Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ направлений автоматизации начальных этапов проектирования технических объектов 13
1.1. Анализ этапа параметрического синтеза в процессе проектирования технического объекта 13
1.2. Принципы и технологии разработки интеллектуальных САПР 18
1.3. Анализ направлений автоматизации начальных стадий проектирования в рамках концепции интеллектуальных САПР 20
1.3.1. Методы представления знаний и логического вывода 21
1.3.2. Логико - комбинаторные методы структурного синтеза 24
1.3.3. Расчетно - логические системы параметрического синтеза 27
1.3.4. Применение экспертных систем 30
1.4. Цель и задачи диссертационной работы 36
Глава 2. Исследование методов системологии инженерных знаний для представления технического объекта на начальных этапах проектирования 38
2.1. Основные принципы системологии ...38
2.2. Анализ свойств эпистемологических уровней системологии инженерных знаний 40
2.2.1. Исходные системы 40
2.2.2. Системы данных 45
2.2.3. Порождающие системы 46
2.2.4. Структурированные и метасистемы 48
2.3. Формализация задачи параметрического синтеза как порождающей системы 49
2.3.1. Синтез моделей порождающих систем 49
2.3.2. Выбор концепции имитационной модели для представления параметрического синтеза технического объекта 51
2.3.3. Разработка математической модели задачи параметрического синтеза 54
2.4. Выводы к главе 60
Глава 3. Разработка метода автоматизации параметрического синтеза на основе применения порождающих систем снстемологии инженерных знаний 62
3.1. Формализация принципов описания порождающей системы 62
3.1.1. Принципы описания порождающих систем на основе функционального моделирования 62
3.1.2. Представление порождающих систем средствами инженерии знаний 64
3.2. Поиск путей повышения эффективности параметрического синтеза 70
3.2.1. Применение технологий мультиагентных систем 70
3.2.2. Разработка и исследование динамики функционирования имитационной модели параметрического синтеза на основе базы инженерных знаний 74
3.3. Формирование и исследование структуры метода автоматизации параметрического синтеза 81
3.3.1. Подсистема функционального моделирования SADT 81
3.3.2. Подсистема формирования базы инженерных знаний 83
3.3.3. Подсистема имитационного моделирования и принятия решений 84
3.4. Выводы к главе 90
Глава 4. Разработка программного модуля автоматизации параметрического синтеза технических объектов 91
4.1. Проектирование и анализ моделей программного модуля 91
4.1.1. Разработка функциональной модели программного модуля на основе методологии SADT 91
4.1.2. Разработка объектной модели программного модуля на основе использования объектно - ориентированного подхода 95
4.1.3. Разработка динамической модели с применением объектно -ориентированного подхода 102
4.2. Повышение эффективности разработки программного модуля на основе применения принципов функционально - ориентированного проектирования прикладных программных систем 105
4.3. Выводы к главе 114
Глава 5. Автоматизация параметрического синтеза элементов объемного гидропривода 116
5.1. Постановка задачи параметрического синтеза гидропривода 116
5.1.1. Общие сведения об объемных гидроприводах и особенностях их расчета 116
5.1.2. Основные параметры гидросистем объемного гидропривода.. 118
5.1.3. Алгоритм расчета, проектирования и выбора элементов оборудования гидросистемы объемного гидропривода 120
5.1.4. Оценка эксплуатационных характеристик проектируемого гидропривода 126
5.2. Использование разработанного программного модуля автоматизации параметрического синтеза при проектировании элементов объемного гидропривода 130
5.2.1. Разработка базы инженерных знаний параметрического синтеза элементов объемного гидропривода 13 0
5.2.2. Применение разработанной базы инженерных знаний для автоматизации выбора типоразмера гидроцилиндра 137
5.2.3. Проведение компьютерного эксперимента для исследования возможных конструктивно - технических характеристик проектируемого гидроцилиндра 141
5.3. Анализ эффективности разработанного метода и программного мо дуля при автоматизации параметрического синтеза 148
5.4. Выводы к главе 151
Заключение 152
Список литературы 154
- Принципы и технологии разработки интеллектуальных САПР
- Анализ свойств эпистемологических уровней системологии инженерных знаний
- Поиск путей повышения эффективности параметрического синтеза
- Повышение эффективности разработки программного модуля на основе применения принципов функционально - ориентированного проектирования прикладных программных систем
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Современные задачи, возникающие перед наукой и производством, связаны с необходимостью проектирования все более сложных технических объектов (ТО) в условиях постоянного обновления и совершенствования выпускаемой продукции.
