаны различные психологические приемы. В частности, рекомендуется расширять кругозор, преодолевать профессиональные догмы, учиться критически относиться как к авторитетам, так и к своим идеям.
Подготовка правого полушария перед решением конкретной задачи заключается сперва в концентрации внимания на задаче, а затем в расслаблении (релаксации) путем переключения внимания на мышечное состояние тела. Это создает необходимые условия для доминирования правого полушария. Для этого полезны методы аутотренинга.
Второе направление активизации творчества – это создание благоприятных условий для выполнения перечисленных выше базисных операций, подсознательно выполняемых правым полушарием.
Операция конденсации требует гармонического сочетания знаний узко профессиональных и более широких в смежных областях.
Операция смещения тренируется специальными методиками и играми, развивающими «боковое зрение», т.е. перенос внимания на эмоционально кажущиеся несущественными части задачи и уменье по новому взглянуть на нее пусть даже фантастически.
Операция символьной трансформации требует развития обратного переноса доминанты на эмоционально наиболее значимые части задачи, чтобы включать субъективные логически необоснованные ассоциации.
Поскольку творческий процесс, как показано выше, требует активного участия и левого полушария, его также надо готовить и тренировать для повышения эффективности творчества в целом. Для этого существуют, в частности, следующие рекомендации:
- уметь трансформировать постановку задачи, выявляя ее различные аспекты;
- учиться ставить неординарные, неожиданные вопросы по постановке задачи, чтобы по новому на нее взглянуть;
- развивать дивергентное мышление, тренируясь на решении соответствующих неоднозначных задач, - основы любого творчества;
- заниматься моделированием – физическим (учиться «думать руками») и компьютерным;
- периодически отходить от решаемой задачи, переключаясь на другую;
- учиться «принимать удары» (неудачи, критика и т.п.) и прежде всего смелости.
В целом для развития творческих способностей важно развивать наблюдательность, игру воображения, умение сосредотачиваться.
Творческие способности – основа самовыражения и самореализации человека. И хотя в своей основе они являются врожденными их можно существенно развить, используя разработанные для этого различные методы и приемы, некоторые из которых были названы выше. В этой связи представляет также интерес как в психологии сопоставляются творческие способности (креативность) и понятие интеллекта, как общей умственной способности к познанию и решению задач. (Интеллектуал – это эрудит и человек общей высокой культуры.). Между этими понятиями нет однозначной зависимости. С одной стороны, можно быть интеллектуалом и не быть творцом. Более того, считается, что эрудиция может даже угнетать творческое начало. Однако, с другой стороны, как показывают многочисленные тесты, ниже определенного уровня интеллекта творчество вообще невозможно и уровень творческих достижений коррелирован с уровнем интеллекта. Однозначным является положение, что необходимым и определяющим для творческой активности является мотивизация. Совершенно очевидно, что творчество невозможно по обязанности и приказу. Оно требует сильного эмоционального стимула и чем он сильнее тем интенсивнее будет творческий процесс. Таким образом, интеллект – это, все таки, необходимое условие для творчества, которое однако не предопределяет его, а является только его потенцией. Изложенное также следует иметь в виду при решении задачи развития творческих способностей.



Популярные новости

Статистика сайта



Rambler's Top100



 
Copyright © НеОфициальный сайт факультета ЭиП