Системное автоматизированное проектирование

Y = {1 cf50, 2cf50, 3cf50}.

C использованием факторов уверенности осуществляется и формирование

набора правил. Учет этих факторов выполняется путем введения факторов

уверенности: посылки, заключения и переменной заключения.

Основные операторы, принятые в инструментальной среде операторы

отношений:

- = - проверка на равенство ,

- <> - проверка на неравенство,

- >= - проверка на превышение или равенство,

- < - проверка на превышение,

- - проверка на превышение,

- IN - проверка на соответствие одного элемента другому.

Операции в машине логического вывода могут описываться в выражениях,

использующих действия над функциями принадлежности. Это могут быть:

- операция "И" и группируемые вокруг нее

min (a, b), ab, (ab+ min(a,b)/2), ab(2-max(a,b))

- либо операция "ИЛИ" и группируемые вокруг нее

max(a,b), (a+b-ab), (max(a,b (a+b-ab))/2).

Таким образом, в инструментальной среде можно реализовывать арифметику

нечетких чисел и алгебру нечетких высказываний.

Аналогичным образом осуществляется функционирование машины логического

вывода и в системе ЭКСПЕРТИЗА.

ПОДСИСТЕМА РЕВИЗИИ ЗНАНИЙ

Подсистема ревизии знаний является частью любой экспертной системы, так

как она обеспечивает адаптацию пользователя к вычислительной системе.

Поскольку всякая САПР так или иначе связана с вычислительной системой, то

свойство эксперной системы по отображению промежуточных и окончательных

решений позволяет эксперту менять состав продукционных правил, а

пользователю состав и содержание запросов. Это свойство помогает разрешить

многие проблемы, стоящие перед разработчиками САПР и проектантами.

Благодаря такой подсистеме в развитых экспертных системах (например, в

EURISKO) появляется возможность влиять на базу знаний и на стратегию

управления продукционной системы, реализуемой в машине логического вывода.

В инженерной деятельности проектные решения выбираются на основе

глубинных причинно-следственных связей. Они далеко не всегда имеют

формальное или какое-либо формализованное представление. Поэтому понимание

проектантом хода рассуждений в процессе консультации в содержимое базы

знаний.

Несколько слов относительно состава и назначения базы знаний.

БАЗА ЗНАНИЙ

В экспертных системах знания могут представляться в декларативной,

процедурной, управляющей формах и в виде метазнаний.

Декларативные знания представляются как факты, формируемые

пользователями, процедурные - как правила, представляемые экспертами.

Управляющие знания - набор стратегий, определяющих функционирование

подсистемы логического вывода. Метазнания представляются пользователю и

эксперту в процессе функционирования экспертной системы. С их помощью

раскрывается ее состояние, структура и схема рассуждения. Метазнания -

основной источник развития экспертной системы.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ САПР

На основе проведенного анализа структуры эксперной системы, можно

утверждать, что такая вычислительная среда имеет прямое применение для

инженерной деятельности как средство автоматизации проектных работ, если

проектирование ведется от прототипа, по восходящей технологии или на высших

иерархических уровнях той или иной системы проектирования.

Однако, если объект проектирования можно формально описать, возникает

потребность, с одной стороны, использовать приемы, характерные для

инженерной деятельности, а с другой - привлечь знания математиков для

использования формальных методов принятия решения.

Кроме того, дальнейшее развитие САПР, по мнению многих разработчиков,

должно идти по пути создания вычислительных систем, которые "лояльны" к

пользователю, легко тиражируются и обладают свойством развития.

В ближайшее время при построении САПР необходимо обеспечить решение

следующих задач:

- обучение пользователя, которое сводится к обучению входным языкам,

представлению справочной информации, адаптированной к характеру запроса,

диагностике ошибок и сопровождению пользователя в процессе

проектирования;

- обучение САПР, предполагающее настройку системы на конкретную предметную

область или класс проектных процедур;

- организация диалога в процессе проектирования с целью описания объекта

проектирования, технологического задания и заданий на выполнение

проектных процедур;

- изготовление проектной и справочной документации, оформляющей проектные

решения;

- контроль за функционированием системы и отображение статистических данных

о количестве и качестве проектных решений.

Перечисленные задачи во многом совпадают с требованиями, которые

предъявляются к обобщенной эксперной системе.

Дополнительно можно сформулировать две задачи:

- обеспечение возможности развития САПР в части совершенствования методов

моделирования объектов проектирования и расширения числа проектных

процедур, основанных на формализованных методах;

- обеспечение возможности накопления и обмена опытом проектантов в единой

вычислительной среде.

Эти задачи не могут решаться в среде экспертной системы, структуру

которой мы рассмотрели. Ясно, что ее ориентация на обработку не

формализуемых, эвристических данных, определяющая структуру и принципы

функционирования, не позволяет использовать ее для обработки моделей

объектов проектирования, построенных на строгой или даже приближенной

математической основе.

ВЫВОДЫ

1. Основное свойство вычислительных систем, называемых экспертными - менять

свою структуру и содержание в процессе функционирования - отвечает

основному требованию, предъявляемому к САПР - возможности адаптироваться

к характеру проектных работ. Принцип обучаемости эксперных систем за

счет изменений структуры и содержания должен сочетаться с принципом

неизменной совокупности формализованных процедур, на котором строятся

САПР с детерминированной структурой.

