Введение к работе
Актуальность работы. Научно-технический прогресс предъявляет
возрастающие требования к темпам проектирования новых технических систем и их характеристикам. Успешное решение, этой проблемы возможно путем разработки и практического использования САПР для различных классов технических объектов, что связано с необходимостью решения задач структурного синтеза физически неоднородных технических систем, возникающих на ранних стадиях проектирования. Реализуемые при этом проектные процедуры связаны с решением трудно формализуемых задач, характеризующихся наличием неполной и нечеткой информации как о создаваемой технической системе (ТС), так и о методах ее синтеза.
Существующие методы синтеза сложных структур ТС являются либо узкоспециализированными и, как следствие, ограниченными рамками конкретных предметных областей, либо имеют характер слабоструктурированных проектных процедур, а иногда даже общих рекомендаций » виде тех или иных эвристических правил, которые чаще всего не формализованы, что не может гарантировать успеха при решении задач структурного сиігтеза в реальных практических ситуациях.
Применение методов искусственного интеллекта в проектировании и конструировании ориентировано в основном на решение задач компоновки графических образов, или сугубо информационную поддержку процедур синтеза ТС (без алгоритмов синтеза), или на создание универсальных систем, в которых выбор видов знаний и структуризация предметной области полностью возлагаются на инженера по знаниям, от квалификации которого в области решения изобретательских задач зависит успех синтеза технического решения. Данное обстоятельство подтверждает необходимость реализации компьютерной технологии для решения задач структурного синтеза технических систем, обеспечивающей высокий уровень структуризации и манипулирования современными физическими и инженерными знаниями, формальными методами оперирования знаниями, принятыми в системах искусственного интеллекта.
Одной из задач, возникающих при структурном синтезе ТС, является необходимость многоуровневой визуализации получаемых результатов. Наиболее распространенными в инженерной практике формами представления анализируемых или синтезируемых ТС считаются чертежи и описания на естественном языке со структурой текста, близкой к принятой в патентоведении формуле изобретения. В известных системах автоматизированного проектирования ТС языковое отображение результатов весьма cxevэтично, лишено компактности, а, следовательно, и наглядности, и, таким образом, трудно интерпретируемо пользователем. Поэтому задача естественно языкового отображения результатов структурного синтеза ТС оказывается достаточно актуальной и требует детальной разработки.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной рабої является повышение качесгва н производительности труда инженере проектировщиков физически неоднородных ТС путем внедрения в их практи! эффективных формализмов, алгоритмов и инвариантной программной ереді следуя выбранной технологии автоматизированного проектирования конструирования технических систем.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
1 .Построение формальной системы представления физических и инженерны знаний, необходимых для решения задач структурного синтеза в рамках сыбрашю технологии автоматизированного конструирования физически неоднородны технических систем.
2.Разрабогка алгоритмического обеспечения структурного синтеза физическ неоднородных технических систем с контурами обратных связей и нечетким отношениями между элементами.
З.Разработка формализмов и алгоритмов, обеспечивающих описанії синтезированных технических систем на ограниченном естественном языке.
4.Разработка макета интеллектуальной программной среды, предназначение: для информационной и алгоритмической поддержки структурного синтез технических систем.
. Основные методы исследования. При разработке формальной системь представления физических и инженерных знаний использовался математически! аппарат теории систем, нечетких множеств, теории автоматов н нечеткой логики При разработке формализмов и алгоритмов, обеспечивающих описанні синтезированных технических систем на ограниченном естественном языке использовались методы структурной и прикладной лингвистики. Разработкг программных и информационных средств произведена на основе современны} принципов настроения САПР.
Научная новизна результатов, выносимых на защиту, заключается в
следующем.
1. Определены состав и структура семантическігх категорий, определяющих
нечетко формализованную техническую систему. Определены объект и цель
формализации.
2. Описаны типы соединения элементарных подсистем с точки зрения
нечетких связей, и построена КС - грамматика, позволяющая синтезировать
цепочные, древовидные и сетевые структуры, имеющие обратные связи, на одном
иерархическом уровне описания технических систем.
3. Построена синтаксическая модель текстообразования в виде расширенного
PC-автомата для описания структур технических систем на ограниченном
естественном языке.
4. Определены основные этапы алгоритмизации для формирования
нгвистического семантического графа структуры технической системы,
сарактеризованы классы лингвистических объектов и отношений.
