авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

В интеллектуальных сапр

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Барков Игорь Александрович

УДК 658.512.011.56

МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНСТРУКТОРСКОЙ СЕМАНТИКИ

В ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ САПР

Специальности: 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования

05.13.18 – Математическое моделирование, численные

методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Ижевск, 2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет» (ИжГТУ)

Научные консультанты:

доктор технических наук, профессор Кучуганов Валерий Никанорович,

заслуженный изобретатель Российской Федерации,

доктор технических наук, профессор Лялин Вадим Евгеньевич

Официальные оппоненты:

академик РАН,

доктор технических наук, профессор Липанов Алексей Матвеевич

(Институт прикладной механики УрО РАН),

доктор технических наук, профессор Малина Ольга Васильевна

(Ижевский государственный технический университет),

доктор технических наук, профессор Арасланов Анвар Мидхатович

(Казанский государственный технический университет),

Ведущее предприятие:

Казанский филиал конструкторского бюро ОАО «Туполев»

Защита состоится 1 ноября 2007 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д212.065.01 в ИжГТУ по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью, просим направлять по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИжГТУ.

Автореферат разослан «____»_______________2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор ________________ А.В.Щенятский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Применение автоматизированного проектирования (АП) в различных отраслях инженерии привело к значительному повышению эффективности труда проектировщика. В развитии АП заметную роль сыграли работы Дж.Джонса, М. Принса, И. Сазерленда, И.П. Норенкова, В.А. Осипова, А.И. Половинкина, Ю.М. Соломенцева и многих других ученых.

Современное проектирование и производство приводят к изменениям в окружающей человека среде, зачастую затрагивающим интересы многих членов общества. Поэтому проектирование становится сферой интересов не только конструкторов, технологов и других «профессиональных» проектировщиков, но также экономистов, законодателей, администраторов, публицистов, ученых, участников движений охраны окружающей среды, политиков, потребителей - всех тех, кто стремится предъявить свои требования к форме, содержанию, производству и эксплуатации изделий. Перед создателями САПР возникла очень трудная задача автоматизации разнопланового по своей сущности и приемам труда специалистов. Постепенно осознается необходимость в явном виде размещать в САПР результаты естественных и прикладных наук для последующего использования их в процессе АП. Информация и проектные приемы должны поступать в САПР от первоисточника, а не через посредника - программиста, следовательно, необходимо обеспечить системы АП специальными инвариантными средствами сбора и обработки профессиональных, научных и потребительских представлений об изделии. Создание САПР изделия должно стать привилегией специалистов по проектируемому изделию. Специалистам различных профессий необходимы теоретические, методические, инструментальные средства, с помощью которых их знания и пожелания могут быть учтены при создании САПР интересующего изделия.



В настоящее время наметилась тенденция создания интеллектуальных автоматизированных систем. Известно, что конструкция является ядром, вокруг которого объединяются различные миры: технологические, эргономические, экономические и т.д. Представление о подобных множественных мирах и управление им являются теми новыми функциями, которыми должна обладать интеллектуальная САПР.

Предпочтение исследователей и разработчиков САПР отдается моделированию формы изделия. В результате, основой большинства систем АП является геометро-графическая подсистема. Задачи проектирования изделий реализуются как дополнительные возможности системы машинной графики. Метафорой методологии АП является: «от формы к содержанию изделия». Суть такого проектирования состоит в обосновании конечного результата с помощью большого числа профессиональных приемов. Построенная по данной метафоре САПР представляет собой конгломерат различных профессиональных подсистем. При этом неизбежны трудности согласования структур данных и алгоритмов. Возникает противоречие между желанием увеличить функциональные возможности САПР и лавинообразным возрастанием сложности САПР.

В настоящей работе показано, что заслуживают внимания и другие методологии АП: «от содержания к форме изделия» и «содержание одновременно с формой». Совместное моделирование в системах АП формы и содержания изделия отражает философское единство этих двух категорий, переходящее друг в друга.

