Введение к работе
Актуальность работы. Широкое внедрение норі їх вакуумных технологий в различные отрасли ирсэишплениости, существенное повышение сложности вакуумного оборудования, а таже знлчителъшй рост объемов научно-технической информации ставят конструктора в ситуацию, когда он становится не в состоянии традиционными методами прорабатывать конструкции с учетом последних достижений технического прогресса. Эти противоречивые факторы заставляют применять автоыа-тизированные методы к средства труда разработчика, поскелявеше повысить не только производительность труда, но и каче-стяо принкмае-мых конструктором проектных реыений.
В настоящее время известен ряд работ в области САПР вакуумных систем (ВС). Однако их эффективность иигка при решении задач структурно-параметрического синтеза ВС нотальнш: sranoE проектирования, для которых характерьч большая неопределенность исходных данных и знаний, необходимых для разработки ВС. Указанные факторы служат серьезным препятствием осуществлен полкой формализации основных проектных процедур на верхних уровнях иерархического описания объекта, которым присущи, как правило, интуитивно-логические рассуждения и представление ситуаций ка естественном языке.
Указанные трудности могут Сыть успешно преодолены путем включения в структуру разрабатываемой САПР ВС експертної"! подсистемы, способной реализовать трудяоформэлизуемые процедуры. При этом, обязательным требованием к экспертной компоненте является возможность автоматизированного формирования эвристической базы знаний высококвалифицированных конструкторов с последующим ее испольеова-нием в процессе эксплуатации САПР ВС пользователями невысокой квалификации.
Главной сложностью автоматизированного выявления знаний является слабая структуризация рассматриваемой предметной области, что
вызывает необходимость проведения дополнительных исследований с
це^ью формирования классов принадлежности и выявления описаний основних функциональна* элементов ВС и отношений между ними.
При этом, корректный анализ исследуемой предметной области предполагает использование системного подхода как метода, учитывающего ыногсобра~ие сложны;; взаимных связей, всесторонне раскрывающего все аспекты ВС и позволяющего сформировать системную модель ВС в виде теоретике-множественного описания.
Целью работы является создание научно обоснованной методологии начальных этапов автоматизированного проектирования ВС и практическая реализация на ее основе информационно-программного комплекса, содержащего з своем составе экспертные компоненты поддержки основных процедур ядра САПР.
Задачи работы. Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих основных задач: проведение концептуального анализа ВС; разработка на его основе системной модели ВС как объекта проектирования; выявление основных процедур начальных стадий проектирования ВС и необходимого состава знаний их экспертной поддержи; выбор концептуальной модели знаний ВС, обеспечивавшей эффективное формирование и манипулирование знаниями конструктора; проработка принципов и методики структурно-параметрического синтеза ВС с использованием экспертной компонента; построение методики автоматизированного выявления экспертных знаний при формировании базы знаний конструирования САПР ВС; разработка математических моделей функционирования основных структурных элементов ВС; создание комплекса программных средств, обеспечивающих автоматизацию начальных этапов проектирования ВС в соответствии с поставленными целями.
Методи і ice ле дованкй. В процессе решения поставленных задач использованы методы теории сложных систем, теории графов и множеств, теории принятия решений, искусственного интеллекта И М"ТЄ-
матического моделирования. Научнач новизна.
-
Разработаны инвариантные относительно вв^дешмх уровней членения системные модели ВС как объекта проектирования, которые являются базой для создания методик вияшіеьта экспертных знаний, структурно-параметрического синтеза и математического моделирования ВС.
-
Предложена модель структурно-параметрического синтеза БС, представляющая собой упорядоченную последовательность действий. конструктора над множеством структур DC, необходимых для реализации поставленных целей.
-
Сформирована концептуальная модель знании ВС, обеспечивающая эффективное формирование и манипулирование знаниями подсистемой экспертного сопровождения САПР.
-
Разработана методика автоматизированного гылвдения знаний непосредственно из высококвалифицирован них экспертов, предусматривающая формирование базы знанім конструирования ВС в терминах описываемой предметной оЯласти.
5..Разработаны математические модели функционирования базовых структурных элементов ВС, являющиеся основой проведения имитационного моделирования протекающих вакуумных процессов в ВС произвольной структуры.
Достоверность результатов. Достоверность проведенных теоретических исследований обеспечивается, строгим .научным обоснованием предлагаемых подходов,и методов, а также,опытом эксплуатации разработанного программного обеспечения, подтверждающим экспериментальные данные натурного эксперимента. ;
Практическая ценность. На базе проведенных теоретических исследований создан комплекс программных средств, обеспечивающих реализацию сформулированного подхода к автоматизации ссвовных этапов структурно-параметрического синтеза и йормировония баеы знаний ВС
- б -
на начальных итапах проектирования.
Реализацта результатов работы. Основные теоретические и практические результати исследований внедрены в НЙИВТ им. С.А. Век-шинского (г. Мсскза), ъ НИИ точного машиностроения (г. Зеленоград) и в Московском государственном институте электроники и математики.
Апробация работа. Основные положения диссертационной работы . докладывались и обсуддались на Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация проектирования и конструирования в электронном машиностроении" (г. Москва, 1983), на XIV Московской городской научно-технической конференции, посвященной дню Радио (г. Москва, 1988), на отраслевой научно-технической конференции "Автоматизация конструкторской и технологической подготовки производства в условиях ГПС" (г. Ужгород, 1988), на Всесоюзной научно-технической конференции "Информационное и программное обеспечение САПР" (г. Москва, 1989), на Всесоюзном совещании-семинаре молодых ученых и специалистов "Разработка и оптимизация САПР и ГАП изделий электронной техники на базе высокопроизводительных мини и микро зал" (г. Воронеж. 1989), на Всесоюзном научно-техническом семинаре "САПР в машиностроении" (г. Ульяновск. 1990). на II Всесоюзном семинаре .молодых ученых и специалистов "Датчики, преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" (г. Гурзуф, 1990). на Всесоюзной научно-технической конференции "Информационное и программное обеспечение САПР" (г. Ужгород, 1990), на Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития вакуумной техники" ("Вакуум-91") (г. Казань, 1991), на Всесоюзном совещании-семинаре "Проектирование и эксплуатация баз дан-ных и баз знаний" (г. Симферополь. 1991), на Всесоюзном семинаре "Пути повышения интеллектуализации САПР" (г. Симферополь. 1991), на научно-техническом конкурсе-конференции студенгов, аспирантов и молодых специалистов (г. Москва, 1994). на Второй Международной студенческой школе-семинаре "Новые информационные технологии" (г.
?
Гурзуф, 1994).
Публикации. Основные практические и научные результаты диссертации опубликованы в 19 работах, в том чголе 2 авторских свидетельствах.
На защиту выносятся: системная модель ВС кж объекта проектирования; методика автоматизированного выявления конструкторски знаний при формировании базы экспертной поддержки САПР; методика структурно-параметротеского синтеза конструкций ВС верхних иерархических уровней описания; модель представления знаний в интеллектуальной САПР ВС; математические модели функциональных элементов ВС; структура интеллектуальной САПР ВС,. содержащей систему экспертной поддержки основных процедур проектирования; программные средства выявления знаний и экспертного сопровождения структурно-параметрического синтеза ВС на начальных этапах проектирования.
Структура диссертации. Диссертация изложена на 133 страницах, включает 36 рисунков и 11 таблиц и состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы из 145 наименований и приложений на 40 страницах, содержащих обоснование экономической эффективности создаваемой САПР, информационный материал и акты, подтверждающие практическое использование результатов.
