автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Интегрированная система морфологического анализа и синтеза концептуальных технических решений

Введение.

Глава 1. Анализ работ в области синтеза технических решений на начальных стадиях проектирования

1.1. Методы поиска новых технических решений

1.2. Методы и программные средства, основанные на комбинаторно-морфологическом подходе

1.3. Интеллектуальные системы исследовательского проектирования

Глава 2. Автоматизированная система морфологического синтеза новых технических решений

2.1. Обобщенная структура и основные функции автоматизированной системы морфологического синтеза.

2.2. Алгоритм работы проектировщика с автоматизированной системой морфологического синтеза

Глава 3. Автоматизированные процедуры морфологического анализа и синтеза технических решений

3.1. Способы построения морфологических таблиц с различной степенью конкретизации функционально-структурных поня- 52 тий.

3.2. Общие подходы к решению задач анализа и синтеза комбинаторно-морфологическим методом.

3.3. Морфологический синтез технических решений на основе нечетких моделей теории принятия решений.

3.4. Процедуры синтеза рациональных решений с последовательным наращиванием проектируемой системы

3.5. Анализ морфологических множеств по различным комбинациям критериев.

3.6. Процедура морфологического синтеза с учетом ресурсных ограничений

3.7. Процедура синтеза многофункциональных систем с переменной структурой

3.8. Процедура синтеза технических решений, выполняющих основные и дополнительные функции

3.9. Процедура морфологического синтеза многофункциональных систем при снятых ограничениях на число и характер выполняемых ими функций.

3.10. Морфологический синтез на основе гипотезы о законе гомологических рядов технических объектов

3.11. Эволюционный синтез новых технических систем с учетом наследования элементов на основе морфологических таблиц.

Глава 4. Проверка эффективности процедуры эволюционного синтеза.

4.1. Эволюционный синтез виброзащитных систем операторов дорожных машин.

В настоящее время особую актуальность приобрела проблема создания высокоэффективных конкурентоспособных изделий и технологий в связи с выросшей потребностью России по вхождению в международную рыночную систему и необходимостью переориентации экспортной политики с вывоза природных ресурсов на торговлю наукоемкой продукцией.

Однако решение этой проблемы сопряжено с большими трудностями, поскольку для получения таких изделий и технологий необходимо создание интегрированных информационных систем синтеза рациональных и новых технических решений. Такие системы должны обеспечить накопление данных и знаний высококвалифицированных проектировщиков и экспертов из различных предметных областей с целью синтеза на их основе новой информации, описывающей функциональный и структурный облик технических решений.

Важной является также проблема по накоплению в автоматизированных базах данных и знаний опыта по проектированию новых эффективных технических решений и созданных удачных проектных решений. Это позволит ускорить передачу знаний и положительного опыта между поколениями.

Существует ряд автоматизированных методов комбинаторно-морфологического синтеза рациональных технических решений, разработанных на кафедре "Информационные системы в экономике" Волгоградского государственного технического университета. Однако они обеспечивают решение далеко не полного набора задач синтеза новых рациональных технических решений, что не позволяет проводить всесторонний анализ исследуемой проблемы за ограниченный промежуток времени, отводимый на стадии исследовательского проектирования.

Целью диссертационной работы является создание интегрированной системы морфологического анализа и синтеза концептуальных технических решений.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации, заключается в следующем:

- разработан вариант интегрированной системы морфологического анализа и синтеза концептуальных технических решений;

- на основе теории нечётких множеств разработаны алгоритм и программное обеспечение для многокритериальной оценки элементов морфологической таблицы;

- разработаны новые автоматизированные процедуры синтеза многофункциональных и многоэлементных технических объектов, к которым относятся: процедура формирования структуры объекта последовательным наращиванием элементов; процедура синтеза с учетом ресурсных ограничений; процедура синтеза объектов с переменной структурой при снятых ограничениях на число и характер выполняемых объектом основных и дополнительных функций; процедуры эволюционного синтеза с учетом наследования элементов и на основе закона гомологических рядов технических объектов;

- разработана методика анализа и синтеза рациональных технических объектов на начальных стадиях проектирования с использованием созданной интегрированной системы.

На защиту выносятся следующие положения:

- вариант интегрированной системы морфологического анализа и синтеза технических решений на ранних стадиях проектирования;

- алгоритм и программное обеспечение для многокритериальной оценки элементов морфологической таблицы на основе теории нечётких множеств;

Основные выводы по диссертационной работе

1. Разработан вариант интегрированной системы морфологического анализа и синтеза концептуальных технических решений, позволяющей проводить многоаспектные исследования на начальных стадиях проектирования.

2. На основе теории нечетких множеств разработаны алгоритм и программное обеспечение для многокритериальной оценки элементов морфологической таблицы. Предложенный подход позволил расширить сферу применения морфологического метода, снимая ограничение на число сравниваемых альтернатив, и исключает необходимость пересмотра всех предыдущих суждений эксперта при добавлении в морфологическую таблицу новой альтернативы.

