автореферат диссертации по документальной информации, 05.25.05, диссертация на тему:Аналитические и процедурные модели для автоматизированной информационной системы выбора средств измерений

На правах рукописгь

МАЛЫШЕВ Павел Сергеевич

АНАЛИТИЧЕСКИЕ И ПРОЦЕДУРНЫЕ МОДЕЛИ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ВЫБОРА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

Специальность 05.25.05 — Информационные системы и процессы (технические науки)

13 ПАЙ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005569039

Тамбов-2015

005569039

Работа выполнена на кафедре «Мониторинг и автоматизированные системы контроля» в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)»

Научный руководитель Черткова Елена Александровна,

доктор технических наук, доцент

Официальные оппоненты: Большаков Александр Афанасьевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)», кафедра «Системы автоматизированного проектирования и управления», профессор

Абрамов Геннадий Владимирович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет», кафедра «Математического и прикладного анализа, профессор

Ведущая организация

ФГБОУ ВПО «Московский государственный технологический университет «Станкин»

Защита диссертации состоится 26 июня 2015 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.260.05 ФГБОУ ВПО «ТГТУ» по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Ленинградская, 1, ауд. 160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «ТГТУ» www.tstu.ru.

Автореферат разослан 25 апреля 2015 г.

Ученый секретарь ////

диссертационного совета ("/ / Селиванова Зоя Михайловна

А и

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальпость темы исследования. Активное развитие современного рынка промышленной автоматизации обуславливает постоянное обновление ассортимента средств измерений (СИ). К традиционным технологиям выбора СИ относятся: печатные издания - брошюры, каталоги, выпускаемые специализированными компаниями по производству и/или продажам СИ, справочники; сетевые ресурсы - базы данных по оборудованию и Интернет-сайты. При этом процедура принятия решения по выбору марки средств измерений может быть длительной в силу больших информационных объемов и наличия человеческого фактора в данной технологии получения информации.

Автоматизированные информационные системы (АИС) выбора средств измерений являются более совершенным инструментом с точки зрения временных затрат на поиски нужного варианта модели прибора. Однако обновление ассортимента приборов и расширение их номенклатуры влекут за собой необходимость модификации существующей АИС или обновление версии системы, что связано с временными, стоимостными и трудовыми затратами. Поскольку выбор средств измерений является комплексом решений, то центральную роль в нем занимают процессы принятия решений. Это обуславливает необходимость включения в АИС экспертной системы (ЭС). Следует отметить, что на выбор типа ЭС могут влиять предпочтительные требования различных групп пользователей будущей ЭС, что влечет необходимость выявления критериев оценки (эффективности) экспертной системы по этим требованиям. Таким образом, проблема выбора типа экспертной системы относится к многокритериальным задачам принятия решений с альтернативными вариантами.

Степень разработанности темы исследования. Традиционные методы и средства создания программного обеспечения АИС, такие как прямое кодирование и специализированные конструкторы-оболочки, ограничены в обеспечении реализации таких свойств программных систем как модификация и расширение. Эти проблемы могут быть преодолены применением современных методов программной инженерии, основанных на триаде «процесс разработки - исполняемые модели - САБЕ-технологии», и переносе основного акцента в разработке системных сред с программирования на объектно-ориентированный анализ. При этом сокращаются стоимости проектов на модификацию и расширение системных сред, в том числе и АИС.

Значительные успехи в развитие технологии программной инженерии привнесли ученые: Е. И. Артамонов, А. М. Вендров, Г. Н. Калянов, А. И. Костогрызов, Г. Буч, Э. Йордан, Л. Константайн, Дж. Рамбо, А. Якобсон и другие. Вопросам создания и развития автоматизированных

информационных систем посвящены, в частности, работы ученых В. В. Алексеева, А. А. Большакова, Ю. Ю. Громова, В. Е. Дидриха, В. В. Кочетова, Э. В. Попова, В. М. Тютюнника и др. В то же время специалисты отмечают недостаточное применение объектно-ориентированных методов создания и средств автоматизации (САБЕ-средств) для разработки автоматизированных информационных систем.

Практическая проблема выбора средств измерений заключается в отсутствии АИС, которые соответствуют данной предметной области — отражают методы измерения, параметры среды, метрологические характеристики средств измерений и связи между ними, и обладают свойствами модификации и расширения.

