автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Автоматизация процесса синтеза структур физического принципа действия

На правах рукописи

ГОПТА ЕВГЕНИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА СИНТЕЗА СТРУКТУР ФИЗИЧЕСКОГО ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ

.12 - «Системы автоматизации проектирования (промышленность)»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

^ г'"Ч/014 ""¡>549933

Волгоград-2014

005549933

Работа выполнена на кафедре «Системы автоматизированного проектирования и поискового конструирования» Волгоградского государственного технического университета

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Фоменков Сергей Алексеевич.

Лобейко Владимир Иванович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет» в г. Знаменск, кафедра «Математика и информатика», заведующий.

Ведущая организация

Сальникова Наталья Александровна,

кандидат технических наук, доцент, Волгоградский филиал Российской академии народного хозяйства и государственной службы, кафедра «Информационные системы и математическое моделирование», доцент.

ФГБОУ ВПО «Южный Федеральный Университет».

Защита состоится 30 июня 2014 года в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.04, созданного на базе Волгоградского государственного технического университета по адресу: 400005, г. Волгоград, пр. Ленина 28, ауд. 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета и на сайте www.vstu.ru по ссылке http://www.vstu.ru/nauka/dissertatsionnye-sovety/d-21202804.html.

Автореферат разослан »¿¿¿¿Л 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Водопьянов Валентин Иванович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Базой любого вида деятельности становятся научно-технические достижения - результаты фундаментальных и прикладных исследований, изобретательской деятельности, опытно-конструкторских работ. В настоящее время наиболее перспективным способом получения нового знания и создание на его основе высоко конкурентного инновационного продукта является использование различных автоматизированных комплексов. При этом необходимо отметить, что решающее значение для всего процесса инновационной деятельности имеет начальная стадия проектирования и разработки будущего продукта. Таким образом, внедрение автоматизированных комплексов в научно-техническую сферу способствует более заметному техническому прогрессу.

Сегодня для процесса генерации научно-технических решений характерен ряд особенностей, которые отличают текущий этап научного и информационного развития:

1) Объем накопленных знаний неуклонно растет. Так, согласно оценкам некоторых экспертов, в 2013 году на поиск информации сотрудники тратят на 13% больше времени, чем в 2002. Во многом это объясняется существенным ростом объемов знаний и информации: появились масштабные базы данных, печатные и электронные материалы стали значительно доступнее, поисковые системы предоставляют все большее количество информационных сведений. В результате на поиск информации необходимо больше времени.

2) Накопленный к настоящему времени объем знаний в области физических наук настолько рассредоточен в различных монографиях, научных статьях и справочниках, что является практически необозримым для специалистов конкретных предметных областей.

3)Во многих случаях форма представления знаний затрудняет их непосредственное использование для решения различных задач.

4) Постоянно растут требования к качеству используемой в исследованиях и разработках информации во всех областях науки и техники.

В результате, текущий процесс генерации знаний качественно отличается от предыдущих периодов сложностью возникающих научно-технических задач и множеством способов их решения на базе последних достижений науки и техники.

В связи с этим актуальной задачей становится структурирование научных знаний в базы данных и автоматизация процесса их использования для решения конкретных научно-технических задач за счет создания специализированных автоматизированных систем. В частности, активно ведутся разработки по формированию специальных баз данных, в которых физические знания представляются особым структурированным образом в виде физических эффектов (ФЭ).

В литературе представлены различные подходы к формализации моделей описания ФЭ, созданию на их основе автоматизированных систем обработки физической информации. Значимый вклад в развитие научного направления, в

рамках которого осуществляется структурирование физической информации, внесли Г.С. Альтшуллер, А.И. Половинкин, В.А. Камаев, A.M. Дворянкин, С.А. Фоменков, В.Н. Глазунов, М.Ф. Зарипов, И.Ю. Петрова, R. Koller, а также другие отечественные и зарубежные ученые.

В работе взято за основу направление исследований, проводимых на кафедре «САПР и ПК» Волгоградского государственного технического университета. В рамках данной школы была разработана обобщенная модель описания ФЭ; создан фонд ФЭ, состоящий из 1328 единиц описаний ФЭ, а также разработаны различные автоматизированные системы, среди которых базовой является автоматизированная система синтеза структур физического принципа действия (ФПД).

Однако, задача синтеза структур физического принципа действия по-прежнему далека от своего полного решения. Среди наиболее актуальных проблем можно выделить следующие: задание на синтез структур ФПД ограничено только параметрами входных/выходных воздействий; существующие подходы и полученные на их основе технические решения не могут считаться эффективными, поскольку не учитывают структурные преобразования объекта ФЭ; в существующих автоматизированных системах синтеза ФПД предложены алгоритмы проверки физической реализуемости ФПД на качественном уровне, однако проверки на количественном уровне, т.е. с учетом совместимости ФЭ по диапазонам величин воздействий, не проводится; важным ограничением при использовании автоматизированных систем является недостаточность проработки вопроса синтеза сетевых структур ФПД.

Целью диссертационной работы является уменьшение доли ручного труда при проектировании технических решений за счет повышения эффективности синтеза структур ФПД. Под эффективностью синтеза структур ФПД будем понимать количество физически реализуемых решений.

Задачи исследования. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1) исследовать методы синтеза структур ФПД в существующих автоматизированных системах поискового конструирования;

2) модифицировать модель представления ФЭ за счет увеличения количества информации, необходимой для эффективного процесса синтеза структур ФПД;

3) сформулировать качественные и количественные условия совместимости ФЭ за счет учета дополнительной информации, имеющейся в описании ФЭ;

4) разработать алгоритмы построения линейных и сетевых структур ФПД на основе модернизированных условий совместимости ФЭ;

5) реализовать предложенные алгоритмы в автоматизированной системе синтеза структур ФПД, а также проверить ее работоспособность и эффективность на ряде тестовых задач.

Объектом исследования являются структурированные физические знания и разработанные на их основе автоматизированные системы.

Предметом исследования являются методы автоматизации синтеза ФПД.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использованы методы математического моделирования, системного анализа, нечеткой математики, теории баз данных, объектно-ориентированного проектирования программных систем.

