Ieguvumi:
- Spēja paātrināt kompromisu pētījumus no misijas prasībām līdz konceptuālai gaisa kuģu/kosmosa kuģu izmēra noteikšanai ar AI atbalstu
- Spēja veikt prasību rakstīšanu, izsekojamības un konsekvences kontroli ar konfigurētām uzvednēm
- Spēja novērst nepamatotus rezultātus, savstarpēji pārbaudot AI ieteiktos dizaina punktus ar fiziskiem rokas aprēķiniem
Lidmašīna vai kosmosa kuģis rodas no prasību saraksta, nevis uz rasējamā dēļa. Teikums "Nest tik lielu slodzi uz šo diapazonu, ar šo ātrumu, par šo cenu" ir dizaina sākums, kas kalpos gadiem ilgi. Konceptuālais dizains (agrākais projektēšanas posms, kurā vispirms tiek noteikts transportlīdzekļa aptuvenais izmērs, svars un konfigurācija) ir process, kurā no šīs sēklas iegūst sākotnējo formu. Šeit pieņemtie lēmumi ir lēti, taču to ietekme ir visdārgākā: viena nepareiza konceptuāla izvēle var izmest miljoniem dolāru detalizēta dizaina.
Šajā nodaļā mēs izmantosim mākslīgo intelektu (AI), lai atvieglotu trīs konceptuālā dizaina slogus: neskaidru uzdevumu pieprasījumu pārvēršana izmērāmās prasībās, prasību izsekojamības un konsekvences saglabāšana un konkurējošo dizaina iespēju kompromisu analīzes paātrināšana. Bet no sākuma izklāstīsim kritisko principu: katrs izmērs, katrs svara aprēķins, ko ierosina AI, noteikti ir savstarpēji apstiprināts ar fiziku balstītu roku aprēķinu. AI ir prāta vētras un grāmatvedības partneris; viņam nepieder lēmums par izmēru.
Jēdzieni: Prasība: viens pārbaudāms paziņojums, kam rīkam ir jāatbilst. Izsekojamība: ierakstu ķēde par to, no kurienes katra prasība nāk un ar kādu dizainu/testu tā tika izpildīta. Tirdzniecības telpa: visu opciju kopums, ko rada maināmi dizaina mainīgie. MTOW: maksimālais pacelšanās svars (maksimālais pacelšanās svars), lielākā masa, ko transportlīdzeklis var pacelties.
No uzdevuma nepieciešamības līdz prasībai: soli pa solim
Labai prasībai ir trīs īpašības: vienskaitlis (saka vienu lietu), izmērāms (satur skaitli un vienību) un pārbaudāms (ir skaidrs, kā to pārbaudīt). "Lidaparātam jābūt ātram" nav prasība; "Lidmašīnai jāsasniedz 250 kilotonu kalibra gaisa ātrums (KCAS) jūras līmenī" ir prasība.
Pirmais solis ir apkopot ieinteresēto personu pieprasījumus un iekļaut tos prasību projektā ar AI. Otrais solis ir padarīt katru prasību izmērāmu: aizstāt katru neskaidro īpašības vārdu (“viegls”, “izturīgs”, “efektīvs”) ar metriku un slieksni. Trešais solis ir meklēt pretrunas starp prasībām: diapazons un kravnesība bieži konkurē savā starpā, AI ātri izceļ šīs pretrunas. Ceturtais solis ir izveidot izsekojamības matricu: tabulējot, kurš augstākā līmeņa uzdevuma mērķis noved pie kuras apakšprasības.
Runājot par konceptuālo izmēru noteikšanu, AI var atsaukt atmiņā zināmās inženiertehniskās attiecības (svara daļas, vilces un svara attiecību, spārnu noslogojumu) un izveidot sākotnējo aprēķinu ķēdi. Piemēram, pasažieru lidmašīnai degvielas svara daļu var novērtēt ar Brege diapazona vienādojumu un tukšā svara daļu var novērtēt ar statistiskām sakarībām. Bet katrs šīs ķēdes posms tiek apstiprināts ar roku aprēķinu.
Padoms. Rakstot prasības, skaidri norādiet AI uzdevumu “aizstāt katru neskaidro īpašības vārdu ar metriku, vienību un pārbaudes metodi”. Modelis darbojas daudz disciplinētāk, ja sakāt "padariet izmērāmus" nepārbaudāmus apgalvojumus, piemēram, "lietotājam draudzīgu".
Kompromisu analīzes konfigurēšana
Kompromisu analīzes pamatā ir vairāku kandidātu konfigurāciju pretstatīšana kopīgiem kritērijiem. Klasiskais rīks ir svērtā lēmumu matrica: kritērijiem tiek piešķirts svarīguma svars, katrs kandidāts tiek novērtēts pēc katra kritērija, tiek ņemta svērtā kopsumma. AI ātri izveido šo matricu, taču uzmanieties no divām kļūmēm: svari ir subjektīvs inženiertehnisks spriedums (nav atstāts AI ziņā), un rādītājiem ir jābūt balstītiem uz fizisku pamatojumu (nav izdomātiem).
