Delist.ru

МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНСТРУКТОРСКОЙ СЕМАНТИКИ (10.09.2007)

Автор: Барков Игорь Александрович

Анализ состояния дел в областях информатики и конструирования, существенно влияющих на построение систем АП, показал явное сходство проблем и применяемых для решения задач подходов. Поэтому в главе была поставлена и далее решена задача получения логико-математической концепции обработки семантической информации в системах АП, которая позволяет с единых позиций взглянуть на целый ряд проблем создания САПР и решаемых ими задач.

Предложены принципы построения основанных на описаниях СиОИ систем АП. Рассматривается двухуровневая технология создания и использования САПР изделия. Содержаниием первого этапа (создание САПР изделия) является формализация семантики класса изделий в виде системы профессиональных, научных и потребительских описаний СиОИ. Второй уровень (конструирование) включает получение конструкции, отвечающей СиОИ и техническому заданию.

Во второй главе исследуются вопросы систематизации описаний СиОИ. Сравнительный анализ методов смыслоотождествления в лингвистике, информатике и проектировании позволил выявить аналогии. В каждой дисциплине базовыми приемами являются: структурирование, сопоставление смыслового содержания структурным элементам, использование системы правил достижения человеком своих целей на основе семантической информации. Аналогичные приемы имеются и в других науках. Явная фиксация в автоматизированной системе СиОИ дает возможность, комбинируя свойства, получать конструкции.

Поиск инвариантных к профессиональной, научной и потребительской специфике средств описания СиОИ привел к конструкторскому понятию: некоторое слово, термин, с которым связано описание свойств и особенностей обозначаемого объекта или явления. Для создания интеллектуальных САПР необходимо от терминов перейти к понятиям. В этом случае нужно выписать все необходимые смыслы, обозначаемые конкретным термином и включить их в обработку.

В качестве способа образования более сложных семантических структур предложено использовать правила иерархической и общей сочетаемости конструкторских понятий. К иерархическим относятся: агрегациия и наследование. Правило агрегации использует отношение «целое-часть». Правило наследования строится на отношении «такой же как …». Важнейшей разновидностью отношения наследования является отношение референциального тождества, определяющее одинаковость смыслового соответствия конструкторских понятий, принадлежащих различным профессиям. Например, в предложении «вал является телом вращения» понятие «вал» является конструкторским, а «тело вращения» - математическим. При этом все свойства тела вращения наследуются валом и могут быть использованы для описания семантической сочетаемости с другими свойствами вала.

Как показал анализ, иерархические СиОИ определяют только часть описания изделия. Поэтому были введены предикатные СиОИ, которые представляют собой запись требований, ограничений, предъявляемых к модели изделия. Предикатные СиОИ задаются произвольными логическими соотношениями, характеризуют корректность структурной семантической модели и расширяют ее произвольными множествами. С помощью предикатных СиОИ происходит сопоставление смыслового содержания структурным элементам изделия.

Введенные средства образования семантических структур позволяют использовать различные профессиональные представления при описании конкретного изделия. Для этой цели вводится система профессиональных понятий и множество операций над понятиями, отражающие способы решения профессиональных задач. Каждый специалист может теперь составить свое профессиональное представление об изделии, его частях, сопутствующих объектах и явлениях. Разработаны правила совместного использования таких профессиональных описаний.

В главе также представлены результаты разработки концептуальных средств описания СиОИ. Важнейшими средствами являются: конструкторское имя, конструкторское понятие (тип), древовидное структурное конструкторское решение (СКР) и его система координат, табличные структуры, отношения и предикаты. Заканчивается глава введением принципов построения семантического языка и изобразительных приемов формулировки сочетаемости конструкторских понятий.

На рис.1 приведен простейший иллюстративный пример описания СиОИ.

Спецификация конструкторского понятия «крепежный узел»

Понятие крепежный узел Понятие гайка

Состав Состав

Болт : {болт}, Нет

Гайка : {гайка}, Атрибуты

[Стопор: Диаметр : {диаметр}.

{стопор_жесткий, стопор_фрикционный}]. Конец гайка

Свойства

(Х : крепежный_узел Понятие диаметр

Номинал из Болт из Х = Состав

Номинал из Диаметр из Гайка из Х. Нет

Конец крепежный узел Атрибуты

Номинал : {вещественное}.

Понятие болт (диаметр) Свойства

Состав Нет (Х : диаметр Номинал из Х > 0.