Научная новизна результатов, выносимых на защиту:

^Модифицирована модель описания ФЭ для задачи синтеза линейных и сетевых структур физических принципов действия, которая позволяет увеличить количество информации, необходимой для эффективного процесса синтеза ФПД за счет добавления к существующим параметрам воздействий ФЭ физической величины, представленной в лингвистической и числовой форме.

2) Сформулированы качественные и количественные условия совместимости ФЭ за счет учета характера изменения физической величины, структурных преобразований объекта ФЭ и значений физических величин воздействий.

3) Разработаны алгоритмы синтеза линейных и сетевых структур ФПД на основе модифицированных условий совместимости ФЭ, позволяющие уменьшить количество физически нереализуемых структур ФПД.

Обоснованность и достоверность результатов. Достоверность научных положений и результатов, приведенных в диссертационной работе, обеспечивается использованием апробированных на практике методов математического моделирования, методов нечеткой математики, теории баз данных, а также подтверждается результатами проверки работоспособности и эффективности созданной системы на контрольных тестовых примерах.

Практическая значимость н внедрение. Предложенные модели и алгоритмы реализованы в автоматизированной системе «АССИСТЕНТ», выполняющей синтез структур ФПД. «АССИСТЕНТ» может использоваться инженерами и изобретателями на начальных этапах проектирования технических систем, а также внедрен на научных и промышленных предприятиях. Автоматизированная система полезна в преподавании научных дисциплин, связанных с физикой, проектированием и методами инженерного творчества, а также служит средством помощи при выполнении студентами лабораторных и курсовых работ по этим дисциплинам.

Результаты работы использовались при выполнении Государственного контракта Министерства образования и науки РФ № 16.647.11.1025 от 2011 года «Создание базы физико-технических знаний и прогнозирование на ее основе появления новых нанотехнических систем» в рамках федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2011 годы».

Автоматизированная система «АССИСТЕНТ» зарегистрирована в отраслевом фонде алгоритмов и программ ФГБУ «Федеральный институт промышленной собственности» Федеральной службы по интеллектуальной собственности РФ.

Работа по созданию автоматизированной системы «АССИСТЕНТ» выполнена при поддержке грантов РФФИ № 13-01-00302А «Интеграция формализованных способов представления, хранения и обработки структурированных физических знаний в виде физических эффектов» и № 1307-97032 «Разработка моделей и методов для извлечения структурированных физических знаний из текстов электронных источников информации».

Автоматизированная система «АССИСТЕНТ» прошла апробацию и была внедрена в ЛИК № 3 ОАО «РСК «МиГ» в рамках исследовательского проекта создания новых и модернизации существующих технических решений, что подтверждается соответствующим актом внедрения. Также система была внедрена в процесс обучения студентов Волгоградского государственного технического университета по дисциплине «Концептуальное проектирование систем» (созданы методические указания к учебно-исследовательской работе «Автоматизированная система синтеза линейных структур физического принципа действия»). Автоматизированная система «АССИСТЕНТ» была внедрена в процесс обучения студентов Московского авиационного института филиала «Взлет» факультета «Радиоэлектронные и вычислительные системы летательных аппаратов» по дисциплине «Основы проектирования и моделирования радиоэлектронных систем», что отражено в соответствующем акте.

Положения, выносимые на защиту:

1) Модифицированная модель описания ФЭ для задачи синтеза линейных и сетевых структур физических принципов действия.

2) Новые качественные и количественные условия совместимости ФЭ.

3) Алгоритмы синтеза линейных и сетевых структур ФПД.

4) Автоматизированная система синтеза структур ФПД «АССИСТЕНТ».

Апробация результатов работы. Основные положения и материалы

диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры "САПР и ПК" ВолгГТУ, а также на Международных и Всероссийских научных и научно-практических конференциях: «Городу Камышину - творческую молодежь» (Россия, г. Камышин, 2010); «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Россия, г. Камышин, 2011); «Актуальные вопросы современной техники и технологии» (Россия, г. Липецк, 2012); «Современные направления теоретических и прикладных исследований» (Украина, г. Одесса, 2014); «Глобализация науки: проблемы и перспективы» (Россия, г. Уфа, 2014).

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 14 опубликованных работах. В том числе 4 статьи напечатаны в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертационных работ; опубликована 1 монография; получено 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений, списка литературы. Общий объем диссертации - 135 страниц, включая 28 рисунков, 1 таблицу, список литературы из 114 наименований.

о

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи работы, методы решения, объект и предмет исследования, определена научная новизна и сформулирован перечень основных положений, выносимых на защиту, а также кратко описывается содержание глав диссертации.

В первой главе производится обзор работ, связанных с формированием концептуальных и формализованных моделей представления знаний в форме ФЭ, а также созданием на их основе информационных систем для автоматизированного формирования и выбора физического принципа действия.

При выполнении диссертационной работы были рассмотрены различные автоматизированные системы поискового конструирования, такие как: IM-Phenomenon 1.0; TechOptimizer 3.0; Goldfire Innovator 3.0; Новатор 4.02; Интеллект, СОФИ. В ходе исследования были выделены достоинства автоматизированных систем. Однако нами также были отмечены следующие недостатки рассмотренных автоматизированных систем, затрудняющих их эффективное применение и широкое внедрение:

• не учитываются характер изменения физических величин воздействий ФЭ;

• не учитываются структурные преобразования объекта ФЭ;

• задание на синтез не включает множество разрешенных и недопустимых компонент синтеза (ФЭ);

• не учитываются количественные описания воздействий ФЭ, что приводит к получению нереализуемых структур ФПД;

• недостаточно проработан синтез сетевых структур ФПД, что сужает круг потенциально возможных технических решений.

В связи с этим нами были сформулированы основные требования по совершенствованию автоматизированных систем синтеза ФПД, соответствие которым обеспечит их более эффективное применение.

На основе проведенных исследований автоматизированных систем поискового конструирования сформулирована цель и поставлены задачи диссертационной работы.

Во второй главе модифицирована существующая модель описания ФЭ, сформулированы новые качественные и количественные условия совместимости ФЭ, алгоритмы построения структур ФПД.

