1. Введение. Задача оптимального проектирования эрготехнических систем (ЭТС) заключается в том, чтобы на имеющемся множестве альтернативных вариантов выполнения ЭТС выбрать тот из них, который наилучшим образом обеспечивает желаемые свойства системы. Конкретный способ выполнения проектируемой ЭТС включает элементную и функциональную структуру, а также набор управляющих параметров. Критериями оптимизации наиболее часто являются показатели эффективности, качества и надежности (ЭКН) процесса функционирования ЭТС, например, вероятность правильного (безошибочного) выполнения В, среднее время Т и средние затраты (доход) V от выполнения, вероятность своевременного выполнения P(t<T_d), нечеткая вероятность правильного выполнения B^~, нечеткие затраты (доход) V^~ и время выполнения T^~. На качество выбираемого варианта положительное влияние оказывают следующие факторы: эргономичность технологии проектирования, адекватность модели функционирования ЭТС, полнота критериев оптимизации и возможных альтернатив, эффективность методов оптимизации. Анализ существующих методов и технологий проектирования показывает, что они не в полной мере удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям с точки зрения отмеченных факторов, которые поддаются управлению (улучшению) при разработке системы оптимального проектирования ЭТС.

В настоящем докладе предлагается новый подход к повышению качества системы проектирования ЭТС на основе адаптивного синтеза модели описания процесса функционирования ЭТС, комплексного использования объектно-ориентированной и структурной технологии проектирования, расширения номенклатуры и интеграции оцениваемых вероятностных и нечетких моделей показателей ЭКН ЭТС, метода последовательной структурно-параметрической оптимизации на объектно-ориентированных функциональных сетях (ООФС) с использованием генетических алгоритмов и механизма логического вывода.

2. Постановка задачи. Под ЭТС будем понимать систему “субъект труда - орудие труда - предмет труда”, цель которой состоит в получение нового продукта труда с использованием технических средств. Задача оптимального проектирования ЭТС заключается в выборе наилучшего варианта выполнения системы. ЭТС как объект моделирования может быть представлена в виде кортежа [1]: ЭТС= <X, H, O, Y, WS, ПФ>,

где Х - множество предметов труда; Н - множество субъектов труда; O - множество орудий труда; Y - продукт труда; WS - внешняя среда; ПФ - процесс функционирования ЭТС, в ходе которого осуществляется преобразование X в Y с помощью H и O. С кибернетической точки зрения, оптимальное проектирование ЭТС представляет собой управление свойствами элементов системы (X, H и O) и ПФ, при котором цель системы (продукт Y) остается неизменной, но рационально изменяются показатели качества продукта Q(Y), т.е.

КР (Q (Y,F) ) ® extr, (1)

F О Xґ Hґ Oґ ПФ

при Y = Const.

Здесь КР - критерий оптимальности (отношение предпочтения), задаваемый через показатели качества Q(Y). Поскольку описание процесса функционирования ЭТС с необходимостью включает в себя множества X, H и O, входящие в элементную структуру системы, а также понятие функциональной структуры, то более универсальной является следующая форма представления ЭТС как объекта моделирования, а именно:

ЭТС = < E, Ф, R, Q >,

где E - множество элементов системы; Ф - множество выполняемых функций; R - множество отношений на E и Ф; Q - множество показателей качества системы, а также ее элементов и функций. Множество альтернативных способов выполнения ЭТС (МА) определяют как возможные (альтернативные) отношения R (R_E, R_Ф, R_ЕФ), так и Q, на характеристики которого влияют значения управляющих параметров (факторов). С учетом введенной новой формы представления ЭТС, задача (1) преобразуется в задачу (2):

КР(ЭКН(F))® extr . (2)

F О R ґ Q

В данной задаче локальными критериями являются вероятностные и нечеткие показатели ЭКН ПФ ЭТС. Отметим, что знания о E, Ф, R и Q, а также само МА получают в результате процедур системного (эргономического) анализа (в основном E, Ф, R) и синтеза (Q). В качестве показателей качества продукта труда Q(Y) используются введенные ранее вероятностные и нечеткие показатели ПФ ЭТС - В, Т, V, P(t<T_d), B^~, V^~ и T^~. Некоторые из возможных форм (видов) задачи (2) представлены в таблице 1 (скалярные задачи) и в таблице 2 (векторные постановки с обобщенным критерием). Предполагается, что на множество допустимых решений D₀ , а также на сами показатели ЭКН, могут оказывать влияние как управляющие факторы и другие показатели качества продукта труда Q(Y), например, вес, цвет, эстетичность, сложность алгоритма (процесса) получения и т.п.

3. Методы решения. Ядром математи-ческой модели описания и количественной оценки ЭТС являются вероятностные и (или) нечеткие алгебры, описывающие соответственно вероятностные и нечеткие показатели эффективности, качества и надежности функционирования. Данные алгебры управляются (вложены) простран-ствами элементов E, функций Ф и состоя-ний системы S (рис. 1). Дискретный процесс функционирования ЭТС представляет собой результат взаимодействия указанных прост-ранств, а его оценка - результат преобразо-ваний случайных и нечетких величин в соответствующих алгебрах. Альтернатив-ность вводится как на управляемые пара-метры, так и на отношения между элемент-ной и функциональной структурой системы. Для задания модели используется объектно-ориентированная парадигма - "объект-атрибут-значение", а также продукции. Формально модель системы можно предста-вить как некоторую суперпозицию типовых отношений (функций), включая и отноше-ние альтернативности. Из свойств типовых отношений (рис. 2), конкретного вида задачи оптимизации и структуры множества альтернатив следуют необходимые и доста-точные условия оптимальности, а также структура "наилучшего" (эффективного) алгоритма оптимизации [2-5]. Для прибли-женного решения применяются генетичес-кие алгоритмы, а для точного – обобщение метода последовательного анализа вариан-тов на продукционных моделях с использо-ванием механизма логического вывода альтернатив. Указанное математическое обеспечение реализуется на ПК IBM PC типа Pentium, операционная среда WINDOWS ’98, языки программирования С++, PROLOG с привлечением com-техно-логии проектирования.

4. Выводы.

[2] Михайлевич В.С., Волкович В.Л. Вычислительные методы исследования и проектирования сложных систем. - М.: Наука, 1982.