Объект и предмет исследования. Исследование ориентировано на создание интеллектуальных САПР, характерной чертой которых является использование смысловых моделей изделия, отражающих единство формы и содержания. В содержании изделия выделены и систематически исследованы категории свойства и особенности изделия (СиОИ) как объекты моделирования и неотъемлемые составляющие САПР, отражающие профессиональные, научные и потребительские представления о проектируемом изделии. Концептуальной основой моделирования СиОИ и решения конструкторских задач анализа и синтеза является конструкторская семантика, позволяющая расширить системы АП смысловыми конструкторскими моделями. Поэтому конструкторская семантика является основным объектом исследования и средством решения поставленных задач смыслового анализа, автоматизированного и автоматического синтеза конструкторских моделей путем обработки СиОИ. Включение в АП моделей СиОИ и разработка на этой основе методов смысловой обработки проектно-конструкторских данных рассматривается как следующий шаг повышения интеллектуального уровня САПР. Исследование содержания изделия позволяет по-новому взглянуть как на модели изделия, так и на процедуры решения проектных задач.

Состояние проблемы. Анализ действующих САПР, тенденций развития и методов их построения показал, что до настоящего времени основной акцент ставился в направлении автоматизации труда инженера-конструктора и инженера-технолога. Большинство других профессиональных задач проектирования (оценка эргономичности, теплозащищенности, экономичности и т.д. изделия) решается за пределами САПР. Всесторонняя оценка потребительских свойств будущего изделия традиционно осуществляется путем экспертизы готового проекта или отдельных его этапов. Однако используется при этом пассивный способ фиксации свойств изделия, интерпретация СиОИ в конструкции остается пока прерогативой человека. Структурный синтез изделия алгоритмизируется и программируется, как правило, с учетом свойств и особенностей конкретного изделия.

Целью исследования является расширение интеллектуальных функций САПР за счет обеспечения инвариантными смысловыми средствами моделирования профессиональных, научных, потребительских представлений о СиОИ и разработки научно обоснованного метода автоматизированного конструирования, позволяющего передать функции создания САПР изделия специалистам по изделию, получать конструкцию изделия путем автоматизированного и автоматического решения задач анализа и синтеза.

Методы исследования. В работе используется лингвистический (семантический) подход к моделированию конструкторской информации. Данными в системе АП являются конструкторские понятия: термины, дополненные описанием свойств и особенностей обозначаемого денотата. Семантическое моделирование изделия ориентировано на передачу содержания конструкторских данных, а содержание конструкторских данных определяется как свойствами самих данных, так и свойствами моделируемых изделий. Моделирование конструкторского понятия выполняется двумя уровнями. Базовой моделью являются структурные СиОИ (структурная семантика), включающие компонентные свойства, атрибутные свойства и особенности внешнего мира изделия. Над ней выполняется надстройка в виде системы логических рассуждений о корректности, свойствах базовой модели (предикатная семантика).

Для описания СиОИ используется единая логическая основа. Такой основой является предлагаемая в работе формальная система (исчисление) СиОИ, основанная на самых распространенных в человеческой практике принципах иерархического абстрагирования и семантической сочетаемости понятий. Применение указанных принципов в совокупности с логико-математическими возможностями, а также принципами типизации языка и универсума рассматривается как инвариантное к различным отраслям знаний средство, заложенное в базовый семантический язык описания СиОИ. Возможность получения профессиональных расширений базового языка позволяет построить на одном ядре разнородную по своей прикладной направленности систему описаний СиОИ и, одновременно, применить единые алгоритмы смыслоотождествления.

Описание СиОИ рассматривается как конструкторская теория, а получаемые на ее основе конструкции – как модели конструкторской теории. Задачи анализа и синтеза семантических моделей конструкции реализуются как поиск решения системы логических соотношений, тем самым обеспечивается универсальность метода и его инвариантность к различным способам решения профессиональных задач.