Существующие алгоритмы синтеза структур ФПД, разработанные ранее, используют трехкомпонентную структуру описания ФЭ. Однако такая структура не подходит для проверки совместимости эффектов, объект, в которых, испытывает существенные структурные изменения, такие как:

• изменение агрегатного состояния (плавление, кристаллизация, испарение);

• изменение электрической структуры (переход полупроводник-металл);

• изменение магнитной структуры (переход парамагнетик-ферромагнетик), и т.д.

Данный недостаток является существенным, поэтому при синтезе структур ФПД было предложено использовать четырехкомпонентную структуру описания ФЭ:

Ъ = (Аь В\ В2^ СУ, где

АI - входное воздействие ФЭ;

В\ - начальное состояние объекта ФЭ;

В2, - конечное состояние объекта ФЭ;

С,- - выходное воздействие ФЭ.

В качестве алгоритмической основы при решении задач синтеза структур ФПД были выбраны методы, используемые в автоматизированной системе (САПФИТ), так как система хорошо зарекомендовала себя на практике при решении различных технических задач. Анализ имеющегося фонда ФЭ позволяет сделать вывод о том, что существует значительное количество эффектов, у которых значения физических величин представлены не в числовой форме, а в текстовом описании ФЭ. Такой способ задания физической величины усложняет возможность использования ФЭ в количественных условиях совместимости. Для устранения обозначенного недостатка было принято решение модифицировать существующую модель представления ФЭ за счет добавления значения физической величины, представленной в лингвистической форме, к существующим характеристикам воздействий ФЭ. Приведение значений всех физических величин к единой нормированной шкале возможно благодаря введению лингвистической переменной. Все множество значений физических величин можно разбить на три терма лингвистической переменной: «малая величина», «средняя величина», «большая величина».

Для нормирования значений физических величин, соответствующему

значению лингвистической переменной «малая», будем использовать

Ъ - образные функции принадлежности1.

г 1,гдех £ а

л -1 -- а+ь

1-2 I—} ,гдеа <х < —

„ Л „ 2 , где а = 0.1, ¿» = 0.9.

~ (Ъ-ху- а+Ь „ _ .

2 та 'где—

0,гдеЬ й!

Л(х; а, Ъ) =

Для нормирования значений физических величин, соответствующих значению лингвистической переменной «большая», будем использовать Б - образные функции принадлежности1.

} 0,гдех < а

„ (ж~а\г ^ „ о+Ь

/¡(х; а, Ь) 7°', „ ' , где я = 0.1, Ъ = 0.9.

V 1 ,гдеЬ < х

1 Леоненков, А. Нечеткое моделирование в среде Ма1ЬаЬ и ГшиуТесЬ/ А. Леоненков. - СПб.: "БХВ-

Петербург", 2005. - 725с.

Для нормирования значений физических величин, соответствующих значению лингвистической переменной «средняя», будем использовать П - образные функции принадлежности1.

/„ (х; а, Ь, с, ф =}г (х; с, ф */, (х; а, Ь), где а = 0.1, Ъ = 0.4, с = 0.6, ¿= 0.9.

В результате применения описанных выше функций принадлежности мы можем каждой физической величине присвоить определенное значение в интервале [0, 1].

Под физическим принципом действия понимается структура совместимых и объединенных ФЭ, обеспечивающих преобразование заданного входного воздействия в заданное выходное. При этом два последовательно расположенных ФЭ ^ = (Аь В\ В2» Су и Р,+1 = (Ам, В1*,, В2^,, См) считаются совместимыми, если выходное воздействие некоторого ФЭ цепочки С/, эквивалентно входному воздействию последующего ФЭ Ац.ь В графическом виде фрагмент структуры физического принципа действия физических эффектов представлен на рисунке 1.

А' с, АН1 С;+1

ивш

■ В'; г

Рисунок 1 - Фрагмент структуры физического принципа действия ФЭ

К существующим условиям совместимости ФЭ относятся:

• тип выхода С,- совпадает с типом входа Ам;

• наименование выхода С,- совпадает с наименованием входа А1+/;

• качественные характеристики выхода С, совпадают с качественными характеристиками входа А1+};

• если выход С,- и вход Л,-+г- параметрические, то совпадают физические величины, характеризующие С,- и Ам и объект В, совпадает с объектом В1+1,

Модификация качественных условий совместимости ФЭ осуществляется за счет учета характера изменения физических величин. Характер изменения физической величины может принимать следующие значения:

• изменение:

о увеличение; о уменьшение; о немонотонное; о скачкообразное;

• постоянное;

• не определено.

Если характер изменения физической величины С, совпадает с характером изменения физической величины то делаем вывод, что ^ и /<",•+;

совместимы с точки зрения изменения физической величины.

Также модификация качественных условий совместимости осуществляется за счет учета начального и конечного состояния объектов ФЭ. Для этого определяем, имеют ли объекты В1 и В,+, структурные преобразования. С точки зрения структурных преобразований объектов возможны три комбинации:

1) Объекты В1 и без структурного преобразования. В данном случае структура объекта каждого ФЭ будет иметь следующий вид: число фаз; общая структура; вид контакта, смеси. Если значения характеристик Б; и Д+; равны, то делаем вывод, что ФЭ совместимы по структуре объектов.

В случае успешного выполнения этапа анализа совместимости объектов В, и Д+1 по структуре проверяем совместимость ^ и по каждой фазе, входящей в структуру объекта: фазовое состояние; химический состав; магнитная структура; электропроводность; механическое состояние; оптическое состояние; специальные характеристики. Если по каждой фазе признаки объектов 5,- и Д+; совпадают (с учетом иерархии признаков), то можно сделать вывод о том, что ^ и совместимы.

2) Объекты Д и В1+1 со структурным преобразованием. В этом случае для анализа совместимости ^ и необходимо сравнивать конечное состояние объекта В2, и начальное состояние объекта В/+;. Процедура сравнений состояний объектов В21 и В1^] будет иметь вид, описанный в пункте 1.

3)Один из объектов без структурного преобразования, а другой - со структурным преобразованием. Данная комбинация является частным случаем, когда оба объекта В, и имеют структурные преобразования. Разница заключается лишь в том, что объект ФЭ без структурного преобразования описывается как объект ФЭ со структурным преобразованием, у которого начальное и конечное состояние тождественны.

