Введение к работе
,
Область исследований и их актуальность Сущность современного этапа теории и практики автоматизации проектирования определяют вопросы организации (в том .числе технологий и инструментария) сквозного проектирования в комплексных САПР с интегрированными ,ресурсами.Специфику организации таки* работ . составляет необходимость оперативного развития САПР по ходу проек-. тирования.- .
Независимо от причины конкретной модификации САПР ее источником
всегда является ситуация.сложившаяся в процессе проектирования,по
спецификациям которой проектировщик формулирует соответствующее
техническое задание на доработку САПР.Задание на доработку .обыч
но, передается для исполнения программистам или'другим специалистам,
что приводит к параллельному развертыванию двух процессов - про
цесса адаптации и-доработок'САПР,начиная с исходного комплекса'ме
тодов и. средств; и процесса проектирования определенного изделия.
Параллельные процессы принятия согласованных проектных решений в
'САПР (с учетом ее оперативного развития)составляют принципиальную
область исследований,знания о которой явно, недостато.чны.
- Необходимость работ ' в,названной области и их актуальность легко,
'.обосновываются.К разработкам и внедрению комплексных САПР с интег
рированными ресурсами.привела практика автоматизации параллельной
-работы группы проектировщиков.Исследования параллельных процессов
в., человекомкомпьютерных средах 'демонстрируют существенную зависи-
мо'сть их эффективности от.организации действий (оперативного расп-
,'ределения работ, синхронизации их исполнения, согласования я контро
ля результатов). Система, методов "и* средств' „обеспечивающих парал-
: {лельное развитие САПР и работы над: проектом,в.которых существенная
/..часть действий( по доработкам.' САПР-, выполняется проектировщи-
::ком-пользователем САПР, не может не .привести к повышению качества
проектных решений,уменьшению.времени проектирования и снижению, об-
-„ щих затрат. „.'"'':.,. .-' -" ": ' '
Наиболее перспективным подходом к организации и согласованию па-' раллелькых процессов,, принятия решений в САПР считается ведение единой (для всех процессов.и в любой момент проектирования) базы -данных проекта (БДП). По ходу, проектирования в БДП вводятся и связываются в целое нормативно-справочная информация,требования и - технические условия,проектные процедуры и модели,проектные решения
и другая информация,в .том числе о ходе и состоянии проектных работ .Содержимое БДП открыто для информационного доступа и развития, в любой момент- проектирования.
В тех случаях,когда в процессе проектирования принимаются решения по развитию САПР к БДП логично присоединять базы данных проекта развития. САПР.Логично пойти чуть дальше и потребовать,чтобы в единую БДП объединялись:база данных проекта САПР,конструируемая в процессе ее разработки;база данных проекта развития САПР;" база данных проекта изделия,разрабатываемого в среде САПР.Подобная БДП приобретает статус динамической информационной модели M(t) среды и объекта проектирования,а вернее единой информационной модели САПР и объекта проектирования.
Модель ral(t),представляя САПР и конкретный объект проектирования, уникальна для каждого проекта,выполняемого-в среде САПР.Организация работ по построению и использованию HM(t) должна исходить из того,что с HM(t) как с единым: целым в разные моменты времени взаимодействуют проектировщики,принимающие проектные решения,в том числе решения по разработке САПР и ее развитию.Такой подход к управлению . параллельными процессами принципиально по новому ставит Проблему -информационного взаимодействия проектировщика с САПР. Диссертационная работа открывает ' новое направление исследований этой проблемы и вносит положительный вклад в ее разрешение.
Задача информационного взаимодействия с iui(t) подобна задаче взаимодействия пользователя системы искусственного интеллекта (СИИ) с базой знаний (БЗ),причем из СИИ к САПР наиболее близки экспертные системы (ЭС). В экспертных системах роль HM(t) выполняет система представления знаний экспертов,открытая для информационного взаимодействия с пользователем.Формирование экспертных знаний и их применение в актах принятия решений осуществляются в понятийных действиях.Опыт понятийной деятельности в ИИ и ЭС логично заимствовать для его Применения в САПР,особенно в процессах концептуального проектирования.Разработки-и - исследования методов и средств оперативного информационного взаимодействия проектировщика с HM(t), осуществляемого в формах понятийной деятельности и нацеленного на принятия проектных: решений,включая решения по развитию САПР, актуальны и составляют область исследований дисссертационной работы.
