автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.14, диссертация на тему:Интеллектуальная компьютерная среда тепловой отработки двигательных установок малой тяги

На правах рукописи

Толстель Олег Владимирович

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ СРЕДА ТЕПЛОВОЙ ОТРАБОТКИ ДВИГАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК МАЛОЙ ТЯГИ

05.13.14 - системы обработки информации и управления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск 1997

Работа выполнена в Сибирской Аэрокосмической Академии.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки и техники РФ Краев Михаил Васильевич.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Рубан Анатолий Иванович кандидат технических наук, Ноженкова Людмила Федоровна.

Ведущее предприятие:

НПО прикладной механики.

Защита диссертации состоится "_"_ 1997 г.

в _ час. на заседании специализированного совета Д 064.54.01

Красноярского государственного технического университета по адресу : 660074, г. Красноярск, ул. Киренского 26. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноярского государственного технического университета.

Автореферат разослан "_"_ 1997 г.

Ученый секретарь совета, доктор технических наук , профессор

В.Н.Тимофеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Разработка специализированного программного юеспечения (ПО), поддерживающего ежедневную деятельность инженера-сонструктора (в данном случае специалиста ведущего полный цикл тепловой отра-ютки двигательных установок (ДУ) космических аппаратов (КА). в частности их :истем коррекции, ориентации и стабилизации), является важным направле-шем работ. Это позволит ускорить процесс отработки ДУ, улучшая при этом каче-гтво выполнения отдельных этапов и уменьшить количество сотрудников занятых 5 этом процессе.

Стремительное развитие компьютерной техники вступает в противоречие с ггстающим развитием специализированных программных комплексов, поддержи-зающих деятельность инженеров в научно производственных объединениях (НПО) I конструкторских бюро (КБ). Существует разрыв между возможностями предоставляемыми современными информационными технологиями и их применением -1а практике. В силу ряда причин эти возможности остаются невостребованными, гго приводит в итоге к неполному и нерациональному использованию вычислительной техники, отсутствию общего ускорения в разработке изделий космической техники, увеличению затрат.

Целью работы является теоретическая разработка системы обработки шформации - интеллектуальной компьютерной среды (ИКС) среды инженера, снимающегося тепловой отработкой ДУ МТ систем ориентации и стабилизации КА и ее практическая реализация. Данная разработка отражает передовые, су-дествующие на сегодняшний момент, достижения в области компьютерных технологий и дает прогноз на ближайшие годы. Она является фундаментом на остове которого можно строить частные реализации автоматизированных рабочих пест, максимально используя представляемые компьютерной техникой возможно-гги.

Объектом исследования в диссертационной работе стала совокупность фограммных средств, включающая специализированные программы расчетов тепловых режимов блоков ДУ. конструкторские программы создающие трехмер-(ыс твердотельные модели деталей блоков, программно-аппаратные средства ;оздания электронного документооборота (в т.ч. текстовые редакторы, програм-иы распознавания текста и речи), операционные системы а также языки программирования и системы искусственного интеллекта.

Методика исследования заключается в анализе существующего порядка тепловой отработки ДУ МТ и использования компьютерной техники на всем

протяжении этой технологической цепочки. Выявлены достоинства и недостатки в существующих инструментальных средствах. Предлагаются доработки, учитывающие достоинства и устраняющие их недостатки. Дорабатываются существующие и создаются новые элементы информационной инфраструктуры. Методика исследования базируется на методе изотермических элементов в задачах сложного нестационарного теплообмена, на аппарате расширенных семантических сетей и систем организации общения на естественном языке, а также на современных информационных и программных технологиях. Программная реализация системы выполнена на языках Visial С++, FORTRAN и ДЕКЛ.

Научная новизна работы обусловлена тем, что ряд нововведений и усовершенствований в традиционном комплексе программного обеспечения специалиста-инженера приводят к появлению качественно нового объекта - ИКС. Научную новизну работы составили:

1. Модель построения автоматизированных рабочих мест специалистов-инженеров в области отработки изделий космической техники.

2. Интеллектуальная компьютерная среда, как ансамбль составляющих ее программ общего, прикладного, специального и интеллектуального назначения, с учетом взаимной многоплановой интеграции, представляющая собой образец автоматизированного рабочего места качественно нового уровня.

3. Универсальный тепловой конструктор (УТК) - компонент ИКС, являющийся реализацией передовых идей и технологий в области программирования и тепловых расчетов данного класса объектов.

