Введение к работе
з
Актуальность темы. Функционирование различных систем управления технологическими процессами существенным образом зависит от количества и качества чувствительных элементов - первичных преобразователей информации, используемых в системе. Изучив показатели мирового рынка средств автоматизации технологических процессов, швейцарская фирма-консультант Intechno Consulting (г.Базель) в исследовании «Автоматизация процессов 2006» прогнозирует увеличение объема рынка с 73,7 млрд.нем. марок в 1996 до 112 млрд. нем. марок в 2006г. Ведущая роль будет принадлежать сектору, включающему в себя химическую, нефтехимїгческую, фармацевтическую, целлюлозно-бумажную и пищевую промышленности, что потребует большого разнообразия датчиков по номенклатуре и техническим характеристикам.
В настоящее время широкое использование датчиков в информационно-измерительных системах и автоматизированных системах управления сдерживается их относительно высокой стоимостью. Уменьшить стоимость первичных преобразователей информации можно при широком внедрении САПР на всех этапах разработки новых конструкций. Поэтому актуальной становится задача создания автоматизированной системы поискового проектирования датчиковой аппаратуры. Работа такой системы строится на основе базы знаний, содержащей фактические данные и законы из предметной области. Продуктивность системы в целом зависит от объема сведений, хранящихся в базе знаний. Постоянный рост количества физичесюгх эффектов и явлений, связанный с пополнением базы данных, появление материалов с новыми свойствами, повышенные требования к качеству проектирования приводят к тому, что решение задачи организации информационных массивов при отсутствии средств автоматизации невозможно. При увеличении объема базы знаний количество вариантов растет экспоненциально. Поэтому подсистема отбора вариантов - необходимая часть системы, автоматизирующей начальные этапы поискового проектирования.
Известны системы синтеза устройств, использующие морфологический подход к поиск}' новых технических решений. Процедура морфологического синтеза реализуется в таких системах для изделий техники в целом. Это требует создания новых морфологических матриц для каждого класса, подкласса изделий, связанного с
выполнением подготовительных процедур большого объема. Соответствекш увеличивается время создания нового технического решения.
С другой стороны, известен метод параметрических структурных схем (ПСС) і энерго-информационное моделирование цепей (ЭИМЦ), позволяющие синтезироваті физический принцип действия (ФПД) чувствительного элемента из элементарны; звеньев - физико-технических эффектов (ФТЭ) и параметров цепей различно! физической природы. Таким образом, если каждому звену такой параметрическої структурной схемы будет соответствовать морфологическая матрица возможны> конструктивных реализаций, то возможен морфологический синтез разнообразны) элементов вычислительной техники и систем управления на основе морфологических матриц элементарных звеньев. При этом количество решений еще больше возрастает, т.к. происходит сначала перебор морфологических матриц элементарных звеньев, а затем перебор всевозможных вариантов сочетаний элементарных звеньев. Поэтому особенно актуальной становится задача совмещения процесса морфологического синтеза с процедурами отбора наилучших решений.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка на основе теории энерго-информационного моделирования цепей модели представления данных о многообразии конструктивных элементов чувствительных элементов систем управления и вычислительной техники (ЧЭ СУ и ВТ) в виде морфологических матриц каждого физико-технического эффекта; создание методики синтеза и оценки эксплуатационных характеристик конструктивных реализаций отдельных ФТЭ и устройства в целом по совокупности экспертных оценок морфологических признаков; разработка автоматизированной системы выбора наилучших вариантов из синтезированных конструктивных реализаций отдельных ФТЭ и в целом конструкции ЧЭ СУ и ВТ.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе осуществляется решение следующих основных задач:
- всесторонний анализ предметной области посредством сравнения и
классификации существующих автоматизированных систем синтеза;
- анализ структур и моделей, описывающих морфологические составляющие
физико-технического эффекта;
отбор наиболее удачных для интеграции их с разработанными в ходе диссертационного исследования;
- анализ методов, необходимых для реализации процедуры выбора наилучшего технического решения; разработка инфологической модели и создание автоматизированной системы выбора наилучшей конструктивной реализации на этапе морфологического синтеза отдельных звеньев параметрических структурных схем.
Методы исследования. При решении научных задач использованы энергоинформационные модели, морфологические методы анализа и синтеза новых технических решений, алгоритмы и методы теории принятия решений, теория множеств, бинарные отношения, методы обработки экспертной информации, методы оптимизации, математическое моделирование, математическая статистика.
Научная новизна:
-
Впервые морфологические матрицы применены для конструирования элементарных звеньев параметрических структурных схем, определяющих физический принцип действия ЧЭ СУ различной природы. Разработана методика составления морфологических матриц, используемых автоматизированной системой, включающая ранжировку вариантов по эксплуатационным признакам с применением экспертных процедур.
-
Разработана трехуровневая инфолошческая модель представления данных о морфологических составляющих физико-технического эффекта, которая позволила автоматизировать процедуру морфологического синтеза.
-
Обоснована полнота и целостность системы критериев качества, описывающих морфологические компоненты по совокупности эксплуатационных характеристик чувствительных элементов.
-
На основе анализа методов оптимизации разработаны проектные процедуры для решения задач выбора наилучшего технического решения.
Практическая ценность работы. Разработана автоматизированная система морфологического синтеза и выбора наилучшего технического решения. Эта система использована для получения различных типов конструктивных решений в области ЧЭ СУ іі ВТ. Реализованы различные принципы выбора наилучших синтезированных технических решений. Система применяется при обучении студентов ич
6 дисциплинам: «Инженерно-техническое творчество», «Теория принятия решений», «Методы оптимизации», «Искусственный интеллект». Автоматизированная система внедрена на предприятии АстраханьГазПром. Отдельные модули системы имеют самостоятельное значение и могут быть использованы в составе иных программных средств (дизайнер физико-технических эффектов, генератор морфологических матриц н т.д.).
Апробация научных результатов. Отдельные материалы, сходящие в диссертацию, обсуждались на II Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре» (1995г., г.Астрахань), «Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре» (1997г., г.Астрахань), проводимых Астраханским отделением Международной Академии Информатизации, Санкт - Петербургской Международной конференции «Региональная информатика - 98» (1998г., г. Санкт-Петербург), научном семинаре кафедры САПР Волгоградского Государственного Политехнического Университета (1999г., г.Волгоград), ХХХХ, XLI, XLH, XLIII научных конференциях профессорско-преподавательского состава Астраханского Государственного Технического Университета (1996-1999 гг.), вузовских конференциях города Астрахани.
Публикации. Основные положения и разделы диссертации опубликованы в 9 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 110 наименований и 2 приложений. Содержит: 100 страниц основного текста, включающего 17 рисунков и 9 таблиц. Общий объем работы 142 страницы.
