автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Автоматизация параметрического синтеза технических объектов на основе применения порождающих систем системологии инженерных знаний

На правах рукописи

Казаков Павел Валерьевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПОРОЖДАЮЩИХ СИСТЕМ СИСТЕМОЛОГИИ ИНЖЕНЕРНЫХ ЗНАНИЙ

Специальность

05.13.18 — Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Брянск 2004

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Брянский государственный технический университет".

Научный руководитель заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Аверченков В. И.

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор СерпикИ.Н.у

кандидат технических наук, доцент ПодвесовскийА. Г.

Ведущее предприятие

ОАО "Ирмаш" (г. Брянск )

Защита состоится 12 октября 2004 года в 16 часов на заседании диссертационного совета К212.021.01 при Брянском государственном техническом университете по адресу: 241035, г. Брянск, бульвар 50 - летия Октября, 7; ауд. 220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянского государственного технического университета.

Автореферат разослан 10 сентября 2004 года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

2005-4 12839

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Современные задачи, возникающие перед наукой и производством, связаны с необходимостью проектирования все более сложных технических объектов (ТО) в условиях постоянного обновления и совершенствования выпускаемой продукции.

Удовлетворить противоречивые требования повышения сложности объектов, сокращения сроков и повышения качества проектирования невозможно без использования вычислительной техники для решения проектных задач. В тоже время повышение качественного уровня создаваемых ТО должно производиться на всех этапах жизненного цикла изделия. При этом особое значения приобретают так называемые начальные этапы проектирования, часто имеющие научно — исследовательский характер и оказывающие большое влияние на остальные стадии жизненного цикла ТО.

Одной из проектных процедур, входящих в начальные стадии проектирования, является параметрический синтез (ПС), цель которого заключается в определении наилучших значений параметров для выбранной структуры ТО с учетом требований технического задания на проектируемый обьект. Характерной особенностью данной проектной процедуры является ее влияние на повышение конкурентоспособности изделия независимо от степени его принципиальной новизны, что на ранних стадиях может быть достигнуто за счет синтеза и анализа наилучших значений параметров (технике - экономических, эргономических, экологических и т.п.) технических объектов.

Существующие методы, применяемые при параметрическом синтезе ТО, тесно связаны с вопросами оптимальною проектирования. В этом контексте процесс ПС заключается в исследовании математической модели задачи оптимального проектирования с помощью применения соответствующих способов оптимизации к параметрам ТО в зависимости от отношений между ними (линейных, нелинейных). При этом автоматизация данного процесса заключается в использовании численных методов, особенностью которых является зависимость от математической модели ТО: начальных условий, вида целевых функций и ограничений, что существенно сужает круг решаемых ПС задач. В тоже время вопрос, связанный с исследованием влияния параметров ТО (исходные, промежуточные данные проектирования) на результирующие эксплуатационные и конструктивно — технические характеристики в рамках начальных стадий проектирования, остается недостаточно исследованным в связи с ограниченностью традиционно применяемых методов оптимизации.

Данная задача может быть решена за счет привлечения в ПС методов имитационного моделирования с целью генерации (порождения, синтеза) альтернативных технических решений, отличающихся значениями параметров, для последующего анализа и определения их оптимальных сочетаний. С другой стороны, необходимость учета при ПС особенностей начальных стадий проектирования - неточности информации, многовариантности исходных и конечных данных, алгоритмическая обработка которых либо невозможна, либо не может быть получена традиционными средствами, требует привлечения соответствующих методов для автоматизации

данной проектной процедуры.

Решение данной проблемы определяет актуальность тематики диссертационной работы и может быть достигнуто посредством сочетания современных технологий научного направления "искусственный интеллект" с методами оптимального проектирования и компьютерного моделирования на основе системологии инженерных знаний (СИЗ).

Для подтверждения теоретических положений, изложенных в диссертационной работе, они апробировались на примере решения задачи ПС элементов объемного гидропривода, который является основой конструкций современных машин, расширяющих возможности автоматизации производства и качество исполнения которых влияет на обеспечение эффективной работы технологического и промышленного оборудования.

Целью диссертационной работы является автоматизация процесса параметрического синтеза технических объектов для повышения качества проектных решений начальных стадий проектирования на основе его формализации в виде имитационной модели как порождающей системы системологии инженерных знаний.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

- выделить и проанализировать особенности автоматизации, а также возможности интеллектуализации начальных стадий проектирования технических объектов;

- на основе исследования подходов к представлению ТО с позиций системоло-гии инженерных знаний выполнить формализацию задачи ПС ТО как порождающей системы;

- разработать принципы описания порождающей системы СИЗ на базе имитационной модели, сформировать на их основе и исследовать структуру инвариантного к объекту проектирования метода автоматизации ПС ТО, выполнить его компьютеризацию в виде программного модуля;

- разработать базу инженерных знаний применительно к задаче автоматизации проектирования элементов объемного гидропривода с целью параметрического синтеза оптимальных конфигураций изделия.

Методы исследования. В основу исследований при решении поставленных в работе задач были положены теоретические основы автоматизированного проектировании и использовались методы имитационного и функционального моделирования; теория и методы научного направления "искусственный интеллект"; аппарат теории принятия решений, в том числе с использованием нечетких множеств. При разработке программного модуля применялась технология объектно - ориентированного программирования с использованием методики функционально — ориентированного проектирования прикладных программных систем, ориентированных на обработку знаний.

Научная новизнаработы состоит в следующем:

- выполнены постановка, формализация и типизация задачи параметрического синтеза как порождающей системы системологии инженерных знаний, позволяющей рассматривать процесс параметрического синтеза как имитационную модель;

- предложены методика формирования имитационной модели параметрического синтеза на основе методов компьютеризации инженерных знаний, а также модели их представления;

- разработан метод автоматизации параметрического синтеза ТО, базирующийся на использовании методологии функционального моделирования 8АЭТ, представления, обработки знаний и имитационного моделирования, которое позволяет повысить эффективность и уровень интеллектуализации данной проектной процедуры;

- разработано специализированное программное обеспечение для автоматизации параметрического синтеза ТО, основанное на применении методики функционально - ориентированного проектирования прикладных программных систем, ориентированных на обработку знаний.

На защиту выносятся следующие положения:

- подход к представлению задачи параметрического синтеза технического объекта как порождающей системы системологии инженерных знаний и формализации ее решения в виде имитационной модели;

- методика параметрического синтеза на основе разработки базы инженерных знаний параметрического синтеза технического объекта семантически — фреймового типа с продукционным выводом и автоматической генерацией на ее основе имитационной модели;

- инвариантные к объекту проектирования метод и программный модуль автоматизации параметрического синтеза технического объекта на основе порождающих систем системологии инженерных знаний, позволяющие повысить эффективность и уровень интеллектуализации данной проектной процедуры;

- база инженерных знаний параметрического синтеза элементов объемного гидропривода и результаты ее использования при автоматизации решения данного класса задач.

Практическую ценность работы составляют:

- созданное инвариантное к объекту проектирования программное обеспечение автоматизации параметрического синтеза ТО посредством построения базы инженерных знаний и генерации его имитационной модели, применение которого позволяет повысить качество проектных решений;

- разработанная база инженерных знаний применительно к задаче автоматизации проектирования элементов объемного гидропривода, на основе которой сгенерирована имитационная модель ПС, позволяющая средствами компьютерного эксперимента определить влияние исходных данных на конструктивные и эксплуатационные характеристики ТО, оценивать и прогнозировать динамические свойства гидросистемы уже на начальных стадиях проектирования.

Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований в виде расчетных методик, рекомендаций и программных комплексов переданы для практического использования при проектировании оборудования систем гидроприводов в конструкторско - технологический отдел и инженерно - технический центр ОАО "Ирмаш" (г. Брянск), использовались в научной отраслевой программе "Развитие информационных ресурсов и технологий. Индустрия образования" (2004 г.), а

также нашли применение в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по дисциплине "Системы искусственного интеллекта" специальности "Системы автоматизации проектирования".