Таким образом, совершенствование технологии разработки и повышение эффективности функционирования АИС выбора средств измерений является актуальной проблемой для развития современного рынка промышленной автоматизации, продвижения широкого ассортимента инновационных решений в области СИ, сокращения временных затрат и снижения стоимости проектов на модификацию и расширение программной среды.

Объект исследования: автоматизированная информационная система выбора средств измерений.

Предмет исследования: аналитические и процедурные модели автоматизированной информационной системы выбора средств измерений.

Научная задача: разработка аналитических и процедурных моделей выбора средств измерений на этапе проектирования автоматизированной информационной системы, позволяющей сократить время выбора.

Цель научного исследования: обеспечение сокращения временных затрат на выбор средств измерений путем разработки автоматизированной информационной системы с экспертным модулем, включенным в контур обработки информации и принятия решений.

Задачи научного исследования. Для достижения поставленной цели и решения научной задачи требуется решение следующих частных задач:

1. Разработать структурную модель требований для проектирования автоматизированной информационной системы выбора средств измерений, отражающую функциональные возможности системы.

2. Разработать процедурные ЦМЬ-модели автоматизированной информационной системы выбора средств измерений на основе методов программной инженерии для реализации в САБЕ-системах.

3. Разработать аналитические модели с продукционными правилами реализации процесса выбора средств измерений (на примере уровнемеров).

4. Создать автоматизированную информационную систему для выбора одного типа средств измерений (уровнемеры) и проверить эффективность разработанной технологии построения АИС.

2

Научная новизна работы:

1. Разработана структурная модель требований к АИС выбора средств измерений в виде логической конструкции на основе прецедентов и отличающаяся использованием функций (выбор метода измерений, типа и марки) при выборе СИ.

2. Разработаны процедурные UML-модели АИС выбора СИ, отличающиеся учетом условий функциональных требований к системе, за счет свойств расширения и адаптации.

3. Разработана аналитическая модель выбора СИ в виде совокупности частных моделей, отличающихся набором продукционных правил, содержащих, условия выбора уровнемеров (параметры технологического процесса, метрологические и эксплуатационные характеристики) в условиях изменяющихся функциональных требований к системе.

Теоретическая и практическая значимость работы. Предложенные методы и технологии разработки автоматизированной информационной системы на основе процедурных и аналитических моделей анализа на разных уровнях моделирования применимы для разработки АИС выбора широкого спектра средств измерений. Разработанные процедурные модели АИС выбора средств измерений позволяют решить проблемы снижения общей стоимости проекта, сокращают время разработки и тестирования, существенно снижают трудоемкость процесса разработки системы.

Применение разработанной автоматизированной информационной системы сокращает время на подбор марок СИ и повышает степень правильности выбора благодаря экспертному оцениванию альтернативных вариантов, что предопределяет практическую значимость работы для использования ее результатов на предприятиях-производителях средств измерений.

Разработанные в диссертации технология, метод и АИС выбора средств измерений могут применяться в процессе обучения студентов по специальностям и направлениям, которые относятся к информационным технологиям и автоматизации технологических процессов.

Методология и методы исследования. При выполнении работы использовались методология и методы программной инженерии, методы объектно-ориентированного анализа информационных систем, экспертно-статистические методы, методы моделирования с использованием унифицированного языка моделирования Unified Modeling Language (UML) и CASE-технологии.

Положения, выносимые на защиту:

1. Структурная модель требований для проектирования автоматизированной информационной системы выбора средств измерений в виде логической конструкции на основе прецедентов, отражающих набор функциональных возможностей системы.

2. Процедурные ЦМЬ-модели автоматизированной информационной системы выбора средств измерений, обладающие свойствами расширения для модификации АИС и адаптации к изменениям функциональных требований к системе.

3. Аналитическая модель процесса принятия решения по выбору уровнемеров, представляющая собой совокупность трех частных моделей: модели параметров технологии измерения уровня; модели определения типа уровнемера; модели определения марки уровнемера, содержащая набор продукционных правил.

Степень достоверности н апробация результатов. Степень достоверности результатов работы обеспечивается корректным применением научных концепций системного анализа и объектно-ориентированного моделирования, теории анализа и синтеза иерархических систем. Достоверность результатов работы основана на доведении постановки задач до конечного результата, имеющего практическую реализацию. Степень достоверности подтверждается результатами практических программных разработок, которые зарегистрированы в Учреждении Российской академии образования «Институт научной информации и мониторинга» в Объединенном фонде электронных ресурсов «Наука и образование».