3. Разработаны новые автоматизированные процедуры синтеза многофункциональных и многоэлементных технических объектов, позволившие повысить качество предпроектных исследований и вероятность получения конкурентоспособных технических решений. Созданный новый инструментарий включает следующие процедуры: процедуру формирования структуры технического объекта последовательным увеличением количества функциональных подсистем; процедуру синтеза с учетом ресурсных ограничений; процедуру синтеза объектов с переменной структурой при снятых ограничениях на число и характер выполняемых объектом основных и дополнительных функций; процедуру эволюционного синтеза с учетом наследования элементов и на основе закона гомологических рядов технических объектов.

4. Разработана методика анализа и синтеза рациональных технических объектов на начальных стадиях проектирования с использованием созданной интегрированной системы.

1. Автоматизация поискового конструирования (искусственный интеллект в машинном проектировании) / Под ред. А. И. Половинкина. -М.: Радио и связь, 1981.-344 с.

2. Алгоритмы оптимизации проектных решений / Под ред. А. И. Половинкина. М.: Энергия, 1976. - 264 с.

3. Альтшуллер Г. С. Алгоритм изобретения. М.: Московский рабочий, 1973.-296 с.

4. Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. М.: Сов. Радио, 1979.- 184 с.

5. Андреев В. Л. Классификационные построения в экологии и систематике. М.: Наука, 1980. - 142 с.

6. Андрейчиков А. В., Андрейчикова О. Н. Компьютерная поддержка изобретательства. -М.: Машиностроение, 1998. 472 с.

7. Андрейчиков А. В., Андрейчикова О. Н. Анализ, синтез, планирование решений в экономике. М.: Финансы и статистика, 2000. - 368 с.

8. Андрейчиков А. В., Андрейчикова О. Н., Камаев В. А. Морфологические методы анализа и синтеза новых технических решений: Учеб. пособие / ВолгГТУ, Волгоград, 1994 162 с.

9. Андрейчиков А. В., Андрейчикова О. Н. Функциональный и социально-экономический анализ систем: Учеб. пособие / ВолгГТУ, Волгоград, 1995-128 с.

10. Андрейчиков А. В. Новые информационные технологии для синтеза конкурентоспособной техники (подходы, методы, алгоритмы и компьютерные средства): Учеб. пособие / ВолгГТУ, Волгоград, 1996 -172 с.

11. Андрейчиков А. В. Экономика: математические методы в задачах аналитического планирования. ВолгГТУ, Волгоград, 1997 - 84 с.

12. Андрейчиков А. В. Экономика: математические методы синтеза прогностических решений. ВолгГТУ, Волгоград, 1997 - 82 с.

13. Андрейчиков А. В., Андрейчикова О. Н. Принятие стратегических управленческих решений. ВолгГТУ, Волгоград, 1998 - 162 с.

14. Андрейчиков А. В., Андрейчикова О. Н., Сергеев С. И. Информационные интеллектуальные системы. ВолгГТУ, Волгоград, 1998. - 108 с.

15. Бахмудов Р. М.-Р. Разработка автоматизированной системы оценки и систематизации класса виброзащитных устройств. // Дис. на соиск. уч. степени канд. техн. наук, Волгоград, 1998.

16. Борисов А. Н., Крумберг О. А., Федоров И. П. Принятие решений на основе нечётких моделей. Рига: Зинатне, 1990. — 184 с.

17. Буш Г. Я. Рождение изобретательских идей. Рига: Лиесма, 1976. -126 с.

18. Буш Г. Я. Аналогия технического творчества. Рига: Лиесма, 1979.128 с.

19. Буш Г. Я. Методологические основы научного управления изобретательством. Рига: Лиесма, 1974. - 167 с.

20. Голдовский Б. И., Вайнерман М. И. Рациональное творчество. М.: Речной транспорт, 1990. - 120 с.

21. Дворянкин А. М. Формализация процедуры генерирования случайных ассоциаций // Методы поиска новых технических решений. Под ред. А. И. Половинкина. Йошкар-Ола, 1976.

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

23. Декатов Д. Е. Разработка комплекса моделей и средств концептуального проектирования виброзащитных систем // Дис. на соиск. уч. степени канд. техн. наук, Волгоград, 1997.

24. Джонс Дж. К. Инженерное и художественное конструирование: Пер. с англ. М.: Мир, 1976. - 374 с.

25. Капустин В. М., Махотенко Ю. А. Конструктору о конструировании атомной техники. Системно-морфологический подход в конструировании. М.: Атомиздат, 1981. - 190 с.

26. Кудрявцев А. В. Методы интуитивного поиска технических решений (методы анализа проблем и поиска решений в технике). М.: Речной транспорт, 1991. — 112 с.

27. Методы поиска новых технических решений / Под ред. А. И. Поло-винкина. Йошкар-Ола: Маркнигоиздат, 1976. - 192 с.

28. Одрин В. М. Морфологический синтез систем: постановка, классификация методов, морфологические методы "конструирования" / Препринт АН УССР. Институт кибернетики, 86-3. Киев, 1986. — 37 с.