Полученные в работе научные результаты отвечают всем признакам теории, поэтому предлагаемая система знаний названа в работе теорией конструкторской семантики.

Особенности использования полученных научных результатов потребовали разделения теории конструкторской семантики на две части: теория декларативной конструкторской семантики и теория операционной конструкторской семантики. Первая изучает принципиальные вопросы существования конструкторских теорий СиОИ и их моделей. Вторая – вопросы построения конструкторских моделей в реальных условиях проектирования изделий (неполнота или ошибочность конструкторских данных), что потребовало рассмотрения частичных конструкторских моделей.

Задачи исследования. С учетом выбранных методов исследования цель работы достигается путем решения следующих научных и прикладных задач:

  1. Разработка концепции конструкторской семантики - инвариантных к профессиональным, научным и потребительским представлениям принципов смыслового описания и использования СиОИ.
  2. Разработка формальной системы (исчисления) СиОИ.
  3. Разработка теории декларативной конструкторской семантики.
  4. Разработка теории операционной конструкторской семантики.
  5. Разработка декларативного профессионально расширяемого семантического языка описания СиОИ.
  6. Разработка методики создания САПР изделия путем формализации, систематизации и стандартизации профессиональных, научных и потребительских описаний СиОИ.
  7. Разработка методики и алгоритмов инвариантных к профессиональным, научным и потребительским представлениям способов решения конструкторских задач анализа и синтеза.
  8. Разработка методики и алгоритмов построения монотонного процесса семантических вычислений, протекающих в условиях неполного или ошибочного задания конструкторских данных
  9. Разработка информационной технологии семантического конструирования.
  10. Экспериментальная проверка разработанных методов, лингвистических средств и алгоритмов с целью подтверждения их достоверности и практической работоспособности.

Научная новизна. Разработана новая методология автоматизированного проектирования «Теория конструкторской семантики», характерными особенностями которой являются:

а) использование конструкторской семантики для моделирования на единой концептуальной основе содержания и формы изделия;





б) использование декларативных описаний изделия, что означает формализацию проектных задач путем указания конечных зависимостей между проектно-конструкторскими данными в виде высказываний и отказ от использования расчетных приемов;

в) использование профессионально расширяемого семантического языка для описания в явном виде профессиональных, научных и потребительских представлений об изделии;

г) использование логического вывода для решения задач анализа и синтеза конструкции изделия.

Изложенные в п.п. а), б), в) особенности методологии АП позволили получить инвариантные к профессиональным, научным и потребительским представлениям структуры данных САПР. Пункт д) позволил ввести инвариантные к профессиональным, научным и потребительским представлениям процедуры решения проектно-конструкторских задач.

Предлагаемая методология АП изменяет как структуру, характер проектно-конструкторской деятельности, так и структуру, алгоритмическую основу САПР и позволяет передать функции создания САПР изделия специалистам по изделию. Включение в проектно-конструкторскую деятельность новых специалистов (например, дизайнеров или специалистов по сборке изделия) не требует вмешательства программиста.

Разработаны математические основы теории конструкторской семантики. Использование математических моделий позволило доказательно обосновать существование допустимой конструкции изделия, возможности ее получения, использование средств автоматизированного конструирования.

В соответствии с теорией конструкторской семантики разработан метод семантического конструирования, в котором СиОИ являются основным средством решения конструкторских задач анализа и синтеза.

Для практического использования метода семантического конструирования разработана информациолнная технология семантического конструирования, определяющая методику автоматизированного проектирования, структуры данных и алгоритмы автоматизированной системы семантического конструирования.

Достоверность теоретических результатов подтверждена доказательством 10 теорем и 11 утверждений; теоретическим экспериментом обоснования семантики спецификаций СиОИ с помошью аппарата позитивно образованных формул. Проведенные на реальных данных эксперименты показали ожидаемое соответствие полученным теоретическим результатам.