Основные положения диссертации были представлены в докладах на международных и всероссийских конференциях: XXV и XXVI международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (Волгоград, 2012; Нижний Новгород, 2013); XIX — XXI всероссийских научно-методических конференциях Телематика'2012, Теле-матика'2013, Телематика'2014 (Санкт-Петербург, 2012, 2013, 2014), а также на конференции студентов и молодых ученых МГУИЭ (Москва, 2012).

Разработанные технология, метод и АИС выбора средств измерений применяются в процессе обучения студентов по специальности 210200 «Автоматизация технологических процессов и производств» в Московском государственном машиностроительном университете (МАМИ), что подтверждено актом о внедрении результатов. Созданная автоматизированная информационная система выбора средств измерений используется в производственном процессе предприятия ООО «СВР-СИСТЕМС», что также подтверждено актом о внедрении результатов.

Результаты диссертации опубликованы в 14 работах, в том числе пять статей в изданиях из перечня ВАК, пять статей в материалах международных и всероссийских конференциях, два свидетельства на программные продукты Объединенного фонда электронных ресурсов «Наука и образование» Российской академии образования, «Института научной информации и мониторинга». 4

Структура работы: диссертация включает введение, четыре главы, заключение. Основная часть работы изложена на 119 страницах, содержит 31 рисунок и 17 таблиц. К основному тексту добавлен список используемых источников, включающий 125 позиций и 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введепнп описана проблемная область исследования, раскрывается актуальность работы, сформулирована цель исследования, описана научная новизна и практическая ценность, приводится краткое содержание глав диссертационной работы, данные о ее структуре и объеме.

В первой главе «Современное состояние проблемы автоматизации выбора средств измерений» описаны традиционные технологии выбора средств измерений: обращение к печатным изданиям и/или сетевым ресурсам и консультации технических специалистов. Анализ традиционных технологий выбора средств измерений показывает, что процедура принятия решения по выбору марки прибора может быть длительной в силу больших информационных объемов и наличия человеческого фактора в данной технологии получения информации.

На примере анализа проблемы выбора одного из широко используемых приборов на рынке промышленной автоматизации — уровнемеров — показано, что множество технологических и технических критериев выбора уровнемеров предопределяют необходимость применения АИС экспертного оценивания, формирующей рекомендации в соответствии с технологией измерения, параметрами среды измеряемого продукта и метрологическими характеристиками приборов. Анализ традиционных подходов к разработке автоматизированных информационных систем, например, использование конструкторов-оболочек, показал, что они ограничивают расширение функциональности готовых систем и повторное использование программных компонентов, что осложняет модификацию АИС или делает ее невозможной.

Для разработки информационного и программного обеспечения АИС выбора средств измерений предложено использование методов программной инженерш! на основе программно-инструментальной триады: процесс разработки, объектно-ориентированное моделирование на унифицированном языке моделирования Unified Modeling Language и CASE-технологии.

Вторая глава «Структура и элемепты АИС выбора средств измерений» посвящена структуризации автоматизированной информационной системы. Структурная схема АИС представлена на рис. 1.

Как следует из данной структурной схемы, наряду с информационным пространством, представленным базами данных и базой знаний, в контур обработки информации и принятия решений включена экспертная система.

АИС выбора средств измерений

Модуль выбора метода измерения

Экспертная система

Модуль выбора типа уровнемера

Модуль выбора марки уровнемера

База знаний (правила выбора)

Единое информационное пространство

База справочных материалов

База документации

База данных по маркам уровнемеров

Рис. 1. Структура программного и информационного обеспечения АИС выбора средств измерений

(на примере выбора уровнемеров)

Поскольку экспертные системы как программный инструментарий наряду с общими характеристиками обладают особенностями, которые формируются в зависимости от специфики функциональной направленности принятия решений, целесообразно осуществить выбор типа экспертной системы. В качестве исходных данных были рассмотрены требования к ЭС от специалистов различных групп, идентифицированных по профессиональной принадлежности (инженер проекта КИПиА, менеджер по продукту, пользователи программного инструментария - технологи). При этом учитывались различные практические задачи, решаемые специалистами, будущими пользователями АИС выбора средств измерений.