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы обсуждались и докладывались на семи международных и региональных научно - технических конференциях, в том числе на Международной научно - технической конференции "Информационные технологии в образовании, технике и медицине" (Волгоград, 2000 г.), Международной научно - технической конференции "Математическое моделирование и информационные технологии" (Белгород,

2001 г.), V Международном симпозиуме "Интеллектуальные системы" (Калуга,

2002 г.), IX Национальной конференции по искусственному интеллекту (Тверь, 2004 г.). Материалы диссертации докладывались на технических советах предприятий ОАО "Ирмаш" (г. Брянск), ОАО "Агрегатный завод" (г. Людиново) и научном семинаре НПО "Информ - система" (г. Москва).

По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав с выводами, заключения, списка литературы. Работа изложена на 161 странице машинописного текста формата А4 и включает 40 рисунков, 7 таблиц, список литературы из 104 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, формулируется цель диссертационной работы, указываются применяемые методы исследований, научная новизна и практическая ценность работы, приводится краткий обзор структуры работы, формулируются основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе анализируются направления автоматизации начальных стадий процесса проектирования технических объектов, получившие развитие в работах В.И. Аверченкова, А.В. Андрейчикова, Д.И. Батищева, A.M. Дворянкина, Г.Б. Евге-нева, В.А Камаева, В.М. Курейчика, В.В. Мирошникова, И.П. Норенкова, В.В. Попова, Э.В. Попова, А.И. Половинкина и др. ученых.

Рассматривается одна из важных проектных процедур данных стадий проектирования - параметрический синтез, делается заключение о его важной роли в повышении эффективности процесса проектирования в целом. Анализируется традиционная постановка задачи ПС, отмечаются методы автоматизации данной проектной процедуры, представляющие собой численные методы поисковой оптимизации.

Делается вывод, что решение задачи ПС в подобной постановке может быть осуществлено только при наличии четко формализованной и структурированной системы соотношений между параметрами ТО, и поэтому необходимость учета особенностей начальных стадий проектирования требует привлечения методов научного направления "искусственный интеллект" для автоматизации ПС. В связи с этим отмечается тенденция перехода от автоматизированного к автоматическому проектированию за счет развития и внедрения методов концепции интеллектуальных САПР.

Анализ особенностей начальных стадий процесса проектирования позволил определить направления их автоматизации, ключевыми из которых для задачи ПС

являются следующие: автоматизация разработки моделей ТО; генерация и сравнение вариантов базовых элементов ТО, образующих типовые параметрические (типораз-мерные) ряды; автоматизация выполнения расчетно — логических процедур при произвольном составе исходных данных и требуемых результатов; применение методов научного направления "искусственный интеллект"; применение методов принятия решений для определения и обоснования наилучшего проектного решения.

Принимая во внимание тот факт, что каждое из отмеченных направлений имеет свои сильные и слабые стороны, делается вывод о целесообразности их сочетания в виде целостного подхода к автоматизации ПС ТО, в качестве которого предлагается использовать системологию инженерных знаний (СИЗ).

Во второй главе рассматриваются вопросы, связанные с представлением технического объекта на начальных этапах проектирования с позиций системологии инженерных знаний и выбором модели для формализации задачи параметрического синтеза как порождающей системы.

В качестве теоретической основы представления начальных этапов проектирования ТО была выбрана системология инженерных знаний. Данный выбор объясняется, прежде всего, заложенными в СИЗ формами представления знаний о процессе проектирования ТО, которые структурируются в виде эпистемологических уровней: исходные системы —* системы данных —» порождающие системы —* структурированные системы —* метасистемы. При этом на более высоком уровне используются все знания нижерасположенных систем, а также знания, недоступные нижним уровням.

В результате исследований уровней СИЗ относительно знаний о проектируемом ТО было установлено и проанализировано взаимное соответствие между проектными процедурами начальных этапов проектирования и иерархией СИЗ, на основе которого обосновывается возможность представления параметрического синтеза как порождающей системы, включающей в себя исходную систему и систему данных.

Исходные системы систематизируют информацию о предпроектных исследованиях, которые определяют характеристики, свойства ТО, а также назначают им переменные, параметры проектирования и оформляются в виде словаря, в общем случае, представляющем собой таблицу. Задается разделение переменных на входные и выходные, но без учета отношений между ними. При таком разделении состояния входных переменных рассматриваются как условия, влияющие на выходные. В этом случае системы, в которых переменные разделены на входные и выходные, являются направленными, при отсутствии подобного разделения - нейтральными.

Системы данных в СИЗ формируются на основе исходных систем и используются для определения форм управления данными необходимыми в процессе проектирования. Системы данных могут быть как нейтральными - справочники, содержащие информацию, обладающую невысокой степенью изменчивости, так и направленными - операционные и транзакционные данные, получаемые в ходе процесса проектирования. В качестве внутренней структуры представления систем данных используется реляционная, что связано с преобладанием в современных САПР подобной формы хранения информация.

Уровень порождающих систем содержит знания об инвариантных параметрам характеристиках отношений переменных проектирования, посредством которых происходит генерация данных. Эти переменные связаны определенными соотношениями с переменными проектирования исходной системы. Варьирование подобными переменными ведет к изменению выходных параметров системы, что представляет собой процесс генерации данных при заданных граничных условиях и, в свою очередь, является основой параметрического синтеза. Порождающая система СИЗ является направленной и математически может быть представлена в следующем виде: Р=<Х,У,^\ р,(х,)>, (1)

где Х = {х,\Ыи(0 = 0} - множество входных переменных; У = 0>,|/еЫт,"(0 = 1} множество выходных переменных; Як - функция (к = 1,2.../>) с аргументами из X) и значениями из - свойство на множестве , задающее область определе-

ния функции Як; и(/) -»{0,1} - определитель входа / выхода.

Решается задача выбора модели для описания порождающей системы, которая, с одной стороны, могла бы использовать информацию о проектируемом ТО нижерасположенных уровней СИЗ, с другой - имела бы возможность порождения альтернатив технических решений с различными значениями параметров. Следуя указанным требованиям, в качестве такой модели предлагается использовать концепцию имитационной модели (ИМ). Для обоснования использования данного типа моделей рассматриваются их особенности и свойства, основными среди которых являются: возможность экспериментального исследования факторного пространства с целью определения наилучших технических решений и оценки их свойств, применение имитационной модели для различных типов зависимостей и способов задания параметров.

Используя ИМ, процесс параметрического синтеза имитируется с помощью арифметических и логических операций порождающих систем в последовательности, соответствующей моделируемому процессу. Формализация имитационной модели на базе порождающей системы может быть представлена в следующем виде:

Мш =< {Ух^у^ЩУх^г}| / е Nn,jе Ыт >, (2)

где - набор переменных, описывающих ,

соответственно внутренние и внешние свойства моделируемого объекта; Я - функция с аргументами из и значениями из - ограничения, задающие

область определения функции К; 8г - решатель, реализующий процедуру решения имитационной модели.

Разработка математической модели задачи параметрического синтеза (ЗПС) проводилась с учетом перехода от общих (формулировка потребности в ТО) к более конкретным уровням описания процесса проектирования ТО.

Следуя данному принципу, задача параметрического синтеза может быть представлена следующим образом:

ЗПС =< РТО,М,Н> = «{Щ,А11I е ЛГЯ},{В, | ] е Ит) >,МШ1,и>, (3)

где Рро - некоторый объект задачи в актуальном (текущем, исходном) состоянии; М- модель желаемого состояния этого объекта; Н— условия, ограничения,

которые должны быть выполнены в процессе перевода объекта задачи из его актуального состояния в требуемое; а1 - элементы ТО; - множество свойств этих элементов; Ву - множество проявлений свойств этих элементов; М^ - действие (имитационное моделирование), переводящее объект задачи Рт0 в М; U — критерий эффективности, совершенства ТО; F(U) — оценочная функция результатов проектирования.

В подобной постановке задача параметрического синтеза полностью соответствует принципам порождающих систем СИЗ, а результаты ее решения, основанные на имитационном моделировании, позволяют повысить эффективность этой проектной процедуры благодаря возможности определять и оценивать как количественно, так и качественно не только конструктивные характеристики ТО, но и его эксплуатационное свойства, что особенно важно на начальных стадиях проектирования.

Третья глава посвящена разработке метода автоматизации параметрического синтеза ТО на основе порождающих систем системологии инженерных знаний. Исследуются вопросы, связанные с преобразованием порождающей системы в базу инженерных знаний, а также генерацией на ее основе имитационной модели параметрического синтеза.