Объект исследований
Роль объекта исследований в работе возложена на информационное
взаимодействие проектировщика с САПР и моделью объекта проектирования, осуществляемое в"формах понятийной деятельности и обеспечивающее включение проектировщика в процессы принятия согласованных проектных решений,по построению,развитию и применениям САПР.
Основные установки и идеи . На выбор предмета исследований и направления работы оказали влияние следующие установки: '..-..
У1.САПР проявляет себя только, в. конкретных применениях,когда проектировщик,настраивая САПР на решение поставленной перед ним задачи,оперативно еєдєт БДП ,что представляет собой развитие им САПР для конкретного приложения,то есть пользователь САПР-,по сути дела,является ее разработчиком,а БДП .является составной частью САПР и должна представлять этапы разработки,развития'к применения
.САПР.,- . ' "' \ - '-: ,' ''; ..-.''-"'. . У2.Согласно первой установке пользователь САПР условно входит в коллектив ее разработчиков и должен быть обеспечен средствами для ее продолжающегося развития,в том числе по системе .баз данных, системе диалога, системе проектных процедур и моделей,системе документации и.т.п...'. УЗ.Общим для каждой из адаптируемой или., развиваемой подсистемы САПР,в том. числе по БДП .является концептуальное проектирование каждой из подсистем,которое немыслимо без оперативного построения
' и использования понятий (то есть без понятийной деятельности) и должно развертываться на единой понятийной,базе. '. У4.Наиболее- близким аналогом .'понятийной деятельности для САПР является понятийная/деятельность,используемая -при разработке и
применениях экспертных;систем';-г;. .. \ ,"
' Такие установки, привели автора к. идее осуществлять,концептуальную разработку,и - развитие-составных частей САПР параллельно и согласовано на единой основе,которую составляют: "-"'. ; 1.Построение БДП в виде информационной модели HM(t),представляющей САПР и объект.проектирования как целое.''.. 2.Методы, и средства оперативного'документирования,кодирования и систематизации проектных решений,регистрирующие в ИМ(Ь) ход и состояние проектных.работ..
". 3.Метода'к-, .средства оперативного информационного взаимодействия проектировщика с HM(t>,синтезирующей в-- единое целое используемые им методы,средства и проектные решения в" форме,согласованной с за-
дачами построения, развития и применения САПР. Предмет исследований
Исследования связаны с разработкой системы методов и средств а? тивного информационного взаимодействия проектировщика с САПР ,6е зирующейся на оперативном и обоснованном документировании принимг емых решений.-и нацеленной ,на построение информационной ' моде.) fffl(t) среды и объекта проектирования,'используемой для информациоі ной поддержки принимаемых решений и выполняющей другие функции Bj
Сущность активного информационного взаимодействия проектировщш с САПР в диссертационной работе определяет оперативное (по хо, проектирования) формирование и использование системы понятий.вст; иваемой в HM(t) и интегрирующей в единое целое системы проекти решений я проектной документации,системы проектных моделей,ПрОЦ' дур и продукций, системы баз данных и диалога. . Цели и задачи исследований
Основная цель работы связана с поиском теоретического обобщен методов и средств информационного взаимодействия проектировщика САПР и объектом проектирования,позволяющего построить систему S( понятийной деятельности Dn проектировщика,обеспечивающую постро ние модели HM(t) с отмеченными функциональными возможностями. . Под обобщение подводились системы баз данных со словарно-справс ной надстройкой,системы обеспечения диалога,средства интеллект альнои организации библиотек проектных решений,в том числе библ>: тек проектных-процедур,системы документирования. .
Цель исследований согласована с решением следующих основных за;
1.Исследовать подход к автоматизированному проектированию, зирующийся на управлемом включении э САПР системы методов средств, .информационного взаимодействия проектировщика с ШІХ,'. формах понятийной деятельности Dn, сущность которой определи .' формирование,регистрация,исследование,обработка и систематизаі проектных документов. ,_
2.Разработать и исследовать информационную модель MM(t) среды объекта проектирования ,в основе оперативного построения и-при нений которой лежит теоретическое обобщение методов и средств, служивающих понятийные действия проектировщика в САПР. . 3.Разработать и исследовать систему S(Dn) методов и средств по тийной деятельности Dn,обеспечивающей эффективное . иформацион взаимодействие проектировщика с САПР в процессах принятия реше и их синтеза в систему решений,учитывающую решения по разработк
іазвитию САПР.
