Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

Модельные факторы структурной теории оптико- и лазерно-электронных систем

#4 2008
 

УДК 681.2:539.3:537.7:518.5

В.Б.Немтинов

 

В основе создания мировых научных ценностей лежит развитие различных областей научного знания, среди которых оптико- и лазерно-электронное приборостроение, рассматриваемое как конкретная техническая отрасль науки, представляет собой отдельное направление. Хотя в настоящее время общие научные основы всего приборостроения в целом практически не сформированы, но на кафедре лазерных и оптико-электронных систем (РЛ-2) в течение последних 30 лет В.Б.Немтиновым ведутся работы по созданию частных научных основ современного оптико- и лазерно-электронного приборостроения.

В рамках этой программы на стыке классической теории оптико- и лазерно-электронных систем, общей математической теории систем и теории математического моделирования создана структурная теория оптико- и лазерно-электронных систем (СТ ОиЛзЭС) [1-14]. Она опирается на идею связности параметров (сигналов) и элементов оптико- и лазерно-электронных приборов (ОиЛзЭП) и позволяет с единых методологических позиций систематизировать, формализовать и автоматизировать этапы проектирования, изготовления и экспериментального исследования оптико- и лазерно-электронных приборов (ОиЛзЭП). Связность является наиболее существенной качественной характеристикой прибора и лежит в основе концепции множества кардинальных структурных и поведенческих модельных факторов, которые собственно говоря и определяют развитие оптико- и лазерно-электронного приборостроения.

Фактор – это достаточно широкое понятие, используемое в различных областях научного знания. Он трактуется как причина, движущая сила какого-либо произвольного процесса, определяющая его характер или отдельные его черты, и в частности, идентифицирующая свойства процесса преобразования сигналов, а также процессов проектирования, изготовления и экспериментального исследования как принципиально новых, так и модернизируемых технических объектов (ОиЛзЭП). В общем случае в качестве фактора может рассматриваться модель; основополагающий принцип; явление, которое определяет какие-либо изменения в изучаемой системе; пример, подтверждающий обоснованность выбранного подхода; гипотетически наблюдаемая переменная в рамках факторного анализа; существенное обстоятельство; условие; связь; коэффициент или сомножитель в разложении и т.п.

В результате построения СТ ОиЛзЭС, которую можно рассматривать как факторный прообраз ещё не созданной общей структурной теории технических систем, решена частная задача разработки языка и средства для построения научных основ оптико- и лазерно-электронного приборостроения. Созданные исходные языковый фактор и факторное средство позволяют идентифицировать кардинальные структурные и поведенческие модельные факторы. Структурные факторы описывают структурную связность системы, т.е. её организацию, строение и упорядоченность, задавая конфигурацию (относительное расположение) элементов и отношения между совокупностями параметров (сигналов). Поведенческие (функционально-преобразующие) факторы идентифицируют поведенческую связность между параметрами (сигналами), определяемую функционированием преобразующих элементов в ОиЛзЭП. В результате на основе структурных и поведенческих факторов СТ ОиЛзЭС изучает ряд новых проблем, которые раньше неясно было даже как сформулировать. В работе рассмотрены только отправные модельные факторы.

1. Системно-модельный подход

Первый модельный фактор – это системно-модельный подход к описанию процесса преобразования сигналов в оптико- и лазерно-электронной системе, который является расширением классического системного подхода и позволяет уточнить понятие системы. В оптико- и лазерно-электронном приборостроении вместо теории систем часто применяется термин системотехника, под которой понимают научно-техническую дисциплину, охватывающую вопросы проектирования, создания, исследования, испытания и эксплуатации сложных в техническом отношении оптико- и лазерно-электронных приборов. Классический системный подход (в широком смысле), или его синоним – системный анализ, также употребляемый в широком смысле (особенно в англоязычной литературе), позволяет выделять основные этапы разработки оптико-электронного прибора как физической предметной реализации оптико- и лазерно-электронной системы. При этом оптико-физическая сущность процесса преобразования сигналов в системе как отображения множества сигналов в себя отодвигается на второй план, а методика разработки ОиЛзЭП основывается на изучении кóмплексных "общесистемных" проблем.

