Научные основы построения структур данных в области измерений Ложников, Владимир Яковлевич

Введение к работе

}-'&^шА

.'ЇД8Л 1

лртадяЯ]

"*"' """ "^ЇШМіШ^Ї^ІШШШ¹.',.- В бллжалвйе десятилетня в народно^ хозяйстве страны предускагрізаетея опережаицее разі-йтае отечественного приборостроения, определяющего в значительной сгепеяд темпы научно-технического прогресса, роста производительности труда я эффективности производства. Успешное решение поставленной задачі; в существенной мере определяется уровнем раззитпя, в первую очередь, технических средств (ТС) изу.еренгя. Номенклатура отечественных средств измерения насчитывает десятки тисяч наименований и указанные ТС выпускаются пркборостромтбльны:.',и органіїзащдаяі больного числа шшкетерстз v.. ведомств. В таких условиях затруднено ут.равленг'.е созданием новых ТС. Зто обусловливает роет числа близких или дублп-рукдпх друг друга разработок, повторение в новій: разработках технических решений ранее созданных ТС, что приводи к снпзсєїівв серийности, увзлнч&н:ш затрат на разработку к производство '1С. 3 результате наблюдается рост потерь от непрерывно растущего деінцита ТС измерения как в области авторлатизацив: производства, так и р'област;; проведения различного рода науянах исследований. Б связи с плакируемой в ОлияаГшсе годы автоматизацией основних производств большинства отраслей и подотраслей народного хозяйства, а такке расширением и углублением научных исследований о.тядаетоя значительное возрастание потребностей в такого рода 1С я дальнейшее расширение их номенклатуры. С другой стороны з последние годи наблюдается тенденция сокращены продоляьтелыюсти НЮКР по ТС приборостроения, разработка и обновленке растущей номенклатуры ТС в сжатие срок;: требует кктеис;фикацип работ на всех этапах построения ТС. в такой ситуации необходимым условиям эффективного управления и интенсификации создания нових ТС измерения становятся автомата зироваышй поі;СК и обработка больших объемов данных по ТС а автоматизации ос-Hobhldc зтапов вроектаровалпя Тс. Ентенсгфнчация создания нов:к ТС невозможна без оцецг.алистов, владеквдх интенсивной технологией ;ш-яенеркого в научного труда, основанной на использовании азто;:пт;;з::-ровагашх слегок научно-технической информации ЦСПТй), а:ло:.;зтаз:> yjhi'iHUiix банков дакгп-гх (А1»?Д) .". еноте;,; а=тс:"ат;тз:яговянчг>-р<-) пеоект;:-ровапкя (САПР). Сто, з своз очередь, обусловливает необходимость подготовки таких специалистов к создания ке только про:гылс-ш-:ш;~д научных, но к учебинх. систем аг.токатзззроБатюй обработки кп^орма-^ цей і; данных.

/

Тамам образом s областе измерений ыояю констатировать существование следушщ проблем: проблемы эффективного уцравления развитием и созданием ново? техники, ироблаия сквозного (от разработ-ки технического ааданад до процесса изготовления) автоматизированного проектирования новых ТС и проблем подготовки инженеров, вда-деадих интенсивной технологией инженерного л научного труда.

Решение каждой из указавша пройдем возможно только про вадячий соответстьтпдего информационного обеспечения,.

Информационное обеспечение решения указанных проблем образует общее информационное обеспечение (ИЭ) области измерений.

Шстроегае информационного обеспечения в общем случае требует: упорядочения сущностей исследуемой предметной области и структуризации данных, отобразадаяс предметную область.

В качестве основных сущностей в области, измерений традиционно могут бить выделены многообразия воспринимаемые и измеряемых веля- . чин, технических средств измерений и.путей'их построения.

