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 |

Модели и комплексы программ для синтеза датчиков с поддержкой многопользовательской работы в сети

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Зарипова Виктория Мадияровна

Модели и комплексы программ для синтеза датчиков с поддержкой многопользовательской работы в сети

Специальность 05.13.18 –

Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Астрахань - 2006

Работа выполнена в Волгоградском Государственном Техническом Университете

Научный руководитель: доктор технических наук профессор Камаев Валерий Анатольевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук профессор Филин Виктор Андреевич доктор технических наук профессор Лукьянов Виктор Сергеевич
Ведущая организация: Институт конструкторско-технологической информатики РАН, г. Москва

Защита диссертации состоится 22 декабря 2006г. в 13 часов 00 минут на заседании диссертационного совета ДМ.212.009.03 при Астраханском государственном университете по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 20 а, АГУ, конференц-зал.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью просим направлять ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева 20А, АГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета

Автореферат разослан «22» ноября 2006 года

Ученый секретарь диссертационного

совета ДМ.212.009.03

д.т.н. профессор И.Ю. Петрова

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Датчиковая аппаратура широко востребована во многих областях народного хозяйства. Согласно исследованиям рынка США (Business Communication Company, inc) спрос на датчиковую аппаратуру в среднем ежегодно возрастает на 6.2% на мировом рынке вплоть до 2009 года. Прогнозируемое развитие рынка датчиков США приведено на рис. 1.

По данным НИИФИ (г. Пенза, Е.А. Мокров) известно более 400 физических явлений, которые могут быть положены в основу создания современных средств измерений и это количество постоянно растет. Возросшие требования рынка вынуждают производи-телей интенсивно рас-ширять номенклатуру серийно выпускаемых датчиков. Наиболее трудоемким и длительным является начальный этап проектирования, на котором необходимо определить физический принцип действия и конструктивную реализацию датчика.

Поэтому актуальной является автоматизация начальных этапов проектирования, выбора принципов действия датчиковой аппаратуры с применением мощной базой знаний о физико-технических эффектах (ФТЭ). Такие системы позволяют: сократить время и трудоемкость создания нового изделия, оперативно адаптироваться к изменениям рынка, быстро обучать специалистов.

В условиях интенсивного развития различных областей науки и техники особенно остро встает вопрос способа наполнения базы знаний, ее универсальной направленности, достоверности экспертной оценки и полноты представления имеющихся данных. Учитывая бурное развитие Интернет-технологий, особенно актуальны базы знаний, представленные в Интернет, что обеспечивает централизацию процесса разработки, дает возможность свободного пополнения базы знаний специалистами широкого профиля и проведения групповых экспертиз.



В работах М.Ф. Зарипова и И.Ю. Петровой предложена концепция построения базы знаний на основе энергоинформационных моделей цепей (ЭИМЦ), которая позволяет использовать универсальный математический аппарат неравновесной термодинамики для описания эффектов и явлений. Однако наполнение базы знаний сдерживается необходимостью преобразования информации о том или ином эффекте в соответствии с критериями ЭИМЦ, а также необходимостью сбора и неавтоматизированной обработки мнений экспертов по оценке эксплуатационных характеристик технической реализации физико-технических эффектов. Требования, предъявляемые к исходному материалу в других системах (А.И. Половинкин, В.А. Камаев, Р. Коллер, А.М. Дворянкин, В.А. Глазунов, С.А. Фоменков, В.М. Цуриков и другие.), позволяют им относительно быстро наращивать объем базы знаний, т.к. описание физических эффектов производится в текстовой форме. Но они не поддерживают математический аппарат и экспертные оценки эксплуатационных характеристик. В то же время, если использовать эффекты, даже с таким неполным описанием, в процессе синтеза инженер сможет получить значительно большее число вариантов решений. Таким образом, актуальной научно-технической задачей является создание сетевой системы синтеза новых технических решений датчиковой аппаратуры на основе консолидации знаний экспертов о физических эффектах и явлениях с учетом различного характера изменений во времени входных величин. Работа выполнялась в рамках тематического плана НИР по заданию Федерального агентства по образованию, тема «Разработка автоматизированной системы поиска новых технических решений чувствительных элементов систем управления на ранних этапах проектирования» (№ 1.2.06).