2. Реализация САПР, построенных на концепции развития с помощью

проектантов, возможна на основе учета их мнений и опыта, накопленного в

процессе проектных работ с применением технологических принципов,

используемых при разработке экспертных систем. Способы учета экспертных

оценок проектантов, методы сочетания формализуемых и эвристических

алгоритмов связаны с предметной областью САПР в части моделирования

объектов проектирования, организации диалога и принятия решений.

3. В зависимости от степени детализации описания объекта проектирования

меняется сочетание эвристических и формализованных способов

представления знаний. Чем выше иерархический уровень САПР, тем в большей

мере необходимо использовать в качестве инструментальных средств

вычислительные системы класса экспертных. На

уровнях, допускающих строгую формализацию в модельном представлении объекта

проектирования, структура программного обеспечения может выполняться на

основе четких алгоритмов. Если объект проектирования не всегда имеет

адекватное модельное представление на определенном иерархическим уровне,

структура соответствующей САПР должна сочетать четкие и нечеткие алгоритмы.

4. Направления в разработке САПР:

- использование экспертных систем непосредственно для автоматизации

проектных работ, не поддающихся формализованному описанию (как правило,

на высших иерархических уровнях);

- использование отдельных структурных компонент экспертной системы для

интеллектуализации САПР с целью обеспечения большей лояльности к

пользователю;

- разработка САПР с экспертными компонентами на основе сочетания

формализованных и эвристических представлений знаний с целью

обеспечения их развития пользователями и экспертами без участия

разработчиков САПР.

ЛЕКЦИЯ (10

Тема: ”Процесс проектирования технологических операций”

1. Классификация моделей объектов проектирования

ОБЪЕКТ инженерного проектирования - материальный объект искусственной

природы, который должен быть создан для разрешения определенной проблемы,

возникающей или выделенной в одном из фрагментов действительности.

В машиностроении в качестве объекта инженерного проектирования выступают

технологические операции определенных классов.

Совокупность СВОЙСТВ объекта проектирования делится на внешние Y и

внутренние Х свойства.

ВНЕШНИЕ свойства объекта проектирования разделяются на два подмножества:

- существенные (функциональные или свойства назначения) Yн, которые

подлежат непосредственной реализации при использовании объекта по прямому

назначению,

- утилитарные (нефункциональные) - Yу, присущие любому реальному

объекту (объем, масса, стоимость и др.).

Справедливо соотношение: Y = Yн U Yу.

ВНУТРЕННИЕ свойства проектирования характеризуют физический, химический

и др. процессы, а также техническую форму его реализации как принцип

действия данного объекта проектирования.

МОДЕЛЬ ОБЪЕКТА M(О) - приближенное описание какого-либо класса явлений,

выраженное с помощью математической символики.

Модели объектов проектирования классифицируют по ряду признаков:

- способу построения,

- степени полноты отображения рассматриваемых сторон объекта,

- степени общности в отношении к объекту,

- пригодности для целей прогнозирования,

- назначению.

Кратко рассмотрим каждую из групп моделей.

А. По способу построения различают модели семиотические (знаковые) и

материальные (предметные ).

Семиотические модели предназначены для отображения с помощью знаков

объектов различной природы, свойств этих объектов, а также различных

отношений между объектами свойствами и значениями свойств.

Материальные (предметные) модели включают натурные (экспериментальные,

лабораторные, опытные образцы объектов); геометрически подобные

(пространственные макеты); физически подобные (модели, обладающие

механическим, кинематическим, динамическим и другими видами физического

подобия с объектом); предметно-математические (созданными с помощью ЭВМ).

Б. По степени полноты отображения (представления) объекта модели могут быть

полными - M(O); неполными (различной степени неполноты по содержанию или

объему) - M'(O), M"(O),..., Mn (O).

B. По степени общности в отношении к оригиналу выделяют модели описания

Mo(O) (отображают характерные стороны объектов); модели-интерпретаторы

Mi(O) (представляют отдельные объекты, входящие в состав некоторого класса

и учитывают особенности их частной реализации); модели - аналоги Ma(O)

(различные по форме представления, но равные между собой степени общности в

отношении оригинала).

Г. По характеру воспроизводимых сторон объекта проектирования выделяют

субстанциональные модели SbM(O) (характеризуют пространство возможных

состояний объекта, примеры: справочники, описания типовых проектных

решений, технологических операций); функциональные модели FnM(O) (в

отличие от моделей SbM(O) характеризуют объект только в аспекте

определенных его отношений со средой или другими объектами. Отображают

поведение объекта, его приспособленность к определенным воздействиям);

структурные модели StrM(O) (характеризуют внутреннюю организацию объектов);

смешанные модели.

Д. По пригодности для целей прогнозирования модели относятся к пригодным и

непригодным.

Е. По назначению модели могут быть целевыми и продуктивными.

Целевые модели Mц(O) призваны в явной форме отображать цель создания,

назначение объекта проектирования.