Для диссертационной работы принципиальны следующие функции ин-
юрмационного взаимодействия проектировщика с САПР:
- коммуникативная функция,обеспечивающая согласованное пошма
гає (в коллективе проектировщиков) хода и состояния работ .находя-
!ем свое представление в'информационном содержимом модели HM(t);
-управляющая функция,действие которой обусловлено рассогласо-їаниями между состоянием модели HM(t) и разрабатываемым проектом;
- эвристическая функция,управляющая творческой активностью про-
:ктировщика в процессах наблюдений и экспериментов в среде ИМ С t).
На' используемое в диссертационной работе представление понятийной
;еятельности в САПР,в контексте названных функций,существенное
їлияние оказали работы таких отечественных ученых как Бермкшав Ю.Х.
Іоренков И./1. ,Гридин В.Н.,Войшвилло Е'.К. ,Звегинцев З.А. ,йаль-
ювский М .Г ., Мельников Г.П..Пиотровский Р.Г.,Попов Э.В..Поспелов
1-А., Смирнов В.А. и таких зарубежных ученых как Акофф Р., Джонс
їж.К., Заде Л.А., Минский М..Мулуд Н.,Нильсон Н. и Пойг д..
Обобщенное представление понятийной деятельности проектировщика, іспользуемое автором, привело к разработке содервателько-зволюци-энного подхода к системам решений,принимаемых з процессах проектирования. В основу содержательно-эволюционного под;:сда положена эриентация действий проектировщика на аналогии с эволюцией в построении HM(t) .Применение содержательно-эволюционного подхода приводит к введению в Ш(Ь). структур,представляющих "исуорнга" принимаемых решений, оперативно конструируемую по ходу проектирования.Роль "истории" решений возлагается на систему S(T.t) текстов Т оперативной пр'оектной документации .которая' строится и регистрируется в Ш(Ь) в"явно выраженном вопросно-ответном стиле .Систематизация ' S(T,t) осуществляется.по образцу теорий Th(t) содержательно-эволюционного типа.В оперативных применениях система S(T,t) интерпретируется и работает как "предыстория" системы принимаемых решений,от состояния и содержания которой зависит как продолжение процесса проектирования,так и-его результат - проект.
. Основания исследований'
Исследования проводились в соответствии с координационным планом МВиССО СССР и АН СССР "О совместных НИР в области ВТ" (29.12.80 / 31-. 12.80),Поволжской региональной программой "Автоматизация и роботизация производственных процессов и искусственный интеллект" (1985-1990 г.г.),Ульяновской областной программой "Прогресс-90" ,.
а также планами госбюджетных и хоздоговорных НИР Ульяновского политехнического института (1974-1993 г.г.). Метод исследований
Сущность метода исследований определяла управляемая комбинаторика
системного,деяте'лыюстного и генетического'(эволюционного) подходов,
проводимая в рамках пошаговой детализации работ с задачей исследрвада
Научная новизна .
1.Предложен и исследован содержательно-эволюционный подход к построении информационной модели САПР и объекта проектирования,обеспечивающий на единой нормативной,технологической и инструментальной основе оперативную и согласованную работу с проектными решениями по разработке, развитию и применениям САПР,что существенно повышает эффекта-пность автоматизированного проектирования.
2.Разработана и исследована форма теоретического обобщения методов, средств и результатов информационного взаимодействия проектировщике с САПР,приводящего к построению проектировщиком содержательно-^ .эволюционной теорий Th(t) проектных решений,оперативное применение которой приводит к сокращению сроков проектирования.
3.Предложен и исследован метод системного приращения знаний в HM(t) позволяющий проектировщику в соответствии с практикой экспертных систем выявлять знания,необходимые для принятия проектных решений,и про водить их автоформализацию в среде САПР без помощи-специалистов по ишгснерик знаний,что снижает общую стоимость'проектных работ.
4.Предложена и исследована понятийно-квантовая модель знаний о среде и объекте проектирования,объединяющая в единое целое семантическую сеть понятий и классификационное преставление области проектирования,продукционные и предикатные - модели составляющих модели ffi,!(t),системные и интегрирующие свойства которой сносят вклад в эффективность процесса проектирования.