Рис.1. Структура метода автоматизации ПС ТО

Целью разработки метода является конкретизация принципов описания порождающих систем, автоматизация создания имитационной модели параметрического синтеза, а также интеллектуализация данной проектной процедуры за счет привлечения методов инженерии знаний. Для этого была разработана структура метода, имеющая модульный принцип, что необходимо для дальнейшей его компьютеризации в виде программного модуля. Метод состоит из трех взаимосвязанных подсистем: "Подсистемы функционального моделирования SADT", "Подсистемы формирования базы инженерных знаний", "Подсистемы моделирования и принятия решений" (рис.1).

Подсистема функционального моделирования. Основной задачей данной подсистемы является построение функциональной модели параметрического синтеза. Выбор данной модели объясняется тем, что основу расчетно - логических зависимостей между параметрами составляют именно функциональные. Для создания функциональной модели применялась методология SADT (Structured Analysis and Design Technique), в основе которой лежат правила и процедуры, позволяющие выполнять системное проектирование ТО, т.е. определять подсистемы, компоненты и способы их взаимодействия до создания самого ТО независимо от прикладной области. Подсистема реализует следующие действия: определяется объект проектирования и состав исходной технической информации; ставятся цели проектирования и формулируются основные критерии эффективности. Проектные действия, а именно процесс преобразования информации в ходе ПС, оформляются в виде взаимосвязанных функциональных блоков (рис.2) — SADT модели, а атрибутивная информация -в виде словаря.

Принципы описания подобных функциональных блоков позволяют эффективно представлять элементарные порождающие системы, реализующие операции ПС. На рис.2 приведено графическое представление элементарной порождающей системы с позиций SADT. Внутри блока записываются его наименование (Р), действие (D), выполняемое блоком, а также предмет (G), на который направлено действие, и дополнительная уточняющая информация (Н).

Согласно формализованному представлению (1) порождающей системы семантика функционального блока в контексте СИЗ может быть интерпретирована следующим образом. Входы (I) представляют собой множество входных переменных - объекты, информацию, которые необходимы для выполнения функции и в результаге ее выполнения преобразуются в выходы.

Выходы (О) представляют множество выходных переменных представляющих результат порождающей системы.

Управление (С), определяемое описывает условие, которое оказывает

влияние на выполнение функции, но само при этом не подвергается переработке. К нижней части блока присоединяется стрелка механизма (М) - реализация элемен-

Механизм М

Рис.2. Функциональный блок

тарной порождающей системы R^ , обозначающая информационное средство, обеспечивающее выполнение функции блока.

Методы, заложенные в SADT, позволяют объединить функциональные блоки, реализующие подфункции, в единую порождающую систему на основе преобразования информации между входами и выходами. Тем самым формируется функциональная модель параметрического синтеза ТО, которая далее используется в качестве основы для создания базы инженерных знаний ПС.

Подсистема формирования базы инженерных знаний. Необходимость преобразования функциональной модели в базу инженерных знаний вызвана слабой формализованностью методологии SADT для автоматического выполнения проектных процедур, описываемых на основе функциональных моделей.

Для преодоления этих ограничений применялись методы научного направления "искусственный интеллект" - инженерии знаний, с позиций которых функциональный блок интерпретировался с использованием правил - продукций. При этом формализация порождающей системы как продукционной может быть представлена в виде: PS=<F, Р, Sr >, (4)

где F — рабочая память системы, содержащая текущие данные; Р - база знаний, содержащая множество продукций; Sr - решатель, реализующий процедуры вывода.

В свою очередь внутренняя структура функционального блока представляется в виде фрейма - формы оптимальной для обработки в компьютерной системе. Математически он может быть представлен в виде следующей структуры:

<NF,{Ci,Ti,{Zu},Pn,}>, (5)

где Nf —имя фрейма; С( —имя! - го слота; Г/- тип значения / — гослота; Z,j-j-e значение i - го слота; Рп/ - имя присоединенной процедуры; И/ - число значений / -го слота; т - число слотов в фрейме, i = \...m,j = l...и,-.

Такой фрейм содержит все. элементы функционального блока, представленного на рис.2. Наименования параметров выбираются из словаря исходной системы, так же как и их имена - идентификаторы, необходимые для написания расчетно -логических зависимостей.

В системологии инженерных знаний подобное представление внутренней структуры функционального блока рассматривается как модуль инженерных знаний (МИЗ). Основная задача МИЗ как элементарной порождающей системы - генерация новых данных на основе исходной информации. На рис.3 приведен пример разработанного МИЗ "Расчет диаметра поршня гидроцилиндра" для задачи ПС элементов объемного гидропривода.

Процесс преобразования информации в МИЗ заключается в обработке присоединенных процедур (элемент "механизм" функционального блока на рис.2), среди которых могут быть следующие: присваивание значений выходным переменным, расчет по набору формул, обработка табличной информации, а также выполнение алгоритмических процедур. Также в МИЗ (рис.3) одновременно с присваиванием значений переменным происходит проверка на соответствие заданным ограничениям, которые могут задаваться в виде перечисления допустимых наборов значений или как диапазон области определения переменной. С точки зрения порождающей системы МИЗ имеет четыре управляющие и одну выходную переменные. Механиз-

мы МИЗ срабатывают, когда становятся известными значения входных и управляющих переменных, и если они удовлетворяют заданным ограничениям.

Модуль: М1 Наименование: Расчет диаметра поршня гидроцилиндра. Разработчик: Казаков П.В. Источник информации: Свешников В В. Станочные гидроприводы.

Наименование Имя Ограничение

Усилие на штоке, Н Номинальное давление, МПа Гидравлический КПД гидросистемы Механический КПД гидроцилиндра Б Рп КРБЕ КРБСга [0.85,0.90] ГО.93,0.97]

Диаметр поршня, мм Бр Бр^дП (4*17(3.1457*Рп* КРБЕ * КРБСШ));

Рис.3. МИЗ задачи ПС элементов объемного гидропривода

Параметрический синтез представляет собой сложный вычислительный процесс, поэтому МИЗ, реализующие элементарные порождающие системы, объединяются в единую порождаемую систему, называемую методом инженерных знаний (МЗ). С позиций инженерии знаний МЗ представляет собой семантически - фреймовую сеть взаимосвязанных МИЗ. Поименованными узлами сети являются сами модули, а ориентированными ребрами — входные и выходные переменные. Логический вывод на построенной семантически — фреймовой сети предлагается производить посредством продукционных правил, формально описанных в соответствующих слотах фреймов. Семантическая сеть МИЗ представляет собой ациклический ориентированный граф: = < Р^,Р$,Ь3 >, (6)

где /у - множество вершин, помеченных именами фреймов; Р5 - множество вершин, помеченных именами слотов; Ь5 - множество дуг, соединяющих вершины /у с вершинами

Множество МЗ образуют базу инженерных знаний (БИЗ) параметрического синтеза ТО, которая может быть представлена как совокупность методик расчета, привил принятия решений и нормативно — справочной информации проектирования с формой представления знаний в виде семантически - фреймовой сети. В соответствии с принципами своей организации эта сеть может рассматриваться как внутреннее представление имитационной модели, внешнее представление которой, соответствующее МЗ, показано на рис.4. Последний в свою очередь может рассматриваться как конечный автомат, где состояниям соответствует функционирование входящих в него МИЗ.

Семантически — фреймовая сеть и, следовательно, имитационная модель создаются автоматически. Для этого применялись методы планирования вычислений на основе сетей Петри, позволяющие эффективно решать проблемы управления в задачах имитационного моделирования: планирование запуска МИЗ по мере подготовки для них входных данных (прямая задача); определение по набору целевых переменных множества релевантных модулей, необходимых для их вычисления, а также -набора исходных данных (обратная задача). Приводится формализация сети Петри с учетом особенностей решаемых с помощью нее задач.

Подсистема имитационного моделирования и принятия решений выполняет следующие функции: генерацию альтернатив для вариантного проектирования и оценку влияния параметров ТО на его эксплуатационные характеристики с целью выбора наилучшего варианта технического решения.

