Введение к работе
Актуальность работы. В области исследования датчиков механических величин (ДМВ) разработано достаточно больаое количество методик их компьютерного моделирования, что обусловлено спецификой ДНЗ как объектов моделирования. Каядая из методик дает возможность получить лииь часть полезной информации о моделируемой датчике, и для обеспечения полноты представления об исследуемом ДМВ требуется применение нескольких методик. В токе зреиа процессы подготовки и ввода данных в ЭВН для лвбого метода моделирования требуит значительных затрат времени, интеллектуального и ручного труда проектировщика. Все это приводит к тому, что суцестзусцее компьютерное педалирование не удовлетворяет требованиям пользователя-конструктора ни по полноте, ни по доступности проведения 'исследований ДМВ. Иначе говоря, существующие методы Не обеспечивает системного моделирования и не могут быть инструментом, который позволит качественно изменить взаимодействие человек-компьютер при решении проектных и исследовательских задач. В этой связи становится актуальной задача создания принципиально новой системы компьютерного моделирования, интегрируздей несколько методик моделирования и облздаюцей высокой степенью автоматизации процессов подготовки данных, их ввода в ЗВИ. а такяе обработки результатов проведенного исследования. Такая система, обеспечит поддеріку принятия проектно-конструкторекого реаениа при проектировании и исследовании ДИВ.
Основой для создания подобной системы должны выступать знания и спит специалистов-экспертов в области ревениа исследовательских задач. За длительный период использования компьютерной техник» в' скласти проектирования ДИВ накоплен значительный информационный материал, который мовно представить трепа группами знаний; (I) знания по специфике конструкций ДУВ; (II) знания по методологии и применения компьютерного моделирования для исследования ДНВ: (ІІІ) знания, - позволяющие описать весь диапазон целей коипьптерного исследования . ДНВ. При реализации этих знаний на компьютере встазт вопрос о способах их представления и обработки в операционной среде ЭВМ. , , Отличительной особенности предлагаемого подхода к создания ,- компьютерной система моделирования и исследования ДМВ является ис-: пользование интеллектуальной технологии (ffii-технологии) для рэалк--. зации на ЗВІІ указанных.знаний о методика яоелирования ДНЗ. ''_. - Вторая отличительная особенность состоит в использовании ин-'" теллектуалышх графических средств когнитивной компьютерной графики
I
і КГ), как наглядного и универсального способа представлення и обработки знаний в области синтеза и анализа механических систем. Зто и о j О'.- перспективное направление дает бозкояность создания средства е:;.!нчЛ;раі::оги представления конструктивных схем <Ш для различных ;!'- Г'.'.'юь яч моделирования.
litj:b иасотн. Целью настоящей работа является создание средств кегнитіхн^н г.лінь ктеркай графики и систьик обработки знаний на базе л б':.""..._!".;', тг.:;.ч'.н искусственного интеллекта для синтеза конструктив-::;:; с.-.ен дзічпкее механических величин и анализа их характеристик при. системном У-иделнровдкии, результаті; которого обеспечат везмсн-кост>- ссееззенетсозеть -ехнические характеристики ЛН5.
а.'от имение помасленной челн потребовало реиєния следунгднх задач: ' : Гтрухгурнр.чезкпе и "представление значил о конструктивних <..".е:-./л "М при гра;/..чесної: способе, их описания. 2) Разработка ~'г.е;етг. когнитивной графики на ' базе теории декларативних языков. 3 ; P^p-'.vjrxa исходных положении и правил реализации на 35Н гра-зи->ч:ко: о чноеобл представления конструктивных схем дНЗ. А) Снстека-тп-зцля и структурирование знаний па методам моделирования д>!Ь. Г Го >-г- -' ' ."к.. .: і.рог; ан: Пии р^ли^ащь-. баз!» знании по методам моде-лп;.'и = 1и:,:ч Г;:!С.г С-) Систематизация и создание бази знанні'! основных цет:-;'; исследован;:;; Д"е. ?) Развитие конечно-элементных методов моделирования ДНЬ на основе супарэле.-jeiiгнеге подхода 8) Разработка концептуальне;'! структура интеллектуально;"; системы моделирования іиТЛ!). Зі Разрастил структури представлення знаний и способов "их обработки в основних недуля.: ИСН: спецификаторе задачи выбора (С3a j. блоке принятия реиения выбора (БПРВ), планировцике числен-ниго эксперимента (ПЧЗ). 10') Разработка поденстеин анализа результатов исеяедйвакия. 11) Реализация интеллектуальной системи моделирования на ЗВМ тина IВМ-РС/ЛТ. 12) Исследование отдельных конструкции, пьезоэлектрических датчиков ускорений с цельа подтверкдекия В'.о'нннюстей предлагаемой системи исследования ДМВ. а такїе для получен»,! практических рекомендации по совершенствованию их характеристик. 13) Проработка возможностей использования разработанной системі, е процессе подготовки инженеров по специальности 19.07.
