Устройство для выбора оптимальных решений

Изобретение относится к области специализированной вычислительной техники и может найти применение при выборе оптимальных решений из ряда возможных вариантов как при проектировании, так и в процессе эксплуатации различных систем. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства за счет определения лучшего варианта на основе метода главного критерия. Устройство содержит элементы памяти показателей, образующие матрицу размерностью M×N, M блоков выбора максимума, имеющих по N входов и N выходов, (М-1) групп ключей по N ключей в каждой группе, N индикаторов. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области специализированной вычислительной техники, а именно к устройствам для выбора оптимальных решений, и может найти применение при выборе оптимальных решений из ряда возможных вариантов как при проектировании, так и в процессе эксплуатации различных больших и сложных систем, в частности телекоммуникационных систем связи.

Известно "Устройство для выбора оптимальных решений" [1], содержащее датчики оцениваемой ситуации и важности параметров, блоки установки весовых коэффициентов, схемы обобщения первого и второго уровней, логические и пороговые схемы, исполнительный блок. Недостатками этого устройства являются сравнительно большая сложность его построения и малые функциональные возможности.

За прототип изобретения принято "Устройство для выбора оптимальных решений" [2], содержащее в своем составе матрицу элементов памяти показателей, блоки выбора максимума, блоки выбора минимума, вычитатель, коммутирующие элементы, две группы умножителей, группу сумматоров, группу индикаторов и несколько шин задания исходных данных.

Работа устройства-прототипа представляет собой процесс вычисления для каждого из рассматриваемых вариантов обобщенного показателя качества, выражаемого в виде суммы двух произведений. В качестве сомножителей используются максимальное и минимальное значения из совокупности всех частных показателей, характеризующих данный вариант, а также задаваемый показатель оптимизации либо его дополнение до единицы.

В качестве основного недостатка устройства-прототипа следует отметить ограниченность его функциональных возможностей, заключающуюся в том, что оно не обеспечивает выбор оптимального варианта на основе широко используемого на практике так называемого "метода главного критерия" [3].

Сущность метода главного критерия состоит в следующем. Рассматриваются несколько, обозначим их число через N (N≥2), вариантов состояния какой-либо сложной системы, каждый из которых задан совокупностью из М (М≥2) строго упорядоченных (ранжированных) по важности показателей.

Сравнение вариантов осуществляется путем поочередного сопоставления их однотипных параметров. При этом в первую очередь сравниваются их первые, наиболее важные показатели, и лучшим признается тот вариант, у которого значение этого показателя будет большим. Если же величины первых показателей каких-либо двух или большего количества вариантов окажутся одинаковыми, переходят к сравнению значений вторых показателей этих вариантов, и лучшим признается тот вариант, у которого значение второго показателя окажется большим. Если же значения и вторых показателей у двух либо большего количества вариантов окажутся равными между собой, то переходят к сравнению значений третьих показателей этих вариантов и т.д. до тех пор, пока не будет выявлено первое превосходство показателя очередного параметра одного из вариантов над показателем соответствующего параметра другого варианта или вариантов; вариант, сравниваемый показатель которого будет большим, и признается лучшим вариантом. Если же большие значения всех показателей нескольких или даже всех сравниваемых вариантов окажутся попарно равными между собой, то такие варианты признаются эквивалентными, т.е. равноценными между собой.

Как уже было отмечено выше, устройство-прототип в силу ограниченности своих функциональных возможностей не позволяет осуществлять выбор лучшего варианта на основе метода главного критерия.

Целью данного изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для определения оптимальных решений, заключающееся в осуществлении определения лучшего варианта на основе метода главного критерия.