5.Разработана и исследована система понятийной.деятельности S(Dn), содержащая систему,управления информационным взаимодействием (интерфейсом) проектировщика с процессами проектирования,включение котороі-' в САПР объединяет названные выше источники повышению эффективности автоматизированного проектирования. '.-.-'. Достоверность Теоретическая достоверность полученных результатов подтверждается формулировкой основных положений'-диссертации ка основе достоверных знаний из области прикладной 'информатики (системы автоматизации проектирования", системы искусственного'интеллекта "и эксперт-
ые системы),'прикладной лингвистики.практической и формальных ло-ик.В выводах и доказательствах использовались релевантная логика : логика предикатов первого порядка для индуктивных и дедуктивных тверждений соответственно.Текст диссертации построен с использо-;анием основных требований к теориям содержательно-эволюционного ипа.
Экспериментальные подтверждения достоверности получены при раз->аботке и применениях САПР тестов микропроцессорных схем (САПР ТМ), :истемы проектирования реляционных баз данных "КОРД", "системы уп-завления диалогом и интерфейсом "КОНДОР" и автоматизированной :истемы обучения комбинаторике' переборов.
Практическая ценность В состав практических результатов,полученных в диссертационной заботе, входят:
технология и инструментарий информационного взаимодействия проектировщика с моделью HM(t) как с БДП САПР .осуществляемого на эснове содержательно-эволюционного подхода в ферма:. і:';я::г;ійной деятельности Dn,нацеленной на представление,обобщение,интеграцию и систематизацию в модели HM(t) используемых в проносе? проектирования методов,средств и проектных решений;
система управления интерфейсом,построенная'по аналогии с системами управления базами данных и ориентированная на гипермедиа технологию взаимодействия проектировщика с HM(t);
методика и инструментальное обеспечение для оперативного построения теорий Th(t) содержательно-эволюционного типа,в том числе для систем понятий,используемых в процессе автоматизированного проектирования.
Реализация и внедрение Наиболее-полно результаты диссертационной работы использованы в системе "СИЛУЭТ" ( Система Информационно-Лингвистического Управления Эвристической деятельностью).обеспечивающей понятийную деятельность проектировщика в САПР.Версия этой системы, адаптированная для обучающих целей, реализована в виде системы Имитацион-но-Деятельностного Обучения "ИДО", которая внедрена в учебный процесс Ульяновского политехнического института.Инструментарий проектирования диалога и адаптации "ИДА".конструктор реляционных баз данных "КОРД", конструктор многооконных интерфейсов "КОКОС" и система управления интерфейсом "КОНДОР".предназначенная для построения гипермедиа-структур в среде САПР .внедрены в НПО "МАРС".На
основе системы управления интерфейсом "ДОРА" построен ряд электронных справочников и визуальная . документация на все названные системы.Разработана методика и инструментальная среда для продукционно-предикатного моделирования в актах принятия решений.По заказам ряда предприятий разработаны и внедрены САПР печатных плат,САПР тестов контроля цифровых блоков, САПР тестов контроля микропроцессорных схем. На защиту выносятся 1.Содержательно-эволюционный подход к построению информационной модели САПР'и объекта проектирования .обеспечивающий возможность принятия согласованных проектных решений по разработке,развитию и применениям САПР . 2.Содержательно-эволюционная теория ThCt) процесса проектирования, по образцу которой проектировщик строит и/юш развивает информационную модель HM(t), в структурах которой представляются, обобщаются, интегрируются и систематизируются методы,средства и результаты информационного взаимодействия проектировщика с САПР.
3.Комплекс методов и средств для оперативного извлечения,обработки, систематизированного представления и использования понятийных знаний о среде и объекте проектирования по ходу проектировочной деятельности.
Апробация работы Материалы диссертационной работы отмечены почетной грамотой международного конкурса "ИНТЕРФЕЙС-СЭВ"(1967г.),дипломом второй степени конкурса имени академика А.й.Берга (1988 г.),бронзовой медалью ВДНХ (19S6 г.). Разработки инструментальных средств представлялись на выставках интеллектуальных систем в Ульяновске .(1988),в Минске (1990 г.), в Саратове (1992 г.) и в Орле (1992 г.).
