Введение к работе
Актуальность. Одним из инновационных направлений современного развития систем автоматизированного проектирования (САПР) является интеллектуализация. Интеллектуализация САПР помогает поддерживать и интенсифицировать творческую активность разработчиков новых изделий и технологий. В результате повышается качество проектируемых объектов и производительность труда проектировщиков. Особенно высока потребность в автоматизированной поддержке интеллектуализации на этапе концептуального проектирования (КП) систем, когда решения принимаются в условиях высокой неопределенности.
На этапе КП систем решаются сложные неформализованные задачи исследования и проектирования. Решение данных задач основывается на интуитивном применении инструментария когнитивных технологий. В настоящее время данные технологии необходимы при проектировании сложных систем, характеризующихся многоаспектностью происходящих в них процессов. Инструментарий когнитивных технологий использует знания о различных познавательных процессах в сфере мышления человека и при поддержке информационными технологиями позволяет их радикально интенсифицировать. В качестве инструментария могут применяться продуктивные знания, включающие различные эвристические стратегии, тактики, методы, приемы.
Существует множество эвристических методов и приемов, которые представлены в работах следующих ученых: Пушкин В.Н., Буш Г.Я., Альтшуллер Г.С., Коллер Р., Мюллер И., Мэтчетт Э., Половинкин А.И., Дворянкин А.М., Дорохов И.Н., Попов В.В. и др.
Современный период времени характеризуется широким распространением использования эвристических приемов (ЭП) в различных предметных областях. К данному инструментарию обращаются тогда, когда необходимо получить качественный, а не количественный результат. Одной из существенных особенностей ЭП является многозначность, проявляющаяся в том, что у разных субъектов в зависимости от индивидуально-психологических особенностей личности при использовании одного и того же приема получаются разные результаты. Существует несколько фондов ЭП, которые представлены в работах Альтшуллера Г.С., А.И. Половинкина, И.Н. Дорохова.
Современный этап развития общества характеризуется высоким темпом научных исследований, технических и технологических инноваций. Для создания конкурентоспособной продукции на уровне мировых стандартов требуется генерация оригинальных идей. При этом процесс проектирования должен обеспечивать получение новых решений в минимальные сроки при возрастающей сложности объектов проектирования. Это вызывает необходимость проведения работ с целью синтеза новых ЭП. На основании результатов исследований литературных источников установлено, что процесс получения ЭП предположительно представляет интуитивно-направленный синтез, в котором различаются следующие операции: извлечение знаний, классификация, обобщение. Однако данный процесс не имеет строгого научного описания. Поэтому разработка метода синтеза ЭП и использование его в интеллектуальных САПР для поддержки процесса КП систем является актуальной задачей.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности концептуального проектирования систем за счет разработки метода синтеза ЭП и средств автоматизации выбора ЭП, позволяющих увеличить количество предложений по целенаправленному изменению объекта.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
провести анализ фондов ЭП и методов поиска новых решений;
-
исследовать понятия «эвристический прием» и «метод синтеза эвристических приемов»;
-
на основе системного подхода разработать метод синтеза ЭП;
-
создать и верифицировать методики синтеза ЭП;
-
сформировать фонды ЭП для концептуального проектирования объектов и процессов конкретной предметной области;
-
спроектировать и реализовать оболочку информационно-поисковой системы (ИПС) по ЭП для концептуального проектирования систем и локальные ИПС, использующие синтезированные ЭП.
Объектом исследования в диссертационной работе являются информационные объекты, интеллектуальные и когнитивные процессы при синтезе ЭП.
Предметом исследования являются концепты «эвристический прием» и метод его синтеза.
Методы исследования. При выполнении исследований и решении поставленных в работе задач использовались научные положения системного подхода, системологии, феноменологии, герменевтики, лингвистики, психолингвистики, теории графов, теории проектирования реляционных баз данных (БД), принципы и методы концептуального анализа систем, методы представления знаний в искусственном интеллекте, методы и средства проектирования автоматизированных систем.
Научная новизна
Впервые построены концептуальные модели понятий «эвристический прием» и «метод синтеза эвристических приемов» в виде интенсиональных семантических сетей, в узлах которых находятся понятия, а дугами являются отношения между ними.
С использованием аппаратов лингвистики, феноменологии, герменевтики, психолингвистики выделен и структурирован массив когнитивных процедур, таких как восприятие, понимание, интерпретация, конкретизация, порождение, инверсия, сопровождающих процесс синтеза ЭП.
Впервые разработан метод синтеза ЭП для концептуального проектирования объектов и процессов в различных предметных областях, характеризующийся использованием множества интеллектуальных и когнитивных процедур, реализованных на семантической сети знаний в виде ациклического ориентированного графа.
Достоверность полученных результатов. Обобщения и выводы диссертационной работы основаны на анализе теоретических данных, полученных с применением научных положений системного подхода, системологии, феноменологии, герменевтики, лингвистики, психолингвистики, методов концептуального анализа систем, методов представления знаний в искусственном интеллекте. Достоверность подтверждается результатами верификации разработанных методик синтеза на технических и технологических решениях, защищенных патентами, и использованием объектно-ориентированных фондов ЭП в учебном процессе вуза.
Практическая значимость
-
Разработан инвариантный инструментарий для синтеза новых ЭП.
-
Сформированы новые объектно-ориентированные фонды ЭП для концептуального проектирования химических процессов и контактных аппаратов.
-
Разработаны ИПС по ЭП для концептуального проектирования химических процессов и контактных аппаратов, использующие созданные объектно-ориентированные фонды.
Положения, выносимые на защиту
-
Построенные концептуальные модели понятий «эвристический прием» и «метод синтеза эвристических приемов», представленные в виде интенсиональных семантических сетей.
-
Метод синтеза ЭП для концептуального проектирования объектов и процессов, инвариантный к предметным областям.
Реализация и внедрение результатов работы. Разработанная ИПС по ЭП для КП химических процессов «Himprocess» (ИПС «Himprocess») была использована в учебном процессе на химико-технологическом факультете Волгоградского государственного технического университета по дисциплине «Анализ и синтез химико-технологических систем», что подтверждается актом внедрения, и при подготовке дипломных работ и магистерских диссертаций. Использование ИПС «Himprocess» в лабораторном практикуме позволило улучшить научное методическое обеспечение учебного процесса.
Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись на международной конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград, 2009), XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011), а также на электронной конференции «Новые информационные технологии и системы» (2007).
Соответствие паспорту специальности. Указанная область исследования соответствует паспорту специальности 05.13.12 – «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», а именно: пункту 1 – «Методология автоматизированного проектирования в технике, включая постановку, формализацию и типизацию проектных процедур и процессов проектирования, вопросы выбора методов и средств для применения в САПР»; пункту 2 – «Разработка научных основ создания систем автоматизации проектирования и автоматизации технологической подготовки производства (САПР и АСТПП)»; пункту 3 – «Разработка научных основ построения средств САПР, разработка и исследование моделей, алгоритмов и методов для синтеза и анализа проектных решений, включая конструкторские и технологические решения в САПР и АСТПП».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе, 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 4 статьи в научно-теоретических журналах, 3 статьи в сборниках трудов конференций, получено 1 свидетельство об отраслевой регистрации электронного ресурса.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из списка сокращений, введения, пяти глав с выводами, основных результатов работы, списка использованных источников, приложений. Общий объем диссертации 273 страницы, в том числе 64 рисунка, 11 таблиц, списка использованных источников из 93 наименований.