Рис.4. Представление МЗ в виде имитационной модели на примере задачи выбора гидроцилиндра

Для получения альтернативных результатов ПС должен быть выполнен компьютерный эксперимент, задача постановки которого может быть охарактеризована на основе (2) следующим кортежем:

< {И^К^Л/^ЩК,)} I /€ К„,]еМт >, (7)

где Р$(УА) - оценочная функция результатов эксперимента Уу1

В качестве оценочной функции для анализа альтернатив может быть использован язык функций выбора.

дад =< {УА,.Пи)} | УА, е УА,1 е М„ >, (8)

где У А! - параметр из множества УЛ альтернативных параметров; F(U) - отношение, условие выбора, который может осуществляться на основе количественных и качественных соотношений.

Отмечаются методы планирования эксперимента, среди которых для задачи ПС предлагается использовать метод комбинационных квадратов, позволяющий при минимальном числе опытов наиболее равномерно охватить все возможные сочета-

ния исследуемых параметров, допуская при этом как дискретное, так и интервальное задание значений параметров с произвольными зависимостями между ними. Результат такого эксперимента может быть использован для исследования взаимного влияния параметров в этом случае применяется аппроксимация точек эксперимента с помощью методов графического анализа данных или для исследования сгенерированных альтернатив с целью выбора наилучших вариантов.

При анализе процедуры выбора наилучших решений рассматривались возможности использования различных подходов, что связано с инвариантностью метода ПС к объекту проектирования.

Для дальнейшего развития разработанного метода анализировалось его использование также и в мультиагентных системах автоматизации проектирования.

В четвертой главе рассматриваются вопросы разработки программного модуля (ПМ) для компьютеризации предложенного метода автоматизации параметрического синтеза ТО. Задачей ПМ является реализация подсистем данного метода автоматизации ПС с учетом всех выдвигаемых ими требований к представлению и обработке информации.

В основу проектирования ПМ была положена технология объектно - ориентированного программирования, что обусловлено ее возможностями отображения абстракций предметной области в объекты ПМ, использования современных средств разработки приложений, а также дальнейшего развития и совершенствования ПМ. В качестве средства разработки была выбрана среда Borland Delphi, позволяющая эффективно создавать приложения под операционную систему Windows на основе объектно - ориентированного языка программирования Object Pascal.

В соответствии с требованиями объектно - ориентированного программирования внутренняя организации ПМ представляет собой совокупность объектов, каждый из которых принадлежит определенному классу, образующему вместе с другими классами иерархию. Рассматриваются принципы взаимодействия объектов ПМ, центральным из которых является объект "база инженерных знаний", обеспечивающий хранение и управление знаниями об объекте проектирования, владеющий всеми остальными объектами и инициирующий все операции над ними.

Исследована динамика поведения ПМ на основе анализа событий, возникающих при его функционировании и влияющих на формы преобразования информации между экземплярами опорных классов ПМ, к которым относятся:

- модуль инженерных знаний - описывает элементарную порождающую систему;

- метод инженерных знаний - представляет совокупность модулей инженерных знаний, организованных в виде списковой структуры и хранящих информацию алгоритмического характера для реализации операций по преобразованию данных, например, логического вывода на базе инженерных знаний;

- семантически - фреймовая сеть - реализует внутреннюю структуру для хранения имитационной модели, а также - процедуры для ее генерации и управления на основе свойств экземпляров класса "метод инженерных знаний";

- интегрированная база данных—является хранилищем информации, структурированной в виде таблиц, носящих как справочный характер - данные ГОСТ, необходимые для проектирования, так и специализированный - представление словаря базы инженерных знаний, исходные данные для имитационного эксперимента;

- информационная среда — представляет набор классов, реализующих интерфейс пользователя ПМ.

Учитывая специфику ПМ, а именно ориентацию на обработку знаний, для повышения эффективности функционирования ПМ в основу его создания также были положены принципы функционально - ориентированного проектирования прикладных программных систем, ориентированных на обработку знаний, важнейшими из которых являются следующие:

- организация системы знаний решаемой задачи посредством ее разделения на независимые уровни: прикладная область, система управления базами знаний и программный интерфейс;

- управление процессом решения задачи;

- обеспечение целостности системы знаний.

Применение данного подхода в сочетании с объектно - ориентированным программированием позволили реализовать в ПМ следующие функциональные характеристики:

- возможность анализа инвариантной к объекту проектирования задачи ПС при заданных начальных условиях и параметрах с учетом имеющегося опыта и знаний решения подобных задач;

- формирование базы инженерных знаний ПС с возможностью многократного использования входящих в нее объектов при решении других задач в зависимости от целей проектирования;

- поддержка широкого набора форм представления нормативно - справочной информации на основе использования реляционной системы управления базами данных Borland Database Engine;

- возможность генерации имитационной модели ПС и проведения на ее основе имитационного эксперимента для определения оптимальных сочетаний параметров ТО;

- реализация ряда методов выбора решений в том числе и с применением нечетких оценок на основе результатов имитационного эксперимента.

Отмеченные характеристики ПМ позволяют его рассматривать с одной стороны как средство автоматизации исследуемой проектной процедуры, с другой - как хранилище знаний, в максимально возможной степени приближенных к форме представления информации, традиционно используемой в инженерных книгах, справочниках, методиках и т.п.

В пятой главе рассмотрены результаты практического применения разработанных подхода и программного модуля к повышению качества проектных решений при автоматизации параметрического синтеза элементов объемного гидропривода.

Приведен анализ сведений об объемных гидроприводах, методах их расчета и проектирования, на основе которого в качестве основного объекта проектирования выбран главный элемент исполнительной части гидропривода - гидроцилиндр (рис.5). В тоже время рассмотренная на примере гидроцилиндра процедура ПС данного ТО может быть также эффективно использована для определения конструктивных характеристик и других элементов объемного гидропривода.

Была выполнена постановка задачи ПС гидроцилиндра, которая заключалась в решении на основе данных технического задания на проектирование трех подзадач:

выбора готового изделия, его проектирования и исследования динамических характеристик гидроцилиндра. В качестве исходных данных принимались параметры, используемые при проектировании различных в зависимости от области применения гидросистем.

Процесс решения задачи ПС проходил поэтапно. Вначале в соответствии с изложенными принципами формировалась БИЗ, на основе которой генерировалась имитационная модель. Затем выполнялся параметрический синтез.

Рис.5. Расчетная схема для оценки динамических характеристик исполнительной части объемного гидропривода: 1 - силовой гидроцилиндр, 2 - гидрораспределитель, 3 - приведенная масса нагрузки

Задача выбора решается в том случае, когда имеется возможность определения типоразмера гидроцилиндра из соответствующего каталога изделий, серийно выпускаемых промышленностью. В процессе решения данной задачи вначале определялись параметры, по которым будет осуществляться выбор, а затем производилась оценка соответствия технических характеристик подходящих вариантов гидроцилиндров исходным требованиям к проектируемому изделию. Результаты работы ПМ при решении данной задачи приведены на рис.6.

Рис.6. Выбор типоразмера гидроцилиндра Качество проектных решений (поле "Оценка") определялось на основе Евклидовой метрики как степень близости полученных результатов и требований, указанных в задании на проектирование. В качестве оценочного показателя использовалась нечеткая переменная, которая лингвистически может быть представлена как "соответствие техническим потребностям (требованиям)". Для определения функ-

ции принадлежности данной переменной использовалось выражение распределения Больцмана с параметрами результата поверочного расчета гидроцилиндра.

Необходимость в решении задачи проектирования возникает в том случае, если для заданных параметров гидроцилиндра и технических требований к проектируемому изделию невозможно подобрать аналог среди серийно выпускаемых образцов. В этом случае ПМ на основе имитационной модели выполнялся компьютерный эксперимент, результатом которого (табл.1) помимо определения конструктивно -технических параметров гидроцилиндра (в том числе расчета на прочность, устойчивость и жесткость) являлась оценка динамических (эксплуатационных) характеристик - постоянной времени переходного процесса и коэффициента демпфирования (чувствительности) гидросистемы.