Далее в работе формулируются количественные условия совместимости ФЭ. В существующих автоматизированных системах синтеза ФПД проверки совместимости ФЭ на количественном уровне, т.е. с учетом совместимости ФЭ по диапазонам величин воздействий, не проводится. Данный недостаток является существенным при оценке совместимости ФЭ и, как следствие, оценке качества всех синтезируемых структур ФПД. В условиях совместимости ФЭ на количественном уровне будем учитывать диапазоны изменения физической величины. С точки зрения способов задания значений физической величины С,-иЛ,+; возможны четыре комбинации.

1) Физические величины С,- и заданы в числовой форме. В данном случае для совместимости ^ и на количественном уровне необходимо наличие общего интервала у диапазонов величин выходного воздействия С,- и входного воздействия А,+/. Если общий интервал существует, то можно сделать вывод о том, что Р,- и совместимы на количественном уровне.

2) Физические величины С, и А1+/ заданы в лингвистической форме. Можно выделить две ситуации в рассмотрении совместимости Г/ и

• значения физических величин двух ФЭ лежат в областях разбиения лингвистической переменной, не имеющих общей границы («малая» и «большая»), В этом случае можно сделать вывод о том, что Р,- и несовместимы;

• значения физических величин двух эффектов лежат в одной или в соседних областях разбиения лингвистической переменной. В этом случае достаточно проверить неравенство:

|<£,где

/¿(УУ, - значение функции принадлежности физической величины;

е - величина, которая описывает максимальное значение разности функций принадлежности и и задается до начала синтеза структур ФПД.

Если неравенство выполняется, то можно сделать вывод о том, что ^ и совместимы с точки зрения количественных условий совместимости.

3) Физическая величина одного ФЭ задана в числовой форме, а другого ФЭ - в лингвистической форме. Данная ситуация является частным случаем, когда значения физических величин ^ и заданы в лингвистической форме. В данном случае для проверки совместимости ^ и на количественном уровне необходимо числовое значение физической величины представить в виде значения соответствующей функции принадлежности в интервале [0, 1]. Дальнейший анализ совместимости ^ и осуществляется аналогично правилам, описанным в пункте 2.

4) Физическая величина хотя бы одного ФЭ не задана. В данном случае возможна реализация двух стратегий:

• стратегия совместимости ФЭ на полноту - если физическая величина хотя бы одного ФЭ не задана, то Fi и .¿V; считаются совместимыми на количественном уровне. При реализации данной стратегии общее количество совместимых ФЭ увеличивается, однако качество синтезируемых структур ФПД, полученное при использовании данного метода, уменьшается;

• стратегия совместимости ФЭ на точность — если физическая величина хотя бы одного ФЭ не задана, то ^ и /V; считаются несовместимыми на количественном уровне. При реализации данной стратегии качество синтезируемых структур ФПД увеличивается, однако количество совместимых ФЭ и, следовательно, общее количество синтезируемых структур ФПД резко уменьшается. Главным недостатком стратегии является потеря ряда реализуемых структур ФПД.

В зависимости от выбора пользователем одной из двух вышеописанных стратегий, количество и качество структур ФПД будет различным.

Принимая во внимание сформулированные новые условия совместимости, основанные на качественной и количественной методике синтеза ФПД, был разработан обобщенный алгоритм генерации графа переходов ФЭ, изображённый на рисунке 2.

- Конец

Рисунок 2 - Блок-схема алгоритма генерации графа переходов ФЭ

Предложенное изменение условий совместимости ФЭ привело к модификациям существующих методик синтеза структур физического принципа действия, что позволило сформулировать новый алгоритм построения линейных структур ФПД (рисунок 3).

С целью повышения количества синтезируемых структур учитывалась множественность входных воздействий ФЭ, что позволило разработать оригинальный алгоритм построения сетевых структур ФПД (рисунок 4).

Рисунок 3 -Блок-схемы алгоритма синтеза линейных структур ФПД

В третьей главе описана разработанная автоматизированная система синтеза структур ФПД «АССИСТЕНТ», использующая в своей алгоритмической основе сформулированные модели и методы. Автоматизированная система «АССИСТЕНТ» является «клиент-серверным» приложением, которое выполняется в среде .NET Framework. Основным языком программирования был выбран VB.NET. Разработки велись в программе Visual Studio 2010. В качестве СУБД была выбрана Microsoft SQL Server 2008.

Архитектура автоматизированной системы «АССИСТЕНТ» представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Архитектура автоматизированной системы «АССИСТЕНТ»

В работе подробно описаны все модули автоматизированной системы «АССИСТЕНТ», представлена функциональная схема (рисунок 6) и схема базы данных.

Авторизация пользователя в АС

Генерация структур ФПД технических систем

Администрирование БД ФЭ

Добавление нового ФЭ

добавление входной карты ФЭ

Добавление выходной карты ФЭ

Редактирование существующего ФЭ

_| Редактирование входной карты ФЭ i

Редактирование выходной карты ФЭ

Удаление сществующего ФЭ

Формирование графа переходов ФЭ

Проверка совместимости ФЭ на качественном уровне

Проверка совместимости ФЭ по воздействию

Проверка совместимости ФЭ по объекту

Проверка совместимости ФЭ на количественном уровне

Проверка совместимости значений физической величины (числовая форма)

Проверка —I значений физической

(лингвист, форма)

Сохранение сформированного графа переходов ФЭ

Синтез структур ФПД

-| По структуре объекта | По фазам объекта |

Формулирование входных/

выходных параметров _синтеза ФПД_

Формулирование параметров воздействий

Формулирование ограничений н синтез структур ФПД

Загрузка таблицы возможных переходов ФЭ

Построение сетевой структуры ФПД

Построение линейной структуры ФПД

-С

Построение ПД

—I Сохранение ПД

Анализ линейной -\ структуры ФПД на множественный вход

Сохранение сетевой структуры ФПД

Рисунок 6 - Функциональная схема автоматизированной системы «АССИСТЕНТ»

В четвертой главе проведен анализ работоспособности и эффективности автоматизированной системы «АССИСТЕНТ» на тестовый примерах.