'.І'ітчді! исследования основаны на применении положений теории искусственного интеллекта, формальных систем. Фреймовых структур ;:'. '=дстчвлен;;я и обработки знаний, теории измерительных преобразователен, алиментов теории сопротивления катерналов, теории колебаний.
Научная новизна, і) Впервые з практике приборостроения притінена идеология когнитивной графики для решения проблеми автоматизэ-ции списания исследуемых объектов и подготовки задания аз моделирование. 2) Разработан и практически реализован специализированная графический язык представления декларативных :чмннй в Зі)', для синтеза и анализа конструктивных схем ДЧЭ. 3) Систематизированы методы моделирования и разработана специализированная оа?а знаний, пссва-ляЕцая вклсчать новые метода моделирования ;}"В.'4) Создана структура интеллектуальной системы моделирования с срєйное:;м способен представления и обработки знаний, обеспечнвакая интеллектуальней интерфейс кегду проектировциком-непрогракмистом и 23Н при решении задач системного исследования ДНЗ. 5) На основе положений кконнкн разработана методика подготовки исходных данных при моделировании методом конечных элементов и его модификациями.-
Отличительной оссбе.чностьп разработанной систены является простота представления в 35" объектов моделирования и мирские -зоз-могности по их исследования, что позволяет элективно использовать ее в учебном процессе при подготовке инкенеров по специальности 19.07. Предложенные методы синтеза и анализа конструкций ;!.!!' с но-моцыэ графического языка легко распространяются как" на более сложные объекту, таї: и на объекты других областей приборостроения.
Практическая ценность работы. П Реализован на ЭВМ графический язык, использование которого позволило существенно сократить затраты, связанные с списанием объекта, вводом и подготовкой данных для его моделирования. 2) Создана база знаний методов моделирования, принцип систематизации которой дает возхонность включать в ИСМ новые методы моделирования для расширения возмояностей ИСМ по исследовании ДМВ. 3) Разработана и реализована на ЭВМ -интеллектуальная система моделирования, структура знаний и механизм вывода которой позволяют организовать системное исследование датчика з автоматическом резиме с. применением различных методик моделирования ДІ-3. 4) Разработанная программная система ориентирована на конечного пользователя и не требует знаний по программировании, что позволяет использовать ее для-поддергки лекционных и-практических занятий со стадентаии по ряду дисциплин в рамках специальности 19.07, а такае для курсового и дипломного проектирования, &5') Предлогенный подход к созданию ИСМ мояет быть полояен в основу систем моделирования в .других областях приборостроения, .
Реализация результатов работы. Основные результаты диссертационной работа использованы при выполнении научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре информационно-измерительной техники СПбГТН, реализованы в научных и практических разработках четырех научно-исследовательских организаций и предприятий страны: НПО ИТ Сг.Москва), НҐ10 ЦНИИ технологии ыаинкостроения Сг.Москва), ЫИСИ. (г.Москва). ЛМЗ (г.Санкт-Петербург), а такге используется в учебной процессе при подготовке инзенеров по специальности 19.07.
Основные положения, выносимые на завиту:
- основы методологии системного исследования средств измерений для
решения проектных и конструкторских задач; I
- метод когнитивного графического представления в ЭВМ конструк
тивных схем ДКВ, включаючеє в себя элементы обработки знаний;
методика автоматизированного построения математического описания ДНВ. соответствугцего задачам исследования и основанного на представлении датчика средствами когнитиз.чой графики;
структура интеллектуальной системы исследования ДИВ как системі; обработки знаний при выборе метода моделирования, организации вычислительного эксперимента и анализа результатов исследсва.чня.
Ппробзцпя р_Сіл;;. .Оснобкыв результаты работ докладывались на следунг4нх і:о;^срспЦИлЛ и семинарах: Яевдународная конференция с выставкой "HEPPi-'-l" (г.Косква, 1 S31 г. ), Иегдународный сеиикар "*!н-Форнационно-изі-.еріпелькне системы" (Гемнитц, Германия, 13Э1 г.): Всесойзных научно-технических конференциях "Измерительные" информационные системы ИИС-91" (Ульяновск, 1S91 г.), "Разработка и внедрение СйПР и нСТПП в насиностроенил" (Инезск, 1990 г.), "Микроэлектронные датчики в масиностроении" (Ульяновск, 1990 г.), "Нетоды и средства измерения механических параметров в.системах контроля и управления" (Пенза, 1992 г.); Сеыинарах "Вибрационная техника" (1990 г.). "Теория и практика реиения изобретательских задач" (Ленинград, 1990, 1991' гг.); научно-технической семинаре кафедры ИИТ СПбГТУ. , Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных трудов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы,и прилояений. Работа содергит 101 страницу ыаиинописного текста, 82 рисунка, 4 таблицы, список литературы 104-наиыенования.. 4
