Содержание к диссертации
СОДЕРЖАНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТП И МЕТОДОВ ЭС 8
1.1 МЕТОДЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ 8
1.2 АНАЛИЗ МЕТОДОВ СИСТЕМ ОСНОВАННЫХ НА ЗНАНИЯХ - ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ 14
1.2.1 Модели представления знаний '. 14
1.2.2 Выводы, основанные на знаниях 19
1.2.3 Работа с нечеткостью 24
1.2.4 Архитектура и особенности экспертных систем 25
1.2.5 Классификация экспертных систем 30
1.2.6 Разработка экспертных систем 34
1.2.7 Человеческий фактор при разработке ЭС 44
1.3 АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ САПР ТП 46
ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ БАЗ ЗНАНИЙ И МОДУЛЕЙ ЭС САПР ТП 56
2.1 МОДУЛИ (ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ) ЭС НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 57
2.1.1 Организация баз знаний ЭС 57
2.1.1.1 Базовые понятия ВСПТД: Факты, цели, триплеты 58
2.1.1.2 Переходы как фреймы 61
2.1.1.3 Представление знаний в виде формул 63
2.1.1.4 Базы знаний: таблицы 64
2.1.1.5 Фреймы-запросы 65
2.1.1.6 Предметные рубрики, как методы представления знаний 66
2.1.2 Организация баз данных ЭС 67
2.1.2.1 Извлечение знаний из сетевой среды 68
2.1.2.2 Полнотекстовые БД 68
2.2 Модули (информационное обеспечение) ЭС на этапе эксплуатации 75
2.2.1 Организация отчетов в ЭС 75
2.2.2 Организация ДМВ в ЭС 79
ГЛАВА 3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭС САПР ТП С СИСТЕМОЙ CAD 82
3.1. АСПЕКТЫ ИНТЕГРАЦИИ ЭС САПР ТП В СРЕДУ CAD И PDM 82
3.2. Выбор среды 3D моделирования 85
3.3. Создание модуля ЭС по взаимодействию с CAD (Cimatron Е) посредством API 87
3.4. Передача геометрической информации о детали в ЭС 88
3.5. Передача параметрической информации о детали в CAD 95
3.6. Программный интерфейс приложения Cimatron Е (API) 99
3.6.1. Запуск модуля на Visual Basic 100
3.6.2. Запуск модуля на Visual C++ 101
3.6.3. Запуск модуля на Borland Builder C++ 103
3.6.4. Скрипты 106
ГЛАВА 4 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ САПР ТП НА ОСНОВЕ ЭС С СИСТЕМОЙ PDM 108
4.1 выбор PLM системы для интеграции 108
4.2 Целесообразность интеграции 109
4.3 Интеграция приложений предприятия ПО
Интеграция посредством SmartGateway ///
Сетевая архитектура взаимодействия I-Platform 112
Прямой подход - применение API SMARTEAM (COM\DCOM\ActiveX) 119
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 134
ЛИТЕРАТУРА 136
ПРИЛОЖЕНИЯ 144
Введение к работе
Для обеспечения эффективности производства предприятия и удовлетворения спроса «заказчика» необходимо в короткие сроки осуществить технологическую подготовку производства, освоить новую и модернизируемую технику и встроить осваиваемые изделия в постоянно меняющийся технологический процесс. Почти все виды производственных разработок связаны с компьютерной обработкой информации с тем, чтобы автоматизировать ряд работ, освобождая человека и ускоряя производственный процесс. Использование вычислительных машин обусловливает разработку и широкое внедрение новых методов автоматизированной подготовки технологических процессов, что является важным резервом снижения себестоимости изготовления деталей, повышения качества технологии, сокращения сроков технологической подготовки производства.
Современный подход к созданию САПР технологических процессов (САПР ТП) предполагает использование новых информационных технологий, которые основываются на методах теории искусственного интеллекта (ИИ). Одним из важнейших направлений при разработке ИИ являются экспертные системы (ЭС). Современные информационные технологии должны быть частью таких систем.