Для оценки эффективности разработанных условий совместимости ФЭ был проведен сравнительный анализ количества синтезируемых структур ФПД, полученных в результате работы автоматизированной системы «САПФИТ» и «АССИСТЕНТ». Следует отметить, что автоматизированная система «САПФИТ» не позволяет синтезировать сетевые структуры ФПД, поэтому эффективность автоматизированной системы «АССИСТЕНТ» будет осуществляться путем сравнительного анализа количества линейных структур ФПД.

Тестовые испытания заключались в запуске автоматизированных систем «САПФИТ» и «АССИСТЕНТ» с одинаковыми входными и выходными параметрами и сравнении полученных результатов. Тесты проводились 30 раз с различными заданиями на синтез структур ФПД.

В таблице 1 приведены результаты тестирования. Под количеством синтезируемых структур понимается среднеарифметическое количество синтезируемых структур, полученное за 30 тестов.

Таблица 1

Сравнительный анализ количества синтезируемых структур ФПД.

Автоматизированная система Количество синтезируемых структур ФПД, шт.

Длина цепочки синтеза = 2 Длина цепочки синтеза = 3 Длина цепочки синтеза = 4

«САПФИТ» 214 672 1640

«АССИСТЕНТ» 11 64 310

Результаты таблицы 1 показывают, то автоматизированная система «АССИСТЕНТ» позволяет значительно уменьшить количество физически нереализуемых структур ФПД.

Также, в целях проверю! работоспособности разработанной автоматизированной системы «АССИСТЕНТ» нами был решен ряд тестовых технических задач, например, как улучшить рабочие характеристики катодолюминесцентных источников света? Результатом работы автоматизированной системы «САПФИТ» являются 279 структур ФПД. Результатом работы автоматизированной системы «АССИСТЕНТ» являются 18 структур ФПД (таблица 2).

Таблица 2

Сравнительный анализ решения тестовой технической задачи.

Задание на синтез АС «САПФИТ» АС «АССИСТЕНТ»

Вход - электрическое поле; Выход - электромагнитное излучение, видимое; Длина цепочки синтеза = 2. 279 18

Более детальный анализ структур ФПД, синтезируемых автоматизированной системой «САПФИТ» показал, что большинство из них являются физически нереализуемыми. Это объясняется тем, что в условиях совместимости ФЭ автоматизированной системы «САПФИТ» отсутствуют проверки совместимости ФЭ по характеру изменения физической величины, не учитываются структурные преобразования объектов ФЭ, а также не сформулированы количественные условия совместимости ФЭ. Таким образом, доля ручного труда при проектировании технических решений уменьшилась за счет повышения эффективности синтеза структур ФПД.

Результаты работы использовались при выполнении Государственного контракта Министерства образования и науки РФ № 16.647.11.1025 от 2011 года «Создание базы физико-технических знаний и прогнозирование на ее основе появления новых нанотехнических систем» в рамках федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2011 годы».

Автоматизированная система «АССИСТЕНТ» зарегистрирована в отраслевом фонде алгоритмов и программ ФГБУ «Федеральный институт промышленной собственности» Федеральной службы по интеллектуальной собственности РФ.

Работа по созданию автоматизированной системы «АССИСТЕНТ» выполнена при поддержке грантов РФФИ № 13-01-00302А «Интеграция формализованных способов представления, хранения и обработки структурированных физических знаний в виде физических эффектов» и № 1307-97032 «Разработка моделей и методов для извлечения структурированных физических знаний из текстов электронных источников информации».

Автоматизированная система «АССИСТЕНТ» прошла апробацию и была внедрена в ЛИК № 3 ОАО «РСК «МиГ» в рамках исследовательского проекта создания новых и модернизации существующих технических решений, что подтверждается соответствующим актом внедрения. Также система была внедрена в процесс обучения студентов Волгоградского государственного технического университета по дисциплине «Концептуальное проектирование систем» (созданы методические указания к учебно-исследовательской работе «Автоматизированная система синтеза линейных структур физического принципа действия»). Автоматизированная система «АССИСТЕНТ» была внедрена в процесс обучения студентов Московского авиационного института филиала «Взлет» факультета «Радиоэлектронные и вычислительные системы летательных аппаратов» по дисциплине «Основы проектирования и моделирования радиоэлектронных систем», что отражено в соответствующем акте.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

На основе новых качественных и количественных условий совместимости ФЭ реализована автоматизированная система «АССИСТЕНТ» позволяющая уменьшить долю ручного труда при проектировании технических решений за счет повышения эффективности синтеза структур ФПД.

Основные результаты работы состоят в следующем:

1)По итогам сравнительного анализа исследований, связанных с использованием структурированных физических знаний на начальных этапах проектирования, установлены особенности предметной области, выявлены основные недостатки известных подходов и предложены направления развития модели описания физического эффекта, процедур синтеза ФПД.

2) Модифицирована модель описания ФЭ для задачи синтеза линейных и сетевых структур физических принципов действия, которая позволяет увеличить количество информации, необходимой для эффективного процесса синтеза ФПД за счет добавления к существующим параметрам воздействий ФЭ физической величины, представленной в лингвистической форме.

3) Модернизированы качественные условия совместимости ФЭ за счет учета ранее не используемого характера изменения физической величины, а также за счет внедрения четырехкомпонентной модели описания ФЭ, что позволило учитывать начальное и конечное состояние объекта ФЭ.

4) Сформулированы количественные условия совместимости ФЭ, которые позволяют увеличить качество синтезируемых структур за счет учета значений физической величины.

5) Разработаны алгоритмы синтеза линейных и сетевых структур ФПД, учитывающие модифицированные условия совместимости ФЭ и множественность входных воздействий ФЭ.

6) На основе предложенных моделей и алгоритмов разработана автоматизированная система «АССИСТЕНТ», реализующая синтез структур ФПД. Автоматизированная система «АССИСТЕНТ» позволяет повысить качество синтезируемых структур ФПД технических систем за счет уменьшения количества физически нереализуемых структур.