Таблица 1

Результаты компьютерного эксперимента при проектировании щлроцилинлра

Давление Ршш » Диаметр поршня, мм Диаметр штока, мм Реализуемое усилие,Н Оценка Металл штока Жесткость гидроцил., Н/м Постоянная времени, с Коэффиц. демпфирования

МПа 50 25 41383 0,975 нет 11438909 0,0174 0,0329

20 56 28 41528 0,969 СТ.40ХН 14348967 0,0155 0,0367

6,3 100 50 41714 0,962 Ст.З 45755636 0,0087 0,0652

4,0 125 63 41395 0,960 Ст.З 71493181 0,007 0,0822

32 45 22 42871 0,941 нет 9265516 0,0193 0,0285

2,5 160 80 42376 0,937 Ст.З 117134429 0,0054 0,1027

10 80 40 42376 0,937 Ст.З 29283607 0,0109 0,0514

16 63 32 42072 0,920 Ст.25 18160412 0,0138 0,0408

В процессе эксплуатации гидропривода важное значение для повышения надежности и технологической точности в работе оборудования имеют динамические свойства гидросистемы. Поэтому большую актуальность приобретают результаты их исследования и анализа уже на начаньных стадиях проектирования. Для решения этой задачи выполнялся имитационный эксперимент с целью исследования влияния различных исходных данных проектирования на эксплуатационные характеристики гидросистемы. Результаты эксперимента передавались в пакет математического моделирования Maple для получения графического представления зависимостей между параметрами. Характерные кривые результатов моделирования приведены на рис.7. Построенные графики (рис.7 а) учитывают влияние на коэффициент демпфирования ( £ ) таких факторов как статическая жесткость гидроцилиндра (геометрические размеры и ход поршня) и сжимаемость рабочей жидкости ( С„ ); реализуемое усилие ( F ); масса присоединенной нагрузки ( ш ) и скорость рабочего хода ( Vj ) в комплексе кинетической энергии ( ); номинальное давление и жесткость трубопроводов; механические, гидравлические и объемные потери энергии; а также - влияние характеристик гидрораспределителя.

Дня известных при проектировании (или выборе) значений конструктивных размеров гидроцилиндра и реализуемого усилия по графикам рис.7 б определяется

максимальная кинетическая энергия ( Эктах) и, соответственно, предельно допустимая комбинация величин присоединенной массы нагрузки и рабочей скорости поршня гидроцилиндра, при которых обеспечивается надежная работа гидросистемы в переходных режимах.

а) б)

Рис.7. Изменение динамических характеристик (а) и предельных соотношений рабочих параметров гидропривода, обеспечивающих устойчивость гидросистемы в переходном режиме (б), при различных исходных данных на проектирование гидроцилиндра: а - Б = 30000 Н (1 - Эк = 0,005 Дж, 2 - Эк = 0,05 Дж, 3 - Эк = 0,5 Дж, 4 - Эк = 5,0 Дж); б - 1 - Б = 15000 Н, 2 - Б = 20000 Н, 3 - Б = 30000 Н, 4 - Б = 50000 Н

Полученные результаты компьютерного эксперимента и графические зависимости выявляют не только влияние указанных выше параметров на изменение коэффициента демпфирования гидроцилиндра, но и позволяют решить ряд инженерных задач на начальном этапе его проектирования, которые предопределяют возможности повышения надежности и технологической точности работы оборудования при последующей эксплуатации гидропривода:

• Если при заданных рабочих параметрах гидропривода гидроцилиндр выбран или спроектирован, то можно оценить его динамические (эксплуатационные) характеристики: постоянную времени переходного процесса и коэффициент демпфирования.

• Если гидроцилиндр выбран или спроектирован, то можно определить такие предельные соотношения между реализуемым усилием, присоединенной массой, скоростью рабочего хода и известными размерами гидроцилиндра, при которых будет обеспечиваться устойчивая работа гидросистемы в переходном режиме.

• Если известны или заданы динамические характеристики гидропривода, обеспечивающие необходимую технологическую точность функционирования выходного звена, то в автоматизированном режиме проектирования можно определить и подобрать в соответствии с ГОСТ конструктивные и кинематические параметры гидроцилиндра, при которых обеспечивается надежная работа гидросистемы без дополнительных демпфирующих устройств.

Приводится методика оценки возможного экономического эффекта от применения разработанных метода и программного комплекса автоматизации ПС. В основе экономического эффекта лежит повышение прибыли от реализации изделий с улучшенными техническими свойствами.

Таким образом, в работе был проведен комплекс теоретически обоснованных и экспериментально подтвержденных исследований, обеспечивающих развитие методов автоматизации параметрического синтеза ТО и направленных на повышение качества проектирования изделия на начальных этапах его жизненного цикла.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

При решении задач, поставленных в диссертации, и проведении исследований были получены следующие основные научные результаты:

1. Для формирования теоретической базы метода автоматизации параметрического синтеза ТО разработан подход к представлению данной проектной процедуры как порождающей системы системологии инженерных знаний, на основе которого выполнены ее формализация в виде имитационной модели и проведена постановка задачи параметрического синтеза.

2. Предложены принципы и алгоритмы повышения уровня интеллектуализации исследуемой проектной процедуры, которые заключаются в представлении всего объема знаний и данных, необходимых для ПС, как базы инженерных знаний семантически — фреймового типа и генерации на ее основе имитационной модели ПС.

3. Разработана и исследована структура метода автоматизации ПС ТО как совокупности взаимосвязанных подсистем, компьютерная реализация которых позволяет повысить эффективность и уровень автоматизации проектной процедуры ПС за счет сокращения доли нетворческих, рутинных работ в общем балансе времени процесса проектирования.

4. Разработан программный модуль автоматизации предложенного метода, основанный на технологиях объектно - ориентированного программирования и проектирования прикладных программных систем, ориентированных на обработку знаний, инвариантный к объекту проектирования, позвопяющий повысить качество проектных решений.

5. Выполнена постановка задачи параметрического синтеза основного исполнительного элемента гидропривода - гидроцилиндра с учетом влияния различных исходных данных на проектирование на конструктивные и динамические характеристики изделия в процессе последующей эксплуатации.

6. Разработана база инженерных знаний автоматизации ПС элементов объемного гидропривода. На основе сгенерированной имитационной модели ПС выполнен компьютерный эксперимент, который позволил выявить с ипользованием разработанных нечетких критериальных оценок наилучшие по техническим показателям варианты проектируемого изделия, а также оценить динамические свойства гидросистемы ещё на начальных этапах проектирования.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Аверченко* В.И., Мирошников В.В., Шкаберин П.В., Казаков П.В. Применение методов имитационного моделирования в инженерных задачах // Сборник информационных материалов Международной научно - технической конференции. Часть II.- Брянск: БГИТА, 2000. - С.З - 5.

Id 17 б 7 *

2. Мирошников В.В., Казаков В.С., Казаков П.В. Компьютерное имитациош

-t

2005-4 12839

вание при оптимизации теплоэнергетических установок // Интенсификация работь тических установок. - Брянск: БГТУ, 2000. - С.107 -112.

3. Казаков П.В. SADT - моделирование при проектировании баз инженер Сборник тезисов докладов на Международной научно - технической конференцш Изд-во БелГТАСМ, 2001,4.2. - С.25 - 26.

4. Мирошников В.В., Казаков B.C., Казаков П.В. Система управления базами инженерных знаний // Техника машиностроения. - № 4. - 2001. - С.96 - 99.

5. Аверченков В.И., Казаков П.В. Имитационное моделирование в системах интеллектуального проектирования // "Интеллектуальные системы". Труды V Международного симпозиума. -М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.- С.94 - 96.

6. Аверченков В.И., Казаков B.C., Казаков П.В. Методология интеллектуального проектирования технических систем на основе имитационных моделей // Техника машиностроения. -2002.-№3.-С. 116-121.

7. Аверченков В.И., Казаков В.С, Казаков П.В. Интеллектуальное проектирование элементов объемного гидропривода // Справочник. Инженерный журнал. - 2003. - №6. - С. 14 -18.

8. Аверченков В.И., Казаков В.С., Казаков П.В. Применение интеллектуальных комплексов моделирования для исследования технических систем // Техника машиностроения. - 2003. -№5. - С.42 - 47.

9. Казаков П.В. Новые информационные технологии в инженерной деятельности // Социально - экономическое развитие регионов: реальность и перспективы: Сборник научных трудов Международной научно - практической конференции молодых ученых и специалистов. - Воронеж: ООО "Новый взгляд", 2003. - С.22 - 23.

