Содержание к диссертации
ГЛАМ I. ОБЗОР ПОДХОДОВ К ПООГРОЕНЙЮ МОДЕЛЕЙ ОБЪЕКТОВ И
СРЕДСТВ В АВТОЖТШИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ 10
1.1. Особенности задач, решаемых человеком на начальных этапах исследования в САПР, АСНЙ, АСУ ТП 10
1.2. Требования к моделям объектов в САПР, АСНИ и
АСУ ТП 14
1.3. Требования к средствам манипулирования моделями объектов 21
1 4. Декларативные представления знаний об объектах 23
1.5 Процедуральные представления знаний об объектах 31
1.6. Смешанные представления знаний об объектах 33
1.7 Выводы 39
ГЛАВА 2. ФРЕЙМЫ ДЛЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ МОДЕЛЕЙ СЛАБО СТРУІСТУ РИРОВАНШХ ОБЪЕКТОВ 40
2.1. Возможности фреймов для представления модели предметной области в САПР 40
2.2. Абстрактные модели слабо структурированных объектов и их интерпретация в САПР 43
2.3. Разработка фреймовых структур для представления моделей объектов в базе знаний,, 53
2.4. Исследование возможностей языка /Т /ЕС для представления моделей слабо структурированных объектов в базе знаний 57
2.5. Выводы
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ КШШПУЛИРОВАНИЯ МОП, ПОСТРОЕННЫМИ НА БАЗЕ СЕТЕЙ ФРЕЙМОВ 66
3.1 Абстрактные модели проектных операций и проектных процедур 66
3.2. Выбор формальной модели проектного процесса на начальных этапах проектирования 68
3.3. Представление модели процесса проектирования в базе знаний 77
3.4. Исследование возможностей для отображения проектных процедур в базе знаний 82
3.5. Выводы 83
ГЛАВА 4. СРЕДСТВА ИНВАРИАНТНОГО ЯДРА САПР ДЖ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ МОДЕМ ОБЪЕКТОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МАНИПУЛИРОВАНИЯ ИМИ В СИСТЕМЕ ДИАСС 96
4.1. Требования к организации человеко-машинного диалога на начальных этапах проектирования 96
4.2. Организация человеко-машинного диалога в системе ДИАСС ЮІ
4.3. Алгоритм проектирования для задачи структурного синтеза ОП 04
4.4. Программная реализация системы ДИАСС 1
4.4.1. Программный блок АНАЛИЗАТОР Ю7
4.4.2. Программный блок СИНТЕЗ 108
4.4.3. Программный блок ИНФОРМАТОР III
4.4.4. Программный блок ПРОЕКТИРОВЩИК 114
4.4.5. Программный блок ФОРМИРОВАТЕЛЬ-ОТВЕТА 114
4.5. Выводы 115
ГЛАВА 5. ВОПРОСЫ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАЗРАБОТКИ В САПР и АСУ ТП 116
5.1. Разработка фреймов структур базы знаний
5.2. Формирование ТЗ на синтез ОУ ЭВМ 121
5.3. Программная реализация проектных процедур согласно методике вариантного синтеза ОУ ЭВМ 124
5.4. Организация базы знаний и библиотеки прикладных программ в составе АСУ Ш сварки корпусных конструкций 126
5.5. Выводы 138
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 140
ЛИТЕРАТУРА 143
ПРИЛОЖЕНИЕ I. Пример описания модели ОП 155
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Программная реализация системы ДЙАСС 159
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Примеры функционирования системы ДЖСС .1
Введение к работе
В директивных материалах ХХУІ съезда КПСС указывается, что решение задач П-ой пятилетки предусматривает широкое внедрение автоматизации научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ и производственных процессов. Однако в настоящее время в связи со все возрастающей сложностью исследуемых объектов увели -чивается и время создания автоматизированных систем научных ис -следований (АСНИ), систем автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП).Отсюда следует требование повышения эффективности разрабатываемых систем (сокращение сроков и трудоемкости их разработки). Это можно достичь путем решения проблемы создания моделей исследуемых объектов и средств манипулирования моделями для всех этапов исследования - от начальных до заключительных. В решение указанной проблемы большой вклад внесли отечественные ученые: В.