КЛассификационкне построения измеряемых величин, 1С. физических и структурных принципов действия, иетодов измерения представлены в трудах иавестаах советских ученых: Щршкова в.Г«, Пономарева Н.Н.', Арутюнова В.0., Малшсова М.ф., Теашикова Ф.В., Харченко P.P., Караядеева К.., фремке А.В., Туричана А.й., Сотскова Б.С.. Кремлевского П.П., Фетисова ы.И., Орнатского П.П., ІЬрдова А.И.. Куликовского Л.Ф,.Агейкина Д.И., Квёллера B.D., Новицкого П.В., Островского Л.А., Волгина Л.И., Бурдуна Г.Д., Левина М.И., Еляндана , В.М., Цаиенко 1МІ., Стахова А. П.. Цвегхова Э.И., Вострокнутова Н.Г., Евтихиева Н.Н.,' Браславского Д.А., Ветрова В.В.. Клюева В.В., Алиева т.М.. Ыелик-щахназарова" A.M.,. Тер-Хачагурова А.А., Осадчего Е.Л., Лещекно й.Г., Партийна А.К., Еадава Э.К., Куликовского к.Л., Скрипника Ю.А., Туза Ю.Н., Циделко в.Д., Стадаыка Б.И., Афанасьева В.Н., Браго Е.Н., Заринова М.Ф., Ураксеева М.А., хасавова П.Ф., Гугаикова B.C., Жноррияга В.Г., Беркугова A.M. и других. Исследова-ниє указанных классификационных построений показало калглие многовариантности в их создании, обусловленной, главным образом, отсут-. ствием научных положений, достаточных для разработки различного рода классяфикацай. отсутствие научного подхода наблюдается и в классификациях сущностей области измерений, используемых в информационно-поисковом тезаурусе по метрологии и измерительной технике, рубрикаторе ГАСНТИ, классификаторах ОКД, МКИ, SDKS.

На основе известных классификаций невозможно построение оптимальных по полноте массивов данных, существенно усложнена разработка машинно ориентированных массивов данных и аффективных систем обработки данные, а также значительно затруднено создание устойчивых структурных представлений области измерений, пригодных для эффективной подготовка гвженернкх а научных райоиаков.

Вое это предопределяет существование самостоятельной актуальной проблемы - создание научных основ построений информационного обеспечения области измерений.

- из анализа современного состояния развития теории классификации следует, что уровень математической формализации в области традиционной классификации является недостаточным для целенаправленного построения различного рода классификаций и в теории классификации отсутствуиг научные подхода к выявлению классификационных признаков.-

Наиболее перспективным и результативным путем разработки строго математической формализации построения классификаций автором определен аксиоматический подход.

Для научно обоснованного выявления классификационных признаков
в области измерений наиболее перспективными бшеи определены следую
щие - направления научных исследований: анализ и развитие основных
положений теории числового отображения информации, исследование и
развитие основных положений общей теории информации, исследование
применимости для решения поставленной' 'задача положений метода ана
логий, системного и алгоритмического подходов. '-

Исследования по теме диссертации проводились в рамках решения: црограшы общесистемных исследований по развитии государственной системы промышленных'приборов- и средств автоматизации (ГСП); Комплексной программы целевой интенсивной подготовки специалистов (ЦИПС) Минвуза РСФСР; Проблеми Щ НТ и ВДСГО 0.74.08.

Пель работы, состоит а создании научных основ классификаций г структур данных в' области измерений.

Задачи исследования..-В соответствии'с поставленной, цельв и - .
выбранными направлениями исследований решались следующие основные
задачи: ' "

I) создание научных основ классификаций путем ;

разработки аксиоматических основ классифицирования,

разработка аксиоматических основ отображения, уровней исследования'. и метризации величин,

разработки общего информационного подхода к опиеанив различных

уровней исследования,, технических средств и процессов измерения,

- определения путей пршзнекия осноекых полжений метола аналойні,
системного 7. алгоритмического подходов;

2) создание структур данных области измерений путем

раэрасоги: ялосоЕфихакконкых- построений уровней исследования, Еоспр^нинаеьшх велгчіш, Методов измерения, лрльципов действия а ТС і:Ег.;ерзкия,

разработка рубрикаторов щ йгйормастоннкх карт ТС, технических ресену.Й, методов измерения, физических z структурных принципов

ДеПСТУлЯ,

;у;тг>!1,г иоследокшкй. Теоретические и экспериментальные иссле-XjZsi-.::z Саздругэтся на гспсльзор&чы: классического метода построения ;j/r,rc,-„u_f',\'-iecYdv/. теорий в натекам ческо го аппарата теорзж множеств, ;-:о'Г".:'.аїГ.че;;юй лопай, теории ьероятаостен к катег/.атглеекой статкс-тг.г,:;, теор'.'.к матричного исчисления к математического програтаїиро-

~ског.:;гс- полоксктдг. г.іп;осі;;л:е на защиту. г. долоне: ;р&гл^ияо е и ^эрмализаванное таи троение классификаций раз-ллчпнх продг.гепшх областей осуществимо путем применения аг.с::о:."ат;:г. :мел п я-іачєшї: іУіасскфикацкоішш: признаков, порядка (й.тгор^-.:т.ла) глоссгЛицироваиия, и положений, реализуемых на элементах гласс:;5жацуояш.!х: структур основных тдпов классификаций, разра-ботаинпх на основе аксиоматического подхода. 2. Научно обоснованное наделение существенных класскфикациоіших пр/.знаков области намерении, а именно