7) Проведена проверка работоспособности и оценка эффективности автоматизированной системы «АССИСТЕНТ» на тестовых примерах и при выполнении ряда научно-исследовательских работ.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Статьи, опубликованные в ведущих периодических изданиях, рекомендованных ВАК:

1.Гопта, Е.А. Автоматизация процесса линейного синтеза физического принципа действия / Гопта Е.А., Фоменков С.А., Карачунова Г.А. // Изв. ВолгГТУ. Серия "Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах". 2010. Т. 11. № 9. С. 129 - 133.

2. Гопта, Е.А. Механизм генерирования инноваций: автоматизация процесса сетевого синтеза физического принципа действия / Гопта Е.А. // Качество. Инновации. Образование. - 2013. - № 4 (95). - С. 28-31.

3. Гопта, Е.А. Автоматизированная система синтеза физического принципа действия технических систем / Гопта Е.А., Фоменков С.А. // Программные продукты и системы. - 2014. - № 1. - С. 136-141.

4. Гопта, Е.А. Использование свойств объекта в условиях совместимости физических эффектов / Гопта Е.А., Фоменков С.А., Карачунова Г.А. // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2014. - № 2. - С. 22-26.

Свидетельство о регистрации программного продукта

5. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2014612904 от 12 марта 2014 г. РФ, МПК (нет). Автоматизированная система синтеза физического принципа действия технических изделий и технологий / Гопта Е.А., Фоменков С.А.; ВолгГТУ. - 2014.

Статьи в прочих журналах, сборниках

6. Гопта, Е.А. Механизм генерирования инноваций : монография / Гопта Е.А. - Saarbrucken (Germany): LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013. - 91 c.

7. Гопта, Е.А. Автоматизация процесса синтеза физического принципа действия технических изделий / Гопта Е.А., Фоменков С.А, // Городу Камышину - творческую молодёжь : матер. IV регион, науч.-практ. студенческой конф., г. Камышин, 14-16 апр. 2010 г. В 7 т. Т. 2 / КТИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград, 2010. - С. 90-92.

8. Гопта, Е.А. Модификация модели описания физического эффекта / Гопта Е.А. // Приволжский научный вестник. - 2014. - № 2. - С. 25-27.

9. Гопта, Е.А. Повышение качества построения линейного и сетевого синтеза физического принципа действия / Гопта Е.А., Фоменков С.А. // Актуальные вопросы современной техники и технологии : сб. докл. 1Х-Й междунар. науч. конф. (г. Липецк, 27 окт. 2012 г.) / Липецкое регион, отделение Общерос. обществ, организации «Российский союз молодых учёных», Изд. центр «Гравис» [и др.]. - Липецк, 2012. - С. 16-17.

?

10. Гопта, Е.А. Применение методов физического принципа действия с целью повышения эффективности образовательного процесса / Гопта Е.А. // Современная система оценки качества образования (образовательное учреждение, муниципалитет, регион) : матер, всерос. науч.-практ. конф., г. Тверь, 20 мая 2011 г. / НОУ Ин-т "Верхневолжье", МБУ "Центр развития образования г. Твери" [и др.]. - Тверь, 2011. - С. 22-25.

11. Гопта, Е.А. Применение свойств объекта физического эффекта в качественных условиях совместимости при синтезе структур физического принципа действия / Гопта Е.А. // Международный научно-исследовательский журнал. - 2013. - № 5 (ч. 1). - С. 70-71.

12. Гопта, Е.А. Процесс автоматизации линейного синтеза физического принципа действия технических изделий и технологий / Гопта Е.А., Фоменков С.А. // Инновационные технологии в обучении и производстве : матер. VII всерос. науч.-практ. конф. (г. Камышин, 22-23 дек. 2010 г.). В 5 т. Т. 2 / ВолгГТУ, КТИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград, 2011. - С. 88-91.

13. Гопта, Е.А. Модификация модели описания и условий совместимости физических эффектов / Гопта Е.А., Фоменков С.А., Колесников С.Г. // Сборник научных трудов Sworld. - 2014. - Т. 5. № 1. - С. 58-65.

14. Гопта, Е.А. Модернизация количественных условий совместимости физических эффектов как основа повышения качества синтеза структур физического принципа действия технических систем / Гопта Е.А. // Глобализация науки: проблемы и перспективы ; сб. ст. междунар. науч.-практ. конф., 7 февр. 2014 г. / Башкирский гос. ун-т. - Уфа, 2014. - С. 76-78.

Подписано в печать 06.05.2014 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 279.

Типография ИУНЛ Волгоградского государственного технического университета. 400005, г. Волгоград, просп. им. В.И. Ленина, 28, корп. №7.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ВолгГТУ)

На правах рукописи

04201459518

ГОПТА ЕВГЕНИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

АВТОМАТИЗИЦИЯ ПРОЦЕССА СИНТЕЗА СТРУКТУР ФИЗИЧЕСКОГО ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ

05.13.12 - "Системы автоматизации проектирования (промышленность)"

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Фоменков Сергей Алексеевич

Волгоград-2014

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ.......................................................................................................2

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ............................................6

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................7

ГЛАВА 1. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТРУКТУРИРОВАННЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ.....................................14

1.1 Активизация процессов поискового конструирования с использованием автоматизированных систем.............................................................................14

1.2 Генезис методов синтеза физических принципов действия технических систем..................................................................................................................19

1.3 Направление совершенствования автоматизированных систем поискового конструирования............................................................................36

1.4 Цель и задачи работы..................................................................................39

ГЛАВА 2. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ СИНТЕЗА СТРУКТУР ФИЗИЧЕСКОГО ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ.....................................................41

2.1 Модификация существующей модели описания физических эффектов43

2.2 Модернизация качественных и количественных условий совместимости физических эффектов........................................................................................51

2.2.1 Качественные условия совместимости физических эффектов.........54

2.2.2 Количественные условия совместимости физических эффектов.....60

2.2.3 Генерация графа переходов физических эффектов............................63

2.3 Методики построения структур ФПД........................................................65

2.3.1 Методика построения линейных структур ФПД................................65

2.3.2 Методика построения сетевых структур ФПД...................................70

ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ......................................................................74

ГЛАВА 3. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА СИНТЕЗА

ФИЗИЧЕСКОГО ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ «АССИСТЕНТ»........................76

