Delist.ru

МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНСТРУКТОРСКОЙ СЕМАНТИКИ (10.09.2007)

Автор: Барков Игорь Александрович

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.

Использование в промышленности и образовании. Результаты работы использованы на промышленных предприятиях ФГУП «Ижевский механический завод», Ижевское ОАО «Редуктор»; в проектной организации: ГУП Республики Татарстан «Татинвестгражданпроект» в качестве средства автоматизации отдельных этапов проектных работ. Также результаты внедрены в образовательном учреждении Ижевский государственный технический университет. Создана новая дисциплина «Семантическое моделирование в САПР», включенная в учебный план специальности САПР на кафедре АСОИУ ИжГТУ. Отдельные темы работы использовались в дисциплинах «Информатика», «Математическая лингвистика» (специальность АСОИУ), «Лингвистическое и программное обеспечение САПР» (специальность САПР), «Теория языков программирования и методы трансляции» (специальность ПО ВТ и АС), а также в курсовом и дипломном проектировании (более 70 работ). В учебном процессе используется экспериментальная автоматизированная система SD (Semantic Design). Кроме того, методика и программное обеспечение информационной технологии семантического конструирования использовались в приемной комиссии для генерации вариантов тестов вступительного экзамена по информатике.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 212 наименований и 6 приложений. Основная часть содержит 325 страниц машинописного текста, 7 таблиц, 39 рисунков. Приложения занимают 78 страниц, содержат 3 таблицы, 11 рисунков.

На защиту выносится:

А) Методология автоматизированного проектирования «Теория конструкторской семантики», заключающаяся в использовании концепции конструкторской семантики для инвариантного к профессиональным, научным и потребительским представлениям моделирования содержания изделия и решения задач семантического анализа и синтеза конструкции.

Б) Математические модели СиОИ, включающие

Аксиоматику семантических конструкторских моделей изделия как дедуктивную основу семантических преобразований.

Многозначную логику как средство моделирования неопределенных ситуаций процесса конструирования.

Формальную систему (исчисление) СиОИ как логическую основу семантических преобразований проектной информации.

3. Обоснование построения инвариантных к профессиональным, научным и потребительским представлениям конструкторских теорий СиОИ и семантических конструкторских моделей, а также обоснование автоматизированных методов получения конструкторских моделей в реальных условиях проектирования (21 теорема и утверждение).

В) Научный метод автоматизированного конструирования с использованием моделей СиОИ, включающий

Базовый семантический язык и логические основы построения профессионально расширяемых языков описания СиОИ.

Методику построения САПР изделия путем формализации профессиональных, научных и потребительских представлений о СиОИ на основе конструкторской семантики.

Методику организации монотонного процесса семантических вычислений в условиях неполноты или ошибочности исходных конструкторских данных.

Методику автоматизированого и автоматического решения конструкторских задач анализа и синтеза

Г) Информационная технология семантического конструирования, включающая математические, лингвистические, алгоритмические средства и позволяющая создавать автоматизированные системы семантического конструирования изделий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы.

В первой главе на основе анализа тенденций развития САПР, логики АП, методов построения интеллектуальных автоматизированных систем сделан вывод о том, что задачи моделирования профессиональных, научных и потребительских представлений о СиОИ должны занимать одно из центральных мест в методологии создания систем АП. Для решения этих задач предложено использовать конструкторскую семантику. Анализ семантических исследований в различных областях позволил разработать концепцию конструкторской семантики. Сформулировано понятие конструкторской семантики и принципы семантического моделирования изделия. Под конструкторской семантикой в работе понимается отношение между изделием, описанием изделия в виде конструкции и представлением специалистов об изделии. Для повышения интеллектуального уровня САПР представления специалистов об изделии должны явно фиксироваться в автоматизированной системе. В настоящей работе «конструкторская семантика» обозначает способы записи и адекватного воспроизведения в САПР профессиональных, научных и потребительских представлений о СиОИ. Отличительной чертой семантических моделей является то, что они являются смысловыми: понятие «свойство изделия» непосредственно связано с понятием смысла изделия. Семантическое моделирование изделия ориентировано на передачу содержания конструкторских данных, которое определяется как свойствами самих данных, так и свойствами моделируемых реальных объектов.

Сформулирваны основные принципы создания семантических средств описания изделия.

Принцип инвариантности. Мы будем использовать только инвариантные средства семантического описания проблемной области и инвариантные приемы решения конструкторских задач. Таких средств и приемов немного, но их нужно собрать, объединить и на этой основе в дальнейшем получать новые.