На основе анализа требований к ЭС предложены к рассмотрению три группы экспертных систем различного назначения, обозначенные как ЭС1, ЭС2, ЭСЗ. Показано, что объединение предпочтительных взаимозависимых оценочных критериев для выделенных групп пользователей позволяет представить 9 критериев оценки (А1, ..., А9), по которым следует выбрать тип экспертной системы, как превалирующей и учитывающей уровень предпочтения каждой пользовательской группы. Показано, что данная задача выбора типа экспертной системы представляет собой многокритериальный анализ, включающий в условия множество альтернатив (типы ЭС), которые должны быть соотнесены с критериями оценки.

Для решения задачи выбора типа экспертной системы построена многоуровневая иерархия: уровень 1 (цель анализа) - тип ЭС, уровень 2 (оценочные критерии), уровень 3 - (альтернативные решения - типы ЭС) (рис. 2). 6

Экспертная система для АИС

Уровень 2

Уровень 1

Уровень 3

Рис. 2. Иерархическое представление задачи выбора типа экспертной системы

Данная многокритериальная задача принятия решений решена на основе модели, которая воспроизводит множество альтернативных решений, число уровней иерархической доминанты, множество отношений предпочтительных критериев оценки ЭС. Критерии принятия решения по выбору типа ЭС имеют качественную составляющую, поэтому их численная оценка осуществлялась на основе единой девятибалльной шкалы. Для доминантной иерархии рассчитана матрица парных сравнений критериев оценки ЭС, а также матрицы парных сравнений альтернативных типов ЭС по отношению к каждому элементу 2-го уровня. Конечный результат определен расчетом матрицы локальных приоритетов типов ЭС по отношению к локальным приоритетам каждого критерия оценки ЭС.

Оценка влияния критериев на уровень с альтернативными типами ЭС осуществлялась по глобальным векторам приоритетов. Полученные значения позволили выбрать оптимальный вариант ЭС (ЭС1 - экспертная система поддержки принятия решений), который соответствует предпочтениям специалистов — инженеров проекта КИПиА.

В третьей главе «Процессное проектирование разработки АИС выбора средств измерении» рассматриваются вопросы процессного проектирования автоматизированной информационной системы, специфицирование (структурирование) требований и разработка пакета визуальных исполняемых объектно-ориентированных моделей АИС.

Для регламентации и детализации технологического процесса разработки АИС проведено процессное проектирование — разработка самого технологического процесса, который рассматривается в критериях общности. Выделены основные технологические этапы процесса: исследование концепции и системы, специфицирование требований к АИС, анализ, проектирование и кодирование.

Следует отметить, что специфицирование требований к программному обеспечению, является одним из важнейших процессов технологии разработки АИС, поскольку недостаточное отражение запланированной функциональности ведет к проблемам на этапе проектирования и кодирования. В результате специфицирования информационного и программного обеспечения АИС разработана структурная модель требований к системе в виде интегрированного пакета спецификации требований (рис. 3).

Запросы ззыятгрееоЕаш •сгсрси

догакнт-жввдешшя

~т

—

Лсдгль Дакумгяты требований

врйгдщкв

1

М?яелъ п рсгктирс &ш ъщ

&еавпъ

гесгарсвавия

Ниггрукп saas

Рис. 3. Элементы пакета спецификации требований к АИС выбора средств измерений и взаимосвязь с моделями разработки

(в нотации Rational Unified Process - RUP)

Структурная модель описания требований к АИС разработана по данной схеме как логическая конструкция. Она состоит из физического документа (документа-концепции) и модели прецедентов со ссылками на другие рабочие продукты. На первом этапе специфицирования требований разработан документ-концепция АИС, который представляет собой высокоуровневое определение системы и отражает основные требования заинтересованных лиц к системе. Модель прецедентов на этапе определения требований к АИС выбора средств измерения описана диаграммой прецедентов как составной частью модели. На рисунке 4 представлен фрагмент диаграммы прецедентов АИС, построенной в Rational Rose на основе развернутого описания прецедентов, составленного в шаблоне RUP.

Разработанный алгоритм процесса анализа и проектирования позволил создать совокупность объектно-ориентированных моделей АИС с возможностью их расширения. Это свойство позволяет модифицировать систему 8

и адаптировать ее при изменении функциональных требований. Использован стандартизированный язык моделирования Unified Modeling Language и осуществлена автоматическая кодогенерация в IBM Rational Rose.