Заметим, что от системного анализа в широком смысле следует отличать системный анализ, рассматриваемый уже в узком смысле как совокупность методологических средств, используемых для параметрической оптимизации математических моделей оптико- и лазерно-электронной системы путём перебора её параметров при заданной числовой целевой функции. Системный анализ (в узком смысле), возник в эпоху ЭВМ, а его совершенствование определяется возможностями и перспективами развития вычислительной техники. Одной из основных задач системного анализа на базе ЭВМ является, в частности, проблема автоматизированного проектирования технических объектов [15].

В рамках классического системного подхода под оптико- и лазерно-электронной системой понимается целостная совокупность взаимоупорядоченных, взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, обладающих пространственной структурной или поведенческой замкнутостью. Эта совокупность элементов выполняет определённую задачу для достижения поставленной цели. Причём эффект, достигаемый от такой совокупности, не является суммарным по отношению к каждому из её функционально завершённых элементов. Однако данное определение системы, и прежде всего оптико- и лазерно-электронной системы, на современном уровне нуждается в уточнении.

Хотя введённое определение разъясняет интуитивное восприятие ОиЛзЭП в виде системы как совокупности сложного связного набора технических объектов, но в настоящее время не может считаться удовлетворительным. Во-первых, оптический преобразующий элемент суть новая подсистема. Во-вторых, что понимать под упорядоченностью, связями, взаимодействием и функциональной завершённостью элементов, и в-третьих, что такое суммарный эффект.

Поэтому в современной общей математической теории систем обходят попытки дать явное определение системы, так как в настоящее время не известно, что такое несистема. В соответствии с этим в рамках системно-модельного фактора понятие системы определяется с помощью модели. Иначе говоря, считается, что изучаемая система задана, если имеется какая-либо её предметная (материальная) или теоретическая (идеальная) модель (некоторый в широком понимании образ, заместитель), не обязательно математическая.

Этот постулат служит отправным положением системно-модельного подхода к описанию процесса преобразования сигналов в оптико- и лазерно-электронной системе. В такой трактовке анализ и синтез оптико- и лазерно-электронной системы осуществляется в рамках тех или иных заместителей (образов, слепков и т.п.) – моделей, что индуцирует переход ко второму модельному фактору, задающему модельную связность.

2. Принцип единства структурной и поведенческой связности

предметных и теоретических модельных представлений

В основе создания структурной теории лежит простая идея связности параметров (сигналов) и элементов, которая идентифицирует систему, являясь её наиболее существенной качественной характеристикой. С исчезновением связности становится невозможным представление оптико- и лазерно-электронного прибора как физической предметной реализуемой вариации системы, поскольку понятие системы подразумевает наличие чего-то, находящегося в некотором отношении с чем-то. Поэтому второй модельный фактор СТ ОиЛзЭС – это принцип единства структурной и поведенческой связности предметных и теоретических модельных представлений параметров (сигналов), преобразующих элементов и связей между ними в моделируемой системе.

В результате структурная теория, выступающая в качестве языкового фактора и факторного средства, позволяет в рамках принципа единства реализовать преимущества, достигаемые хорошим языком и хорошей символикой, а именно: стандартный метод постановки задачи; метод выражения фактов задачи, который исключает случайный выбор координат; а также указание как решать задачу. Как следствие, на основе системно-модельного подхода СТ ОиЛзЭС способна выражать сложные ситуации процессов проектирования, изготовления и исследования оптико- и лазерно-электронных приборов и кóмплексов в наглядной и сжатой форме, что даёт возможность "подняться" над существующими приборами и "увидеть сверху" общие аспекты рассматриваемых процессов. Таким образом, структурная теория объясняет на основе принципа единства особенности построения и использования моделей в процессе разработки и исследования приборов и комплексов и указывает пути построения новых предметно-теоретических моделей.

3. Графовая таксономическая иерархия модельных представлений

Принцип единства, в свою очередь, требует идентификации различных моделей и введения структурного соподчинения моделей. Поэтому третьим модельным фактором являются две графовые модели, задающие таксономическую иерархию модельных представлений. Первый граф (рис. 1) идентифицирует таксономическую иерархию царств и подцарств модельных представлений системы в рамках империи моделей системы, определяемой рубрикацией РАН.

Второй граф (рис. 2) задаёт таксономическую иерархию модельных представлений, которые используются в научной систематике, и выделяет различные модельные таксоны (классификационные единицы), определяющие графовые целевые функции модельного синтеза.