Технологические данные в ЭС, как программной системе, можно классифицировать по двум типам: статические и динамические. Статические данные, как правило, описывают конкретные объекты. Динамические данные представляются в процедурном виде. В ходе работы системы прослеживается связь между статическими и динамическими данными, или, в терминологии ЭС, между данными и знаниями. Каждый программный модуль системы должен иметь равные возможности получения, как данных из базы данных (БД), так и знаний из базы знаний (БЗ). Равные возможности при работе с БД и с БЗ из прикладных программ обеспечивают принцип эволюционного развития САПР ТП с применением ЭС. В современных условиях особенно актуальны методы построения специализированной экспертной системы и ее применения в рамках интеграции с приложениями АСТПП, как необходимого источника данных и знаний в масштабах предприятия.
Проектирование технологических процессов с использованием экспертной системы САПР ТП без интеграции с АСТПП происходит в большей степени в диалоговом режиме. Исходные данные о заготовке, необходимые ЭС в проектировании ТП вводятся технологом вручную, вынуждая его задействовать не малую часть времени не на проектирование технологического процесса экспертными средствами САПР ТП, а на подготовку к этому проектированию. В современных условиях возможно сокращение времени подго товки исходных данных путем их получения из графических моделей и технологических баз программных комплексов АСТПП.
В первой главе предлагается обзор существующих сегодня методов проектирования технологических процессов в САПР ТП. Обозначаются проблемы, требующие решения. Рассматриваются методы систем, основанных на знаниях и экспертных систем. Принципы построения интегрированных САПР ТП.
Работа затрагивает исследования в области разработки и применения модулей экспертной системы для САПР ТП, как части этой САПР, помогающий пользователю в про- цёс сё проектирования принимать решения. Акцент делается на методы, основанные на знаниях, т.е. «сильные методы»[53] в терминологии ИИ. Сильной стороной экспертной системы считается не столько методы вывода знаний и механизм объяснений принятия решений, сколько методы накопления и отбора этих знаний[53].
Знания можно добывать от эксперта или экспертной среды (знания 1-го рода или прямые), брать с носителей информации в электронной и бумажной формах (знания 2-го рода или опосредованные). Так определяются виды знаний, обозначенные учеными в области экспертных систем достаточно давно, один из них Поспелов Д.А. [79].
На сегодняшний день обозначается еще один источник получения знаний экспертной системой. Это знания, извлекаемые из внешней среды, и связанные, прежде всего, с понятиями информационного поиска (ИП). Поиска в сетевых средах - глобальных сетях, не только Internet, но и Intranet\Extranet, масштабы которых с каждым днем растут. Такие знания по содержанию эквивалентны знаниям второго рода, но требуют особого подхода к их извлечению с применением аппаратных и программных средств. Исследуются методы приобретения таких знаний.
Во второй главе предложены методики построения и пополнения баз знаний в специализированной гибридной экспертной системе. Показаны подходы к построению и применению адаптера ДШП с использованием протокола Z39.50 и коммуникативного формата MARC с последующим индексированием и редуцированием области поиска в ПТБД. Представлен механизм ДМВ в составе графического интерфейса пользователя (ГИП).
Предложены модели представления знаний в БЗ. Модель представления, основанная на фреймах и модель представления знаний в виде правил вывода или продукций. Определен метод организации фреймового и продукционного представления знаний - виртуальное строковое пространство технологических данных (ВСПТД), дана характеристика ВСПТД и применение в рамках ЭС. [87, 112].
В третьей главе предложена методика интеграции системы САПР ТП, построенной на ЭС с CAD-системой. Проблема представления геометрических элементов CAD-модели в их технологический эквивалент на сегодня достаточно актуальна [146]. Также предлагаются методы отображения технологического описания детали в CAD-модель. Все методы имеют программную реализацию, т.е. числовые методы, и используют программный аппарат самой CAD-системы. Интеграция с CAD позволяет получать на вход ЭС, помогающей САПР ТП решать задачу проектирования технологического процесса, параметры этого ТП, не вводя их вручную.
В четвертой главе проведен анализ методов интеграции с PDM-системой и предложен метод взаимодействия со специализированной гибридной ЭС
Развертывание ЭС в локальной сети предприятия открывает новые возможности интеграции. Крупным источником информации, технологическим банком данных масштаба предприятия, служит PDM-система. Интеграция ЭС САПР ТП позволит извлекать новые данные, обновлять их в общем хранилище PDM. В главе рассмотрены практически все варианты взаимодействия с системой и предложен подход к интеграции ЭС в PDM. Опять же рассматриваются достаточно подробно программный аппарат интеграции.
