Прогнозирование в сапр.

Проектирование связано с формированием оперативной модели в сознании человека. Возможность формирования такой модели обеспечиваются способностью человеческого мозга к опережающему отражению действительности. Построение оперативной модели тесно примыкает к распознаванию. Как в том, так и в другом случае имеется входная информация о признаках объекта, а на выходе – заключение о самом объекте. Разница между оперативной моделью в проектировании и распознаванием заключается лишь в том, что в первом случае самого объекта не существует, в то время как во втором – он реален. Но, несмотря на это, в обоих случаях дело имеют не с самим предметом, а с его признаками. Последние могут быть установлены и для еще не существующего объекта. Так, при проектировании той или иной машины мы на первых этапах не представляем себе, как она выглядит (какую имеет форму, размеры, тип рабочего органа), однако уже с самого начала известно, что она должна делать, известны ее ориентировочная производительность, стоимость и некоторые другие исходные данные. Кроме того, можно установить, в каких условиях она будет работать (климатически условия, квалификация обслуживаемого персонала и другие факторы).

Проектируемый объект окажется нежизнеспособен, если он не будет приспособлен к окружающей среде и заданным ему функциям. Таким образом, окружающая среда и заданные функции являются теми признаками, с помощью которых можно распознать еще не существующий объект и тем самым составить оперативную модель. Задача осложнятся тем, что проектируемый объект должен быть приспособлен к окружающей среде не в настоящем времени, а в будущем. В связи с этим распознавание объекта связано с прогнозированием.

Факторы прогнозирования в САПР

При прогнозировании развития различных ситуаций очень часто используется метод сценариев. Метод сценариев - это метод декомпозиции (разделения на части) задачи прогнозирования, предусматривающий выделение набора отдельных вариантов развития событий (сценариев), в совокупности охватывающих все возможные варианты развития. При этом каждый отдельный сценарий должен допускать возможность достаточно точного прогнозирования, а общее число сценариев должно быть обозримо.

На первом этапе составления сценария формируются самые общие представления о проектируемом объекте и поэтому взаимное влияние факторов можно не учитывать. Под сценарием в практике социально-экономического и научно-технического прогнозирования подразумевается обзор, содержащий данные относительно ситуации, внутри которой протекают конкретные процессы, являющиеся объектом прогноза. Эти данные относятся к самым различным сторонам прогнозируемой научно-технической, социальной и экономической ситуации и включают в себя описание отдельных факторов или событий, оказывающих прямое или косвенное влияние на реализацию конкретного события.

В данном случае по существу происходит лишь выявление признаков ситуации, причем следует начинать с самых простых и очевидных ситуаций, переходя затем к более сложным и менее очевидным. Выявление факторов окружения подобно эмпатии (вживанию в роль). Проектировщик ставит себя в положение будущего технического устройства и осматривается. Вначале составляется лишь перечень факторов, а затем по ходу их описания могут быть вскрыты новые факторы окружения. Составлять сценарий следует при проектировании нового изделия. После его освоения необходимо периодически вносить изменения в первоначальный сценарий для определения потребности в совершенствовании изделия, расширения или сокращения объема его производства. Описание факторов окружения начинается с изложения существующего положения и заканчивается прогнозом на будущее. Рассматривая каждый фактор как объект прогнозирования, следует подобрать к нему наиболее соответствующий метод прогноза.

Признаки прогнозирования

1. Признаки, обусловленные природой объекта прогнозирования:

а) научно-технические (развитие фундаментальных и прикладных исследований, развитие науки, новые виды техники, технические характеристики, изобретения и открытия в области науки и техники, новые материалы, технология.);

б) технико-экономические (экономика народного хозяйства по отраслям, развитие и размещение производства, промышленные предприятия, технико-экономические показатели производства продукции, организационно-экономические системы управления, освоение новых видов продукции, финансирование производства.);

в) социально-экономические (демография, трудовые ресурсы, размещение производительных сил, образование, национальный доход, спрос, потребление);

г) военно-политические (международные отношения, опасные зоны, военный потенциал, стратегический курс, военные конфликты);

д) естественно-природные (погода, окружающая среда, природные ресурсы).

2. Признаки масштабности объекта прогнозирования, определяемой числом переменных, входящих в полное описание объекта:

а) сублокальные – с числом значащих переменных от 1 до 3 (производственная функция, траектория движения в трехмерном пространстве, рабочее место);

б) локальные – с числом значащих переменных от 4 до 14 (производственный участок, материал, несложное техническое устройство);

в) субглобальные – с числом значащих переменных от 15 до 35 (цех, спрос на продукцию предприятия с соответствующей номенклатурой);

г) глобальные – с числом переменных от 36 до 100 (предприятия, техническая система типа «станок», «агрегат», «транспортная сеть региона»;

д) суперглобальные – с числом переменных свыше 100 (отрасль, крупное предприятие, большая техническая система).

3. Признаки сложности объекта прогнозирования по степени взаимосвязанности значащих переменных в их описании:

а) сверхпростые – объекты с отсутствием существенных взаимосвязей между переменными;

б) простые - объекты, в описании которых содержатся парные связи;

в) сложные – объекты, в описании которых нужно учитывать взаимосвязи всех значащих переменных.