Этот фактор таксономической иерархии визуализируется с помощью таксономических иерархических орцепей (см. рис. 1 и 2) и идентифицирует связность различных модельных таксонов, выделяя империю, царства, подцарства, исходные типы, кардинальные классы, главные когорты, основные семейства, базовые трибы, композиционные родьí, рабочие (проектируемые) виды и реализуемые вариации моделей оптико- и лазерно-электронной системы. В результате фактор таксономической иерархии лежит в основе идентификации фундаментального модельного таксона в виде кардинального класса математических концептуально-знаковых моделей, или просто математических моделей (ММ), оптико- и лазерно-электронной системы и создания классификационных категорий сигналов и систем.

4. Связный метаграф 0 системы предметных и теоретических моделей

над оптико- и лазерно-электронной системой

Классическое описание структуры и поведения оптико- и лазерно-электронной системы строится на языке схемных моделей (прежде всего парадигмы структурно-функциональных схем) и простейших расчёто-формульных поведенческих математических моделей (модельных представлений) в рамках теории линейных инвариантных систем. Для дальнейшего эффективного решения прикладных задач оптико и лазерно-электронного приборостроения создаётся первая основополагающая ММ структурной теории в виде графовой метамодели (ГрфМетаМ) системы предметных и теоретических моделей над оптико- и лазерно-электронной системой, так что

ГрфМетаМ = << S0 , S1 ,…, Sк ; R1 , R 2 ,..., R l >>, (1)

где S0 , S1 ,…, Sкнепустые множества вершин-моделей, на которых заданы отношения R 1 , R 2 ,..., R l в виде рёбер, идентифицирующих структурно-модельные связи.

Таким образом, осуществляется переход от схемного прообраза ОиЛзЭС к графовому математическому модельному фундаменту (связному метаграфу 0), который формирует четвёртый модельный фактор и визуализирует в рамках ГрфМетаМ организованную систему моделей (см. рис. 3) для разработки и исследования оптико- и лазерно-электронных приборов и комплексов.

Для описания связного метаграфа 0 вводятся три формы идентификации вершин: подметамодели, графовые модельные окна и графовые целевые функции. Система графовых модельных окон – это специфическое структурно-модельное графовое Windows-приложение. Каждый модельный гомоморфизм в соответствующем графовом окне раскрывает определённые свойства системы. "Заглядывая" в графовые окна в процессе проектирования ОиЛзЭП, разработчик выбирает подходящие модели для модельного синтеза системы. Связный метаграф 0 (знаковый образ графовой метамодели) лежит в основе методологии модельного синтеза и анализа создаваемой или изучаемой оптико- и лазерно-электронной системы с помощью рабочих связных орграфов. Выбор подметамодели, уточнение реализуемой вариации модели и возврат к предшествующим моделям при перемещении по графовым окнам, слоям и цепям идентифицируют пути разработки и исследования ОиЛзЭП и комплексов в виде графовых целевых функций.

В рамках четвёртого модельного фактора в виде связного метаграфа впервые устанавливается глубинная связь между предметными и теоретическими моделями с помощью композиционных компьютерных предметно-теоретических моделей. Для этого компьютерная предметно-теоретическая модель, или просто компьютерная модель, идентифицируется как функционирующая вычислительная машина, имеющая компьютерно-предметную форму и компьютерно-математическое содержание.

Графовая организация системы моделей и задание графовых путей их применения в рамках связного метаграфа опирается на принцип единства структурной и поведенческой связности предметных и теоретических модельных представлений. При этом графовые пути в связном метаграфе, называемые графовыми целевыми функциями, позволяют с помощью модельно-графового метода решать задачи идентификации, систематизации и практического применения моделей ОиЛзЭС. Между моделями существуют объективные связи, задаваемые рёбрами метаграфа, подграфы (подметамодели) которого дают возможность различать одну модель от другой, как один вид вещества отличается от другого. Иначе говоря, множество подметамоделей формирует математический прообраз системы моделей для проектирования, изготовления и исследования оптико- и лазерно-электронных приборов. До построения графовой метамодели совокупность существовавших предметных и теоретических моделей, образно говоря, напоминала "лоскутное одеяло".

