Введение к работе
Актуальность работы. Эффективность применения автоматизированных систем проектирования и управления во многом определяется качеством реализации интерфейса между пользователем и вычислительной системой. Рост производительности ЭВМ, скорости обмена между ЭВМ н периферийными устройствами, появление новых носителей информации, увеличение разрешающей способности и возможностей по цветопередаче дисплеев и т.д. привело к преимущественному переходу от тексто-ориентированных интерфейсов к графическим и комбинированным. Повышение эффективности н интеллектуализация интерфейса особенно важны для осуществления таких трудноформалнзуемых этапов взаимодействия с системой, как отбор знаний у пользователя-профессионала, принятие решений в условиях неопределенности, обучение н т.д. Особое место графический интерфейс занимает в задачах структурного моделирования, где он может играть ведущую роль на всех стадиях работы, от построения модели исследуемого объекта, до анализа результатов. Необходимость изучения данной проблемы связано с потребностью многих прикладных областей, например, с интенсивным развитием исследований по обеспечению безопасности и надежности сложных технических систем.
Однако алгоритмические трудности, возникающие в процессе преобразования информации при реализации эффективного интерфейса для задач структурного моделирования, практически не исследовались. В основном они связаны с автоматическим переходом от символьной (цифровой или аналитической) формы описания модели к ее графическому представлению с естественными ограничениями на занимаемую площадь и соответствующими требованиями к "наглядности". При этом возможен учет особенностей структуры, проведение декомпозиции и переход к укрупненному представлению, которые не всегда явным образом соответствуют функциям системы, но помогают раскрыть и графически представить важные структурные свойства объекта. Кроме этого, практически нет исследований, связанных с изучением характеристик структурных моделей конкретных классов объектов машиностроения, учет которых необходим при разработке эффективных алгоритмов структурного анализа и проектировании интерфейса.
Работа выполнена в соответствии с планами фундаментальных исследований Российской академии наук по темам "Проблемы
-4 -управления н автоматизации" и "Повышение надежности систем челозек-машина-среда".
Цель работы. Повысить эффективность средств организация интерфейса при автоматизации структурного моделирования на основе разработки математического, программного, методического обеспечения и интеллектуализации его графической части.
Основные задачи работы.
1. Проанализировать методы кодирования графов и установить их
связь с временной сложностью базовых операций.
2. Обосновать, разработать и исследовать алгоритмы автомати
ческого размещения графоз на плоскости, яа основе их машинного
представления с учетом различных критериев оптимизации, без
предварительного учета и с учетом особенностей структуры.
3. Исследовать характеристики граф-моделей на примерах
подсистем газотурбинных двигателей, как объектов диагностирования и
схем функциональной целостности яа примерах подсистем корабельной
атомной электроэнергетической установки. Разработать и исследовать
методы анализа структуры, связанные с декомпозицией и. укрупненным
представлением графов, эффективные дла подобных моделей.
4. Разработать структурную схему комбинированного интерфейса
с учетом интеллектуализации его графической части, соответствующие
библиотеки подпрограмм и подсистемы, обеспечивающие реализацию его
основных функций.
Научная новизна работы.
-
Установлена и исследована связь между методами кодирования графов и эффективностью реализации базовых операций, что позволяет с их учетом более точно оценить временную сложность алгоритмов.
-
Разработано семейство итеративных алгоритмов размещения графов с учетом минимизации суммарной длины ребер, количеств* пересечений и других критериев оптимизации, которые дают возможность автоматически перейти от символьного описания модели к ее графическому представлению, при соблюдении ограничений не занимаемую площадь. Проведено их исследование для случайных графоЕ и случайных деревьев, подтверждающее их полиномиальный характер,
-
На основании результатов исследования характеристик граф-моделей подсистем газотурбинных двигателей и схем функционально! целостности корабельной атомной электроэнергетической установки разработаны алгоритмы размещения графов с учетом анализа структуры возможности декомпозиции и перехода к укрупненному представлению
- 5 -позволяющие упростить и облегчить взаимодействие пользователя с системой при работе с моделями данного класса,
4. Предложена методика построения к структура комбинированного интерфейса, что обеспечило возможность разработки интеллектуализированных программных средств.
Практическая значимость.
-
Разработаны библиотеки подпрограмм и подсистемы, которые могут быть использованы для разработки графических и комбинированных интерфейсов в системах автоматизированного структурного моделирования. Они применяются для автоматизации моделирования графами объектов диагностирования и структурного моделирования для оценки безопасности и надежности сложных технических систем.
-
Разработаны алгоритмы и программные средства анализа структуры, позволяющие осуществлять декомпозицию и переход к укрупненному представлению, что дает возможность повысить эффективность структурного анализа при работе с моделями большой размерности.
3. Выполнен анализ граф-моделей объектов диагностирования и
схем функциональной целостности корабельной атомной энергетической
установки на основании которого выявлены их наиболее значимые
элементы и определен эффективный набор процедур размещения.
На защиту выносятся:
обобщенная функциональная схема комбинированного интерфейса;
- зависимость эффективности базовых операций от метода
кодЕірования графов;
- семейство итеративных алгоритмов размещения графов и оценки
их эффективности;
- результаты вычислительного эксперимента по исследованию
программной реализации семейства итеративных алгоритмов для
случайных графов и случайных деревьев;
приближенные алгоритмы оптимального размещения деревьев и двудольных графов;
результаты исследования характеристик граф-моделей подсистем газотурбинных двигателей, как объектов диагностирования и схем функциональной целостности судовой атомной электроэнергетической установки;
особенности декомпозиционных алгоритмов и методы укрупненного представления моделей;
- б -
- эффективный приближенный алгоритм определения максимального цикла в графе и алгоритм размещения на его основе.
Внедрение результатов работы. Материалы диссертационной работы переданы и используются в НИЛИТ ВВМИУ им. Дзержинского при разработке автоматизированной системы анализа вероятности безопасности атомных энергетических установок, ЛНИТТиМ ТюмГНГУ для автоматизированного проектирования систем утилизации тепла и ВНИИтрансмаш для автоматизации диагностирования на граф-моделях.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на
всесоюзной конференции "Конструкторско-технологнческая
информатика, автоматизированное создание машин и технологий" (Москва, 1989 г.), всесоюзной конференции с международным участием "Повышение эффективности землеройных машин" (Воронеж, 1994 г.), семинаре ВМА им. Кузнецова "Системный анализ при исследовательском проектировании кораблей ВМФ, комплексов вооружения и военной техники" (С.-Петербург, 1995 г.).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в б печатных работах.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 116 наименований и приложения. Общий объем работы - 282 страницы, из них 134 страницы машинописного текста, 33 таблицы и 44 рисунка.