10. Казаков П.В. Автоматизированное проектирование технических систем с применением технологий искусственного интеллекта // Вестник БГТУ. - 2004. - № 1. - С.208 - 218.

Казаков Павел Валерьевич

Автоматизация параметрического синтеза технических объектов на основе применения порождающих систем системологии инженерных знаний

Автореферат

Лицензия Кг 020381 от 24.04.97. Подписано в печать 07.09.04. Формат 60x84 1/16. Бумага типографическая № 2. Офсетная печать. Печ. л. 1. Уч.-изд. л. 1. Т. 100 экз. Заказ 521. Бесплатно

Брянский государственный техническийуниверситет, 241035, г. Брянск, бульвар 50 - летия Октября, 7. Лаборатория оперативнойполиграфии БГТУ,ул. Институтская, 16.

Введение

Глава 1. Анализ направлений автоматизации начальных этапов проектирования технических объектов.

1.1. Анализ этапа параметрического синтеза в процессе проектирования технического объекта.

1.2. Принципы и технологии разработки интеллектуальных САПР.

1.3. Анализ направлений автоматизации начальных стадий проектирования в рамках концепции интеллектуальных САПР.

1.3.1. Методы представления знаний и логического вывода.

1.3.2. Логико - комбинаторные методы структурного синтеза.

1.3.3. Расчетно - логические системы параметрического синтеза.

1.3.4. Применение экспертных систем.

1.4. Цель и задачи диссертационной работы.

Глава 2. Исследование методов системологии инженерных знаний для представления технического объекта на начальных этапах проектирования

2.1. Основные принципы системологии.

2.2. Анализ свойств эпистемологических уровней системологии инженерных знаний

2.2.1. Исходные системы.

2.2.2. Системы данных.

2.2.3. Порождающие системы.

2.2.4. Структурированные и метасистемы.

2.3. Формализация задачи параметрического синтеза как порождающей системы.

2.3.1. Синтез моделей порождающих систем.

2.3.2. Выбор концепции имитационной модели для представления параметрического синтеза технического объекта.

2.3.3. Разработка математической модели задачи параметрического синтеза.

2.4. Выводы к главе.

Глава 3. Разработка метода автоматизации параметрического синтеза на основе применения порояедающих систем системологии инженерных знаний.

3.1. Формализация принципов описания порождающей системы.

3.1.1. Принципы описания порождающих систем на основе функционального моделирования.

3.1.2. Представление порождающих систем средствами инженерии знаний.

3.2. Поиск путей повышения эффективности параметрического синтеза.

3.2.1. Применение технологий мультиагентных систем.

3.2.2. Разработка и исследование динамики функционирования имитационной модели параметрического синтеза на основе базы инженерных знаний.

3.3. Формирование и исследование структуры метода автоматизации параметрического синтеза.

3.3.1. Подсистема функционального моделирования БАОТ.

3.3.2. Подсистема формирования базы инженерных знаний.

3.3.3. Подсистема имитационного моделирования и принятия решений.

3.4. Выводы к главе.

Глава 4. Разработка программного модуля автоматизации параметрического синтеза технических объектов.

4.1. Проектирование и анализ моделей программного модуля.

4.1.1. Разработка функциональной модели программного модуля на основе методологии Б АОТ.

4.1.2. Разработка объектной модели программного модуля на основе использования объектно - ориентированного подхода.

4.1.3. Разработка динамической модели с применением объектно -ориентированного подхода.

4.2. Повышение эффективности разработки программного модуля на основе применения принципов функционально - ориентированного проектирования прикладных программных систем.

4.3. Выводы к главе.

Глава 5. Автоматизация параметрического синтеза элементов объемного гидропривода.

5.1. Постановка задачи параметрического синтеза гидропривода.

5.1.1. Общие сведения об объемных гидроприводах и особенностях их расчета.

5.1.2. Основные параметры гидросистем объемного гидропривода

5.1.3. Алгоритм расчета, проектирования и выбора элементов оборудования гидросистемы объемного гидропривода.

5.1.4. Оценка эксплуатационных характеристик проектируемого гидропривода.

5.2. Использование разработанного программного модуля автоматизации параметрического синтеза при проектировании элементов объемного гидропривода.

5.2.1. Разработка базы инженерных знаний параметрического синтеза элементов объемного гидропривода.

5.2.2. Применение разработанной базы инженерных знаний для автоматизации выбора типоразмера гидроцилиндра.

5.2.3. Проведение компьютерного эксперимента для исследования возможных конструктивно - технических характеристик проектируемого гидроцилиндра.

5.3. Анализ эффективности разработанного метода и программного модуля при автоматизации параметрического синтеза.

5.4. Выводы к главе.

5.4. Выводы к главе

1. На основе приведенных сведений об особенностях работы объемных гидроприводов и анализа существующих методов их проектирования выполнена постановка задачи параметрического синтеза элементов гидропривода.

2. Средствами разработанного программного модуля создана база инженерных знаний проектирования одного из основных элементов объемного гидропривода - гидроцилиндра. Анализ результатов ПС, полученных с использованием данной БИЗ, позволил определить на основе разработанных нечетких критериальных оценок наилучшие по техническим (технологическим) показателям характеристики создаваемого объекта или его существующих модификаций.

3. Выполненный компьютерный эксперимент на сгенерированной средствами БИЗ имитационной модели ПС гидроцилиндра позволил провести анализ влияния исходных данных на эксплуатационные характеристики ТО, а также оценить и спрогнозировать динамические свойства гидросистемы еще на начальных стадиях проектирования.

4. Рассмотрена методика анализа технико - экономической эффективности разработанного метода, основанная на том, что конструкторско - технические характеристики ТО, полученные средствами созданного программного модуля, обладают улучшенными потребительскими свойствами. Приведены соответствующие аналитические зависимости для определения экономического и информационного критериев эффективности разработанного метода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных в диссертационной работе исследований была создана комплексная система по автоматизации параметрического синтеза ТО на основе порождающих систем системологии инженерных знаний с применением методов искусственного интеллекта и имитационного моделирования. При этом были разработаны:

- структура метода автоматизации параметрического синтеза ТО, основанного на результатах систематизации концепций, изложенных в диссертационной работе и представляющая собой совокупность подсистем, организованных по модульному принципу и реализующих все этапы данного метода;

- специализированное программное обеспечение инвариантное к объекту проектирования для компьютеризации подсистем, реализующих разработанный метод автоматизации ПС ТО.

Диссертационная работа выполнена на кафедре "Компьютерные технологии и системы" Брянского государственного технического университета.

В процессе проведения исследований на основе задач, поставленных в диссертационной работе "Автоматизация параметрического синтеза технических объектов на основе применения порождающих систем системологии инженерных знаний ", были получены следующие основные результаты:

- для формирования теоретической базы метода автоматизации параметрического синтеза ТО разработан подход к представлению данной проектной процедуры как порождающей системы системологии инженерных знаний, на основе которого выполнены ее формализация в виде имитационной модели и проведена постановка задачи параметрического синтеза;

- предложены принципы и алгоритмы повышения уровня интеллектуализации исследуемой проектной процедуры, которые заключаются в представлении всего объема знаний и данных, необходимых для ПС как базы инженерных знаний семантически - фреймового типа и генерации на ее основе имитационной модели ПС;

- разработана и исследована структура метода автоматизации ПС ТО, как совокупности взаимосвязанных подсистем, компьютерная реализация которых позволяет повысить эффективность и уровень автоматизации проектной процедуры ПС за счет сокращения доли нетворческих, рутинных работ в общем балансе времени процесса проектирования;

- разработан программный модуль автоматизации предложенного метода, основанный на технологиях объектно - ориентированного программирования и проектирования прикладных программных систем, ориентированных на обработку знаний, инвариантный к объекту проектирования и позволяющий повысить качество проектных решений;

- выполнена постановка задачи параметрического синтеза основного исполнительного элемента гидропривода - гидроцилиндра с учетом влияния различных исходных данных на проектирование на конструктивные и динамические характеристики изделия в процессе последующей эксплуатации;

- разработана база инженерных знаний автоматизации ПС элементов объемного гидропривода. На основе сгенерированной имитационной модели ПС выполнен компьютерный эксперимент, который позволил выявить с использованием разработанных нечетких критериальных оценок наилучшие по техническим показателям варианты проектируемого изделия, а также оценить динамические свойства гидросистемы ещё на начальных этапах проектирования.