- количества размеров величини по диапазону размеров к но обобщен
но;; координате, полярності!, метризуемости и вида метризуемости

о с у ц с с г в и м о путем применения аксиомам/, оляїиркческлх и математических слчсентои и порядка (алгоритма) отображения ;\ метризации іієлі:чі:іі, разработанных на основе аксиоматического подхода л концепции кзо.^орфлема змпярпчееккх и математических систем с отно-^ння:.;::,

ткла оборонной г.еличпни осуществи и о на осноио иопель-оо]:.-иі;'.я метода прямых аналогий,

сопі-ї¹.шоста і: эголдостд яс пользования операций осгагашх иремедур ,:;

і:; г;;:;т;;:.ле-;:'Я процесса комареикя ;і разработанного алгоритмического '.;'';- "'л'геп;.к поняття метода измерения, .

1. информационная сторона уровней г.сслєдовашш г.онет быть охарактеризована исходны:/, количеством і-:пїор:лац'.-;.ч, D. ТС пз:.:еронііі - /:::>.;:-і-ционпга диапазоном, информационна,: бпстродойствпе:.; л лкрорглацлонно!. емкостьга - характернотиса-мя, разработакшлли на оскозе огрол.'атс-лъ'".;" концепции хнфоркацж; указанные характернстлкл образуют групп: :;-форгаїглоншх показателей уровней ісследованкя л ТС измерения.

2. Достроенле эетсственшх классификаций уровней исследован:-*;, г.:т. нрикп.'аекых величин, методов измерения, физических щлшц:::юе до.ісг-вея л структуры показателей, включающей все многообразие ноказлгз-лей, характеризующих ТС измерения, с с__у ц е с т в ;: і.: о дут с-:,: пршененпя разработанных аксиоматических основ класелїлцлроЕсчлк с использоЕшкек упорядочекішх множеств вкявленицх а ;:звёстких су-

щеетвекшіх класс кфакац лс inшх прт.знаков.

5. Построение прсблеїлю орненгпровзннш: рубрикаторов ;: і:к.еор:.:лі!::е;.-
ішх карт ТС, технических репейки, методов измерения, -^злчеек:.:: ;:
структурних принципов дейсгш'Я, вклвчащкх все ?,:югообр;?з;:е -зг>-г:т-
ных в принципиально еозг.юдяых сущностей указаниях :л:о::сеотз обдеет;:
измерений і: образующих концептуальную схему информационного обеспе
чения области измерений осуществимо на .соково разрабо
танных классификаций уровней кеследовонля, хюспртшц^гюпмх вєл;;ч;::і,
методов измерения, физических цръчцг.гов действия, структур:: показа
телей ТС г.зглеренкя и упорядоченной клзссіїфикєцііи структурних прин
ципов действия, базирующейся на лзвестлых классификационных приз
наках.

Научная новизна. Е работе получены следукзгле ног.не нлучн:-:е результаты:

1. аксиоматические основы классифицирования, образуемые разработанными аксиоматиками клен класекр;:кацпо;;пих признаков я значен:;;"; классификационного признака, оообце;шг.і порядном (алгор::т:,н:!) потроєння классификаций л полокеннл:,:::, реплпзуемплп на элементах кл.-ч:- схрлкацлошшх структур основних тллов маескллкацпй, я в л я ы т" г..г. упорядочением к обобденпек кзвестішх коле-кеклй тсорш: клас с л л л :<а:::: л н расширяют ее б целой;

2. аксї'.оматлческне основы отоОрслкнця уровне!: псследоваклл ., ?.:о:';.\:^:-заці!". велнчлн, образуемое раз|>ибоїаккнл;: сбобцеглгг,.: алело:.:::-;:/?::.: эмпирических и математических элементе в я норядке:: (алгорлт-".;.:) отсбракенлп, я в-л я и т о я обобщение;.: ітзі:те'ті:их' п?ло;^;:е;л::; ійсг.-л:-' ч'-'.слоі'ого о те б ля лигорлірціиі и раеЕлряпт'об ts-цчл?::;

3) общий информационный подход к описйзгкю уровней исследования, ТС к провесов измерения, образуемый разработанными с позиций отрака-тслвноч концепции определениями понятий, информации и количества информации, шкрормацпоішнми характеристиками уровней исследования и ТС измерения а упорядоченными представлениями информационных характеристик процессов измерения, является обобщением известных, положений теории информации и"представляет новий уровень ее разей-тое;,