Принцип декларативности описания. При формализации своих профессиональных представлений эксперт должен указать «что сделать», не расшифровывая при этом «как сделать». Созданием САПР изделия будет заниматься довольно большая группа специалистов различных профессий, поэтому введение данного принципа рассматривается как попытка уменьшить объем дополнительных знаний и навыков, которые должен получить специалист перед использованием предлагаемой технологии автоматизированного конструирования.

Принцип языкового ядра и его профессиональных расширений. Необходимо создать инвариантный семантический язык, позволяющий построить описание базовых смысловых данных и операций. Далее необходимы средства построения профессиональных расширений базового языка. В этом случае деятельность эксперта будет заключаться в создании своего декларативного профессионального языка и последующего описания своей проблемной области на созданном языке.

Принцип исполняемости языка заключается в том, что автоматизированная система должна иметь возможность эффективной обработки профессиональных описаний проблемной области изделия при решении конструкторских задач.

Принцип смыслового абстрагирования. Суть этого принципа состоит в ориентации на смысловое, семантическое описание проблемной области. В качестве базовых семантических категорий в настоящей работе выбраны свойства и особенности изделия. Свойство характеризует изделие изолированно от внешнего мира. Особенность изделия представляет собой черту, зависящую от внешнего мира. Описание свойства представляет собой отношение, заданное на внутренних элементах изделия; описание особенности представляет собой отношение, заданное на элементах изделия и элементах объектов и явлений внешнего мира.

Принцип типизации языка и универсума. Данный принцип необходим нам для реализации механизма приписывания набора свойств и особенностей объектам и явлениям проблемной области изделия. Тип является носителем свойств и особенностей. Описание типа представляет собой перечисление определенного набора свойств и особенностей, таким образом, тип становится кратким обозначением заданного набора свойств и особенностей. Сопоставление имени объекта или явления некоторого типа представляет собой приписывание объекту заданного в типе набора свойств и особенностей. Указанное сопоставление является процедурной основой процесса семантического конструирования. В настоящей работе понятие «тип» отождествляется с понятием «понятие». Описание конструкторских понятий можно реализовать в автоматизированной системе в виде специализированного тезауруса, представляющего систему определений профессиональных понятий, а каждое такое определение представляет собой некоторый профессиональный термин, к которому приписывается фиксированный набор свойств и особенностей, обозначаемого термином денотата. Таким образом, понятие становится носителем набора свойств и особенностей некоторого денотата, система понятий (раздел описания) отражает профессиональный взгляд эксперта, а совокупность профессиональных разделов представляет собой описание свойств и особенностей класса изделий.

Принцип существования представителя класса изделий. Построение описания изделия в виде системы вариантных определений понятий предполагает, что результатом будет описание класса изделий. Данный принцип утверждает непротиворечивость описания, возможность или даже необходимость существования конкретного изделия, отвечающего свойствам и особенностям класса изделий. Тогда возникают две задачи использования семантического описания изделия.

Первая, задача анализа, формулируется следующим образом: дана конструкция, заданная набором СиОИ; проверить, является ли она представителем класса изделий. В автоматизированной системе задача анализа решается путем проверки исполнения в предъявленной конструкции каждого свойства и особенности, определенных в описании класса изделий.

Вторая задача использования описания класса изделий является задачей синтеза: при некоторых начальных условиях (техническом задании) и выбранном описании класса изделий получить множество представителей. Предполагается, что в результате решения задачи синтеза в каждом элементе множества представителей выполняются свойства и особенности, заданные в описании класса изделий. В автоматизированной системе задача синтеза реализуется путем логического вывода.

Принцип сочетаемости понятий. Этот принцип состоит в том, что в описание проблемной области включаются условия сочетаемости понятий. В общем случае можно задавать как условия сочетаемости понятий, так и условия их не сочетаемости. Описание классса изделий представляет собой систему профессиональных понятий. Введение профессиональных понятий осуществляется с помощью определений. Основным средством построения определений понятий является задание условий сочетаемости понятий. В конкретном изделии должны присутствовать только сочетаемые понятия. Сочетаемость понятий реализуется в автоматизированной системе с помощью правил сочетаемости понятий, которые представляют собой некоторые высказывания.

Принцип иерархического абстрагирования является частным случаем принципа сочетаемости понятий. Выделение этого принципа обусловлено тем, что он является наиболее распространенным и проверенным историческим опытом принципом. Поэтому он является популярным средством во многих науках. Наиболее распространенными иерархическими отношениями являются: компонентная, атрибутная, компонентно-атрибутная, атрибутно-компонентная сочетаемость понятий.

С учетом выбранных принципов разработаны изобразительные средства описания СиОИ и обосновано их применение в АП. Введение представлений специалиста о СиОИ в инструментальные средства САПР позволило сформулировать новые качества систем АП: доказательное конструирование, исполняемость описаний СиОИ, стандартизация СиОИ, квалификационная оценка САПР.

загрузка...