Иерархические уровни описаний проектируемых объектов

Описания ТО должны быть согласованы по сложности с возможностями восприятия человеком и оперирования описаниями в процессе их преобразования с помощью имеющихся средств проектирования.

Выполнить общее описание и преобразовать информацию, чтобы получить более качественное решение без выявления структуры объекта, очень трудно. Элемент системы усовершенствовать всегда проще, чем систему в целом.

Структурирование описаний и расчленение представлений о проектируемых объектах приводит к блочно-иерархической модели представления данных, а также выделению аспектов описаний.

Такое структурирование позволяет распределить (распараллелить) работы по проектированию между подразделениями проектных организаций (программистами при создании программных продуктов), способствует повышению производительности труда за счет специализации и дает возможность отчасти снизить требования к профессиональной подготовке разработчиков.

В основе блочно-иерархического подхода к проектированию лежит выделение иерархических уровней (уровней абстрагирования) в представлениях об объекте. На каждом уровне используются свои понятия системы и элементов. На верхнем уровне расположен сложный объект проектирования S, который рассматривается как система n взаимосвязанных и взаимодействующих элементов S_i  (i=1...n). Каждый элемент S_i в свою очередь рассматривается как состоящий из m взаимосвязанных и взаимодействующих элементов S_ij на следующем уровне (j=1...m).

Такое разбиение продолжается до тех пор, пока оно не становиться достаточным в рамках рассматриваемой задачи. Элементы, которые не подлежат делению, называют базовыми.

Принцип иерархичности - структурирование представлений об объектах проектирования по степени детализации описания.

Принцип декомпозиции (блочности) - разбиение представлений каждого уровня на ряд составных частей (блоков) для раздельного проектирования.

Блочно-иерархическая структура представлений об объектах в машиностроении:

- базовые элементы (детали - вал, шестерня...);

- сборочные единицы (узлы - вал с подшипниками и шестерней...);

- агрегаты (станки, прессы...);

- комплексы (поточные линии, летательный аппарат...).

Кроме рассмотренной выше декомпозиции используют также декомпозицию описаний по характеру отображаемых свойств объекта. Такая декомпозиция приводит к появлению ряда аспектов (функциональный, конструкторский, технологический - см. теоретические сведения к третьей лабораторной работе), которым соответствуют аналогичные виды проектирования.

Могут использоваться и другие аспекты описаний: например функциональный аспект разделить на электрический, механический, гидравлический, химический и др. В данном случае деление выполнено по физическим основам явлений в объекте. Всегда желательно выделять принцип деления, а затем перечислять возможные варианты.

В качестве графического представления описания объекта могут использоваться графы (деревья). Описание в виде И-дерева удобно применять для конкретного объекта. И-дерево представляет собой множество вершин и связывающих их ребер. Вершины разделены на ярусы, каждый из которых относится к одному из иерархических уровней. Таким образом, разбиение объекта находится в рамках блочно - иерархического подхода к структурному описанию объектов. Вершины отображают составные части проектируемого объекта. Рёбра отражают всевозможные связи между вершинами (не только механические, как, например, в редукторе). При создании программных продуктов указывают потоки данных между блоками, модулями, например, для объекта «автомобиль» (рисунок 3).

 

ярус 0 (уровень абстракции)

 

Подсистемы (ярус 1)

двигатель, ходовая часть,

электрооборудование

Детали (ярус 2)

поршень, шатун,

коленчатый вал

Рисунок 3 – Обобщенное И дерево для объекта «автомобиль»

Вершины (элементы) нижнего яруса (иерархического уровня) в рамках принятого представления сложной системы - автомобиль, называются базовыми элементами или листьями.

Для автоматизации обработки информации, представленной в виде графов, последние могут задаваться в виде матриц (матрицы смежности и матрицы инциденций).

Матрица смежности для графа G (n) имеет вид M = [ m _ij ], (i, j = 1 … n), где n‑ число узлов графа. При наличии связи между i -м и j -м узлом значение m _ij = 1, иначе m _ij = 0.

Матрица инциденций имеет вид B = [ bij ] (i = 1 … n -1, j = 1 … k), где n - число узлов графа, k - количество ребер графа. Каждая строка соответствует одному узлу, кроме одного, который называется базовым (в качестве базового может быть выбран произвольный узел). Каждый столбец соответствует одному ребру. Если ребро j направлено из узла i, то b_ij = (+1). Если ребро j направлено к узлу i, то b_ij = (-1).

Порядок выполнения работы

1 Изучить теоретические сведения.

2 Выполнить словесное описание технического объекта согласно индивидуальному заданию на первую лабораторную работу (таблица 1).

3 Выделить элементы объекта: главный элемент и элементы, принадлежащие различным уровням иерархии (абстракции).

4 Указать, к какому типу функциональных элементов относятся выделенные элементы.

5 Обозначить и охарактеризовать связи между элементами.

6 Представить граф, содержащий элементы объекта на различных уровнях иерархии (И дерево).

7  Построить матрицу смежности и инциденций для полученного графа.

8 Оформить отчет.

9 Подготовиться к защите лабораторной работы.

Контрольные вопросы для подготовки и самостоятельной работы

1 В чем заключается сущность процесса проектирования ТО?

2 В чем заключается сущность иерархического подхода при описании объекта проектирования?

3 Перечислите и охарактеризуйте основные подходы к выделению элементов при декомпозиции.

4 Раскройте следующие понятия: «узел ТО», «деталь ТО», «неделимый элемент».

5 Перечислите и охарактеризуйте основные виды элементов при функциональном подходе к декомпозиции.