3.1 Выбор средств реализации автоматизированной системы

«АССИСТЕНТ»..................................................................................................76

2

3.1.1 Формирование требований к программному обеспечению..............76

3.1.2 Выбор инструментальных средств реализации автоматизированной системы............................................................................................................79

3.2 Архитектура и функциональная схема автоматизированной системы «АССИСТЕНТ»..................................................................................................84

3.3 Схема базы данных автоматизированной системы «АССИСТЕНТ».....90

3.4 Алгоритмические основы функционирования модуля синтеза структур

физического принципа действия......................................................................92

ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ.....................................................................97

ГЛАВА 4. ТЕСТОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ВНЕДРЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ «АССИСТЕНТ».............................98

4.1 Оценка эффективности автоматизированной системы «АССИСТЕНТ»..................................................................................................98

4.2 Внедрение автоматизированной системы «АССИСТЕНТ»..................104

4.3 Практическое применение автоматизированной системы

«АССИСТЕНТ»................................................................................................107

ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ.............................................................113

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................................................115

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...........................................117

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Акт сдачи-приемки программного комплекса................131

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Свидетельство о государственной регистрации программы

для ЭВМ...............................................................................................................132

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Методические указания к учебно-исследовательской

работе....................................................................................................................133

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Акты внедрения системы..................................................134

АННОТАЦИЯ

Документ представляет собой диссертацию на соискание степени кандидата технических наук по специальности 05.13.12 «Системы автоматизации проектирования (промышленность)». Работа посвящена повышению эффективности процесса синтеза структур физического принципа действия. Предлагаемые решения позволяют повысить качество синтезируемых структур физического принципа действия за счет уменьшения количества физически нереализуемых структур. В работе предложена модификация модели описания физического эффекта, модернизация качественных и количественных условий совместимости физических эффектов, а также разработаны методики построения линейных и сетевых структур физического принципа действия. Предлагаемые модели и алгоритмы реализованы в автоматизированной системе.

ABSTRACT

The paper is a PhD thesis under the specialty 05.13.12 "Computer-aided de-sign (industry)". The work is dedicated to increasing the effectiveness of the synthesis of structures of physical action principle. Proposed solutions help to improve the quality of the synthesized structures of the physical principle of operation by reducing the number of physically unrealizable structures. We propose a modification of the model description of the physical effect, upgrading the quality and quantity of physical effects compatibility conditions, and developed a technique of construction of linear and network structures of the physical principle of action. The proposed models and algorithms are implemented in an automated system.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АС - Автоматизированная Система.

БД - База Данных.

ФЭ - Физический Эффект.

ПД - Принцип Действия.

ФПД - Физический Принцип Действия.

НИОКР - Научно-Исследовательские и Опытно-Конструкторские Работы. ЭВМ - Электронно-вычислительная Машина. ТРИЗ - Теория Решения Изобретательской Задачи.

UML - (Unified Modelling Language) - унифицированный язык моделирования, используемый для создания объектных моделей информационных систем.

SQL - (Structured Query Language) - универсальный компьютерный язык, применяемый для создания, модификации и управления данными в реляционных базах данных

ЭИМЦ - Энерго-Информационная Модель Цепей.

САПРиПК - Системы Автоматизированного Проектирования и Поискового Конструирования.

ВВЕДЕНИЕ

Базой любого вида деятельности становятся научно-технические достижения - результаты фундаментальных и прикладных исследований, изобретательской деятельности, опытно-конструкторских работ. В настоящее время наиболее перспективным способом получения нового знания и создание на его основе высоко конкурентного инновационного продукта является использование различных автоматизированных комплексов. При этом необходимо отметить, что решающее значение для всего процесса инновационной деятельности имеет начальная стадия проектирования и разработки будущего продукта. Несмотря на то, что этот этап занимает лишь 1% от времени разработки нового продукта (технологии), при выборе наиболее эффективного варианта технического решения можно рассчитывать на больший экономический эффект. Таким образом, внедрение автоматизированных комплексов в научно-техническую сферу способствует более заметному техническому прогрессу.

Сегодня для процесса генерации научно-технических решений характерен ряд особенностей, которые отличают текущий этап научного и информационного развития:

1) Объем накопленных знаний неуклонно растет. Так, согласно оценкам некоторых экспертов, в 2013 году на поиск информации сотрудники тратят на 13% больше времени, чем в 2002. Во многом это объясняется существенным ростом объемов знаний и информации: появились масштабные базы данных, печатные и электронные материалы стали значительно доступнее, поисковые системы предоставляют все большее количество информационных сведений. В результате на поиск информации необходимо больше времени.

2) Накопленный к настоящему времени объем знаний настолько рассредоточен в различных монографиях, научных статьях и справочниках, что возможность охвата специалистами конкретных предметных областей

7

всего спектра информации является трудоемкой. При этом каждый из источников часто уникален не только по набору содержащихся в нем данных, но и по форме представления информации.

3) Во многих случаях форма представления знаний затрудняет их непосредственное использование для решения различных задач.

4) Постоянно растут требования к качеству используемой в исследованиях и разработках информации во всех областях науки и техники.

В результате, текущий процесс генерации знаний качественно отличается от предыдущих периодов сложностью возникающих научно-технических задач и множеством способов их решения на базе последних достижений науки и техники.

В связи с этим актуальной задачей становится структурирование научных знаний в базы данных и автоматизация процесса их использования для решения конкретных научно-технических задач за счет создания специализированных автоматизированных систем. В частности, активно ведутся разработки по формированию специальных баз данных, в которых физические знания представляются особым структурированным образом в виде физических эффектов (ФЭ).

В литературе представлены различные подходы к формализации моделей описания ФЭ, созданию на их основе автоматизированных систем обработки физической информации. Значимый вклад в развитие научного направления, в рамках которого осуществляется структурирование физической информации, внесли Г.С. Альтшуллер, А.И. Половинкин, В.А. Камаев, A.M. Дворянкин, С.А. Фоменков, В.Н. Глазунов, М.Ф. Зарипов, И.Ю. Петрова, R. Koller, а также другие отечественные и зарубежные ученые.