М.Глушков, В.А.Трапезников, В.Н.Скурияин, И.В.Прангиш-вили, Г.С.Поспелов, И.П.Норенков, К.Д.Жук, Э.Х.Тыугу, О.Л.Смирнов, А.И.Половинкин, В.ВДевятков, Д,А.Поспелов, О.И.Семенов, А.И.Соло-дрвников, Г.С.Чхартишвили, В.В.Павлов и многие другие. Однако выполненные исследования не решили всех вопросов, связанных с этой проблемой. Так, в многочисленных работах, посвященных её решению (например, [2,3,4,5,6,7] ), обычно рассматриваются заключи -тельные этапы исследования или разработки, такие как.моделирование и оптимизация хорошо структурированных объектов. Задачи,возникающие на начальных этапах исследования, наиболее часто требуют создания моделей слабо структурированных объектов и сейчас в большинстве случаев решаются без привлечения ЭВМ на основе лишь опыта и интуиции исследователей. Такой подход не решает вопросов повышения качества и эффективности разрабатываемых изделий, а в некоторых случаях из-за ошибок, допущенных на начальных этапах, приводит к увеличению сроков исследования.
Целью работы является разработка и исследование математического аппарата по методике создания моделей слабо структурированных объектов на базе сетей фреймов применительно к начальным этапам " автоматизированного проектирования.
Эта задача была поставлена в соответствии с общесоюзной целе -вой программой 0.Ц.027 работ по САПР и АСНИ (задания 05.11 и 05.13) и комплексной целевой программой работ Минвуза СССР по САПР.
Целью данного исследования является повышение интеллектуальности разрабатываемых средств, что выражается в следующем:
- наличие системы общения на ограниченном естественном языке (ОЕЯ) либо непроцедурном языке с пользователем, не имеющем специальной программистской подготовки;
- организация процессов накопления и структуризации информации об объекте, получаемой от пользователя в режиме диалога, закрепление опыта пользователя в системе;
- интеграция данных, процедур, моделей и способов их использования как знаний, отражающих семантику предметной области.
Требование инвариантности предлагаемых средств выражается в том, что они должны обеспечивать простоту настроі іки на конкретную предметную область при достаточно высоком уровне унификации средств описания объекта.
В качестве средства представления моделей объектов предлагается использовать сети фреймов.
Из сформулированной цели вытекают следующие задачи:
1. Анализ применения методов и средств теории искусственного интеллекта на начальных этапах исследования.
2. Выработка требований к средствам описания и манипулирования моделями объектов на этапах создания и функционирования САПР,АСНЙ и АСУ ТП.
3. Разработка формальных моделей слабо структурированных объ -ектов и их интерпретация для областей проектирования и технологической подготовки производства.
4. Разработка функциональной структуры диалоговой автоматизированной системы структурного синтеза (ДИА.0С).
5. Исследование языков, обеспечивающих программную реализацию данной системы.
6. Разработка программной реализации системы ДЙАСС.
7. Демонстрация возможностей системы на примере задачи синтеза операционных устройств ЭВМ,
В соответствии с этими задачами в первой главе проводится анализ различных способов представления знаний (декларативного,про-цедурального и смешанного) применительно к задаче описания объектов и средств манипулирования ими по литературным источникам.
Из анализа требований, предъявляемых к модели объекта проектирования_(МОП) и модели процесса проектирования (МШ) на начальных этапах проектного процесса, делается вывод, что для создания моделей объектов наиболее подходящим является аппарат смешанных представлений, а именно - фреймов.