Удовлетворить противоречивые требования повышения сложности объектов, сокращения сроков и повышения качества проектирования невозможно без использования вычислительной техники для решения проектных задач. В тоже время повышение качественного уровня создаваемых ТО должно производиться на всех этапах жизненного цикла изделия. При этом особое значения приобретают так называемые начальные этапы проектирования, часто имеющие научно — исследовательский характер и оказывающие большое влияние на остальные стадии жизненного цикла ТО.
Одной из проектных процедур, входящих в начальные стадии проектирования, является параметрический синтез (ПС), цель которого заключается в определении наилучших значений параметров для выбранной структуры ТО с учетом требований технического задания на проектируемый обьект. Характерной особенностью данной проектной процедуры является ее влияние на повышение конкурентоспособности изделия независимо от степени его принципиальной новизны, что на ранних стадиях может быть достигнуто за счет синтеза и анализа наилучших значений параметров (технике - экономических, эргономических, экологических и т.п.) технических объектов.
Существующие методы, применяемые при параметрическом синтезе ТО, тесно связаны с вопросами оптимальною проектирования. В этом контексте процесс ПС заключается в исследовании математической модели задачи оптимального проектирования с помощью применения соответствующих способов оптимизации к параметрам ТО в зависимости от отношений между ними (линейных, нелинейных). При этом автоматизация данного процесса заключается в использовании численных методов, особенностью которых является зависимость от математической модели ТО: начальных условий, вида целевых функций и ограничений, что существенно сужает круг решаемых ПС задач. В тоже время вопрос, связанный с исследованием влияния параметров ТО (исходные, промежуточные данные проектирования) на результирующие эксплуатационные и конструктивно — технические характеристики в рамках начальных стадий проектирования, остается недостаточно исследованным в связи с ограниченностью традиционно применяемых методов оптимизации.
Данная задача может быть решена за счет привлечения в ПС методов имитационного моделирования с целью генерации (порождения, синтеза) альтернативных технических решений, отличающихся значениями параметров, для последующего анализа и определения их оптимальных сочетаний. С другой стороны, необходимость учета при ПС особенностей начальных стадий проектирования - неточности информации, многовариантности исходных и конечных данных, алгоритмическая обработка которых либо невозможна, либо не может быть получена традиционными средствами, требует привлечения соответствующих методов для автоматизации данной проектной процедуры.
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ! БИБЛИОТЕКА СП* OS
Решение данной проблемы определяет актуальность тематики диссертационной работы и может быть достигнуто посредством сочетания современных технологий научного направления "искусственный интеллект" с методами оптимального проектирования и компьютерного моделирования на основе системологии инженерных знаний (СИЗ).
Для подтверждения теоретических положений, изложенных в диссертационной работе, они апробировались на примере решения задачи ПС элементов объемного гидропривода, который является основой конструкций современных машин, расширяющих возможности автоматизации производства и качество исполнения которых влияет на обеспечение эффективной работы технологического и промышленного оборудования.
Целью диссертационной работы является автоматизация процесса параметрического синтеза технических объектов для повышения качества проектных решений начальных стадий проектирования на основе его формализации в виде имитационной модели как порождающей системы системологии инженерных знаний.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
выделить и проанализировать особенности автоматизации, а также возможности интеллектуализации начальных стадий проектирования технических объектов;
на основе исследования подходов к представлению ТО с позиций системологии инженерных знаний выполнить формализацию задачи ПС ТО как порождающей системы;
разработать принципы описания порождающей системы СИЗ на базе имитационной модели, сформировать на их основе и исследовать структуру инвариантного к объекту проектирования метода автоматизации ПС ТО, выполнить его компьютеризацию в виде программного модуля;
разработать базу инженерных знаний применительно к задаче автоматизации проектирования элементов объемного гидропривода с целью параметрического синтеза оптимальных конфигураций изделия.
Методы исследования. В основу исследований при решении поставленных в работе задач были положены теоретические основы автоматизированного проектировании и использовались методы имитационного и функционального моделирования; теория и методы научного направления "искусственный интеллект"; аппарат теории принятия решений, в том числе с использованием нечетких множеств. При разработке программного модуля применялась технология объектно - ориентированного программирования с использованием методики функционально — ориентированного проектирования прикладных программных систем, ориентированных на обработку знаний.