Практическая ценность работы обусловлена включением описаний СиОИ в инструментальные средства САПР, что позволило перейти на новый интеллектуальный уровень решения задач АП.

Частными практическими результатами работы являются:

  • базовый профессионально расширяемый семантический язык описания свойств и особенностей изделий машиностроения;
  • методика построения САПР изделия путем формализации профессиональных, научных и потребительских представлений о СиОИ;
  • методика и алгоритмы основанного на описаниях СиОИ семантического анализа и проведения в реальном проектном времени профессиональной, научной и потребительской экспертизы конструкции изделия;
  • методика и алгоритмы основанного на описаниях СиОИ автоматизированного и автоматического семантического синтеза конструкции изделия;
  • информационная технология семантического конструирования, основанная на описаниях СиОИ.

Практические результаты работы позволяют ввести в АП новые возможности:

  • существенно повысить интеллектуальный уровень САПР;
  • интегрировать в автоматизированной системе профессиональные, научные и потребительские представления о СиОИ;
  • передать функции создания САПР изделия специалистам по изделию, без привлечения программистов;
  • реализовать доказательное конструирование;
  • вводить стандарты СиОИ, обеспеченные процедурой автоматизированного контроля их соблюдения;
  • создавать унифицированные и стандартизованные базы описаний СиОИ для последующего распространения с целью достижения заданного уровня качества конструирования в каждом проектном подразделении;
  • проводить по содержанию описания СиОИ «квалификационную» оценку САПР;
  • использовать конструкторскую семантику как концептуальное и информационное средство интеграции компонентов САПР;
  • проводить в реальном времени процесса АП профессиональную, научную и потребительскую экспертизу конструкторских решений;
  • осуществлять гибкий вычислительный процесс локализации и диагностики смысловых конструкторских ошибок;
  • организовать монотонный процесс семантических вычислений, сохраняющих непрерывность в условиях неполноты или ошибочности конструкторских данных.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-практической конференции «Роботы и роботизированные технологические комплексы в механообрабатывающем и сборочном производстве» (г. Ижевск, 1982 г.); на Первой всесоюзной конференции «Методы и средства обработки сложноструктурированной семантически насыщенной графической информации» (г. Горький, 1983 г.); на Шестом научно-техническом семинаре «Математическое обеспечение систем с машинной графикой» (г. Ижевск-Махачкала, 1989 г.); на международной научно-технической конференции «Информационные технологии в инновационных проектах» (г. Ижевск, 2000 г); на IV Международном конгрессе «Конструкторско-технологическая информатика-2000» (г. Москва, 2000 г.); на международном научном семинаре «Современные информационные технологии. Проблемы исследования, проектирования и производства зубчатых передач» (г. Ижевск, 2001 г.); на международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию ИжГТУ (г. Ижевск, 2002 г.); на IV международной научно-технической конференции «Информационные технологии в инновационных проектах» (г. Ижевск, 2003 г); на Российском семинаре по оценке методов информационного поиска (г. Пущино, 2004 г.); на Девятой Национальной конференции по искусственному интеллекту с международным участием КИИ-2004 (г. Тверь, 2004 г.); на международном форуме «Высокие технологии» (г. Ижевск, 2005 г.); на международной научной конференции «Современные информационные технологии и письменное наследие: от древних рукописей к электронным текстам (Ижевск, 2006 г.); на школе-семинаре TEL-2006 Казанской школы по компьютерной и когнитивной лингвистике «Интеллектуальный поиск в текстовых базах данных» (Казань, 2006 г.); на конференциях и семинарах ИжГТУ.

Публикации. Основные теоретические и прикладные результаты работы опубликованы в 44 трудах, в том числе: 1 монография (360 с.), 2 отчета о НИР, 10 статей в рекомендуемых ВАК изданиях, 31 прочее издание.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.