г) сверхсложные – объекты, в описании которых нужно учитывать взаимосвязи всех значащих переменных.

4. Признаки степени детерминированности (определяемости):

а) детерминированные – объекты, в характеристиках которых случайная составляющая несущественна;

б) стохастические (случайные) – объекты, в описании которых необходим учет случайной составляющей переменных;

в) случайные, имеющие как детермирированные, так и стохастические характеристики.

5. Признаки характера развития во времени:

а) дискретные, характеристики которых изменяются скачками;

б) апериодические – характеристики изменяются в виде апериодической непрерывной функции;

в) циклические – характеристики изменяются в виде периодической непрерывной функции.

6. Признаки степени информационной обеспеченности:

а) объекты с достаточной количественной ретроспективной информацией;

б) объекты с недостаточной для обеспечения заданной точности прогнозирования количественной ретроспективной информацией;

в) объекты, имеющие лишь качественную ретроспективную информацию;

г) объекты с полным отсутствием ретроспективной информации.

В отечественной и зарубежной практике можно насчитать свыше 100 методов прогнозирования. Приступая к прогнозированию необходимо вначале отыскать позиции, относящиеся к объекту по всем классификационным признакам, а затем подобрать метод, охватывающий возможно большее число характеризующих объект позиций.

Методы инженерного прогнозирования

Инженерное прогнозирование использует наиболее универсальные методы. Среди них: коллективный экспертный опрос, экстраполяция (распространение выводов, полученных из наблюдения над одной частью явления, на другую его часть), морфологический анализ. Экспертные методы прогнозирования основаны на обработке мнений специалистов («expertus» в переводе с латинского означает «опытный»). Опрос экспертов может производится в устной форме (интервью) или в форме заполнения анкет. В качестве экспертов следует выбирать специалистов, признанных ведущими в данной области и имеющих некоторый опыт прогнозирования. Количественный состав экспертной группы следует формировать с учетом возможных последствий от неверного выбора целей проектирования. Так, если проектируется новое изделие для массового производства, то необходимо сформировать репрезентативную (представительскую) выборку из генеральной совокупности экспертов. Для этого прежде всего определяют генеральную совокупность. В нее должны войти все известные специалисты в данной области. С учетом выделенных четырех сфер окружения объекта проектирования можно сформировать четыре группы экспертов, специализирующихся в областях: научных исследований (научно-техническая ситуация), экономики (экономическая ситуация), производства и потребления (социальная ситуация), экологии (окружающая среда). Во многих случаях не нужно производить специальный опрос экспертов. Достаточно обратиться к публикациям, в которых можно найти их высказывания по интересующему вопросу.

Морфологический анализ — пример системного подхода в области изобретательства. Метод разработан известным швейцарским астрономом Ф. Цвикки. Благодаря этому методу ему удалось за короткое время получить значительное количество оригинальных технических решений в ракетостроении. Для проведения морфологического анализа необходима точная формулировка проблемы. Затем обобщаются изыскания на все возможные системы с аналогичной структурой и в итоге дается ответ на более общий вопрос.

Например, необходимо изучить морфологический характер всех видов транспортных средств и предложить новую эффективную конструкцию устройства для транспортирования по снегу — снегохода. Точное определение класса изучаемых систем (устройств) позволяет раскрыть основные характеристики или параметры, облегчающие поиск новых решений. Применительно к транспортному средству (снегоходу) морфологическими признаками могут быть функциональные узлы снегохода: А — двигатель, Б — движитель, В — опора кабины, Г — управление, Д — обеспечение заднего хода и т. п.

Каждая характеристика (параметр) обладает определённым числом различных независимых свойств. Так, двигатели: А1 — внутреннего сгорания, А2 — газовая турбина, А3 — электродвигатель, А4 — реактивный двигатель т.д.;

движители: Б1 — воздушный винт, Б2 — гусеницы, Б3 — лыжи, Б4 — снегомёт, Б5 — шнеки и т. д.;

опора кабины: В1 — опора кабины на снег, В2 — на двигатель, В3 — на движитель и т. д.;

По заданной проблеме в матричном выражении (морфологическом ящике) фиксируются наиболее существенные параметры.

Например, для снегохода матрица будет иметь вид:

(А1 А2 А3 А4)

(Б1 Б2 Б3 Б4 Б5)

(В1 В2 В3)

Возможные сочетания: А1, Б3, В2, или А1, Б2, В3, или А2, Б1, В2 и т. д.

Матрица — символическая форма описания решений. Она дает представление обо всех возможных конструктивных схемах снегохода путем фиксирования в каждой строке матрицы одного из элементов. Набор этих элементов будет представлять возможный вариант исходной задачи. Рассматривая разные сочетания этих элементов, можно получить большое сочетание всевозможных вариантов решений, в том числе и самых неожиданных. Так, морфологическая матрица для реактивных двигателей, работающих на химическом топливе, построенная Ф. Цвикки, содержала 576 возможных вариантов решений.

Ответственный этап метода — оценка вариантов решений, вытекающих из структуры морфологической матрицы. Сравнивают варианты по одному или нескольким наиболее важным для данной технической системы показателям. Например, необходимо изучить морфологический характер всех видов транспортных средств и предложить новую эффективную конструкцию устройства для транспортирования по снегу — снегохода.