Указанная цель в заявляемом устройстве достигается благодаря дополнительному введению в его состав М блоков выбора максимума, имеющих по N входов и N выходов, и (М-1) групп ключей по N ключей в каждой группе, при соответствующей схеме соединения их между собой и с остальными элементами устройства.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием дополнительных элементов при соответствующем схемном решении. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого устройства с другими аналогичными техническими решениями показывает, что наличие в подобных устройствах элементов памяти показателей и индикаторов известно. Однако, благодаря дополнительному введению в состав устройства М блоков выбора максимума, имеющих по N входов и N выходов, и (М-1) групп ключей по N ключей в каждой группе, (М-1) групп элементов запрета по N элементов в каждой группе, при соответствующем схемном соединении их между собой и с другими элементами устройства, появляются новые свойства заявляемого устройства, проявляющиеся в расширении его функциональных возможностей, а именно в осуществлении определения лучшего (оптимального) варианта на основе метода главного критерия. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для выбора оптимальных решений. Составные части предлагаемого устройства обозначены следующим образом:

1 - элементы памяти показателей, образующие матрицу размерностью N×M;

2 - блоки выбора максимума;

3 - ключи, образующие (М-1) группу по N ключей в каждой группе;

4 - индикаторы.

Блоки выбора максимума 2 имеют по N входов и N выходов, при этом каждому входу соответствует свой выход. Задачей этих блоков является анализ значений величин сигналов, поступающих на их входы, выбор из них максимального значения и выдача выходного сигнала на соответствующем выходе. Если же окажется, что несколько входных сигналов имеют равные между собой, но наибольшие по сравнению с другими входными сигналами значения, возможно, что как крайний случай все входные сигналы имеют равные между собой значения, то выходные сигналы должны появиться одновременно на всех соответствующих выходах.

Ключи 3 имеют по два входа, один из которых - информационный, а другой - управляющий, и по одному выходу. Их задачей является обеспечение прохождения входного сигнала, поступившего по информационному входу, на выход только при условии поступления управляющего сигнала на управляющий вход.

Составные части, образующие предлагаемое устройство, соединены между собой следующим образом:

выходы элементов памяти показателей 1 первого столбца матрицы N×M подключены к соответствующим входам первого блока выбора максимума 2;

выходы элементов памяти показателей 1 последующих (М-1) столбцов матрицы N×M подключены к информационным входам соответствующих ключей 3 соответствующих групп, выходы которых подключены к соответствующим входам последующих (М-1) блоков выбора максимума 2;

выходы первых (М-1) блоков выбора максимума 2 подключены к управляющим входам соответствующих ключей 3 группы, относящейся к последующему блоку выбора максимума 2;

выходы М-го блока выбора максимума 2 соединены со входами соответствующих индикаторов 4.

Работает предлагаемое устройство для выбора оптимальных решений следующим образом.

В процессе подготовки устройства к работе в каждый из элементов памяти показателей 1 каждой строки матрицы N×M записываются значения соответствующих М показателей в порядке убывания их важности соответствующих сопоставляемых N вариантов.

Работа устройства начинается с того, что с элементов памяти показателей 1 первого столбца матрицы N×M, т.е. значения первых, наиболее важных, частных критериев всех N сопоставляемых вариантов поступают на входы первого блока выбора максимума 2.

Если значение первого показателя какого-либо одного варианта окажется больше по сравнению со всеми другими вариантами, то на соответствующем выходе первого блока выбора максимума 2 появится выходной сигнал, который, поступая в качестве управляющего сигнала на управляющий вход соответствующего ключа 3 первой группы, обеспечит прохождение через него на соответствующий вход второго блока выбора максимума 2 значения второго показателя этого варианта с выхода соответствующего элемента памяти показателей 1 второго столбца матрицы N×M.

Обусловленный единственным входным сигналом на входе второго блока выбора максимума 2 соответствующий выходной сигнал, поступая на управляющий вход соответствующего ключа 3 второй группы, также обеспечит поступление на соответствующий вход третьего блока выбора максимума 2 значения третьего показателя этого варианта с выхода соответствующего элемента памяти 1 третьего столбца матрицы N×M и т.д. до тех пор, пока выходной сигнал с соответствующего выхода последнего, т.е. М-го блока выбора максимума 2 не поступит на вход соответствующего индикатора 4, вызывая его срабатывание, а следовательно, и индикацию лучшего варианта.