Научная новизнаработы состоит в следующем:
- выполнены постановка, формализация и типизация задачи параметрического
синтеза как порождающей системы системологии инженерных знаний, позволяю
щей рассматривать процесс параметрического синтеза как имитационную модель;
предложены методика формирования имитационной модели параметрического синтеза на основе методов компьютеризации инженерных знаний, а также модели их представления;
разработан метод автоматизации параметрического синтеза ТО, базирующийся на использовании методологии функционального моделирования SADT, представления, обработки знаний и имитационного моделирования, которое позволяет повысить эффективность и уровень интеллектуализации данной проектной процедуры;
разработано специализированное программное обеспечение для автоматизации параметрического синтеза ТО, основанное на применении методики функционально - ориентированного проектирования прикладных программных систем, ориентированных на обработку знаний.
На защиту выносятся следующие положения:
- подход к представлению задачи параметрического синтеза технического
объекта как порождающей системы системологии инженерных знаний и формали
зации ее решения в виде имитационной модели;
методика параметрического синтеза на основе разработки базы инженерных знаний параметрического синтеза технического объекта семантически — фреймового типа с продукционным выводом и автоматической генерацией на ее основе имитационной модели;
инвариантные к объекту проектирования метод и программный модуль автоматизации параметрического синтеза технического объекта на основе порождающих систем системологии инженерных знаний, позволяющие повысить эффективность и уровень интеллектуализации данной проектной процедуры;
база инженерных знаний параметрического синтеза элементов объемного гидропривода и результаты ее использования при автоматизации решения данного класса задач.
Практическую ценность работы составляют:
созданное инвариантное к объекту проектирования программное обеспечение автоматизации параметрического синтеза ТО посредством построения базы инженерных знаний и генерации его имитационной модели, применение которого позволяет повысить качество проектных решений;
разработанная база инженерных знаний применительно к задаче автоматизации проектирования элементов объемного гидропривода, на основе которой сгенерирована имитационная модель ПС, позволяющая средствами компьютерного эксперимента определить влияние исходных данных на конструктивные и эксплуатационные характеристики ТО, оценивать и прогнозировать динамические свойства гидросистемы уже на начальных стадиях проектирования.
Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований в виде расчетных методик, рекомендаций и программных комплексов переданы для практического использования при проектировании оборудования систем гидроприводов в конструкторско - технологический отдел и инженерно - технический центр ОАО "Ирмаш" (г. Брянск), использовались в научной отраслевой программе "Развитие информационных ресурсов и технологий. Индустрия образования" (2004 г.), а
также нашли применение в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по дисциплине "Системы искусственного интеллекта" специальности "Системы автоматизации проектирования".
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы обсуждались и докладывались на семи международных и региональных научно - технических конференциях, в том числе на Международной научно - технической конференции "Информационные технологии в образовании, технике и медицине" (Волгоград, 2000 г.), Международной научно - технической конференции "Математическое моделирование и информационные технологии" (Белгород,
-
г.), V Международном симпозиуме "Интеллектуальные системы" (Калуга,
-
г.), IX Национальной конференции по искусственному интеллекту (Тверь, 2004 г.). Материалы диссертации докладывались на технических советах предприятий ОАО "Ирмаш" (г. Брянск), ОАО "Агрегатный завод" (г. Людиново) и научном семинаре НПО "Информ - система" (г. Москва).
По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав с выводами, заключения, списка литературы. Работа изложена на 161 странице машинописного текста формата А4 и включает 40 рисунков, 7 таблиц, список литературы из 104 наименований.
Принципы и технологии разработки интеллектуальных САПР
Интеллектуальные САПР представляют собой новую информационную технологию интеллектуализации проектирования в определении, которое дал Г.С. Поспелов [82] в контексте создания новых систем обработки информации в рамках научного направления "искусственный интеллект".
Проблемы ИИ тесно связаны с организацией знаний об окружающем мире в виде математических структур, например множеств, графов, алгоритмов, которые отражают реальные связи и отношения между любыми объектами в природе в том числе и техническими.
Сама концепция ИСАПР затрагивает не только начальные стадии проектирования, а является частью компьютерного, интегрированного, интеллектуального проектирования и производства. В терминологии [45, 35] под ИСАПР принято понимать организационно - техническую систему, состоящую из интеллектуального комплекса средств автоматизации проектирования взаимосвязанного и взаимодействующего с пользователями и сетями ЭВМ, и выполняющую автоматическое проектирование заданных систем.