В рамках четвёртого модельного фактора в виде связного метаграфа, прежде всего, рассматриваются три исходных типа моделей (рис. 3а). Для этого первоначально выделяют два исходных направления моделирования оптико- и лазерно-электрон­ных систем – предметное и теоретическое. В ходе предметного моделирования исследование проводят с помощью предметной модели (П-модели), которая представляет собой материальную модель в виде реального технического объекта: стенда, прибора, машины, вычислительного устройства. В рамках теоретического моделирования, как процесс преобразования сигналов, так и систему, описывают формализовано, осуществляя их идеальную имитацию на основе теоретической, или концептуально-знако­вой, модели (Т, или КЗ-модели). В рамках теоретического моделирования, прежде всего, выделяют три исходных теоретических подтипа: когнитивную модель (КогнтвМ), или мысленный образ; вербально-концептуальную модель (ВерблнКнцМ) и знаковую модель (ЗнкМ), которые подчёркивают концептуально-знаковое содержание Т-модели.

Идентифицируя функционирующую вычислительную машину как третий композиционный компьютерный предметно- теоретический, или просто компьютерный, исходный тип модели (КПТ, или К-модель), имеющий компьютерно-предметную форму и компьютерно-математическое (теоретическое) содержание, в рамках компьютерного предметно-теоретического подграфа вводится третье исходное композиционное направление моделирования – компьютерное. В результате идентификации в рамках П и Т -типов выделяемых К-моделей устанавливается глубинная связь между П-моделями и Т-моделями. На рис. 3а эту связь идентифицируют два подграфа. Первый компьютерно-физический предметный (КФП) подграф, принадлежащий одновременно П-графу и К‑графу, представляет собой цепь из трёх унарных вершин: ФПМ (физической предметной модели) – КмплКФПМ (кóмплексной компьютерно-физической предметной модели) – КПМ (компьютерной предметной модели). Эта цепь показывает какие П-модели трансформируются в К-модели.

Второй компьютерно-теоретический (КТ) подграф, входящий одновременно в Т-граф и К-граф, имеет вид цепи из двух вершин. Первая тернарная композиционная вершина содержит три теоретические подмодели: документную концептуально-знаковую модель (ДКЗМ), мимико-жестикуляционную концептуально-знаковую модель (МЖКЗМ) и структурно-поведенческую математическую модель (СтрПвднчММ). Вторая унарная вершина представляет собой компьютерно-математическую модель (КмптрММ), образующую кардинальный подкласс теоретических математических моделей.

Детализация связей между П-моделями и Т-моделями в результате идентификации с их помощью вводимых К‑моделей показана на рис. 3б, где внутри трёх исходных П, Т и К-типов моделей выделены шесть кардинальных модельных классов: три предметных и три теоретических.

5. Связный предметный граф 1

По способу реализации эксперимента в рамках предметных кардинальных графовых целевых функций идентифицирован графовый предметный модельный фундамент, который формирует пятый модельный фактор. С этой целью выделены три кардинальных направления предметного моделирования ОиЛзЭС (рис. 3а). Первое – физическое предметное моделирование, в рамках которого создаётся первый кардинальный класс ФПМ для проведения физического (реального) эксперимента. Второекомпьютерно-предметное моделирование на базе вычислительных машин, в рамках которого разрабатывается второй кардинальный класс КПМ для компьютерного (вычислительного, или машинного) эксперимента. Кроме того, выделяют третье кóмплексное направление предметного моделирования, на основе которого строится третий кардинальный класс предметных модельных комплексов, или КомплКФПМ.

При физическом моделировании условия реализации изготовленной ФПМ системы, вообще говоря, значительно отличаются от условий, свойственных процессу, протекающему в системе-оригинале, и выбираются, исходя из удобства и простоты исследования. Но условия физического моделирования выбираются не абсолютно произвольно. Между оригиналом и ФПМ должны быть сохранены отношения факторного (масштабного) подобия, которые вытекают из закономерностей физической природы явлений и гарантируют возможность использования информации, получаемой в результате физического эксперимента для оценки свойств оригинала.

В рамках ФП-графа, КП-графа и КмплКФ-графа для идентификации имитирующих (Имитрщ) свойств предметных моделей-образов по теоретическим моделям-прооб­разам вводятся соответствующие графовые вершины ИмитрщФП, ИмитрщКП и ИмитрщКмплКФП- модели (см. рис. 3а.