29. Одрин В. М., Картавов С. С. Морфологический анализ систем. Киев: Наукова думка, 1977. - 83 с.

30. Одрин В. М., Картавов С. С. Некоторые итоги и перспективы развития морфологического анализа систем. Киев: Институт кибернетики АН УССР, 1973. - 83 с. - (Препринт 73-62).

31. Половинкин А. И. Законы строения и развития техники / Учеб. пособие. Волгоград: ВолгПИ, 1985.-202 с.

32. Половинкин А. И., Вершинина Н. И., Зверева Т. М. Функционально-физический метод поискового конструирования: Учеб. пособие. Иваново, Ивановский государственный университет, 1983. 83 с.

33. Половинкин А. И. Метод оптимального проектирования с автоматическим поиском схем и структур инженерных конструкций / Научные труды ЦНИИС, вып. 34. М.: 1970. - 162 с.

34. Построение экспертных систем / Под ред. Ф. Хайеса-Рота, Д. Уотер-мана, Д. Лената. -М.: Мир, 1987.-441 с.

35. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. / Пер. с англ. -М.: Радио и связь, 1989. 316 с.

36. Титов В. Н. Выбор целей в поисковой деятельности (методы анализа проблем и поиска решений в технике). М.: Речной транспорт, 1991. — 125 с.

37. Ханзен Ф. Основы общей методики конструирования: Пер. с нем. -JL: Машиностроение, 1969. 166 с.

38. Хилл П. Наука и искусство проектирования. Методы проектирования, научное обоснование решений: Пер. с англ. М.: Мир, 1973. - 263 с.

39. Хубка В. Теория технических систем: Пер. с нем. М.: Мир, 1987. -208 с.

40. Фоменков С. А. Представление физических знаний в форме физических эффектов для автоматизированных систем обработки информации // Дис. на соиск. уч. степени доктора техн. наук, Волгоград, 2000. -454 с.

41. Элти Дж., Кумбс М. Экспертные системы: концепции и примеры. -М.: Финансы и статистика, 1987. 197 с.

42. Beitz W. Ubersicht uber Konstruktionsmethoden. T.2. Konstruktion in Maschinen-, Apparate-, und Geratebau, 1972, №2, S. 68-72.

43. Beitz W. Ubersicht uber Konstruktionsmethoden. T.2. Konstruktion in Maschinen-, Apparate-, und Geratebau, 1972, №3, S. 109-114.

44. Beitz W., Haug I. Rechnergestutzte Belechnune und Auswahl von Wellen-Nabenverbindungen.-Konstruktion, 1974, RIG, S. 243-249.

45. DECADE: A Hybrid Expert System for Catalyst Selection / Part 1: Expert System Considerations / R. Banares-Alcantara, E. I. Ко. A.W. Westerberg, M. D. Rychener // Comput. and Chem. Eng. 1987. - Vol. 11, №3. - P. 265-277.

46. DOMINIC: A Domain Independent Program for Mechanical Engineering Design / A. Howe, P. Cohen, I. Dixon, M. Simons // Expert System in Engineering / Ed. D. T. Pham. Berlin: Spriuger Verlag, 1988. - P. 361-371.

47. Koller R. Eine algorithmisch physikalisch orientierte Konstruk-tionsmethodik. Т.1., Aufgabenanalyse. - VDI-Z., 1973, N2.

48. Koller R. Eine algorithmisch-physikalisch orientierte Konstruk-tionsmethodik. T.2. Qualitatives Konstruieren. VDI-Z, 1973, N4, S. 309-317.

49. Koller R. Konstruktionsmethode fur den Maschinen-, Gerate- und Appa-ratebau. Berlin: Springer-Verlag, 1976. - 184 s.

50. Koller R. Konstruktionsmethode fur den Maschinen-, Gerate- und Appa-ratebau. Berlin: Springer-Verlag, 1979. - 191 s.

51. Maher M. L. Hi-Pise and beyond: Directions for expert systems in design // Computer-Aided Design. 1985. - Vol. 17, №9. - P. 420-427.

52. Maher M. L., Fenves S. J. Hi-Pise: An expert system for the preliminary structural design of high rise buildings // Knowledge Engineering in Computer-Aided Design / Ed. J. S. Gero. Amsterdam: North-Holland, 1985. -P. 125-135.

53. Maher M. L., Longinos P. Development of an expert system shell for engineering design // Internal J. Applied Engineering Education. 1986. - P. 1-8.

54. Paul Y., Beitz W. Konstruktionslehre. Berlin: Gottingen: New York: Springer, 1977.

55. Rodenacker W-G. Methodisches Konstruieren. In: Konstruktios- bucher. Bd. 27. Berlin: Heidelberg: New York: Springer, 1976.

56. Roth E., Franke H., Simolek R. Algorithmisches Auswahlverfahren zur Konstruktion mit Katalogen. Feinwerktechnik, 1971, N 75, S. 337-345.

57. Roth K. Autfbau und Handhabung von Konstruktion als Wissen- schaft, Forschung hilft Praxis. VDI-Berichte, 1974, N 219, S. 35-40.