На рис Л .2 представлена концептуальная схема ИСАПР. Как следует из приведенного рисунка, интеллектуальный комплекс средств автоматизации состоит из совокупности средств и компонентов математического, информационного, программного, лингвистического, методического и организационного обеспечения. Взаимодействие пользователей (Ш, П2,...,Пп) с ИСАПР произво
Концептуальная схема ИСАПР дится средствами технического обеспечения. Для повышения уровня "интеллекта" и расширения ее возможностей ИСАПР содержит набор сценариев диалога, также позволяющие обеспечить разбиение требуемой задачи проектирования на подзадачи.
При анализе схемы ИСАПР можно выделить как типовые компоненты интеллектуальных систем (диалоговый процессор, база знаний, база данных, экспертная система, монитор), так и принципиальные элементы: планировщик, блок адаптивной стратегии.
Основная цель планировщика заключается в совместном с экспертной системой (ЭС) выполнении анализа преобразуемой информации. В зависимости от значений внутренних, внешних и управляющих параметров, конструктивных ограничений и т.п. выбирается несколько альтернативных путей решения.
Под управлением планировщика блок адаптивной стратегии осуществляет реализацию методов обработки информации, наделяющих ИСАПР свойством "интеллектуального поведения". Содержание данного блока полностью определяет ту область автоматизации проектирования, на которую ориентирована конкретная ИСАПР. Так, если данный блок построен на основе нейросетевых моделей, то ИСАПР будет ориентирована на решение задач прогнозирования и классификации. В случае решения задачи ПС блок адаптивной стратегии должен содержать методы автоматизации (интеллектуализации) данной проектной процедуры. В связи с этим необходимо выделить те подходы, которые с одной стороны - решают задачу автоматизации ПС, а с другой - могут быть преобразованы в соответствующее программно - алгоритмическое представление.
На основе анализа начальных стадий проектирования выделим особенности данных этапов ПП, которые важно учесть для повышения уровня автоматизации и интеллектуализации систем автоматизированной поддержки этих этапов: проблема формирования облика ТО имеет большое количество различных постановок, которые отражают многообразие конкретных задач формирования облика; начальные стадии характеризуются отсутствием жесткой схемы решения задачи - для ранних стадий проектирования неизбежна неполная определенность части знаний и данных (недоопределенность значений параметров, неточность информации); эффективная поддержка процесса проектирования невозможна без использования знаний о предметной области и самом процессе проектирования; в ходе проектирования используются различные способы обоснования решений.
Дня соответствия указанным особенностям интеллектуализации ПП может быть обеспечена следующими походами: автоматизация разработки моделей ТО; генерация и сравнение вариантов базовых элементов ТО, образующих типовые параметрические (типоразмерные) ряды; морфологический и трансформационный синтез на основе заданных классификационных признаков; автоматизация выполнения расчетно - логических процедур при произвольном составе исходных данных и требуемых результатов;
Анализ свойств эпистемологических уровней системологии инженерных знаний
Самый нижний уровень в иерархии СИЗ образуют исходные системы, цель которых заключается в исследовании и систематизации информации о проектируемой системе на начальных этапах проектирования. Задача исходной системы это представление знаний о предпроектных исследованиях, которые рассматривают как характеристики и взаимосвязи между свойствами (переменными, параметрами) системы, так и ее структуру. В рамках исходной системы объекты представляются как сущности, т.е. абстрактные или материальные составляющие реального мира, выделяемые как единое целое в течение определенного отрезка времени [26]. В контексте ПС под сущностью может пониматься как техническая система в целом, так и множество составляющих ее объектов.
В большинстве случаев сущность обладает множеством свойств, поэтому при ее исследовании система задается набором соответствующих свойств, каждому из которых назначается определенная переменная, в системологии подобная переменная представляет некий образ свойства. При описании ТО свойства могут быть представлены на основе двух подмножеств: основных переменных и параметров, при этом под параметром понимается переменная, которая может быть использована для определения различий в наблюдениях одного и того же свойства. Подобная переменная в системологии также называется базой.