6. Связный теоретический граф 2

По аналогии с предметным моделированием в зависимости от способа проведения теоретического исследования в рамках теоретических кардинальных графовых целевых функций идентифицирован графовый теретический модельный фундамент, который формирует шестой модельный фактор. С этой целью выделены три кардинальных направления теоретического моделирования ОиЛзЭС (рис. 3а). Каждое направление опирается на три исходных теоретических подтипа: когнитивную модель (КогнтвМ), или мысленный образ; вербально-концептуальную модель (ВерблнКнцМ) и знаковую модель (ЗнкМ). Эти три подтипа, идентифицируя концептуально-знаковую сущность Т-модели, дают возможность трактовать её как концептуально-знаковую модель (КЗ-модель) и рассматривать три кардинальных направления теоретического моделирования как концептуально-знаковые в рамках семиотики, исследующей общие свойства знаков и знаковых систем. Первое – документное концептуально-знаковое (ДКЗ) моделирование, в рамках которого создаётся первый кардинальный класс ДКЗМ для теоретического описания ОиЛзЭС.

Второемимико-жестикуляционное концептуально-знаковое (МЖКЗ) моделирование, в рамках которого разрабатывается второй кардинальный класс МЖКЗМ. В этом случае термин «знак» понимается в широком смысле как некоторый объект, вообще говоря, произвольной природы. Этому объекту (например, устройству сигнализации) при определённых условиях, образующих в совокупности знаковую ситуацию, сопоставлено некоторое значение, которое может быть конкретным физическим предметом (жестом, мимическим выражением, процессом, ситуацией).

Третьематематическое концептуально-знаковое (МКЗ) моделирование, или просто математическое моделирование, на основе которого строится третий кардинальный класс математических моделей (ММ) и базируются фундаментальные математические исследования.

По аналогии с предметным моделированием в рамках ДКЗ-графа, МЖКЗ-графа и МКЗ‑графа для идентификации имитирующих (Имитрщ) свойств теоретических предметных моделей-образов по предметным моделям-прообразам вводятся соответствующие графовые вершины ИмитрщДКЗ, ИмитрщМЖКЗ и ИмитрщАбстрТеор- модели (см. рис. 3б).

7. Математическая концептуально-знаковая модель

Седьмой модельный фактор СТ ОиЛзЭС – это точное и строгое определение математической концептуально-знаковой модели, или просто математической модели (ММ), ОиЛзЭС (рис. 3б). ММ вводится как оптико-физическая реализация тернарной математической структуры Бурбакú-Колмогорова в виде триады, содержащей «Основные множества Sк; Отношения R l; Конечный запас отображений (операторов Pn)». Основные множества идентифицируют сигналы, преобразующие элементы, а также параметры и характеристики, участвующие в процессе преобразования сигналов в приборе; отношения устанавливают структурную связность как стадий процесса преобразования сигналов, так и элементов оптико- и лазерно-электронной системы; отображения задают поведенческую связность между сигналами на входе и выходе, как элементов, так и всей системы. Математический модельный фактор лежит в основе научного подхода к математическому моделированию ОиЛзЭС, который даёт глубинное понимание того, что значит взять реальный ОиЛзЭП в "абстрактные математические руки". Триадная ММ идентифицирует построение простых и адекватных модельных представлений, позволяющих эффективно оценивать погрешности, как системы и её преобразующих элементов, так и всего процесса преобразования сигналов. В рамках такого подхода ОиЛзЭС "исследуется сквозь призму" структурной и поведенческой связности сигналов и преобразующих элементов в рамках триадной трактовки ММ с помощью графовой организации системы модельных представлений и задания графовых путей их применения.

В рамках математического модельного фактора рассмотрены два кардинальных подкласса структурно-поведенческих (СтрПвднч) ММ и компьютерных (Кмптр) ММ (рис. 3 и 4). Подкласс СтрПвднчММ содержит четыре главные когорты внешних (Внш) и внутренних (Внтр) ММ и ММ поведения.