Во второй главе рассматриваются возможности построения авто -матизированных систем, в которых модель предметной области (ЩО) и модели объектов строятся на базе сетей фреймов. Обосновывается выбор и разрабатывается формальная модель слабо структурирован -ных объектов, дается интерпретация моделей объектов данного класса для области проектирования.
Предлагается функциональная структура диалоговой автоматизированной системы структурного синтеза, входящей в инвариантное ядро учебно-исследовательских (Уй) САПР МЭИ. Анализируется структура МПО в базе знаний системы и фреймовая организация МОП.
Исследуются возможности языков LJSP/EG и F/tl/EG для представления формальных моделей объектов.
В третьей главе работы проводится формализация процесса проектирования. Анализируются классы моделей на начальных этапах проектирования, последовательность их построения в процессе проектирования, дается их интерпретация в терминах фреймовых представлений.
Обосновывается выбор конкретной методики проектирования на этапе синтеза структуры ОН и формулируются принципы программной реализации модели проектного процесса в целом.
Описываются и анализируются возможности языков LISP /ЕС и /7PZ/EC для представления модели проектного процесса в целом и унифицированных проектных процедур, обеспечивающих функционирование важнейших типовых метапроцессов работы с данными в САПР.
В четвертой главе работы разрабатываются и исследуются средства инвариантного ядра САПР для представления МОП и манипулирова -ния ими в системе ДЙАСС. При разработке этих средств учитываются сформулированные ранее требования к организации человеко-машинного диалога на начальных этапах проектирования.
В пятой главе рассматриваются вопросы применения результатов разработки в САПР и АСУ Ш. Продемонстрированы возможности сие -темы ДЙАСС на примере задачи синтеза сумматора, приведен пример диалога в ходе проектирования этого устройства.
Приведена функциональная схема АСУ Ш сварки корпусных конструкций, описана фреймовая организация банка донных системы. Разработаны алгоритмы основных модулей библиотеки прикладных программ системы.
Выявлены классы задач, на решение которых ориентированы предложенные банк данных и библиотека программ.
Основные научные и практические результаты работы:
I. Предложена система моделей слабо структурированных объек - 9 тов, характерных для начальных этапов исследования. В качестве формальной модели слабо структурированного объекта выбрана двухуровневая модель в виде семантической сети. В качестве средства представления моделей этого класса объектов предложено использо -вать сети фреймов.
2. Дана интерпретация введенных моделей в терминах фреймовых представлений. Показано, что использование языков USP/EQ и ГЛІ/ЕО позволяет дать единые средства для описания моделей и манипулирования ими, существенно упрощающие их программную реализацию.
3. Сформулированы требования к средствам для представления мо-де лей ОП и ШО на начальных этапах проектирования. Показано, что этим требованиям удовлетворяют сети фреймов.
4. Проведено исследование и выполнена формализация предметной области задачи структурного синтеза объекта, состоящего из дискретных элементов.
5. Разработан и программно реализован алгоритм проектирования для задачи структурного синтеза объекта, позволяющий кроме наз -ванной решать задачи, связанные с перестройкой МПО и (или) баз данных пользователей.
6. Предложена функциональная структура системы ДЙАСС. Прог -раммная реализация системы выполнена на языках /,ISP/EG и FAI/EG на технических средствах ЭВМ EC-I033, алфавитно-цифровом дисплее ЕО-7920 в рамках ОС ЕС.
Возможности системы были продемонстрированы на примере задачи структурного синтеза ОУ ЭВМ.
7. Система ДЙАСС внедрена в Уй САПР МЭИ. Результаты работы : методика построения моделей объектов, принципы и алгоритмы диалогового взаимодействия пользователей и ЭВМ внедрены в АСУ ТП сварки корпусных конструкций. Ожидаемый экономический эффект от внедрения 60 тыс.рублей.
Похожие диссертации на Создание моделей слабо структурированных объектов на базе сетей фреймов