4)' установление пути применения положений метода налога!, сисгаяю-го и алгоритмического подходов при выявлении клен и значений существенных признаков к атрибутов классификационных построений в области измерений являются расширением применимости метода аналогий, системного в алгоритмического "подходов, перенесением их положеній на новый класс задач;

5. разработанные естественные классификация уровней ясоледовачял, воспринимаемых иелйчин, кето дев измерения»'физических принципов действия и структура показателей 1С измерения, обладающие научной ценностью, преде іагяянт новый более высокий уровень классификационных построений сущностей'области измерений по сравнении'с известными клаесіфакаїшоди!

6. разработанные рубрикатора л информационные карты технических средств измерений, технических решений, методов измерения, физических л структурных принципов действия, упорядочивают', обобщают и -расширяют известные построения структур данных области измерений и представляют более высокий уровень.их развития.

Практическая ценность. Разработанные классификации уро.'шей исследования, воспрішкмаешх величин, методов измерения, физических и структурных принципов действия, структура .показателей ТС образуют инрологлческую cxewy информационного обеспечения области -измерений, ко з в о л я н т научно обоснованно строить концептуальную схему исследуемой предметной области и осуществлять систематизированное представление материалов в типових и рабочих учебник программах, учебшгх пособиях а конспектах лекций специальных дисциплин по специальности 1907 (G342) 'ЧМзрмациошю-пзмерительная техчпка" и других специальностей прпСорзстроитишюто :;рофіш? и тш с аг::'J.: повышать уровень обучения, а та'ске пригодны дія іі-'У'їгго эбоспогд.чкогс построения классификаторов и кодификаторов едіхоп системы класск$икацла и кодирования тсхлико-окопомической

информации в области измерений.

Разработанные рубричаторі: а Ніїхор.'.ацпошшг; карты 'ГС, технических решений, методов измерения, физических и структурних принципов действия о б"р" а з. у ю т концептуальную схему информационного обеспеченпя области измерений, по зволяют строить соответствующие пассивы данных, логическую, внутреннюю л внешгае схе;,;ы проблемно к объективно орпентированных банков данных научного, производственного и учебно-исследовательского назначения в области измерений.

Автоматизированная иік|орі.:зідионно-поксковая система по физически:.! принципам действия, построенная на основе разработанных классификаторов, рубрикаторов и гліїгср;/.адион.ккх карт физических Щеглов и явлений, массивов датаых по физическим оЗДєктау л явлениям и спеціального програмного обеспечен;;», характеризуется по сравнению є известим: сі:степаг,:к больсей полнотой і: конкретизацией описаная физячеекпх эффектов, простотой пользования, з;ал;г-:і:е;.і пого-го машинно ориентированного описания физического явления, возможностью осуществлять выбор и поиск физического эффекта с реализацией метрологического анализа в соответствии с заданием .юльзоватэля.

Автоматизированная информационно-поисковая система по технические средствам измерения, построенная на основе разработанных рубрикаторов и информационных карт ТС и адаптироканного специального программного обеспечения, вклщапцая разработанные массиЕн данных по электроизмерительны!,: устройствам и кої.ігиектуюцпм элементам,' по сразпенио с известными системами характеризуется большей полнотой описания технических средств, удовлегворящей ІІІІ-формационные потребности широкого круга пользователей (формирователей перспективное номенклатуры технических средств, плановые органи к управленческий аппарат средне.о я высшего уровней, проектировщиков, изготовителей я потребителей 1С измерений).

Реализация результатов работу. Результаты диссертационной работа использованы при проведении Н№» связанных с исследования;,;:! воз- нежностей создания високоточних приборов для измерения кассового расхода, низких температур и ультракизгах электрических напряжений, а также НИР, направленных на создание приборов для измерения напряженности электрического-поля премшленноЯ частоти, нашедших внедрение ка предприятиях Минэнерго. На основе использования положений диссертации проведены НИР, результаты которых внедрены в первую

очередь At!" "Номенклатура ГСП" в ПДИИТЖ приборостроения, г. Москва.

На сексте результатов работы построена: - е5Г~::ат";з;:рсзакная шііоркацпоїшо-тшековая система по фпгшческкм принципам допстекя, внедренная в ЦІЮ "Автоматика", г.ожк, в НІК Л;.'., г. Ульяновск, з Слетал. Ленгнградокоїл, Пензенской годптехничес-::;:>. институтах, з ровосибирскоїл электротехническом и too ко веком стсккостропгслыга;.; институтах;

- йзтепичтизгре ванная пк^ориацлопко-Еолсксвая енотера і:о К! йзкере-::::я, іпедсенная в ж "Электроточпрнбор", г.Сїпск.