Цель диссертационной работы: разработка комплекса программ для эффективного синтеза физического принципа действия датчиков с поддержкой экспертизы в сети Интернет на основе усовершенствованной концептуальной модели баз знаний о физических эффектах и математической модели сложных параметрических структурных схем с гармоническим изменением входного воздействия.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе осуществляется решение следующих задач:

  • анализ существующих автоматизированных систем инженерного творчества и разработка расширенной модели паспорта физического эффекта на основе их консолидированных моделей;
  • разработка модели консолидированной базы знаний о физико-технических эффектах на основе объектно-ориентированного подхода;
  • разработка модели организации процесса сетевой экспертной оценки технической реализации физического эффекта на основе метода парных сравнений и реализация интерфейса экспертной оценки;
  • классификация существующих элементов параметрических структурных схем (ПСС) и разработка модели описания гармонического изменения во времени величин и параметров цепей с помощью аппарата параметрических структурных схем;
  • классификация и разработка паттернов – сложных соединений элементов ПСС с заранее рассчитанными характеристиками и параметрами, которые могут участвовать как блоки в синтезе физического принципа действия (ФПД);
  • составление библиотеки графических примитивов и разработка на ее основе модели графического представления принципа действия физического эффекта и вариантов технической реализации;
  • разработка комплекса программ для синтеза чувствительных элементов датчиков с поддержкой работы в сети.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались энерго-информационная модель цепей и аппарат параметрических структурных схем, модель структурированного представления физических знаний, методы и модели экспертной оценки, методы объектно-ориентированного проектирования, технология проектирования реляционных баз данных, метод комплексных амплитуд при гармонических воздействиях.

Научная новизна работы:

  1. Разработана обобщенная объектная модель представления знаний и расширенная модель паспорта ФТЭ для реализации в сети Интернет. Предложена модель пролонгированного накопления информации о физическом эффекте, основанная на многокомпонентном представлении информации. Это облегчило и ускорило процесс пополнения базы данных ФТЭ.
  2. Разработана модель организации сетевой экспертной оценки эксплуатационных характеристик физических эффектов и их технических реализаций на основе метода парных сравнений, что позволило консолидировать мнения множества экспертов и повысить точность оценки.
  3. Разработана модель построения параметрических структурных схем при гармоническом характере изменения входной величины, что позволило учитывать динамику процесса и расширило область применения системы.
  4. Предложено производить синтез физического принципа действия технического устройства с использованием паттернов (шаблонов сложных соединений элементов ПСС), что позволило рассчитывать и синтезировать более сложные технические решения.

Практическая ценность работы.

На основе проведенных исследований создан комплекс программ для синтеза датчиков с поддержкой многопользовательской работы экспертов в сети. Система может применяться в приборостроительной отрасли для автоматизации начальных этапов проектирования чувствительных элементов датчиков, а также в высших учебных заведениях для преподавания дисциплин в рамках направлений: «Приборостроение», «Информационные системы и технологии». Результаты работы использованы на ОАО «КБЭ XI века» (г. Сарапул, Удмуртия) и в Астраханском государственном университете.

Апробация научных результатов.

Отдельные материалы, входящие в диссертацию обсуждались на международной научно-технической конференции Joint IMEKO TC-1&XXXIY MKM (г.Вроклав, Польша, 2002 г.), SEFI 30th Annual Conference (Флоренция, Италия 2002 г.), Конференция КИТ-2003 (г.Сочи, 2003 г.), "Информационные технологии в образовании, технике и медицине" (г.Волгоград, 2004 г.), MEL-2006 (г. Варна, Болгария 2006 г), и научно технических конференциях профессорско –преподавательского состава (г. Астрахань 2004, 2006 гг.).