Построена универсальная компьютерная КмптрММ, или ММ оптико- и лазерно-электронной системы в узком смысле, для любой компьютерно-предметной формы вычислительной машины. Она переводит триадное представление компьютерно-математического моделирования «Модель – Алгоритм – Программа», введённое А.А.Самарским, на тернарный язык Бурбакú-Колмогорова и идентифицирует структурные и поведенческие связи модельных представлений процесса преобразования сигналов в ОиЛзЭС на языке компьютерно-предметной формы вычислительной машины. С учётом принципа действия вычислительной машины и специфики программирования в рамках компьютерно-математического подкласса построены четыре главные когорты КмптрММ: измерительные, расчётные, расчётно-измерительные и компьютерно-имитационные.

8. Идентификация новых ММ

Известно, что создание новых ММ означает существенный шаг в развитии науки, а нередко и принципиальный поворот. Поэтому восьмой модельный фактор структурной теории идентифицирует построение принципиально новых ММ. Тернарная математическая структура Бурбакú-Колмогорова позволяет перейти от расплывчатого понимания ММ как приближенного описания оптико- и лазерно-электронной системы, выраженного с помощью математической символики, к строгой формулировке структурно-поведенческой ММ, содержание которой полно отражает свойства моделируемой системы и может быть положено в основу построения новых ММ.

С целью обоснования научных принципов классификации изделий оптического производства и построения классификационных категорий ветвления системы для идентификации основных типов оптико- и лазерно-электронных приборов разработана графовая модель ветвления ОиЛзЭС в рамках трёх признаков: число базисных ветвей (арность ветвления), число уровней детализации (сложность ветви) и тип отношения (связность между ветвями). Построена факторизованная групповая структурная модель процесса преобразования сигналов в ОиЛзЭС с целью структурирования и типизации сигналов, а также построения топологических моделей поведенческого типа системы и триадного типа сигнала как принципиально нового структурного критерия качества. Последний является обобщением количественного критерия качества и лежит в основе введения всех количественных критериев качества системы как количественных свойств сигнального, операторного и преобразованного подтипов, позволяя переносить трудно решаемые вопросы оценки качества с одной компоненты триады на другую.

9. Принципиальные оптические и голографические схемы

Восьмой фактор СТ ОиЛзЭС метод принципиальных оптических и голографических схемных моделей. Принципиальная (полная) схема определяет полный состав элементов и, как правило, даёт детальное представление о принципах работы системы. Такие схемы широко используют для описания работы электротехнических и радиоэлектронных систем. С этой целью разработан целый комплекс стандартных условных графических обозначений (резисторы, конденсаторы, приборы электровакуумные и полупроводниковые и т. д.). Однако для описания процесса преобразования сигналов (ППС) в ОиЛзЭС метод принципиальных оптических и голографических схем практически не проработан. Имеющиеся в настоящее время условные графические обозначения разработаны для решения неоптических задач и соответствуют начальным и конечным элементам схемы. К ним относятся источники излучения, включая лазеры, приемники излучения (фотодиоды, фототриоды, фотоэлементы и т. п.), а также передающие и приемные телевизионные трубки.

Широко используемая на практике для описания ППС классическая оптическая схема по сути дела является разновидностью функциональной схемы и фактически представляет собой оптическую монтажно-компоновочную функционально знаковую модель. Она разъясняет, в каком направлении и как распространяется оптическое излучение, и показывает места расположения и соединения составных частей ОиЛзЭС, а также на каком расстоянии относительно друг друга должны устанавливаться (монтироваться) оптические элементы и их размеры. Однако условные обозначения оптических элементов носят не принципиальный, а конструктивный характер.

Созданные в СТ ОиЛзЭС принципиальные оптические и голографические схемные модели служат для идентификации поведения оптических и голографических изображающих систем с целью визуального воспроизведения процесса преобразования сигналов как отображения множества соответствующих сигналов в себя и могут быть положены в основу идентификации метода принципиальных схем.

10. Девятиэтапный связный орграф полного модельного синтеза системы

В приборостроении ведущая роль принадлежит проектным работам. В классическом представлении [15] проектирование сводится к разработке научно-технической документации, предназначенной для создания прообраза ещё несуществующего оптико-технического объекта, а сам термин "проектирование" раскрывается с помощью расплывчатого понятия "разработка документации". Поэтому на современном уровне оптико- и лазерно-электронного приборостроения девятый модельный фактор СТ ОиЛзЭС сводится к построению девятиэтапного связного орграфа полного модельного синтеза системы (рис. 5).

