Введение к работе
Актуальность исследования. Современное состояние научно-технического прогресса в области проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений подразумевает решение широкого круга задач, ориентированных на создание строительных объектов, отвечающих актуальным требованиям безопасности, ресурсосбережения, экологии, эргономики, комфорта и проч. Анализ теории и практики постановки подобных задач позволяет сделать обоснованный вывод о том, что эффективность их решения определяется, в первую очередь, тем, насколько оригинальные инженерно-технические системы соответствуют общей концепции "интеллектуального здания", активно развивающейся в последнее время, как в нашей стране, так и за рубежом. Речь идет о создании т.н. функциональных систем управления зданиями и сооружениями (А А Волков), фундаментальными основами которых является теория функциональных систем (П.К. Анохин) и системотехника строительства (АА Гусаков). В этой связи, функции автоматизированного проектирования зданий и сооружений существенно расширяются, т.к. именно на этой стадии проект адаптируется к использованию тех или иных инженерно-технических решений. Другими словами, САПР, наряду с решением задач выполнения чертежей, инженерно-технических расчетов, моделирования и подготовки сопроводительной документации, становится едва ли не единственным источником знаний для внешних (по отношению к САПР) информационных систем, решающих перечисленные выше задачи. Основной особенностью подобных задач следует считать высокую зависимость эффективности отдельных результатов, как от полноты необходимых исходных данных, так и от адекватности выбора предметно-ориентированных средств моделирования. Еще одной особенностью всех внешних информационно-аналитических и инженерно-технических систем является совпадающая с. периодом использования САПР стадия их проектирования. В" общей концепции функциональных систем управления зданиями и сооружениями эта стадия носит название "гомеостатическоепроектирование "(А.А. Волков).
Таким образом, в целях исключения необоснованно разобщенного параллельного проектирования информационных платформ различных функциональных подсистем в общей концепции "интеллектуального здания", а также неизбежно возникающих при этом проблем качественного соответствия реальных характеристик (репрезентативность, содержательность, достаточность, доступность, актуальность, своевременность, точность, достоверность и устойчивость и проч.) тематической информации требуемым, в диссертации рассматривается подход к формированию моделей знаний, оперируемых архитектурно-строительными САПР, ориентированный на возможность их использования внешними информационными системами на стадии автоматизированного проектирования зданий и сооружений в качестве исходных и изменяемых данных для предметно-ориентированного математического и имитационного моделирования, поддержки тех или иных функций автоматического управления "и проч. в рамках создаваемых оригинальных функциональных подсистем.
Анализ научных работ в обозначенной области, наряду с достаточным вниманием общим вопросам организации информационного обеспечения САПР (В.Ф. Яковлев, В.О. Чулков, Г.Г. Малыха, А.С. Павлов, Д.В. Пихтерев, М.С. Вайнштейн, Н.В. Шалимова, А.В. Медведев, Ю.Н. Перевалова и др.), позволяет констатировать отсутствие апробированных решений, прямо ориентированных на анализ информационного обеспечения САПР с рассмотренной точки зрения, что позиционирует диссертацию как актуальное научное исследование, соответствующее п.п. 6 и 7 Паспорта специальности "05.13.12 - Системы автоматизации проектирования (строительство)".
Научно-техническая гипотеза предполагает возможность существенного повышения эффективности проектирования и функционирования оригинальных инженерных функциональных систем управления современными зданиями и сооружениями на основе совершенствования методов и моделей подготовки и использования знаний САПР для внешних информационных систем.
Цель работы: разработка модели знаний САПР, оптимизированной для использования внешними информационными системами в качестве исходных данных.
Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие основныезядячи:
анализ теории и практики организации информационного обеспечения САПР и предметно-ориентированных приложений (комплексов) на основе САПР;
анализ и классификация внешних информационных систем (функциональных подсистем), использующих знания архитектурно-строительных САПР в качестве исходных данных;
исследование открытой информационной структуры САПР, ориентированной на использование знаний внешними информационными системами (функциональными подсистемами);
выбор и адаптация модели представления знаний в САПР в рамках предложенной структуры;
анализ методов оценки основных качественных характеристик тематической информации в САПР и внешних информационных системах (функциональных подсистемах);
анализ необходимости, возможности, средств и методов обратного трансфера данных;
анализ практики (проблем и решений) построения САПР в соответствие с рассмотренной структурой и моделью.