Если же значения первых, а равно и последующих показателей нескольких (двух либо более) вариантов окажутся равными между собой и наибольшими по сравнению с другими вариантами, то появляются выходные сигналы сразу на нескольких соответствующих выходах первого и последующих блоков выбора максимума 2.

Эти выходные сигналы, поступая на управляющие входы соответствующих ключей 3, относящихся к последующим параметрам своих вариантов, обеспечат прохождение через них на соответствующие входы последующих блоков выбора максимума 2 значений очередных показателей соответствующих вариантов с выходов соответствующих элементов памяти показателей 1 последующих столбцов матрицы N×M.

В подавляющем большинстве случаев выбора оптимальных решений количество вариантов, для которых необходимо производить сопоставление значений их очередных параметров, будет уменьшаться, пока не останется один, который и будет высвечен на соответствующем индикаторе 7. Однако не исключено, что абсолютно одинаковыми и превосходящими все другие варианты могут оказаться несколько вариантов, в таких случаях на входы сразу нескольких соответствующих индикаторов 7 поступят сигналы с соответствующих выходов последнего, т.е. М-го блока выбора максимума 2.

Срабатыванием одного или нескольких индикаторов 7 и завершается процесс сравнения между собой значений ранжированных параметров сопоставляемых вариантов, а следовательно, и выбор из них наилучшего, т.е. оптимального.

Из приведенного описания работы предложенного устройства видно, что в нем, в отличие от прототипа, осуществляется выбор наилучшего (оптимального) из сопоставляемых вариантов на основе метода главного критерия.

Следовательно, можно сделать вывод, что цель, поставленная перед предлагаемым изобретением - расширение функциональных возможностей устройства для определения оптимальных решений, заключающееся в осуществлении определения лучшего варианта на основе метода главного критерия, - достигнута.

Предложенное устройство может найти применение на пунктах управления различными действующими сложными объектами и процессами, а также в проектных организациях, занимающихся их разработкой.

Технико-экономический эффект, обусловленный применением предложенного устройства, заключается в повышении оперативности и качества принимаемых решений при управлении соответствующими сложными объектами, а следовательно, в повышении эффективности их функционирования.

Количественная величина ожидаемого технико-экономического эффекта от использования предложенного устройства зависит в первую очередь от назначения, важности и сложности исследуемых объектов, ее определение возможно только после внедрения предложенного устройства на конкретных объектах.

Источники информации

1. А.с. СССР №344443, МКИ G 06 F 15/18, 1972, БИ №21.

2. Патент РФ №2150743, МКИ G 06 G 7/122, 2000, БИ №16 (прототип).

3. Давлетшин Г.З. Методы многокритериальной оптимизации параметров технических систем. Оценка их качества. - Калининград Московской области: ЦНИИмаш, 1993, с.61.

Устройство для выбора оптимальных решений, содержащее N индикаторов и матрицу N×M элементов памяти показателей, отличающееся тем, что в каждый из элементов памяти показателей в процессе подготовки устройства к работе записываются значения в порядке убывания их важности соответствующих М показателей сопоставляемых N вариантов, также в состав устройства дополнительно введены М блоков выбора максимума, имеющих по N входов и N выходов и осуществляющих выдачу сигналов на выходах, соответствующих входам с максимальными значениями сигналов, при этом при равенстве всех входных сигналов выходные сигналы появляются на всех выходах, и (М-1) групп ключей по N ключей в каждой группе, при этом выходы элементов памяти показателей первого столбца матрицы NxM подключены к соответствующим входам первого блока выбора максимума, выходы элементов памяти показателей последующих (М-1) столбцов матрицы NxM подключены к информационным входам соответствующих ключей соответствующих групп, выходы которых подключены к соответствующим входам последующих (М-1) блоков выбора максимума, выходы первых (М-1) блоков выбора максимума подключены к управляющим входам соответствующих ключей соответствующих групп, выходы М-го блока выбора максимума соединены с входами соответствующих индикаторов.