В рамках тотального графового единства всех существующих моделей ОиЛзЭС модельный синтез сводится к заданию последовательно-параллельных графовых модельных переходов, как внутри модельных окон и слоёв связного метаграфа, так и между ними. "Графовый модельный каркас" объединяет и структурно увязывает как новые, так и имеющиеся в распоряжении и часто бессистемно используемые известные ММ, методы и подходы к проектированию и даёт ответ на основной вопрос теории проектирования.

Что общего в проектировании разнородных приборов, таких как лазерно-элек­тронное измерительное устройство, голографический прибор, интерферометр, лазерный локатор, лидар, тепловизор, прибор ночного видения и т.п? И в то же время, в чём всё-таки проявляются специфические особенности проектирования конкретного оптико- и лазерно-электронного прибора? Основные положения процесса проектирования идентифицированы в наглядной концептуально-знаковой форме при разработке двух глобальных графовых целевых функций (математических прообразов): связного метаграфа (рис. 3) и девятиэтапного связного орграфа (рис. 5) над обобщённой оптико- и лазерно-электронной системой. В то же время специфика проектирования реального оптико- и лазерно-электронного прибора находит своё отражение в рамках конкретных математических образов этих функций в виде связного метаорграфа и этапного связного орграфа над синтезируемой системой.

Разработанная методология модельного синтеза является стержневым фактором научных основ оптико- и лазерно-электронного приборостроения в рамках СТ ОиЛзЭС. При этом созданная девятиэтапная инженерно-графовая методика проектирования, изготовления и исследования ОиЛзЭП визуализируется на языке модельных представлений. Она является концептуально-графовым математическим прообразом одной из перспективных технологических инноваций XXI века – интегрированного производства и даёт возможность: 1) в наглядном виде представить варианты маршрутов моделирования от когнитивного (мысленного) модельного замысла до сборки и экспериментального исследования готового изделия; 2) эффективно и оптимально увязать цели модельного синтеза; 3) выделить и объяснить прежде скрытые закономерности разработки прибора; 4) включить в себя все подметодики расчёта системы как графовые модельные слои; 5) создать банк инженерных реализаций графовых метамоделей, что позволит автоматизировать процесс разработки прибора; 6) воспользоваться созданной ранее графовой метамоделью для уже решённой задачи и тем самым сократить время разработки прибора.

11. Основные нерешённые факторные проблемы СТ ОиЛзЭС

1. Построение метрики на множестве предметно-теоретических моделей над ОиЛзЭС либо методом экспертных оценок, либо в результате введения длины графовых путей. Метрика оценивает степень близости моделей, устанавливает их степень сходства в рамках связного метаграфа системы предметных и теоретических моделей и позволяет находить оптимальный путь при переходе от одной модели к другой методом компьютерного моделирования.

2. Введение оптических сигнальных траекторий на основе факторизованной групповой структурной модели процесса преобразования сигналов в ОиЛзЭС. Сигнальные траектории представляют собой световые трубки в виде финитно-ограниченных слоев пространства заданной толщины. С их помощью можно идентифицировать орбиты и полуорбиты оптических сигналов для обратимого и необратимого процесса преобразования сигналов соответственно. Орбита, в частности, формируется в оптической изображающей системе, а полуорбита возникает, например, в композиционной системе "слой пространства – приёмник излучения".

12. Частично решённые факторные проблемы СТ ОиЛзЭС

Эти проблемы СТ ОиЛзЭС решены пока только частично и требуют своего дальнейшего развития.

1. Создание банка графовых метамоделей системы предметных и теоретических моделей над ОиЛзЭС для проектирования, изготовления и исследования оптико- и лазерно-электронных приборов. В рамках графовой метамодели разработчик видит, что он сделал, а что упустил, на что в первом варианте можно не обращать внимания, а что может дать принципиально новые результаты. С помощью этих метамоделей отделяют главное от второстепенного и задают отдельные этапы модельного синтеза.

2. Расширение банка основных и базовых структурно-поведенческих ММ ОиЛзЭС и создание моделей оптико- и лазерно-электронных кóмплексов.

3. Построение банка компьютерных ММ ОиЛзЭС, в том числе расчётных, измерительных, расчётно-измерительных и компьютерно-имитационных.