В работе взято за основу направление исследований, проводимых на кафедре «САПР и ПК» Волгоградского государственного технического университета. В рамках данной школы была разработана обобщенная модель описании ФЭ, создан фонд ФЭ, состоящий из 1328 единиц описаний ФЭ, а также разработаны различные автоматизированные системы, среди которых

8

автоматизированная система синтеза структур физического принципа действия (ФПД).

Однако, задача синтеза структур физического принципа действия по-прежнему далека от своего полного решения. Среди наиболее актуальных проблем можно выделить следующие: задание на синтез структур ФПД ограничено только параметрами входных/выходных воздействий; существующие подходы не могут считаться эффективными и полученные на их основе технические решения являются низкого и среднего уровня, поскольку не учитывают структурные преобразования объекта ФЭ; в существующих автоматизированных системах синтеза ФПД предложены алгоритмы проверки физической реализуемости ФПД на качественном уровне, однако проверки на количественном уровне, т.е. с учетом совместимости ФЭ по диапазонам величин воздействий, не проводится; важным ограничением при использовании АС является недостаточность проработки вопроса синтеза сетевых структур ФПД.

Целью диссертационной работы является уменьшение доли ручного труда при проектировании технических решений за счет повышения эффективности синтеза структур ФПД. Под эффективностью синтеза структур ФПД будем понимать количество физически реализуемых решений.

Задачи исследования. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1) исследовать методы синтеза структур ФПД в существующих автоматизированных системах поискового конструирования;

2) модифицировать модель представления ФЭ за счет увеличения количества информации, необходимой для эффективного процесса синтеза структур ФПД;

3) сформулировать качественные и количественные условия совместимости ФЭ за счет учета дополнительной информации, имеющейся в описании ФЭ;

4) разработать алгоритмы построения линейных и сетевых структур ФПД на основе модернизированных условий совместимости ФЭ;

5) реализовать предложенные алгоритмы в автоматизированной системе синтеза структур ФПД, а также проверить ее работоспособность и эффективность на ряде тестовых задач.

Объектом исследования являются структурированные физические знания и разработанные на их основе автоматизированные системы.

Предметом исследования являются методы автоматизации синтеза

ФПД.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использованы методы математического моделирования, системного анализа, нечеткой математики, теории БД, объектно-ориентированного проектирования программных систем.

Научная новизна результатов, выносимых на защиту:

1) Модифицирована модель описания ФЭ для задачи синтеза линейных и сетевых структур физических принципов действия, которая позволяет увеличить количество информации, необходимой для эффективного процесса синтеза ФПД за счет добавления к существующим параметрам воздействий ФЭ физической величины, представленной в лингвистической и числовой форме.

2) Сформулированы качественные и количественные условия совместимости ФЭ за счет учета характера изменения физической величины, структурных преобразований объекта ФЭ и значений физических величин воздействий.

3) Разработаны алгоритмы синтеза линейных и сетевых структур ФПД на основе модифицированных условий совместимости ФЭ, позволяющие уменьшить количество физически нереализуемых структур ФПД.

Обоснованность и достоверность результатов. Достоверность научных положений и результатов, приведенных в диссертационной работе,

10

обеспечивается использованием апробированных на практике методов математического моделирования, методов нечеткой математики, теории баз данных, а также подтверждается результатами проверки работоспособности и эффективности созданной системы на контрольных тестовых примерах.

Практическая значимость и внедрение. Предложенные модели и алгоритмы реализованы в автоматизированной системе «АССИСТЕНТ», выполняющей синтез структур ФПД. «АССИСТЕНТ» может использоваться инженерами и изобретателями на начальных этапах проектирования технических систем, а также внедрена на научных и промышленных предприятиях. Автоматизированная система полезна в преподавании научных дисциплин, связанных с физикой, проектированием и методами инженерного творчества, а также служит средством помощи при выполнении студентами лабораторных и курсовых работ по этим дисциплинам.

Результаты работы использовались при выполнении Государственного контракта Министерства образования и науки РФ № 16.647.11.1025 от 2011 года «Создание базы физико-технических знаний и прогнозирование на ее основе появления новых нанотехнических систем» в рамках федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2011 годы».

Автоматизированная система «АССИСТЕНТ» зарегистрирована в отраслевом фонде алгоритмов и программ ФГБУ «Федеральный институт промышленной собственности» Федеральной службы по интеллектуальной собственности РФ.

Работа по созданию автоматизированной системы «АССИСТЕНТ» выполнена при поддержке грантов РФФИ № 13-01-00302А «Интеграция формализованных способов представления, хранения и обработки структурированных физических знаний в виде физических эффектов» и № 13-07-97032 «Разработка моделей и методов для извлечения структурированных физических знаний из текстов электронных источников информации».

и

Автоматизированная система «АССИСТЕНТ» прошла апробацию и была внедрена в ЛИК № 3 ОАО «РСК «МиГ» в рамках исследовательского проекта создания новых и модернизации существующих технических решений, что подтверждается соответствующим актом внедрения. Также система была внедрена в процесс обучения студентов Волгоградского государственного технического университета по дисциплине «Концептуальное проектирование систем» (созданы методические указания к учебно-исследовательской работе «Автоматизированная система синтеза линейных структур физического принципа действия»). Автоматизированная система «АССИСТЕНТ» была внедрена в процесс обучения студентов Московского авиационного института филиала «Взлет» факультета «Радиоэлектронные и вычислительные системы летательных аппаратов» по дисциплине «Основы проектирования и моделирования радиоэлектронных систем», что отражено в соответствующем акте.

Положения, выносимые на защиту:

1) Модифицированная модель описания ФЭ для задачи синтеза линейных и сетевых структур физических принципов действия;

2) Новые качественные и количественные условия совместимости

ФЭ;

3) Алгоритмы синтеза линейных и сетевых структур ФПД;

4) Автоматизированная система синтеза структур ФПД «АССИСТЕНТ».

Апробация результатов работы. Основные положения и материалы диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры "САПР и ПК" ВолгГТУ, а также на Международных и Всероссийских научных и научно-практических конференциях: «Городу Камышину -творческую молодежь» (Россия, г. Камышин, 2010); «Инновационные технологии в обучении