Результаты выполненных исследований докладывались на международных и региональных конференциях, на научно - технических советах ОАО "Агрегатный завод" (г. Людиново) и НПО "Информ - система" (г. Москва), опубликованы в центральных научно-технических журналах, используются при проектировании и выборе оборудования систем объемного гидропривода для строительных, дорожных и ирригационных машин на предприятии ОАО "Ирмаш" (г. Брянск), применяются в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по дисциплине "Системы искусственного интеллекта" специальности САПР.

1. Аверченков В.И., Каштальян И.А., Пархутик А.П. САПР технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов. Минск: Вышэйшая шк., 1993. - 288 с.

2. Аверченков В.И., Казаков П.В. Информационные технологии в инженерной деятельности // Сборник информационных материалов III Международного Молодежного Форума. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - С.74 - 75.

3. Аверченков В.И., Казаков П.В. Имитационное моделирование в системах интеллектуального проектирования // "Интеллектуальные системы". Труды V Междунар. симпозиума. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - С.94 - 96.

4. Аверченков В.И., Казаков B.C., Казаков П.В. Методология интеллектуального проектирования технических систем на основе имитационных моделей // Техника машиностроения. 2002. - №3. - С.116 - 121.

5. Аверченков В.И., Казаков B.C., Казаков П.В. Интеллектуальное проектирование элементов объемного гидропривода // Справочник. Инженерный журнал. 2003. - №6. - С. 14 - 18.

6. Аверченков В.И., Казаков B.C., Казаков П.В. Применение интеллектуальных комплексов моделирования для исследования технических систем. // Техника машиностроения. 2003. - №5. - С.42 - 47.

7. Аверченков В.И., Шкаберин В.А., Казаков П.В. Аномалии в реляционных базах данных. Информационные технологии в образовании, технике и медицине: Сб. науч. трудов. В 2-х ч. 4.2 / ВолгГТУ. Волгоград, 2000.- С.4 - 6.

8. Алексеев A.B., Борисов А.И., Вилюмс Э.Р., Фомин С.А. Интеллектуальные системы принятия проектных решений. Рига: Зинатне, 1997.-320с.

9. Андрейчиков A.B., Андрейчикова О.Н. Компьютерная поддержка изобретательства. М.: Машиностроение, 1998. - 472 с.

10. Андрейчикова О.Н. Разработка и исследование интеллектуальной системы принятия решений на нечетких множествах // Информационные технологии. 1999. - №8. - С.10 - 19.

11. Бакаев A.A. и др. Методы организации и обработки баз знаний. Киев: Наук. думка, 1993.- 148 с.

12. Батищев Д.И. Поисковые методы оптимального проектирования. М.: Сов. радио, 1975. - 216 с.

13. Бирюков Б.Н. Гидравлическое оборудование металлорежущих станков. -М.: Машиностроение, 1981. 112 с.

14. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование, 2-е изд.: Пер. с англ. М.: "Издательство Бином", СПб.: "Невский диалект", 1998. - 560 с.

15. Вавилов A.A., Имаев Д.Х., Плескунин В.И., Фомин Б.Ф. Имитационное моделирование производственных систем. М.; Берлин: Машиностроение: Техника, 1983. - 416 с.

16. Валиев Т.А. и др. Оптимизация информационно-вычислительных систем методами имитационного моделирования на ЭВМ. Ташкент: ФАН, 1991.132 с.

17. Васильев В.И. и др. Имитационное управление неопределенными объектами. Киев: Наук, думка, 1989. - 216 с.

18. Герасименко В.Г. Имитационное моделирование в задаче выбора оптимальной стратегии ремонта технических систем // Информационные технологии. 2002. - №3. - С.26 - 32.

19. ГОСТ 6540-68. Гидроцилиндры и пневмоцилиндры. Ряды основных параметров. М.: Изд-во стандартов, 1983. - 8 с.

20. Давид Марка, Клемент Мак Гоуэн. Методология структурного анализа и проектирования: Пер. с англ. М.: Мир, 1993. - 240 с.

21. Дворянкин А.М., Половинкин А.И., Соболев А.Н. Методы синтеза технических решений. М.: Наука, 1977. - 103 с.

22. Дейт К.Дж. Введение в системы баз данных: Пер. с англ. К.: Диалектика, 1998.-784 с.

23. Джонс Дж. Инженерное и художественное конструирование. М.: Мир, 1976.-374 с.

24. Долгачев Ф.М., Лейко B.C. Основы гидравлики и гидропривод. М.: Строй-издат, 1981. - 183 с.

25. Евгенев Г.Б. Системология инженерных знаний. М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 376 с.

26. Евгенев Г.Б. Модели вместо алгоритмов. Смена парадигмы разработки прикладных систем // Информационные технологии. 1999. - №3. - С.38 - 44.

27. Евгенев Г.Б. Мультиагентные системы компьютеризации инженерной деятельности // Информационные технологии. 2000. - №3. - С.2 - 7.

28. Евгенев Г.Б., Мисожников Л.Г., Романцов С.Э. Методы функционально -структурного анализа и синтеза изделий машиностроения // Информационные технологии. 1998. - №1. - С. 16 - 21

29. Евгенев Г.Б., Кобелев A.C., Борисов С.А. Технология экспертного программирования // Информационные технологии. 2002. - №3. - С.2 - 9.

30. Евгенев Г.Б., Кобелев A.C. Многоагентные САПР в машиностроении // Информационные технологии. 2003. - №11. - С. 19 - 24.

31. Емельянов В.В. Введение в интеллектуальное имитационное моделирование сложных дискретных систем и процессов. М.: АНВИК, 1998. - 276 с.

32. Жернаков C.B. Применение экспертных систем с нейросетевыми базами знаний к диагностике и контролю устройств авиационных двигателей // Информационные технологии. 2000. - №12. - С.37 - 44.

33. Замулин A.B. Системы программирования баз данных и знаний / Отв. ред. В.Е. Котов. Новосибирск: Наука, 1990. - 350 с.

34. Интеллектуальные САПР технологических процессов в радиоэлектронике / A.C. Алиев и др. М.: Радио и связь, 1991.-264 с.

35. Исерлис Ю.Э., Мирошников В.В. Системное проектирование ДВС. -Л.: Машиностроение, Ленингр. отд. 1981. - 286 с.

36. Каверзин C.B. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу самоходных машин. Красноярск: ПИК "ОФСЕТ", 1997. - 342 с.

37. Казаков П.В. Новые информационные технологии в инженерной деятельности // Сборник научных трудов международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов. Воронеж.: ВГТУ,2003. С.22 - 24.

38. Казаков П.В. Автоматизированное проектирование технических систем с применением технологий искусственного интеллекта // Вестник БГТУ.2004. -№1.-С.208-218.

39. Калиниченко Л.А.,Рывкин В.М. Машины баз данных и знаний. М.: Наука, 1990.-295 с.

40. Калянов Г.Н. Консалтинг при автоматизации предприятий. М.: СИНТЕГ, 1997,-316 с.

41. Камаев В.А., Фоменков С.А., Петрухин A.B., Давыдов Д.А. Архитектура автоматизированной системы концептуального проектирования // СОФИ. Программные продукты и системы. 1999. - №2. - С.ЗО - 34.

42. Каминская В.В., Паныпев H.H., Гринглаз A.B., Колупаев A.A. Использование экспертной системы для выбора компоновки станка // СТИН. 1994. -№4.-С.12- 14.

43. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач / Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1990. 544 с.

44. Koegel J.F. A theoretical model for intelligent CAD // Intelligent CAD Systems I: Theoretical and Methodological Aspects.-Berlin: Springer-Verlag, 1987. P.206.

45. Корячко В.П., Курейчик В.M., Норенков И.П. Теоретические основы САПР.- М.: Энергоатомиздат, 1987. 400 с.

46. Котов B.C. Сети Петри. М.: Мир, 1984. - 158 с.