5. Разработано алгоритмическое обеспечение процедур, осуществішоииг: "
руктурный синтез физически неоднородных технических систем на различных
рархнческих уровнях их описания и переход между ними.
Практическая ценность работы. Обусловлена повышением оизводительпости решения задач синтеза сложных физически неоднородных шических систем.
Разработанное алгоритмическое обеспечение и инвариантная ггеллектуальная программная среда могут быть использованы при оектированин предметно ориентированного программного комплекса для рукту рного синтеза физически неоднородных технических систем с постоянной гогоуровневой структурой и ограниченным десятками числом элементарных дсистем.
Разработанное алгоритмическое обеспечение синтеза технических систем жет использоваться для синтеза новых физических принципов действия в злнчных предметных областях
Разработанная архитектура и алгоритмическое обеспечение нгвистического процессора могут использоваться при проектировании исания структур технических систем в программных средствах различного значения.
Разработанные формализмы, алгоритмы н программное обеспечение пользуются в учебном процессе в виде методических указаний.
Реализация результатов работы, Теоретические и практические результаты ссертационной работы использованы в научно-исследовательской работе лгоградского государственного технического университета, выполняемой в ггветсгвии с планом госбюджетной НИР по те...е ГАСНТИ 14.01 Л, 1435.00 ззработка автоматизированных контрольно-обучающих систем по разделам гбных курсов"(№37.0б5), подтема "Разработка автоматизированных трольно-обучающих систем по САПР, методам инженерного творчества, шертным системам"(№37.065.05)
Результаты исследований диссертационной работы и разработанное этраммное обеспечение используются в учебном процессе ВолГТУ.
Апробация работы. По основным результатам диссертационной работы :ланы доклады на научных семішарах по автоматизации проектирования лгТУ (Волгоград, 1989-1995 гг.); на научных конференциях профессорскс-гподавательского состава ВолгТУ (Волгоград, 1989-1990,1994 гг.У, на научной іференции профессорско-преподавательского состава ВИСИ (Волгоград, 1989 на Всесоюзной конференции "Конструкторско-технологическая информатика, грматизированное создание машин и технологий (КТИ-89)" (Москва, 1989); на
Всесоюзной научно-технической конференции "Экспертные обучающие системы" (Саратов, 4-8 сентября 19S9 г.); на Второй Всесоюзной конференции " Проблемы виброизоляции машин и приборов" (Иркутск, 12-14 сентября 1989 г.); Всесоюзном научно-техническом совещании "Программное обеспечение новой информационной технологи" (Калинин, 24-26 октября 1989 г.); на Международной научной конференции студентов и молодых научных работников "Применение компьютерных технологий в производстве" (НРБ, Варна, 16-19 ноября 1989 г.); на Всесоюзном научно-техническом совещании "Интеллектуальные системы в задачах ' проектирования, планирования и управления в условиях неполноты иікрормации" (Казань, 15-20 января 1990 г.); на Всесоюзном научно-практическом семинаре "Интеллектуальное программное обеспечение ЭВМ" (Ростов-на -Дону - Терскол, 13-19 мая 1990 г. ); на 5-й Всесоюзной конференции "Автоматизация поискового конструирования - теория и методы технического творчества (АПК-90)"(Ижсвск, 4-6 сентября 1990 г.); на 3-й Международной научно-технической конференции "Программное обеспечение ЭВМ"' (Тверь, 27-29 ноября 1990 г.); на Коломенских чтениях по искусственному интеллекту "Нечеткие технологии в ИИ" (17-20 мая 1993 г.); на I межвузовской научно-практической конференции студентов и молодых ученых Волгоградской области "Новые промышленные техника и технологии. Компьютерное обеспечение и компьютерные технологии" (Волгоград, 5-9 декабря 1994 г.).
. На защиту выносятся:
1.Способ формализации функциональных структур технических систем как нечетких семантических графов.
2.Способ формализации процедуры структурного синтеза технических систем, реализующей технологию трехуровневой декомпозиции проектируемого технического объекта.
3.Способ формирования синтаксической модели словообразования для естественно языкового описания сгрукгур технических систем из предположения, что смысловая компонента полностью определена семантическим графом.
4.Организацию алгоритмического и программного обеспечения интеллектуальной программной среды, реализующей предложенные формализмы.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав с выводами, заключения, списка используемой литературы из 171 канменования и приложения. Общий объем работы 185 страниц, в тексте содержится 32 рисунка, приложения занимают 10 страниц.