Конец болт Конец диаметр

Описание представляет собой систему конструкторских понятий, каждое конструкторское понятие определяет структурные свойства изделия (разделы «Состав» и «Атрибуты») и предикатные свойства изделия (раздел «Свойства»). Конструкторские имена записаны с заглавной буквы, а конструкторские понятия – с малой. Предикатные свойства изделия представляют собой логические соотношения специального вида. Описания понятий «стопор_жесткий» и «стопор_фрикционный» не приведены из-за ограниченности автореферата.

Структурное конструкторское решение

Рис. 2.

Залачей конструирования является получение СКР. На рис 2. приведен пример СКР, соответствующего описанию СиОИ (рис.1). Показанные непрерывными линиями дуги обозначают компонентные отношения, пунктирные линии обозначают отношение «является атрибутом». Особенности отношений агрегации и наследования можно проследить в описании понятий «болт» и «гайка».

Понятие «болт» сочетается с понятием «диаметр» отношением наследования. Понятие «гайка» сочетается с понятием «диаметр» отношением агрегации.

Как видно из рис. 1, 2, применение наследования позволяет существенно сократить экстенсиональную составляющую как спецификации СиОИ, так и конструкторской базы данных. Однако из рис.1, 2 видно, что при этом возможна потеря смысловой информации: в отличие от «гайки» у понятия «болт» исчезло атрибутное свойство «Диаметр» и осталось только атрибутное свойство «Номинал».

На рис.1 в описании структурного компонента «Стопор» можно увидеть также средства задания вариантности описаний. Заключение этого определения в квадратные скобки означает необязательность присутствия стопора в конструкции. Кроме того, выражение в фигурных скобках имеет теоретико-множественный смысл и означает, что конструкторскому имени «Стопор» можно сопоставить в СКР одно из конструкторских понятий «стопор_жесткий» или «стопор_фрикционный». В СКР на рис.2 элемент «Стопор» не попал.

Нетрудно представить, что описание (рис.1) легко расширить такими объектами как: материал, геометрические составляющие детали, чистота поверхности, цена и т.д.

Разработанные средства позволили сформулировать принципы семантического конструирования. Множество СКР представляет теперь множество возможных конструкций. Подмножество возможных конструкций, в котором выполняются предикатные свойства изделия, представляет собой множество допустимых конструкций (на рис.2 структурные и предикатные СиОИ выполняются). Выбор единственного СКР в нашей постановке задачи может быть сделан поэтапным введением дополнительных предикатных свойств изделия и (или) ужесточением существующих. Возможна и обратная задача: при пустом множестве допустимых конструкций с помощью поэтапного сокращения и (или) ослабления списка предикатных СиОИ необходимо получить хотя бы одно допустимое СКР. Указанные действия фиксируются в техническом задании.

В третьей главе приведены результаты разработки формальной теории декларативной конструкторской семантики, позволяющей строить корректные описания СиОИ и допустимые СКР. Для построения описаний конструкторского понятия предлагается ввести множество S основ (обозначений) конструкторских данных определяемого понятия и множество ( идентификаторов операций над конструкторскими понятиями вместе с указанием их областей определения и значений. Тогда ( = (S, () - сигнатура (словарь) конструкторского понятия. Сигнатура ( дополняется множеством Е утверждений, которые характеризуют свойства сигнатуры. В результате получаем конструкторскую теорию СиОИ.

Конструкторский тип – это либо реализация одноосновной сигнатуры, либо реализация такого расширения сигнатуры ( в сигнатуру ((, которое состоит ровно из одного добавляемого конструкторского понятия, и непустого множества операций, в аргументах каждой из них имя вводимого понятия встречается хотя бы один раз. Конструкторская теория Т представляет собой множество описаний конструкторских понятий, моделью Т является специальная система транзитивных множеств, построенных из составных и простых конструкторских данных. Конструкторское понятие, определяемое с помощью одноосновной сигнатуры, синтезирует простые конструкторские данные. Составные конструкторские данные получают из понятия, введенного расширением сигнатуры. В работе формально определено универсальное множество составных конструкторских данных и способы построения структурной надстройки над последовательностью простых конструкторских данных с помощью введенной формальной системы порождения СКР. Эти принципы видны на рис. 1, 2.

Разработана формальная теория (система) структурной надстройки ТСН, определяющей правила построения наследственно конечной структурной надстройки СН(М) над моделью М последовательности простых конструкторских данных.

Определение. Формула вида (x(y ((x), ( x(y ((x), в записи которой встречаются только ограниченные кванторы, называется (0- формулой. Совместное использование (0- формул и транзитивных множеств позволяет обеспечить полноту ТСН.

Пусть Т структурная надстройка. ТСН в качестве своих аксиом имеет следующие.

Аксиома простых конструкторских данных: ( t( T U(t)( x( t - существуют простые конструкторские данные U(t).

загрузка...