Публикации. Основные положения и результаты работы опубликованы в 7 печатных работах.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 112 наименований и приложений. Содержит: 145 страниц основного текста, включающего 69 рисунков и 12 таблиц. Общий объем работы 162 страницы.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, дана общая характеристика работы.

В первой главе проведен сравнительный анализ существующих автоматизированных систем поиска новых технических решений, основанных на работе с базами знаний по физическим эффектам и явлениям. Выявлены методы и модели описания физических эффектов, участвующих в синтезе технического решения. Были рассмотрены следующие модели и методы: формализованное описание естественнонаучных и научно-технических эффектов на основе онтологии научно-технических характеристик (Башмаков А.И., Владимиров А.И.), теория решения изобретательских задач - первое и второе поколение (Альтшуллер Г.С.), обучающие CAE системы (на примере системы ILEM2001, разработанной на базе университетов “Pierre et Marie Curie” (Париж, Франция) и «Valahia» (Румыния)), системы конечно элементного анализа, т.е. исследования свойств объекта или процесса путем создания и решения адекватной математической модели (COMSOL Multiphusics), энерго-информационная модель цепей различной физической природы и аппарат параметрических структурных схем (Зарипов М.Ф., Петрова И.Ю.), методы поискового конструирования (Половинкин А.И., Камаев В.А.), комбинаторный метод поиска принципов действия (Глазунов В.Н.).

По результатам сравнения функциональных возможностей этих систем показано:

  • большинство систем стремится к универсальности, поэтому при синтезе решений в них не может применяться математический аппарат для расчета эксплуатационных характеристик;
  • невозможность пополнения базы данных со стороны пользователя существенно сдерживает развитие самой системы и ограничивает инженера - конструктора;
  • отсутствует возможность групповой экспертизы при оценке эксплуатационных характеристик синтезированного технического решения и его элементов;
  • отсутствует возможность синтеза новых технических устройств на основе ФТЭ с неполным описанием и пролонгированного накопления информации о ФТЭ;
  • не проработан математический аппарат в случае изменения воздействия по гармоническому закону.

Возможность разместить базу знаний и расчетные модули в сети дает несколько преимуществ: независимое пополнение базы группами специалистов; сетевая экспертная оценка по совокупности значащих признаков; проверка актуальности хранимой информации; вывод статистики по популярности и моральному устареванию используемых эффектов и вариантов их технических реализаций; сбор и анализ статистики по использованию определенных эффектов в различных областях науки и техники; групповые разработки новых технических решений и т.д.





Далее в работе сформулирован перечень требований к разрабатываемой системе:

  • организация многопользовательской работы в сети;
  • использование ФТЭ с неполными данными для синтеза ФПД, использование графических изображений принципа действия и технической реализации устройства (2d и 3d анимация) для более полного восприятия;
  • должен существовать модуль экспертной оценки набора эксплуатационных характеристик для каждого ФТЭ и для каждого варианта технической реализации этого ФТЭ, а также модуль ранжирования полученных решений по совокупности эксплуатационных характеристик;
  • должна существовать возможность использовать паттерны (неизменные по структуре и принципу действия сложные соединения ФТЭ с рассчитанными характеристиками) для ускорения процесса синтеза и возможности синтеза более сложных устройств.

Во второй главе более подробно в качестве аналогов рассматриваются две выбранные системы «Интеллект» и «Сапфит», наиболее полно отвечающие поставленным задачам. Производится детальный анализ и сравнение характеристик систем.

Исходя из анализа этих систем, автором предложена следующая объектная модель объединенной системы (рис. 2). На рисунке объект представлен в виде прямоугольника, который содержит (сверху-вниз) следующие разделы: наименование объекта, атрибуты-свойства объекта, операции объекта. Стрелки отображают соответствие {атрибут объекта A - объект B}.

