Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время автоматизация проектирования - область, в которой ведутся весьма интенсивные работы. Однако, в большинстве своем, они не скоординированы, направлены на проектирование относительно простых конструкций, на решение частных задач. Ситуация осложняется еще и тем, что невозможно создать в настоящее время единую формализованную модель любой предметной области. Любая предметная область включает в себя, с одной стороны, огромное многообразие понятий, а с другой - их постоянное развитие.
Анализ задач проектирования, решаемых в настоящее время, показывает, что:
-
В ходе проектирования решается множество относительно мелких задач, каждую из которых нетрудно формализовать и решить на ЭВМ (Трудность - в большом разнообразии этих задач, в частности, в том, что нельзя заранее составить готовые "жесткие" программы для решения всех возможных задач);
-
Задача проектирования, рассматриваемая в целом, не поддается алгоритмизации;
-
Задачи проектирования в подавляющем большинстве случаев имеют нечеткую спецификацию, содержат неполные ненадежные, многозначные знания, включают недетерминированное управление процессом проектирования (Результаты многих расчетов обязательно умножаются на поправочный коэффициент, который определяется экспертным путем);
-
Объекты проектирования, как правило, хорошо структурированы (поэтому имея описание их компонент и связей, т.е. отношений между объектами, можно строить1 модели сколь угодно сложных объектов проектирования).
В таких условиях попытка масштабного применения для автоматизации проектирования таких стандартных программных инструментов, как традиционные языки программирования, файловые системы, СУБД сталкивается с серьезными трудностями:
-
необходимость в создании большого набора программ;
-
сложность описания условий применения конкретной программы м соотнесения этих условий с исследуемой ситуацией;
-
необходимость стыковки большого числа программ и работы с большими массивами данных делает программы достаточно сложными, громоздкими, для разработки таких программ требуются высококвалифицированные специалисты.
Все перечисленные выше проблемы заставляют ограничиваться более или менее простыми частными моделями.
Кроме того, характерная особенность современных САПР - проблемная ориентация. Такие системы, как правило, узкоспециализированы, трудны в расширении и пе-
ренастройке, слабо используют современные языковые средства и СУБД, требуют больших трудозатрат и сроков разработки. По этой причине они быстро устаревают и большинство из них не удовлетворяет современным требованиям пользователей.
Решение проблемы построения долгоживущих и высокоэффективных САПР - перевод разработок их программного обеспечения на промышленную основу.
Целью настоящей работы является создание инструментальной системы для построения САПР в различных предметных областях.
С этой целью были поставлены следующие задачи:
-
создание инструментальной системы, которая обеспечит построение САПР в различных предметных областях и функционирование построенных САПР в условиях неопределенности;
-
разработка методов хранения и обработки данных в условиях неопределенности;
-
разработка методов и алгоритмов для основных шагов процесса проектирования в условиях неопределенности;
-
формулировка условий применения инструментальной системы для построения САПР в конкретной предметной области и алгоритмов проектирования в условиях неопределенности.
Методы исследования. Поставленные задачи решаются с использованием теории автоматизированного проектирования, теории множеств, теории нечетких множеств, понятий и методов искусственного интеллекта, теории формальных языков и грамматик, методов трансляции, методов автоматического синтеза программ, объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна.
Для решения вышеперечисленных задач
-
введены понятия основных элементов процесса проектирования в условиях неопределенности;
-
разработаны алгоритмы проектирования, поиска и ранжирования аналогов объекта проектирования в условиях неопределенности;
-
разработаны методы оценки результатов проектирования в условиях неопределенности;
-
сформулированы критерии завершения проектирования в условиях неопределенности;
-
сформулированы условия применения предложенных методов и алгоритмов проектирования в условиях неопределенности.
Практическая ценность. Предложенные алгоритмы и методы были успешно реализованы в двух макетах инструментальной системы для построения параметрических САПР (ИС ППС), которая имеет следующие характеристики:
-
Все указанные программные средства основываются на типизации знаний о проектируемых конструкциях. Любая конструкция или компонента конструкции является объектом некоторого класса. Описание класса с точки зрения ИС ППС включает в себя описание номенклатуры параметров, характеризующих объекты данного класса, описание возможной структуры объектов (с учетом всех факультативных и альтернативных компонент) и описание процедур предметной области, необходимых для проектирования объектов данного класса. Описание класса объектов - это та база, на основе которой автоматически строится алгоритм проектирования объектов данного класса;
-
Обеспечивается возможность добавления новых и замены существующих описаний классов объектов прямо во время процесса проектирования без перетрансляции и перекомпоновки работающей САПР (в частности, описания классов для компонент сложной конструкции могут быть добавлены уже после начала проектирования самой конструкции);
-
Предоставляется возможность проектирования конструкций сложной иерархической структуры, включающих в себя факультативные и/или альтернативные компоненты; компоненты конструкции, в свою очередь, также могут иметь сложную структуру;
-
Для выполнения расчетов любой степени сложности, работы с графикой, нестандартного представления результатов проектирования и т.д. предоставляется возможность подключения произвольных процедур предметной области, разработанных вне данной системы;
-
По желанию проектировщика часть параметров может в вычислениях не участвовать, часть компонент объекта может быть также исключена из проектирования;
-
Проектировщику предоставляется не только свободное определение порядка проектирования в целом, но и свободный порядок задания параметров, свободный порядок проектирования компонент, нет жесткого порядка вычислений параметров и жесткого деления параметров на задаваемые проектировщиком и вычисляемые;
-
Настройка САПР на предметную область производится заполнением базы знаниями о новой предметной области проектирования.
Разработанная инструментальная система для построения параметрических САПР (ИС ППС) была успешно применена для создания системы автоматизированного проектирования средств технологического оснащения (САПР СТО).
Приведенные в данной работе результаты могут быть использованы также при создании систем автоматизации проектирования в отраслях народного хозяйства, допускающих представление проектируемого объекта в виде совокупности параметров, иерархии функций и поддерживающих методику проектирования на основе аналога.
Апуобаиия результатов. Результаты докладывались и обсуждались на 1-ой региональной конференции "Технология программирования, инструментальное и системное программное обеспечение ЭВМ", Пермь, 1989; 46-й научной конференции молодых ученых КГУ, Киев, 1989; зональной конференции "Математические и программные методы проектирования информационных и управляющих систем", Пенза, 1990; 2-й Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы и перспективы автоматизации производства на предприятиях и в организациях приборо- и машиностроения", Пермь, 1990; Всесоюзной школе "Программное обеспечение САПР", Тверь, 1991; научно-практической конференции с международным участием "Проблемы информатики", Самара, 1991; 2-м межрегиональном семинаре "Объектно-ориентированное программирование", Минск, 1992; международном конгрессе "Computer Systems and Applied Mathematics CSAM'93", Санкт-Петербург, 1993; Всероссийской научно-методической конференции "Компьютерные технологии в высшем образовании", Санкт-Петербург, 1994; 5-й международной конференции "Human-Computer Interaction EWHCI'95", Москва, 1995; международной научной конференции "Интеллектуализация обработки информации ИОИ'96", Симферополь, 1996; ежегодных отчетных конференциях ПГУ.
Структура и объем диссертаиии. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения (содержит 135 страниц машинописного текста, 16 страниц иллюстративного материала) и списка литературы, включающего 137 наименований. К диссертации имеются приложения на 68 страницах.