ред&к-гарозльвде базы данных

редактаровада.с. доквдеташш

арссмотр документации

управление аджюгетоатор 1'С выоор врофил»ш * оборудования, яяцкбпж»

epas а е ш:е. замена МОДе2)! ОООруДСЗКШШ

ШУЗ£Ш!е технологии измерения

Рис. 4. Диаграмма прецедентов для АИС выбора средств измерешш

(в нотации иМЬ, русифицированная)

В состав пакета моделей АИС выбора средств измерений вошли:

— модель предметной области, отражающая детализацию объектов и идентификацию концептуальных классов АИС;

— динамические модели взаимодействия, отличающиеся визуальными сценариями для вариантов использования системы;

— модели анализа и проекпгрования, отличающиеся принципами иерархического расслоения для обеспечения свойств расширения и адаптации к изменениям функциональных требований при реализации моделей в СА8Е-средах;

— модель базы данных, содержащая постоянные классы концептуальных объектов АИС, отличающаяся наличием сгенерированного каркаса, отражающего детальное описание атрибутов операций.

В моделях реализованы 11 вариантов использования автоматизированной информационной системы выбора средств измерений. На рисунке 5 представлен фрагмент модели предметной области в виде иМЬ-диаграммы классов, отражающей формализацию концептуальных объектов, выявленных по документу-концепции АИС (на примере выбора уровнемеров).

«entity» Технология измерения

^Описание технологии: sir ¿Г;эступ: ЬэЫ

«entity» Тип уровнемера

j ^¡¿Свойства уровнемера : s |ЩДое7уп • bed

«entity» Модехъ уровнемера

^¿Описание модели уровнемера : str' ¿¿Доступ: bool :

«entity» Справочные материалы j «entity» | запрос на обновление «entity» Докумектация

: ¿Учебная литература : str ^Справочные таблицы: str ;|бДоступ: bool i ;'фЦель запроса : str !;;"¿Время запроса : data j> ¡¿Создатель: str •¿¡¿¡¡Каталог: str ¿¡¿¿Брошюра : str ¿¡¿Доступ: bool

!

Рис. 5. Фрагмент модели предметной области АИС выбора средств измерений в виде иМЬ-диаграммы классов

(русифицированная, в нотации иМЬ)

В четвертой главе «Программный комплекс АИС выбора средств измерений» представлено описание разработанного программного комплекса, содержащего программу выбора типа ЭС в контуре АИС, экспертный модуль выбора уровнемеров, техническую документацию, справочные материалы.

В программе выбора типа ЭС реализован алгоритм принятия решения в условиях иерархической структуры исходной системы критериев типа экспертной системы. В рамках математической модели многокритериального анализа осуществляется сравнение критериев, устанавливаются их приоритеты и оцениваются альтернативные типы экспертной системы по критериям.

Следует отметить, что особенностью разработанной системы является проблемная ориентация по предметной области выбора типа экспертной системы.

В программе выбора ядра автоматизированной информационной системы содержатся:

— база знаний с правилами выбора методов принятия решений с учетом множества альтернативных вариантов;

— база данных, содержащая информацию для расчетов, описание задач и методов принятия решений.

Экспертный модуль АИС выбора средств измерений разработан на платформе оболочки ЕХБУБ ЯЫеЬоок.

Дня практического применения предлагается решение по выбору одного из типов средств измерений - уровнемера. В экспертной системе реализована методология выбора уровнемера и выполняются следующие функции:

— выбор технологии измерения, типа и марки уровнемера по исходным параметрам технологического процесса;

— формирование данных из базы знаний как совокупности фактов и правил логического вывода в данной предметной области;

10

— предоставление пользователям информации о выбранном по совокупности заданных условий и параметров уровнемере.

Формирование базы знаний экспертной системы осуществлялось на основе методологии выбора уровнемеров, согласно которой рассматриваются все имеющиеся технологии и параметры, которые могут повлиять на процесс измерения уровня. При этом реализуются три этапа:

1) выбор метода измерения уровня;

2) выбор типа уровнемера, соответствующий методу измерения;

3) выбор определенной марки уровнемера.

Аналитическая модель процесса принятия решения по выбору уровнемеров представлена следующим кортежем:

М =<М\, М2, М3>,

где М\ - модель выбора технологии измерения уровня; М2 - модель выбора типа уровнемера; Л/3 - модель выбора марки уровнемера.

На рисунке 6 представлена функциональная модель процесса выбора уровнемеров.