Септике результата дасеертацгюшой работы внедрены в области i.v^^;ijh ^!і::оліі; в тиловий учебные пршраммы KB и ССО СССР по четыре:.! .;..оц:п:;пка:.і (I - 1974, 3 - IS35 г.) специальности J307 (0642) для yj? ctjehu; е egctl учебных пособий (I - 1976 г., 2 - 1977 г., ;-. - i'jVj г. , I - 1967 г.), лазедшйх применение в Окском, Ленинград-око:.:, Оад; Синено", йнзенско'.л г.олятсжечєсхі'х ж Новосибирском злое- :;-.т-;х'.:;;ч^с-у/.л институтах (.1977 - 1999 г-.г.); в рабочие учебные ..-./л'?;::;?.: и лакіашкиз курсы по шести дисциплинам специальности :.-:07 <'С0л2) в 0;.х:т,:.: полигзхпяческо:.: институте (1974 - 1900 г.г.).

.-.г- /-.ґ-псуп таб-.ти. осношыо результаты работы докладывались и окупались ::а: ІЗ всесоюзні;;-; конференциях, совещаниях и семинарах (I - 7.ЛЗ г. . I -- 1954 г., 2 - ІЗЗС г., 5 - 1987 г., I - 1988 г., :-; -/909 г., I - 1990 г.), ?. республиканских конференциях (1987 г., КОЗО г.), И регіональних конференциях (1978 г., 1989 г.), I межву-зтг-ской копОорыщил (1989 г.); научно-технических семинарах ЩШИТЭИ приборостроения, г.Посгза, (І92С-І985 г.г.); совместном забеданпи Секции технических среде то научного совета PUT/ All СССР и Секции 4 ученого совета ЩИіКТїїКпркборостросния, г.Москва, 1982 г.; ОІЖ за-гсдугапх кетодрз:..;: ко специальности СС42, г.Ленинград (1975 г., 1955 г.); с;-.олах-ое.-.:піарах по автоматнзнроюшшм байкам даїйих и знаний, г.Волгоград (1985 г., 1936 г.); семинаре Секции полупровод-н::.:оіііх дагчпкои механических величин Ііаучгіо-коордипациоішого совета ;;o полуироглдпико.ЕМ.і лернпчши преобрпзоиатежш АН СССР, r.f.tocjt-!<'!, 7 09 г.; оїєгодніж научно-технических конференциях Опекою по-..ктслпнческою института, 1972-1989 г.г.

уУт'--;ннп. основное содержание диссертации отражено в 2 депо-;.:.;. ::.::.-Н:<х :.;оноі'ргЛ)і:л>: (7,3 п.л.), С учебных пособиях (30 п.л.), А "...::::; уч^;::/. протрег.г.ах Г.'нннуза СССР, 39 статьях и докладах, 5 ' -. ;-;::>: У:і%ч:?р.-:ьст.ча.і. результати работ» нашій такие отражение

в 22 отчетах о НИР (58,7 п.л.).

Объем и структура днсоер_тшши. Диссертация состоит из введения, ізесгя глав, закличекия, списка литературы, приложений к содер-кит 203 страницы основного текста, 31 страницу рисунков, 60 страниц таблиц, список использованной литературы включает 303 каименовэлия.

Первая глава посвящена разработке аксиоматических основ классифицирования. Вэ второй главе рассмотрены разработанные аксиоматические основа отображения уровней исследования и метризации величин, в третьей глаЕе разрабатывается общий информационный подход к описанию уровней исследования, технических средств и процессов измерения, четвертая глава посвящена исследованию путей применения метода аналогий, системного и алгоритмического подходов при построении классификаций в области измерений. В пятой главе, представлены разработанные классификационные построения уровней исследования, воспринимаемых величин, методов измерения, физических и структурных принципов действия, показателей ТС измерения. В шестой глазе разработаны рубрикаторы и информационные карты 1С, технических решений, методов измерения, физических и структурных принципов действия. Приложения включают классификационное построение Еоопринкпае-мых величин, информационные карты 1С и ФЯ, краткие описания автоматизированных информационно-поисковых систем по физическим прі'нц!і.пр.,: действия и техническим средствам измерения, материалы, шдтверщгл.-»-щие внедрение и использование результатов диссертационной работы.