47. Кривошеев И.А. САПР авиационных двигателей: состояние и перспективы // Информационные технологии. 2000. - №1. - С.8 - 15.

48. Кривошеев И.А., Жернаков С. В. Поддержка принятия решений при структурном синтезе в САПР двигателей // Информационные технологии. 2000.- №2. С.17 - 30.

49. Кузин Е.С. Представление знаний и решение информационно сложных задач в компьютерных системах // Приложение к журналу "Информационные технологии". - 2004. - №4. - 32 с.

50. Кулагин В.П. Структуры сетей Петри // Информационные технологии. -1997. №4.-С. 17-22.

51. Лагерев A.B. Проектирование объемного насосного гидропривода подъемно-транспортных машин и оборудования. Брянск: Изд-во БГТУ, 2003.-232 с.

52. Лелюк В.А. Концептуальное проектирование систем с базами знаний. -Харьков: Основа, 1990. 143 с.

53. Лещенко В.А. Гидравлические следящие приводы станков с программным управлением. М.: Машиностроение, 1975. - 288 с.

54. Лингер Р., Миллс X. Теория и практика структурного программирования: Пер. с англ. М.: Мир, 1982. - 406 с.

55. Лукьянов B.C. Решение задач в машиностроении методами имитационного моделирования. Волгоград: Изд-во ВолгПИ, 1989. - 96 с.

56. Любарский Ю.Я. Интеллектуальные информационные системы. М.: Наука, 1990. - 230 с.

57. Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ. М.: Радио и связь, 1988.-232 с.

58. Манаев Е.Л. Метод преобразования дискретной имитационной модели в сеть Петри // Информационные технологии. 2001. - №9. - С.21 - 27.

59. Матвеев М.Г., Павлов И.О., Ошивалов A.B. Представление знаний с использованием сетей фреймов в информационных технологиях выбора // Информационные технологии. 1997. - №10. - С.27 - 30.

60. Мелихов А.Н. Берштейн Л.С. Коровин С.Я. Ситуационные советующие системы с нечёткой логикой. М.: Наука, 1990. - 272 с.

61. Methodology of functional modeling IDEF(0) Workflow Modeler Tutorial. -Cambridge (MA, USA) Meta Software Corparation, 1999. 238 p.

62. Минский M. Фреймы для представления знаний: Пер. с англ. М.: Энергия, 1979.-152 с.

63. Мирошников В.В., Казаков B.C., Казаков П.В. Компьютерное имитационное моделирование при оптимизации теплоэнергетических установок // Интенсификация работы теплоэнергетических установок. Брянск: БГТУ, 2000.-С.107- 112.

64. Мирошников В.В., Казаков B.C., Казаков П.В. Система управления базами инженерных знаний // Техника машиностроения. № 4. - 2001. - С.96 - 99.

65. Моисеев H.H. Численные методы в теории оптимальных систем. М.: Наука, 1971.-424 с.

66. Моисеев H.H. Элементы теории оптимальных систем. М.: Наука, 1975. -526 с.

67. Мюллер И. Эвристические методы в инженерных разработках: Пер. с нем. -М.: Радио и связь, 1984. 144 с.

68. Навроцкий K.JI. Теория и проектирование гидро и пневмо приводов. - М.: Машиностроение, 1991. - 384 с.

69. Нариньяни A.C. Модель или алгоритм: новая парадигма информационной технологии // Информационные технологии. 1997. - №4. - С.11 - 16.

70. Наумов А.Н., Вендров A.M., Иванов В.К., Когаловский М.Р. Системы управления базами данных и знаний. М.: Финансы и статистика, 1991.- 352 с.

71. Никитин О.Ф., Холин K.M. Объемные гиравлические и пневматические приводы. М.: Машиностроение, 1981. - 269 с.

72. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 360 с.

73. Норенков И.П. Методы оптимизации в задачах концептуального проектирования и логистики // Информационные технологии. 2000. - №9. - С.8 - 14.

74. Одрин В.М., Картавов С.С. Морфологический анализ систем. Построение морфологических систем. Киев: Наук, думка, 1977. - 148 с.

75. Олейник А.Г., Смагин A.B., Фридман А .Я., Фридман О.В. Инструментальная система поддержки вычислительного эксперимента // Программные продукты и системы. 1999. - №2. - С.7 - 13.

76. Осуга С. Обработка знаний: Пер. с япон. М.: Мир, 1989. - 293 с.

77. Павловский Ю.Н. Имитационные модели и системы. М.: Изд-во ТВП, 2000. - 134 с.

78. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества. М.: Машиностроение, 1988.-368 с.

79. Попов Э.В. Экспертные системы. Решение неформализованных задач в диалоге с ЭВМ. М.: Наука, 1987. - 288 с.

80. Попов Э.В., Фоминых И.Б., Кисель Е.Б., Шапот М.Д. Статические и динамические экспертные системы. М.: Финансы и статистика, 1996. - 319 с.

81. Поспелов Г.С. Искусственный интеллект основы новой интеллектуальной технологии. - М.: Наука, 1988. - 257 с.

82. Представление и использование знаний / Под ред. Х.Уэно, М.Исидзука. -Пер. с япон. М.: Мир, 1990. - 241 с.

83. Приобретение знаний / Под ред. С.Осуга, Ю.Саэки. Пер. с япон. - М.: Мир, 1990.-319 с.

84. Ревунков Г.И., Э.Н. Самохвалов, В.В. Чистов. Базы и банки данных и знаний. М.: Высш. шк., 1992. -367 с.

85. Свешников В.К. Станочные гидроприводы: Справочник. М.: Машиностроение, 1995. - 448 с.

86. Свешников В.К. Гидрооборудование на российском рынке. Насосы // Справочник. Инженерный журнал. 2000. - №7. - С.47 - 54.

87. Свешников В.К. Гидрооборудование на российском рынке. Гидроцилиндры // Справочник. Инженерный журнал. 2000. - №9. - С.44 - 50.

88. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М.: Высш. шк., 2001.-343 с.

89. Справочник конструктора-машиностроителя. Гидроприводы объемные. Гидроцилиндры (по ГОСТ 16514-96, ГОСТ 30362.1-96) // Справочник. Инженерный журнал. 2002. - №6. - С.57 - 61.

90. Справочник конструктора-машиностроителя. Гидроприводы объемные. Гидроцилиндры. Правила приемки и методы испытаний по ГОСТ 18464-96 // Справочник. Инженерный журнал. 2002. - №7. - С.48 - 54.

91. Справочное пособие по расчету машиностроительных конструкций на прочность / Под общ. ред. A.A. Лебедева. Киев: Тэхника, 1990. - 240 с.

92. Ступаченко A.A. САПР технологических операций. Л.: Машиностроение, 1988.-234 с.

93. Теория и техника физического эксперимента / Под общ. ред. В.К. Щукина. -М.: Энергоатомиздат, 1985. 360 с.

94. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений. М.: СИНТЕГ, 1998. - 375 с.

95. Чекинов С.Г. Экспертные системы в системах управления // Информационные технологии. 2001. - №4. - С.32 - 37.

96. Черненький В.Н. Разработка САПР: В 10 книгах / Под ред. A.B. Петрова. Кн. 9.: Имитационное моделирование. М.: Высш. шк, 1990. - 110 с.

97. Чупраков Ю.И. Гидропривод и средства гидроавтоматики. М.: Машиностроение, 1979. - 232 с.

98. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем искусство и наука: Пер. с англ. - М.: Мир, 1978. - 420 с.

99. Штойер Р. Многокритериальная оптимизация. Теория, вычисления и приложения : Пер. с англ. / Под ред. А.В.Лотова. М.: Радио и связь. 1992. - 504 с.

100. Шульгин Е.А., Афанасьев С.С. Имитационная модель локально управляющей сети связи нижнего уровня на основе аппарата сетей Петри // Информатика - машиностроение. - 1999. - №2 (24). - С.35 - 39.

101. Шрейдер Ю.А., Шаров A.A. Системы и модели. М.: Радио и связь, 1982.- 152 с.

102. Эддоус М., Степерфилд Р. Методы принятия решений: Пер. с англ. М.: Мир, 1992. - 367 с.

103. Яловой Н.С. Оптимизация конструкций и показателей качества машин. М.: Изд-во стандартов, 1988. - 288 с.