Функциональная модель отражает основные этапы выбора уровнемеров и содержит следующие информационные потоки:

/о= {/оь /02}, где /01 - исходные данные о процессе; /0г ~ дополнительные данные о параметрах технологического процесса (например, диэлектрическая проницаемость среды);

и = {Ль ¡и}, где /ц - данные о технологии измерения; 1Х2 - дополнительные сведенья о приборе (например, метрологические характеристики);

/2 = {/21, /22}, где /21 — данные о типе уровнемера; /22 — дополнительные критерия выбора (например, производитель уровнемера);

/з — данные о марке уровнемера (например, код заказа).

Модель выбора технологии измерения уровня Мх = {Г,„ Уу, ии} (/= 1, ..., 7; ]= 1,..., 7; к= 1, ..., 50) содержит параметры:

Рис. 6. Функциональная модель процесса выбора уровнемеров

технологии измерения уровня T\(t\\, t\2, /п, 'и, /15, he, l\i), где ín -ультразвуковая технология; г12 - радарная технология; /п - емкостная технология; /14 — гидростатическая технология; /и — буйковая технология; Í16 — волноводная технология; t\-¡ — радиационная технология;

условия выбора Yy(a\\, al2, а а, а 14, a¡¡, ai6, ап), где ап - температура процесса; ¡ян — давление в емкости; ап — наличие пены/паров/турбулентности; «и — наличие раздела фаз; a¡s — химическая активность; - диэлектрическая проницаемость для непроводящих сред; ап - наличие оборудования в емкости;

правила выбора Uu построены по конструкции: «если ... (условия выполняются), то ... (реализация следствия)», например:

№ Если То

1 (температура процесса ац = «< 80 °С») л (давление в емкости а ¡2 = «< 3 бар») Л (наличие пены/паров/ турбулентности а13 = «нет») А (наличие раздела фаз и]4 = «нет») Л (наличие оборудования в емкости а)7 = «нет») технология измерения уровня /ц = «ультразвуковая технология»

2 (температура процесса ац = «< 80 °С») Л (давление в емкости А]2 = «> 3 бар») Л (наличие пены/паров/ турбулентности а13 = «нет») Л (наличие раздела фаз ан = «нет») Л (наличие оборудования в емкости а17 = «есть») технология измерения уровня г,4 = «гидростатическая технология»

3 (температура процесса ап = «> 80 °С») Л (давление в емкости ап = «< 3 бар») Л (наличие пены/паров/ турбулентности а13 = «есть») Л (наличие раздела фаз Я]4 = «нет») Л (наличие оборудования в емкости а,7 = «нет») Л (активность среды а15 = «непроводящая») л (диэлектрическая постоянная а16 = «> 1.9») технология измерения уровня ¿12 = «радарная технология»

4 (температура процесса ап = «> 80 °С») А (давление в емкости а12 = «< 3 бар») Л (наличие пены/паров/ турбулентности а13 = «нет») Л (наличие раздела фаз Ян = «есть») А (наличие оборудования в емкости а17 = «нет»)А (активность среды а15 = «проводящая») технология измерения уровня /13 = «емкостная технология»

Модель выбора типа уровнемера М2 = {Т2т, У2/, и2,} (т = 1, ..., 32; /= 1,..., 5; 5 = 1,..., 32) содержит параметры:

типы уровнемеров Т2т{12\, ¡22, Ьг, Ьт), где /21 — компактный ультразвуковой уровнемер с диапазоном измерений до 6 м; 122 — емкостной уровнемер со стержневым зондом для малых температур; /2з — радарный уровнемер с рупорной антенной; /2т - другие типы; 12

условия выбора К21(а2ь а22, <*гъ, ^и), где а21 - диапазон измерений; а22 — исполнение датчика (компактное/раздельное); а23 — тип емкости; Яц — условия в резервуаре;

правша выбора и2к также построены по типу: если ... (условия выполняются), то ... (реализацияследствия), например:

№ Если То

1 (исполнение датчика а21 = «компактное») Л (диапазон измерений аи — «До 6 м») тип уровнемера /21 = «компактный ультразвуковой уровнемер с диапазоном измерений до 6 м»

2 (диапазон измерений а22 = «до 6 м») А (температура среды а23 = «до 200 °С») тип уровнемера = «емкостной уровнемер со стержневым зондом для малых температур»

3 (диапазон измерений а22 = «до 6 м») л (температура среды а24 = «до 150 °С») л (вязкость а25 = «низкая») л (наличие пены а26 = «есть») тип уровнемера ?218 = «волновод-ный уровнемер с коаксиальным зондом для низких температур»

4 тип емкости а24 = «направляющая труба» тип уровнемера /215 = «радарный уровнемер с пленарной антенной»