Совокупность состояний всех параметров образует параметрическое множество, на котором наблюдаются изменения состояний отдельных основных переменных. Каждый параметр имеет уникальное имя, с ним связывается некое подмножество, образованное значениями параметра. Если используются два или более параметра, то их общим параметрическим множеством является декартово произведение отдельных параметрических множеств. Также должно выполняться условие уникальности, т.е. каждое конкретное значение из общего параметрического множества должно идентифицировать один и только один набор значений соответствующих переменных.
В дополнение к конкретным переменным или параметрам, принято рассматривать т.н. обобщенные переменные и параметры - абстрактные величины, не определенные через конкретные свойства. Для интерпретации обобщенных переменных и параметров производится процедура конкретизации, которая заключается в отображении обобщенных множеств состояний на множества состояний конкретных переменных (параметров).
Таким образом, система сущности представляет собой множество свойств, с каждым из которых связано множество его проявлений, и множество баз, с каждой из которых связано множество ее элементов. Формально система сущности может быть представлена в виде:
Подобное представление информации о ТО, как правило, связано с задачей синтеза концептуально нового изделия, при этом проявление тех или иных свойств ТО связано с реализацией требуемых физико - технических эффектов. Учитывая, различия в возможных постановках задачи на проектирование, а также в требованиях реализации ТО, исходные системы целесообразно классифицировать по различным критериям, имеющим существенные различия в конкретных множествах переменных и состояний.
Согласно одному из таких критериев основные переменные могут быть разделены на входные и выходные. При таком разделении состояния входных переменных рассматриваются как условия, влияющие на выходные. В этом случае системы, в которых переменные разделены на входные и выходные, называются направленными, при отсутствии подобного разделения - нейтральными. На этапе ПС большинство систем является направленными, т.к. в них с помощью входных переменных задается дескриптивное описание (техническое задание) проектируемого изделия, а с помощью выходных - одно из проектных решений.
Разделение переменных на входные и выходные относится ко всем уровням исходной системы и отражает прежде всего точку зрения пользователя. Выходные переменные рассматриваются пользователем как те, значения которых при соответствующих значениях параметров определяются внутри системы, в отличие от входных, значения которых задаются извне. В системологии все факторы, влияющие на определение входных переменных образуют среду системы: и - определитель входа - выхода. Формула (2.2) представляет собой упорядоченный набор нулей и единиц, задающих статус всех переменных системы: и = (и(1), «(2),...,и(«)). Если я переменная является входной, в противном случае - выходной. Наличие функции (2.2) при определении системы является главным показателем статуса направленной. Согласно [26] направленная исходная система определяется как где О - система сущности; /, / - конкретная и обобщенная системы; Q - канал отображения для каждого свойства О; Е - отношение между / и /, заданное как набор отображение конкретизации/абстрагирования для каждой переменной/параметра. Системы /, / формализовано могут быть представлены в следующем виде: где vi,Vi - обобщенная переменная и множество ее значений соответственно; v\,V\ - те же характеристики конкретной переменной, являющейся конкретизацией v ; WjJVi - обобщенный параметр и множество его состояний; w\,W) - те же характеристики конкретного параметра, полученные конкретизацией Wj.
Результатом формирования исходной системы ПС ТО является словарь, который в общем случае представляет собой таблицу (табл. 2.1), содержащую свойства проектируемого ТО. Для дальнейшей автоматизации обработки данной информации свойства представляются в ЭВМ в виде переменных различных типов. В табл. 2.1 типы переменных имеют следующие обозначения: целый - I, вещественный - R, символьный - S. Также каждая переменная, параметр имеют имя и идентификатор.
Поиск путей повышения эффективности параметрического синтеза
В настоящее время возможности, связанные с развитием технологий распределенной обработки информации, определили ряд направлений и преобразований в ИИ, источниками которых стали распределенный искусственный интеллект (РИИ) в сочетании с технологиями объектно - ориентированного проектирования. Эти преобразования аналогичны и часто взаимосвязаны с теми, которые произошли в области баз данных с появлением сетевых технологий. Они базируются на классических основах ИИ с добавлением новый идей в части распределения данных и знаний, децентрализованного управления и распределенной обработки. По-другому эти подходы иногда обозначают термином распределенные проблемно - ориентированные решающие сети [28].
Использование РИИ позволяет решать задачи проектирования сложно структурированных систем за счет их рассмотрения как совокупности автономных модулей, более или менее свободно взаимодействующих друг с другом при .решении проблемы. Процесс решения направляется системными ограничениями, определяющими поведение автономных модулей, которое может быть охарактеризовано как кооперативное, направленное на решение поставленной задачи.