Экспертная система без интеграции в PLM-систему (PDM) и CAD-систему представляет собой механизм с закрытым аппаратом накопления знаний и помогающим проектировать ТП, но не вписывающимся в современные условия интеграциим. Как следствие, потеря актуальности локальных банков данных и баз знаний самой ЭС в рамках предприятия и снижение или потеря эффективности принимаемых решений. Каждая система выполняет свою роль, ERP - управление ресурсами предприятия, SCM - управление цепочками поставок, СРС - корпоративное управление торговлей, PDM - общий банк данных, управление жизненным циклом (ЖЦ) изделия, CAD - графическое сопровождение, ЭС САПР ТП - помощь в проектировании ТП на базе актуальной информации из систем, способных ее предоставить.
Целью диссертационной работы является разработка методов информационного оснащения специализированной гибридной ЭС для систем автоматизированного проектирования технологических процессов, которые должны обеспечить технологическую базу знаний и интеграцию ЭС с программными комплексами АСТПП.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
• Анализ и разработка модели и метода представления знаний в специализированной ЭС;
• Разработка методов пополнения знаний в специализированной ЭС;
• Разработка методов извлечения знаний из специализированной ЭС;
• Исследование и разработка методов обеспечения единого информационного пространства в СГЭС;
• Разработка методов получения параметрической информации о заготовке для механической обработки из ее геометрического представления;
• Разработка методов получения геометрического преставления заготовки для механической обработки из ее параметрического описания.
Предметом исследования являются методы применения ЭС в САПР ТП, инструментальные средства, включающие в себя средства интеграции с АСТПП, лингвистиче-. ское и информационное обеспечение экспертной системы в области проектирования технологических процессов.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались основы теории информационных систем, теории ИИ, методы виртуального строкового пространства технологических данных, методы фреймового и продукционного подходов к представлению баз знаний. При реализации использовались методы объектно-ориентированного анализа и проектирования. Использован объектно-ориентированный подход в реализации программных модулей экспертной системы, применены технологии по взаимодействию приложений (COM, DCOM), технологии проектирования программ на шаблонных классах (STL, ATL).
Научная новизна работы заключается в следующем:
• усовершенствован подход к представлению знаний в виртуальном строковом пространстве технологических данных;
• спроектирован и наполнен рубрикатор специализированных предметных терминов для отбора документов в полнотекстовые базы данных, применяемых при проектировании и функционировании специализированной ЭС САПР ТП механической обработки заготовок;
• разработана методика интеграции специализированной гибридной ЭС с системами АСТПП;
• показана возможность получения параметрической информации о заготовке в специализированной ЭС из геометрического представления заготовки;
• предложен метод получения геометрической информации о заготовке из параметрического представления заготовки в специализированной гибридной ЭС;
• разработан алгоритм и программный модуль взаимодействия специализированной гибридной ЭС с CAD системой;
• предложен метод интеграции специализированной гибридной ЭС с PDM системой;
• разработан алгоритм и программный модуль взаимодействия с PDM системой.
Практическая значимость и реализация результатов. Результаты работы использованы для создания программных модулей специализированной гибридной экспертной системы для САПР технологических процессов. Данные программы используются в учебном процессе на кафедре ТПС при СПбГУ ИТМО. Материалы диссертационной работы были использованы при подготовке дипломированных специалистов по специальности 2203 (системы автоматизированного проектирования) на кафедре технологии приборостроения СПбГУ ИТМО. Ряд предложенных методов применен в автоматизированной библиографической информационной системе «Колибри+».
Апробация работы. Основные результаты работы представлены в докладах на 10 и 11 международных конференциях в Крыму «Библиотеки и информационные ресурсы в современном мире науки, культуры, образования и бизнеса» (5-13 июня 2003, 7-15 июня 2004 г.), седьмой сессии международной научной школы «Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и диагностики машин и механизмов» (24-28 октября 2005 г.), на III конференции молодых ученых СПбГУ ИТМО (2005 г.), XXXV и XXXVI научно-методических конференциях СПбГУ ИТМО (2006,2007 г.).