Объект исследования: информационное обеспечение САПР.
Предмет исследования: структуры и модели знаний в САПР, используемые внешними информационными системами в строительстве.
В основу методологии исследования положены общая теория функциональных систем, системотехника строительства, теория и практика разработки САПР, математическая логика, математическое моделирование, тематические работы отечественных и зарубежных ученых, прикладные исследования в области создания информационного обеспечения процессов строительного проектирования, производства и управления.
Научная новизна исследования состоит в получении лично автором следующих основных результатов:
предложена открытая информационная структура САПР, ориентированная на использование знаний внешними информационными системами (функциональными подсистемами);
выбрана и адаптирована модель представления знаний в САПР в рамках предложенной структуры;
выполнен анализ практики (проблем и решений) построения САПР в соответствие с рассмотренной структурой и моделью.
Практическая значимость диссертации заключается в создании методов, средств и разработке практических рекомендаций построения информационного обеспечения систем и комплексов автоматизации архитектурно-строительного проектирования в соответствие с возможностью использования знаний внешними информационными и аналитическими приложениями в рамках существующей концепции функциональных систем управления современными зданиями и сооружениями.
Предложенный подход позволяет:
качественно расширить и оптимизировать функции существующей практики автоматизированного проектирования зданий и сооружений;
более эффективно решать задачи создания современных строительных объектов в соответствие с принципами функционального управления.
Практическая значимость диссертационного исследования подтверждается внедрением полученных результатов.
Внедрение результатов. Результаты диссертации (подход к формированию структур и моделей знаний, оперируемых архитектурно-строительными САПР, ориентированный на возможность их использования внешними информационными системами на стадии автоматизированного проектирования зданий и сооружений в качестве исходных и изменяемых данных для предметно-ориентированного математического и имитационного моделирования, поддержки функций автоматического управления и проч. в рамках создаваемых оригинальных функциональных подсистем) внедрены в отдельных проектах, реализуемых Обществом с ограниченной ответственностью "Инженерная фирма ГИПРОКОН", что позволило предложить новую структуру и схемы информационных потоков оригинальных приложений и существующих сред САПР.
Отдельные части диссертации использованы в процессе подготовки и переподготовки специалистов на кафедрах системного анализа в строительстве и систем автоматизации проектирования в строительстве Московского государственного строительного университета (МГСУ) в лекционных курсах "Системотехника строительства", "Современные информационные технологии в строительстве" и "Информационное обеспечение процессов строительного проектирования и производства", "Информационное обеспечение САПР".
Внедрение результатов работы подтверждено соответствующими документами.
Апробация работы. Содержание и результаты диссертации многократно докладывались на российских и международных конференциях (Всероссийская научно-техническая конференция "Актуальные вопросы строительства. Вторые Соломатовские чтения", Саранск, МГУ им. Н.П. Огарева, 2003 [1]; IV Международная научно-практическая конференция "Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах", Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ), 2003 [3]; VII (международная) научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и докторантов "Строительство - формирование среды жизнедеятельности", Москва, МГСУ, 2004 [4]; XIII Российско-польско-словацкий семинар "Теоретические основы строительства", Словакия, Университет г. Жилина, 2004 [5]), обсуждались и одобрены на заседаниях и семинарах кафедры системного анализа в строительстве (2003-2005гг.) МГСУ, секции "Строительство" Российской инженерной академии (2003-2004гг.).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в семи научных работах, общим объемом 1,25 п.л.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, отражающих содержание выполненного исследования, основных выводов и предложений, библиографического списка, состоящего из 174 наименований, и приложений.
На защиту выносятся положения, составляющие научную новизну диссертационного исследования.
Отдельные теоретические направления исследования, представленные в диссертации, поддержаны Министерством образования и науки Российской Федерации в рамках Федеральной целевой научно-технической программы "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" (Шифр: 05.01.199, Проект: "Разработка принципов построения и исследование особенностей иерархических моделей управляемых интеллектуальных процессов в системах автоматизации строительного проектирования").