В РИИ понятие автономного модуля связано с агентом, который в общем случае представляет собой дальнейшее развитие понятия объекта из технологии объектно - ориентированного программирования.
В этой технологии объект и агент определяются следующим образом. Объект - абстракция множества сущностей реального мира (экземпляров) или виртуальных сущностей, имеющих одни и те же свойства и правила поведения. Агент - объект, возникающий в среде, где он может выполнять определенные действия, который способен к восприятию части своей среды, может общаться с другими агентами и обладает автономным поведением, являющимся следствием его наблюдений, знаний и взаимодействий с другими агентами [15].
Как следует из определений, понятие объект не связано с наличием среды, которая играет существенную роль в определении агента. Объект, в принципе, не требует существования себе подобных, а агент может существовать только во взаимодействии с другими агентами. Данное обстоятельство требует рассмотрения агента в контексте мультиагентной системы (MAC), которая обеспечивает решение определенной задачи и действует во взаимосвязи с сетью других агентов для решения комплексной проблемы, которое не может быть получено отдельными агентами.
В работах [28, 31], посвященных исследованию МАС в САПР, отмечается, что основные цели их применения в автоматизации проектирования и ПС, в частности, состоят в сокращении трудоемкости, сроков проектирования, а также в повышении его качества. Снижение трудоемкости проектирования обеспечивается путем использования большего объема инженерных знаний, что позволяет освободить пользователя от рутинной работы по расчету, поиску данных. Сроки сокращаются за счет совмещенного проектирования, которое достигается параллельной работой агентов и уменьшением объема передаваемых данных за счет передачи другим агентам высокоуровневых частичных решений.
В САПР в качестве агентов могут выступать компоненты, сборочные единицы, детали и их элементы. Действия, которые реализуют агенты охватывают две категории задач: структурный и параметрический синтез. В контексте данной работы под агентом понимается механизм инкапсуляции и обмена распределенными знаниями и функциями. Каждый агент - это процесс, обладающий определенной частью знаний об объекте проектирования и возможностью обмениваться этими знаниями с остальными агентами. С позиций СИЗ агент может рассматриваться как порождающая система, его архитектура представлена на рис.3.5.
Как следует из приведенной архитектуры, агент обладает набором свойств, которые позволяют однозначно идентифицировать его среди множества других, уникальных имен. Агент осуществляет преобразования среды (поведение агента) через восприятие и трансформирование. Этот процесс основывается на встроенных в агентах методах преобразования входных атрибутов в выходные. Метод агента может быть реализован с помощью традиционных технологий программирования с использованием алгоритмических языков, но в этом случае агент не может быть отнесен к числу интеллектуальных. В [28] предлагается использовать для реализации поведения агента МЗ СИЗ, в этом случае БИЗ рассматривается как мультиагентная система, которая может быть представлена следующей шестеркой:
На рис.3.6 приведена схема MAC. Любой агент в MAC представляет собой открытую систему, помещенную в некоторую среду. В случае ПС данной средой может являться база данных, содержащая информацию о проектируемом ТО.
Схема мультиагентной системы MAC проектируется сверху вниз на основе разбиения задачи на относительно независимые подзадачи, например по правилам SADT и определения ролей агентов. Агент в процессе функционирования обеспечивает объединение и переработку данных, принятие решений о выполнении тех или иных действий.
MAC могут быть пространственно и/или функционально распределенными. Для организации вычислений в подобных системах могут быть использованы методы программирования, применяемые в сети Internet. В этом случае о MAC можно говорить как о сервисах автоматизированного проектирования.
Применение МАС для повышения эффективности ПС ТО является перспективным направлением в САПР, но в процессе применения данной технологии может возникнуть ряд проблем, главная из которых связана с недостаточ ной исследованностью этого направления как с теоретических, так и с практических позиций по причине глобальности решаемых MAC задач.
Повышение эффективности разработки программного модуля на основе применения принципов функционально - ориентированного проектирования прикладных программных систем
Применение объектно - ориентированного подхода позволяет эффективно реализовывать сложно структурированные программные системы и организовывать внутренний интерфейс между компонентами, входящими в них. Однако универсальная направленность этого подхода не достаточно эффективно решает проблемы, связанные с прикладной спецификой системы. Так, разработанный ПМ ориентирован на управление БИЗ, что выдвигает ряд требований к эффективности обработки подобной информации.