В работе подробно рассмотрены объектные модели классов систем «Интеллект» и «Сапфит» и выделены связи – наследования, которые позволили описать обобщенную модель.

Объект «Величина::New» был получен из объектов «Величина» и «Параметрическая величина» путем наследования свойств. Для вывода соответствий величин было отобрано контрольное множество физико-технических эффектов и физических эффектов (ФЭ) и построены таблицы соответствий для величин и параметров различной физической природы.

На основании разработанного объекта «Величина::new», а также объектов «Элемент технического устройства» и «ФЭ» был построен объект «Элемент::new». При этом, в качестве возможных направлений развития системы учитывалось, что декартово произведение состояний фазы объекта ФЭ дает множество вариантов технической реализации этой фазы, в то время как сочетание фаз друг с другом в порядке следования может дать варианты конструкций ведущего признака эффекта, т.е. признака, на основании свойств которого вычисляются характеристики ФТЭ.

Объекты «Последовательность::new» и «Менеджер синтеза» были выведены как заключительный этап анализа на основе объектов «Цепочка элементов» и «Последовательность ФЭ», «ФПД», а также выведенного объекта «Элемент::new»

На основе объектно-ориентированной модели интегрированной системы была также выведена расширенная логическая модель паспорта физико-технического эффекта.

(1)

Первая группа – основные параметры:

- наименование ФТЭ, текстовая величина,

- вид входной величины i- той физической природы,

- вид выходной величины j- той физической природы,

- коэффициент передачи, отображает зависимость выходной и входной величин, где ,

- текстовая величина, представляет текстовое и формульное описание коэффициента зависимости входной и выходной величины ФТЭ,

- флаг наличия математической модели ФТЭ, в которой указываются факторы, влияющие на функциональную связь физических величин входа и выхода, например влияние полей, а также по возможности приводится графическое выражение зависимости. Принимает значение 1 или 0,

- диапазон изменения входной и выходной величины, для обеспечения работоспособности цепочки необходимо соблюдение правила .

Вторая группа - эксплуатационные характеристики - переменные для расчета эксплуатационных характеристик синтезированного физического принципа действия. Если хотя бы один вид эксплуатационной характеристики известен для всех ФТЭ, входящих в синтезированную цепочку физического принципа действия устройства, то возможен расчет этой эксплуатационной характеристики для синтезированного устройства в целом.

Третья группа - дополнительные параметры:

- флаг наличия дополнительного описания ФТЭ (литература, авторы, патенты) может принимать значение 0 или 1,

, - флаги наличия графического описания ФТЭ могут принимать значения 0 или 1, означают соответственно изображение звена параметрической структурной схемы и динамическое изображение принципа действия ФТЭ,

- флаг наличия текстового описания применения ФТЭ в технических областях может принимать значение 1 или 0,

- флаг наличия общего описания ФТЭ, включает в себя подробное текстовое описание объекта и сути физического явления, содержит данные справочного характера. Переменная может принимать значения 1 или 0.

Необходимым и достаточным условием синтеза технического устройства датчика является полное совпадение выходной величины предыдущего эффекта со входной величиной последующего эффекта в цепочке:

(2)

При этом техническое устройство будет являться работоспособным, если диапазоны соответствующих величин пересекаются .

Эксплуатационные характеристики синтезированного технического решения вычислимы – если рассчитаны эксплуатационные характеристики для каждого эффекта в цепочке:

(3)

Исходя из логической модели ФТЭ и вышеприведенных выражений, можно рассчитать минимальный набор сведений, необходимых для успешной процедуры синтеза.

(4)

Таким образом, при занесении в систему данных о новом физическом эффекте или явлении, для того, чтобы ФТЭ участвовал в процедуре синтеза, достаточно ввести сведения о его наименовании и определить входную и выходную величину ФТЭ.



Pages:   || 2 | 3 |
 

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.