5 (диапазон измерений а22 = «до 6 м») Л (температура среды а2з = «до 150 °С») л (вязкость а25 = «низкая») л (наличие пены а26 = «нет») тип уровнемера ¿219 = «волновод-ный уровнемер с жестким двух-стержневым зондом для низких температур»

Модель выбора марки уровнемера М3 — {Т3т Y3z} (w = 1, ..., 120; z = 1,..., 3) содержит параметры:

марки уровнемеров Т3и. (/зь /32, /Зэ, t3w), где ?31 — LR 250; t32 — Rose-mount 5400; t33 — FMR 231; /3w - другие марки;

условия выбора К(йзь аЪ2, а33, а3г); а3\ — компания-производитель; а32 - цена; а33 - отзывы об успешном применении; alz - другие условия.

На третьем этапе выбирается определенная марка уровнемера, исходя из следующих условий: компания-производитель, сроки поставки оборудования, стоимость прибора и т.д.

Для реализации выбора уровнемеров рассмотрены семь технологий измерения уровня, составлены 50 правил по выбору технологий измерения уровня, 32 правила по выбору типа уровнемера, рассмотрены более 120 марок уровнемеров.

Сравнительный анализ затрат времени по выбору уровнемеров по традиционной технологии и с использованием разработанной АИС показал снижение сокращение временных ресурсов, отраженной в табл. 1.

1. Временные затраты по выбору уровнемеров

Выбор уровнемеров

Технология выбора с использованием АИС по выбору уровнемеров

Задача: выбор марки уровнемера согласно техническому заданию

Шаг 1. Заполнение опросного листа. Шаг 2. Передача опросного листа инженеру.

Шаг 3. Составление технико-коммерческого предложения. Шаг 4. Уточнение характеристик (диапазон измерений, цена, отзыв и т.д.). Затраты времени: не менее 1-2 дней

Шаг 1. Выбор уровнемера с использованием экспертной системы. Шаг 2. Уточнение выбора марки уровнемера (цена, отзыв и т.д.) с использованием информации в модулях АИС «Техническая документация» и «Справочные материалы». Затраты времени: 3-10 минут

Задача: замена марки уровнемера на аналог

Шаг 1. Выяснение исходного кода прибора по каталогу или повторное заполнение опросного листа Шаг 2. Передача кода прибора или заполненного опросного листа инженеру Шаг 3. Составление технико-коммерческого предложения Шаг 4. Уточнение характеристик Затраты времени: не менее 1-2 дней

Шаг 1. Поиск марки уровнемера в базе данных АИС

Шаг 2. Поиск аналога марки согласно

типу уровнемера

Затраты времени: 3—5 минут

Прототип экспертной системы выбора уровнемеров разработан с использованием платформы ЕХБУБ Яи1еЬоок, которая позволяет наполнить базу знаний определенной структуры конкретными знаниями проблемной области.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана автоматизированная информационная система выбора средств измерений с экспертным модулем, включенным в контур обработки информации и принятия решений, отражающая особенности предметной области: методы измерений, параметры среды, метрологические характеристики средств измерений и связи между ними, и предназначенная для сокращения время выбора.

2. Разработана структурная модель требований для проектирования автоматизированной информационной системы выбора средств измерений в виде логической конструкции на основе прецедентов, отражающих набор функциональных возможностей системы и отличающихся использованием функций (выбор метода измерений, типа и марки).

3. Разработаны процедурные иМЬ модели автоматизированной информационной системы выбора средств измерений, отличающиеся учетом 14

условий функциональных требований к системе, за счет свойств расширения и адаптации.

4. Разработана аналитическая модель выбора СИ в виде совокупности частных моделей, отличающиеся набором продукционных правил, содержащих условия выбора уровнемеров (параметры технологического процесса, метрологические и эксплуатационные характеристики) в условиях изменяющихся функциональных требований к системе.

5. Теоретические и практические результаты работы используются в учебном процессе подготовки студентов по специальности 210200 «Автоматизация технологических процессов и производств» в Московском государственном машиностроительном университете (МАМИ), что подтверждено актом о внедрении результатов.

6. Разработанная АИС выбора средств измерений используется в производственном процессе предприятия ООО «СВР-СИСТЕМС» для выбора уровнемеров и позволила сократить временные затраты на выбор марки прибора по сравнению с традиционными неавтоматизированными методами с 1-2 дней до 3 - 5 минут, что подтверждено актом о внедрении.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК при Минобрнауки России'.

