Оптимизация при проектировании технических объектов

Под оптимальным понимают такое проектирование, цель которого состоит в создании технического объекта (ТО), не только выполняющего заданные функции, но и отвечающего некоторым заранее установленным критериям качества.

Поиск рационального технического решения при выбранном физическом принципе действия осуществляется методом структурного синтеза. Определение оптимальных значений параметров элементов технической системы известной структуры - задача параметрического синтеза или параметрической оптимизации.

Постановка задачи оптимизации имеет содержательный смысл только в том случае, когда появляется необходимость выбора одного из конкурирующих вариантов, полученных при ограниченности ресурсов. Техническое проектирование всегда ведется в условиях жестких ограничений на материальные, энергетические, временные и прочие виды ресурсов. Вместе с тем средства САПР позволяют выполнить разработку нескольких альтернативных вариантов. Поэтому окончательный выбор технического объекта (принятие решения) необходимо проводить на основании установленных критериев. Выбор критерия является одним из важных этапов постановки задачи оптимизации, так как все последующие действия направлены на поиск объекта, наиболее близкого к оптимальному по выбранному критерию.

Проблема оптимизации имеет два основных аспекта:

1) нужно поставить задачу, формализовав понятие "оптимальный";

2) нужно решить задачу, уже имеющую математическую формулировку.

Математическая модель (ММ) оптимального проектирования технического объекта представляет собой формализованное описание критерия качества, условий, обеспечивающих выполнение заданных функций объектом, требований предъявляемых к отдельным параметрам объекта и др.

Именно в формировании ММ заключается постановка задачи оптимального проектирования ТО, которой предшествует определение цели и соответствующего критерия оптимизации. Например, при проектировании ТО цели оптимизации могут состоять в обеспечении: его минимальной массы; максимального КПД; минимальных размеров; максимальной надежности; минимальной стоимости изготовления; минимального количества расходуемого материала, топлива; максимальной грузоподъемности, производительности и др.