Delist.ru

МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНСТРУКТОРСКОЙ СЕМАНТИКИ (10.09.2007)

Автор: Барков Игорь Александрович

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:

Разработка концепции конструкторской семантики - инвариантных к профессиональным, научным и потребительским представлениям принципов смыслового описания и использования СиОИ.

Разработка формальной системы (исчисления) СиОИ.

Разработка теории декларативной конструкторской семантики.

Разработка теории операционной конструкторской семантики.

Разработка декларативного профессионально расширяемого семантического языка описания СиОИ.

Разработка методики создания САПР изделия путем формализации, систематизации и стандартизации профессиональных, научных и потребительских описаний СиОИ.

Разработка методики и алгоритмов инвариантных к профессиональным, научным и потребительским представлениям способов решения конструкторских задач анализа и синтеза.

Разработка методики и алгоритмов построения монотонного процесса семантических вычислений, протекающих в условиях неполного или ошибочного задания конструкторских данных

Разработка информационной технологии семантического конструирования.

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;

загрузка...