4. Разработка новых классификационных категорий ветвления ОиЛзЭС путем идентификации ветвей существующих ОиЛзЭП (по аналогии с анализом и синтезом органических соединений на основе элементов таблицы Менделеева).

5. Построение факторизованной групповой структурной модели процесса преобразования сигналов для основных ОиЛзЭС с целью структурирования и типизации сигналов и идентификации структурного критерия качества. Проведение последующей систематизации и классификации количественных критериев качества как количественных свойств структурного критерия качества и создание банка этих критериев.

6. Полная идентификация документных концептуально-знаковых моделей инженерно-технической документации в рамках шести кардинальных подграфов и, прежде всего, схемной, конструкторской и технологической документации.

7. Построение новых парадигм структурных, функциональных и принципиальных оптико- и лазерно-электронных схемных моделей.

 

Литература

1. Немтинов В.Б. Структурная теория оптико и лазерно-электронных систем. Ч.1. Модельное представление системы // Вестник МГТУ. Приборостроение. – 1993. – ╧1. – С. 58-73.

2. Немтинов В.Б. Структурная теория оптико и лазерно-электронных систем. Ч.2. Предметные модели // Вестник МГТУ. Приборостроение. – 1993. – ╧2. – С. 99-110.

3. Немтинов В.Б. Структурная теория оптико и лазерно-электронных систем. Ч.3. Концептуально-знаковые модели // Вестник МГТУ. Приборостроение. – 1994. – ╧2. – С. 62-72.

4. Немтинов В.Б. Структурная теория оптико и лазерно-электронных систем. Ч.4. Парадигма структурных схем // Вестник МГТУ. Приборостроение. – 1994. – ╧3. – С. 31-43.

5. Немтинов В.Б. Структурная теория оптико и лазерно-электронных систем. Ч.5. Математическое моделирование системы // Вестник МГТУ. Приборостроение. – 1995. – ╧3. – С. 17-27.

6. Немтинов В.Б. Структурная теория оптико и лазерно-электронных систем. Ч.6. Основные, типовые и базовые структурно-поведенческие математические модели // Вестник МГТУ. Приборостроение.– 1996.– ╧3.– С. 9-28.

7. Немтинов В.Б. Структурная теория оптико и лазерно-электронных систем. Ч.7. Операторное представление процесса преобразования сигналов // Вестник МГТУ. Приборостроение. – 1997. – ╧3. – С. 27-36.

8. Немтинов В.Б. Модельные представления голографической системы. // Труды XХV Школы-симпозиума по когерентной оптике и голографии. – Ярославль, 1997. – С. 44-61.

9. Немтинов В.Б. Факторизованная групповая структурная модель процесса преобразо­вания сигналов / Структурная теория оптико и лазерно-электронных систем. Ч.8 // Вестник МГТУ. Естественные науки. – 1998. – ╧1. – С. 58-65.

10. Немтинов В.Б. Структурная теория оптико и лазерно-электронных систем. Ч.9. Классификационные фактор-категории оптических сигналов // Вестник МГТУ. Приборостроение. – 1998. – ╧3. – С. 39-54.

11. Немтинов В.Б. Структурная теория оптико и лазерно-электронных систем. Ч.10. Проблемы структурной теории оптико- и лазерно-электронных систем // Вестник МГТУ. Приборостроение. – 1998. Спец. выпуск "Лазерные и оптико-электронные приборы и системы". – С. 30-43.

12. Немтинов В.Б. Структурная теория оптико и лазерно-электронных систем. Модельный синтез системы Ч.11.// Вестник МГТУ. Приборостроение. – 1999. – ╧3. – С. 22-40.

13. Немтинов В.Б., Животовский И.В. Схемный анализ световозвращающих систем // Вестник МГТУ. Приборостроение. Спец. выпуск "Радиоэлектроника, оптика и лазерная техника". – 2005. – С. 26-33.

14. Немтинов В.Б., Животовский И.В. Алгоритмическая модель системы измерения и методика измерения световозвращательных характеристик // Радиооптические технологии в приборостроении: Сб. материалов IV НТК – (Туапсе, 2006) – М.: Изд. МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2006.– С. 119-122.

15. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000. – 360с.

Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2020 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)