Проектирование сложных систем при помощи языков проектирования: методы, применение и принципы проектирования
Автор: Фогель С., Рудольф С.
Журнал: Онтология проектирования @ontology-of-designing
Рубрика: Общие вопросы формализации проектирования: онтологические аспекты
Статья в выпуске: 3 (29) т.8, 2018 года.
Бесплатный доступ
Языки проектирования, основанные на графах, представлены как способ преобразования информации, автома-тизации процессов проектирования и оптимизации продукта или сложной системы. Унифицированный язык моделирования (UML) используется для создания языка, моделирующего процесс проектирования. Язык проектирования состоит из терминологии («цифровых строительных блоков») и набора правил («знаний цифровой композиции») выполнения последовательности действий (т.е. последовательного преобразования в цифровой вид процесса проектирования). С использованием основанного на правилах метода создаётся обобщённая центральная согласованная схема данных об объекте проектирования (так называемый граф проектирования). После генерации абстрактной центральной модели автоматически генерируются инженерные модели, отражающие специфику конкретной предметной области, и после удалённого выполнения их результаты вносятся в центральную модель проектирования для принятия последующих проектных решений или оптимизаций. Языки проектирования моделируются вручную и автоматически выполняются в так называемом компиляторе проектирования. Языки проектирования, основанные на графах, успешно применяются при создании разнообразных изделий аэрокосмической (космические аппараты, самолеты), автомобильной (пространственные конструкции, кабины автомобилей), машиностроительной (роботы, цифровые производства) отраслей и потребительских товаров (кофе-машины, вытяжные системы) для повышения эффективности процесса проектирования и степени его автоматизации. Рассмотрены различные стратегии и механизмы проектирования с целью применения их к автоматизации процесса проектирования. Используются подходы, начиная с автоматизированной и декларативной обработки ограничений, фрактальных вложенных шаблонов проектирования до математического определения последовательности действий проектирования. Имеющиеся знания определяют общую стратегию проектированию (т.е. нисходящее или восходящее проектирование). С целью снижения размерности и общей сложности задачи используется построение безразмерных инвариантов на основе теории подобия. Шаблоны проектирования, парадигмы проектирования (т. е. форма следует за функцией или функция следует за формой) и стратегии проектирования (разделяй и властвуй) из информатики широко используются для структурирования и управления сложностью проекта.
Языки проектирования, автоматизация проектирования, метод проектирования, принципы проектирования, онтология проектирования
Короткий адрес: https://sciup.org/170178790
IDR: 170178790 | DOI: 10.18287/2223-9537-2018-8-3-323-346
Complex system design with design languages: method, applications and design principles
Graph-based design languages are presented as a method to encode and automate the complete design process and the final optimization of the product or complex system. The Unified Modeling Language (UML) is used to represent the design language which models the design process. A design language consists of a vocabulary (i.e. the digital building blocks) and a set of rules (i.e. the digital composition knowledge) along with an executable sequence of the rules (i.e. the incremental digital encoding of the design process). The rule-based mechanism instantiates a central and consistent global product data structure (the so-called design graph). Upon the incremental generation of the abstract central model, the domain-specific engineering models are automatically generated, remotely executed and their results are fed-back into the central design model for subsequent design decisions or optimizations. The design languages are manually modeled and automatically executed in a so-called design compiler. Up to now, a variety of product designs in the areas of aerospace (satellites, aircraft), automotive (space frame structures, automotive cockpits), machinery (robots, digital factory) and consumer products (coffeemakers, exhaust systems) have been successfully accelerated and automated using graph-based design languages. Different design strategies and mechanisms have been identified and applied in the automation of the design processes. Approaches ranging from the automated and declarative processing of constraints, through fractal nested design patterns, to mathematical dimension-based derivation of the sequence of design actions, are used. The existing knowledge for a design determines the global design strategy (i.e. top-down vs. bottom-up). Similarity-mechanics in the form of dimensionless invariants are used for evaluation to downsize the solution for an overall complexity reduction. Design patterns, design paradigms (i.e. form follows function, or function follows form) and design strategies (divide and conquer) from information science are heavily used to structure, manage and handle the design complexity.
Список литературы Проектирование сложных систем при помощи языков проектирования: методы, применение и принципы проектирования
- Pahl G, Beitz W, Feldhusen J, Grote KH. Engineering Design: A Systematic Approach. Series: Solid mechanics and its applications, Springer London, 2006.
- Kröplin B, Rudolph S. Entwurfsgrammatiken -Ein Paradigmenwechsel? Der Prüfingenieur, 26:34-43, 2005.
- Antonsson E, Cagan J. Formal Engineering Design Synthesis. Cambridge University Press, 2001.
- Borgest NM, Vlasov SA, Gromov AlA, Gromov AnA, Korovin MD, Shustova DV. Robot-designer: on the road to reality. Ontology of Designing. -2015; 5(4): 429-449. - DOI: 10.18287/2223-9537-2015-5-4-429-449
- Borgest N, Gromov An, Gromov Al, Korovin M. The concept of automation in conventional systems creation applied to the preliminary aircraft design. In: Wiliński A., et al. (eds.) Soft Computing in Computer and Information Science, Part II. AISC, Springer, 2015; vol. 342: 155-165. - DOI: 10.1007/978-3-319-15147-2_13