Kritērijs (svars)
Konfig. A: Augsts spārns
Konfig. B: Zemais spārns
Konfig. C: Kanāra
Diapazons, km (0,30)
1200
1350. gads
1250. gads
Pašmasa, kg (0,25)
640
610
690
Ražošanas izmaksas (0,20)
vidējs
zems
augsts
Stabilitāte (0,15)
augsts
vidējs
vidējs
Apkopes vienkāršība (0,10)
augsts
vidējs
zems
Varat likt AI izveidot šo tabulu; Taču diapazona un svara skaitļiem ir jābūt iegūtiem no neatkarīga iepriekšēja aprēķina, un ir jāpamato arī tādi kvalitatīvi rādītāji kā "stabilitāte: augsts". AI spēks ir tāds, ka tas minūtēs apkopo desmit dažādas konfigurācijas un veic sentimenta analīzi (kā mainās rangs, ja mainās svars).
Vāja uzvedne / spēcīga uzvedne
Vāja uzvedne:
Es projektēju mācību lidmašīnu. Pastāstiet man labāko konfigurāciju.
Spēcīga uzvedne:
Loma: Jūs esat konceptuāls gaisa kuģu dizaina konsultants. Konteksts: Sākotnējais kompromisa pētījums divvietīgai trenažieru lidmašīnai (vērtības ir reprezentatīvas): mērķa diapazons ~1000 km, kruīza ātrums ~55 m/s, kravnesība ~220 kg, zemu ražošanas izmaksu prioritāte. Uzdevums:1) Iesakiet 3 kandidātu konfigurācijas (spārnu novietojums, dzinēja tips).2) Izveidojiet tabulu, kurā salīdzināt katru kandidātu: diapazons, paredzamais tukšais svars, ražošanas izmaksas, stabilitāte.3) Izmantojiet savām skaitliskajām aplēsēm, uzrakstiet sakarību un pieņēmumu.Ierobežojums: norādiet, kuru statistisko sakarību izmantojāt svara aprēķinos; rakstīšanas vienība; Nepieņemiet galīgo lēmumu, iesniedziet kandidātu. Es pats izvērtēšu un pieņemšu galīgo lēmumu.
Kopējamas uzvedņu veidnes
1. veidne — uzdevuma vajadzības pārveidošana izmērāmā prasībā:
Pārveidojiet tālāk norādītos ieinteresēto personu pieprasījumus atsevišķās, izmērāmās un pārbaudāmās prasībās. Katrai prasībai: metrika, mērvienība, sliekšņa vērtība un piedāvātā pārbaudes metode (analīze/tests/demonstrācija). Tulkot neskaidrus īpašības vārdus ("viegls", "ātrs") konkrētos skaitļos; Ja ir neskaidrības, jautājiet, kāda informācija jums ir nepieciešama. Pieprasījumi: [saraksts šeit]
2. veidne — izsekojamības matrica un konfliktu pārbaude:
Izmantojiet šo prasību sarakstu un: a) izveidojiet izsekojamības tabulu, kas saista katru prasību ar augsta līmeņa uzdevuma mērķi; (b) atzīmējiet jebkurus pretrunīgu vai izaicinošu prasību pārus (piemēram, diapazons pret lietderīgo slodzi); c) uzskaita trūkstošās vai nepārbaudāmās prasības. Lai rezultāts būtu tabula. Prasības: [saraksts šeit]
3. veidne — svērtās lēmumu matricas iestatīšana:
Izveidojiet svērto lēmumu matricas ietvaru tālāk norādītajām kandidātu konfigurācijām. Izveidojiet kritēriju rindas un kandidātu kolonnas. Atstājiet svaru kolonnu BLANK (es ievadīšu svarus). Atsevišķā piezīmē paskaidrojiet katrā šūnā ievietotā rezultāta fizisko pamatojumu; Nerakstiet izdomātu numuru, atzīmējiet uzminēto vietu kā "minējumu". Kandidāti: [...] Kritēriji: [...]
4. veidne — konceptuālās izmēru salīdzinošā pārbaude:
Neatkarīgi pārbaudiet šādu izmēru noteikšanas rezultātu: MTOW, spārnu laukums, vilce. (a) Aprēķiniet spārnu slodzi (W/S) un salīdziniet to ar tipisko diapazonu jūsu konkrētajai gaisa kuģa klasei. (b) Aprēķiniet vilces un svara attiecību (T/W) un salīdziniet to ar tipisko diapazonu. (c) Brīdiniet, ja vērtības ir ārpus tipiskā diapazona, un norāda uz iespējamu kļūdu. Uzrakstiet visas vienības skaidri. Ievade: [MTOW, S, T vērtības]
Mini futrāļi
1. gadījums — konfliktējošas vajadzības agrīna atklāšana. UAV projektā ieinteresētās puses vēlas gan "vismaz 8 stundu raidlaiku", gan "maksimālo 12 kg kopējo masu". Kvantitatīvi nosakot abas prasības un aprēķinot enerģijas budžetu, AI parāda, ka 8 stundu lidojumam ar tipisku akumulatora enerģijas blīvumu (apmēram 200 Wh/kg) būtu nepieciešami 6–7 kg akumulatora vien; Tas neietilpst 12 kg budžetā kopā ar lietderīgo slodzi un struktūru. Pretruna tiek apspriesta pirms detalizētas projektēšanas sākuma. Nodarbība: prasību pārtulkošana skaitļos jau agri atklāj slēptās pretrunas.