В основе таких требований лежат следующие принципы: организация системы знаний (на всех уровнях); принципы управления процессом решения задачи; пути обеспечения целостности системы знаний; методология проектирования ПМ.
Для реализации данных концепций необходим соответствующий подход для разработки ПМ, ориентированных на обработку знаний. Одним из таких подходов является методология функционально - ориентированного проектирования (ФОП - технология), предложенная в [50].
Главной целью ФОП - технологии является создание методологии проектирования и поддерживающей ее высокоуровневой инструментальной базы для разработки ПМ, обладающих высокими пользовательскими характеристиками и позволяющих решать сложные задачи в сложно структурированных проблемных средах [53]. При этом под системой знаний (СЗ) понимается вся хранящаяся в ПМ совокупность знаний, необходимых для решения соответствующего круга задач. Важнейшими показателями, определяющими макроорганизацию СЗ, являются: принятое в ней соотношение объемов двух составляющих СЗ -алгоритмических знаний и знаний о проблемной среде, используемые способы распределения этих видов знаний по СЗ и способы взаимосвязи между компонентами знаний, принадлежащих разным составляющим.
Под алгоритмическими знаниями понимаются заложенные в СЗ предписания "как решать задачу", заключающиеся в указании определенных последовательностей операций и условий их инициации. Под знаниями о проблемной среде понимается отображение в СЗ проблемной среды как объективной реальности, существующей вне системы и независимо от нее. Алгоритмические знания образуют программную часть системы, знания о проблемной среде в наиболее общем случае выступают как модель проблемной среды.
Центральной концепцией ФОП - технологии, на основе которой осуществляется организация СЗ, является следование принципу независимости на всех уровнях ПМ и на всех этапах его жизненного цикла. Принцип независимости заключается в требовании такой организации программных средств, при которой на каждом уровне достигается максимально возможная независимость в проектировании как системы в целом, так и ее компонентов, и максимально возможная независимость отдельных компонентов в процессе функционирования ПМ.
В основе принципа независимости ФОП - технологии лежит полное разделение и взаимная независимость двух составляющих СЗ: знаний о проблемной среде и алгоритмических знаний. На рис.4.5 представлена структура ПМ автоматизации ПС на основе ФОП - технологии, которая также включает в себя свойства ИСАПР. Как следует из рис.4.5, в основе структуры лежат три независимые составляющие.
Предметная область представляет собой совокупность сведений о проектируемой системе, при этом, если ориентироваться на стадии проектирования, то данная информация может быть описана в виде концептуальной модели.
Для автоматизированной обработки информации данная модель должна быть в соответствии со структурой метода (рис.3.9) преобразована в БИЗ, управление которой осуществляет второй уровень структуры - системы управления базами инженерных знаний (СУБИЗ). СУБИЗ включает в себя все основные механизмы, поддерживающие работу со знаниями ПС: модификацию, преобразование в семантически — фреймовое представление, логический вывод и независящие от вида решаемых задач и предметных областей.
Выделение компоненты управления БИЗ в отдельный блок позволяет подобно серверным СУБД организовывать распределенную обработку фактов и правил в БИЗ, что в свою очередь дает возможность реализации МАС автома газированного проектирования.
Внешнюю составляющую структуры ПМ образует программный интерфейс, основная задача которого - организация взаимодействия с пользователем.
В качестве средства представления алгоритмических знаний в разработанном ПМ используются МИЗ (рис.4.6), взаимодействующих через базу знаний. Каждый МИЗ ориентирован на решение определенной, свойственной только этому модулю, задачи, т.е. на выполнение определенной функции. Он самостоятельно извлекает из БИЗ знания, необходимые ему для решения соответствующей задачи, независимо от того, каким модулем они были туда занесены;, и передает в БИЗ результаты ее решения независимо от того, каким модулем и когда они будут в дальнейшем использоваться.
Работа с МИЗ в ПМ организована таким образом, что их содержание может изменяться и дополняться при корректировке ЗП (рис.4.7), при этом изменения, вносимые в какой - либо МИЗ не оказывают влияния на другие, т.е. реализуют принцип сокрытия данных ООП. Для МИЗ определяются входные, выходные данные, а также способ из преобразования, в качестве которого может выступать как запрос к базе данных, так и алгоритмическая процедура.
Похожие диссертации на Автоматизация параметрического синтеза технических объектов на основе применения порождающих систем системологии инженерных знаний