1. Черткова, Е. А. Процессное проектирование экспертных систем с обучающими функциями / Е. А. Черткова, П. С. Малышев // Дистанционное и виртуальное обучение. -2012. — № 10. - С. 17-23.

2. Черткова, Е. А. Экспертно-статистический метод выбора ядра информационной системы / Е. А. Черткова, П. С. Малышев // Вестник Саратовского государственного технического университета. — 2012. — № 1.-С. 361-366.

3. Черткова, Е. А. Автоматизация моделирования требований для проектирования информационных систем / Е. А. Черткова, П. С. Малышев // Качество. Инновации. Образование. - 2013. - № 11. - С. 60 - 63.

4. Черткова, Е. А. Анализ факторов качества автоматизированных информационных систем / Е. А. Черткова, П. С. Малышев // Качество. Инновации. Образование. -2013. — № 9. — С. 44 -47.

5. Черткова, Е. А. Автоматизированная система выбора контрольно-измерительных приборов / Е. А. Черткова, П. С. Малышев // Качество. Инновации. Образование. - 2014. - № 2. - С. 64 — 68.

Статьи в других изданиях:

6. Малышев, П. С. Технологическая модель разработки автоматизированных информационных систем / П. С. Малышев // Аспирант и соискатель.-2013.-№ 1.-С. 69-71.

7. Малышев, П. С. Процедура выбора экспертной системы по методу анализа иерархий / П. С. Малышев // Сборник трудов конференции студентов и аспирантов / МГУИЭ - Москва. — 2012. - С. 20 — 25

8. Черткова, Е. А. Экспертно-статистический метод выбора программного ядра автоматизированной информационной системы / Е. А. Черткова, П. С. Малышев // Телематика'2012 : сб. тр. XIX Всерос. науч.-метод. конф. / Санкт-Петерб. гос. ун-т информ. технологий, механики и оптики. - Санкт-Петербург. — 2012. - Т. 1. — С. 67-68.

9. Черткова, Е. А. Применение метода анализа иерархий для сравнения и выбора типа экспертной системы / Е. А. Черткова, П. С. Малышев // Математические методы в технике и технологиях : сб. тр. XXV Между-нар. науч. конф. / Волгогр. гос. техн. ун-т. - Волгоград. — 2012. — Т. 4. — С. 65 - 67.

10. Черткова, Е. А. Визуальное моделирование автоматизированной информационной системы / Е. А. Черткова, П. С. Малышев // Математические методы в технике и технологиях: сб. тр. XXVI Междунар. науч. конф. / Нижегородский гос. техн. ун-т. - Нижний Новгород. - 2013. -С. 15-20

П.Черткова, Е. А. Автоматизация моделирования требований для проектирования информационных систем / Е. А. Черткова, П. С. Малышев // Телематика'2013 : сб. тр. XX Всерос. научю-метод. конф. / Санкт-Петерб. гос. ун-т информ. технологий, механики и оптики. — Санкт-Петербург. - 2013. - Т. 1. - С. 62 - 67.

12. Черткова, Е. А. Процессное проектирование экспертной системы для образовательной сферы / Е. А. Черткова, П. С. Малышев // Телемати-ка'2014 : сб. тр. XXI Всерос. науч.-метод. конф. / Санкт-Петерб. гос. ун-т информ. технологий, механики и оптики. — Санкт-Петербург. - 2014. -Т. 1,-С. 38-39.

13. Система экспертного оценивания выбора программного ядра автоматизированной информационной системы : свидетельство на программный продукт / Е. А. Черткова, П. С. Малышев, В. С. Карпов ; Учреждение Российской академии образования «Институт научной информации и мониторинга». Объединенный фонд электронных ресурсов «Наука и образование». — № гос. регистрации 19209. - 2013.

14. Автоматизированная система выбора контрольно-измерительных приборов : свидетельство на программный продукт / Е.А.Черткова, П. С. Малышев, В. С. Карпов ; Учреждение Российской академии образования «Институт научной информации и мониторинга». Объединенный фонд электронных ресурсов «Наука и образование». — № гос. регистрации 19352.-2013.

Подписано в печать 22.04.2015. Формат 60 х 84/16. 0,93 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 209

Издательско-полиграфический центр ФГБОУ ВПО «ТГТУ» 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14 Тел./факс (4752) 63-81-08, 63-81-33. E-mail: izdatelstvo@admin.tstu.ru