2. gadījums — jutīguma analīze maina lēmumu. Viena komanda salīdzina trīs spārnu konfigurācijas; Konfigurācija ar sākotnējiem svariem. B uzvar (svērtais rādītājs 0,82 pret 0,79). AI tiek jautāts “kas notiks, ja es samazināšu izmaksu svaru no 0,20 līdz 0,10”; šajā scenārijā priekšplānā izvirzās un Config. A izvirzās vadībā (0,84 pret 0,80). Komanda redz, cik jutīgs ir lēmums par izmaksu prioritāti, un precizē svarus ar ieinteresēto personu. Mācība: svarīgs nav viens rezultāts, bet gan ranga stabilitāte.
3. gadījums — pasūtījuma kļūda svara novērtējumā. AI nosaka vieglas lidmašīnas tukšo svaru kā 95 kg no attiecības. Inženieris atgādina, ka līdzīgas klases divvietīgo lidmašīnu tukšais svars parasti ir 350-500 kg robežās; 95 kg ir fiziski neiespējami. Pārbaudot, redzams, ka AI ir nepareizi piemērojis koeficientu attiecībā un tas tiek labots. Nodarbība: katrs svara aprēķins tiek salīdzināts pēc lieluma kārtām ar zināmo klases diapazonu.
Biežas kļūdas
- Neskaidras prasības pieņemšana. Prasību, kas nesatur metriku un vienības, nevar pārbaudīt; "Tam jābūt vieglam" ir vēlme, nevis prasība.
- Izmantojot AI, izvēlieties svarus. Kritēriju svari lēmumu matricā ir subjektīvi inženierijas un ieinteresēto pušu spriedumi; Ja tas tiek atstāts mākslīgā intelekta ziņā, lēmums paliek novārtā.
- Punktu pieņemšana bez pamatojuma. Ja tādiem kvalitatīviem rādītājiem kā “Stabilitāte: augsts” nav fiziska pamata, matrica kļūst par izdomātu minējumu sarakstu.
- Neapstiprina svara/izmēra aprēķinu. Statistiskās korelācijas ir aptuvenas aplēses; Tas netiek iekļauts detaļu dizainā, nesalīdzinot to ar klases diapazonu.
- Atstājot izsekojamību vēlākam laikam. Ja netiks fiksēts, no kurienes prasība nākusi, neviens nezinās, kādus lēmumus izmaiņas ietekmēs turpmāk.
Rezumējot
Konceptuālais dizains ir posms, kurā tiek pieņemti lētākie, bet efektīvākie lēmumi. AI ir spēcīgs paātrinātājs, lai neskaidrus pieprasījumus pārvērstu izmērāmās prasībās, meklētu izsekojamību un konfliktus un salīdzinātu vairākas konfigurācijas kompromisu tabulās. Tomēr kritēriju svari ir cilvēka spriedumi, skaitliskās prognozes tiek pārbaudītas, izmantojot fizikas rokas aprēķinus un klases intervālus, galīgo lēmumu par konfigurāciju pieņem inženieris. AI rada kandidātus; neizlemj.
Lietojumprogrammas uzdevums
Uzrakstiet trīs augsta līmeņa misijas mērķus jūsu izvēlētam gaisa vai kosmosa kuģim. Izmantojot AI, pārveidojiet tos vismaz sešās izmērāmās prasībās un izveidojiet izsekojamības tabulu. Pēc tam izveidojiet svērto lēmumu matricu trim kandidātu konfigurācijām; Nosakiet svarus pats. Visbeidzot, apstipriniet AI sniegto svara/izmēra aprēķinu, izmantojot neatkarīgu rokas aprēķinu un klases diapazonu. Ja konstatējat konfliktu, ziņojiet par vismaz vienu prasību pāri.
kontrolsaraksts
- [ ] Es padarīju katru prasību vienu, izmērāmu un pārbaudāmu.
- [ ] Es aizstāju neviennozīmīgos īpašības vārdus ar metriku, vienību un slieksni.
- [ ] Es izveidoju izsekojamības tabulu un atzīmēju pretrunīgas prasības.
- [ ] Lēmumu matricas svarus noteicu pats (nevis AI).
- [ ] Es piedēvēju matricas punktu skaitu fiziskajam pamatojumam.
- [ ] Es pārbaudīju svara/izmēra aprēķinus, izmantojot klases atstarpi un roku aprēķinus.