Продуктивные модели Mпр(O), под ними понимается совокупность технической

документации на объект.

2. Модельное представление технологических операций

По способу построения различают модели семиотические (знаковые) и

материальные (предметные).

Семиотические модели предназначены для отображения с помощью знаков

объектов различной природы, свойств этих объектов, а также различных

отношений между объектами, свойствами и значениями свойств. Они делятся на

языковые (логико-лингвистические - символьные структуры, входящие в

некоторую систему, логико-математические - упорядоченные знаковые цепочки);

неязыковые (наглядно-образные, например, схемы, эскизы, чертежи).

Материальные модели включают:

- натурные (экспериментальные, лабораторные, опытные образцы

объектов);

- геометрически подобные (пространственные макеты );

- физически подобные (модели, обладающие механическим,

кинематическим, динамическим и другими видами физического подобия с

объектом;

- предметно-математические, созданные на базе ЭВМ и воспроизводящими

объекты в определенном масштабе времени и реализующими подобие объектов.

Рассмотрим логико-математические модели.

Логико-математические модели любых объектов M(O) обычно определяются как

множества (М1,M2,...,Mk) с заданными наборами отношений (r1,r2,...,rm).

При этом справедливо следующее выражение:

M (O) = .

(Под сигнатурой понимается набор идентификаторов (имен) отношений,

входящих в состав модели, с указанием их арности.

Моделью Mk(О) в сигнатуре Om называют пару , где M = {Mik} -

базовое множество модели, ( - инъективное отображение,

которое сопоставляет каждое название (уникальное имя, идентификатор) с

отношением Rn из сигнатуры Om.

В моделях технологических операций M(TO) будем квалифицировать

множества (M1,M2,...,Mk) как базовые, если значения их элементов могут быть

непосредственно интерпретированы как значения внешних или внутренних

свойств технологических операций, значения свойств среды операции или

свойств предметов последней.

Координатами элементов отношений (r1,r2,...,rm), входящих в M(TO), могут

быть как элементы базовых множеств, так и элементы независимо определяемых,

вложенных отношений.

Для описания схем связей координат в отношениях в M(TO), могут быть

использованы передаточные функции, дифференциальные, разностные,

регрессионные уравнения, табличные или словесные описания.

На рис.1. показан упрощенный образ реальных технологических операций.

В среде технологических операций, характеризуемой вектором Z, учитывать

окрестностные условия Z0 и внешние условия Zy. Тогда справедливо выражение

вида Z = Z0 ( Zy.

В окрестностных условиях среды технологических операций выделим:

- предметы (материалы, полуфабрикаты, заготовки), состояние которых

характеризуется составом и значениями ряда свойств (в общем случае как

внешних, так и внутренних) т.е. вектором Z(0;

результаты технологических операций, состояние которых

характеризуется вектором Z((0.

трудоемкости, материалоемкости, энергоемкости, фондоемкости операции);

Y((у - показатели степени экологической безопасности.

В качестве внутренних свойств технологической операции X будем

рассматривать:

Рис.1.1. Наглядная модель технологической операции и ее среды.

Внешние условия среды, описываемые вектором Zy, отображают условия

функционирования средств технологического оснащения (оборудования,

оснастки), реализующего данную технологическую операцию, условия, в которых

пребывают предметы и результаты технологических операций (температура,

влажность, запыленность окружающей среды, квалификация рабочих), а также

тип производства, в котором используется данная технологическая операция

(массовое, серийное, единичное, опытное).

В качестве внешних свойств технологических операций, характеризуемых

вектором Y, выступают:

а) свойства назначения или функциональные Yн, в числе которых Y(н -

главное свойство - способность преобразовывать предметы технологической

операции в ее результат, т.е. Y(н : Z(0 -> Z((0 ; Y((0 - параметры

производительности технологической операции (оценивается показателями

среднего значения и дисперсии процента выхода, цикла операции, ритма

выпуска, такта выпуска, числа одновременно изготавливаемых единиц и др.).

б) утилитарные свойства Yу, в числе которых Y(у параметры ресурсоемкости

технологической операции синтезирован.

Известно, что Str-FnM(O) отображает внутренние свойства Х объекта на

внешние Y (состав элементов объекта, состав и схему его внутренних связей,

а также свойства этих элементов и связей на внешние свойства объекта.

Модель Str-FnMo(O) характеризует пространство возможных состояний

объектов определенного класса в границах своей применимости для всех

допускаемых данной моделью значений X и Y.

Решение задачи проектирования в данном случае заключается в

формировании Str-FnMi(O) проектируемого объекта. Это сводится к выбору

значений ряда параметров, которые являются наилучшими в смысле выполнения

условий задача проектирования передвижения в пространстве допустимых

значений параметров X и Y в

Str-FnMo(O).

Решение задачи проектирования при использовании представлений (оценивается

показателями - параметры, характеризующие естественный процесс

(физический, химический, физико-химический) Xп и техническую форму или

способ осуществления этого процесса Хф, выступающие в качестве принципа

построения/действия данной технологической операции,

- режимы функционирования технологического оборудования X0,

реализующие данную операцию.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9