4. Интеллектуальная информационная система (ИИС) - компонент ИКС, являющаяся передовой технологией в области программирования и создания баз знаний с помощью методов искусственного интеллекта.

Научная обоснованность и достоверность основных результатов диссертационной работы подтверждается:

- тестовыми (поверочными) расчетами систем для которых известны точные решения;

- соответствием расчетных данных результатам проводимых испытаний;

- использованием автором специализированного ПО вошедшего в ИКС при работе с блоками ДУ "Купон","Галс","Экспресс" "Sesat".

Практическая значимость работы состоит в том, что в результате проведенных исследований в ОКБ "Факел" создано автоматизированное рабочее место нового типа.

Применение новейших информационных технологий позволяет ускорить и упростить процесс подготовки и проведения тепловых расчетов, работу со вхо-

- -------- ------------------------ и________________________________ __________

дящими и исходящими документами, составление отчетов, что в конечном итоге ускоряет процесс отработки изделий космической техники. За счет ориентировки на использование персональной вычислительной техники типовой конфигурации, результаты работы технологично обеспечивают массовое внедрение, использование и тиражирование.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1 .Интеллектуальная компьютерная среда, как ансамбль составляющих ее программ общего, прикладного, специального и интеллектуального назначения, с учетом взаимной многоплановой интеграции, как образец автоматизированного рабочего места качественно нового уровня.

2.Предложенная идеология и методика построения автоматизированных рабочих мест для специалистов в области проектирования и отработки изделий космической техники.

3.Универсальный Тепловой Конструктор как компонент Интеллектуальной Компьютерной Среды, представляющий специализированную систему, позволяющую с минимальными затратами времени создавать тепловые модели подробной детализации и проводить с их помощью высокоточные вычислительные эксперименты.

4.Интеллектуальная Информационная Система как компонент Интеллектуальной Компьютерной Среды, обеспечивающая при условии замыкания информационных потоков полноту информации по всем вопросам тепловой отработки и позволяющая широкому кругу сотрудников конструкторского бюро, как узким специалистам так и их смежникам, получать ответы на вопросы по тепловой отработке ДУМТ на ограниченном естественном (русском) языке с использованием речевой технологии .

Апробация работы. Основные положения разработанной системы докладывались на НТС ОКБ "Факел" (1989... 1995 гг.), на конференции "Проблемы техники и технологий XXI века" г. Красноярск ( 22-25 марта 1994-го года), а также на Всероссийских конференциях "Перспективные материалы технологии и конструкции" г. Красноярск 1995 и 1997 годы. Концепция и пути реализации проекта обсуждались на семинарах кафедры теплофизики Калининградского университета (1993... 1996 гг.). на научных семинарах кафедры двигателей летательных аппаратов Сибирской Аэрокосмической академии (1992... 1997 гг.). Фрагменты системы использовались при дипломном проектировании студентов ХАИ и КГУ, а также при чтении спецкурса лекций студентам специализации "теплофизика" КГУ.

Публикации. По теме работы автором сделано восемь публикаций, в том числе три статьи, четыре научно-технических отчета и тезисы доклада на конференции.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем работы: текста - 136 стр., 16 рисунков,7 таблиц. Библиография - 86 наименований.

Во введении обоснована актуальность темы, определены задачи диссертации, дается краткое содержание работы.

В первой главе диссертационной работы описывается общая концепция интеллектуальной компьютерной среды - автоматизированного рабочего места инженера - конструктора.

В последние годы наблюдается стремительное развитие информационной отрасли. Увеличивается количество эксплуатируемых компьютеров и автоматизированных рабочих мест (АРМ). При этом на большей части предприятий внедрены АРМ-ы, состоящие из одной или нескольких программ с конечным количеством возможных функций. Такой подход невозможен там, где идет разработка образцов новой техники - в исследовательских институтах, конструкторских бюро. В частности одной из важных составляющих производственного процесса в ОКБ "Факел", занимающегося разработкой ДУ МТ систем ориентации, стабилизации и коррекции КА, является тепловая отработка. Под отработкой понимается комплекс мероприятий направленный на то, чтобы обеспечить нахождение температур всех элементов блоков ДУ в узком диапазоне рабочих температур во всех режимах функционирования космического аппарата.

Двигательные установки систем ориентации, стабилизации и коррекции являются одними из важнейших систем КА. Они осуществляют необходимую ориентацию КА в пространстве и позволяют корректировать его орбиту. Конструктивно ДУ состоят из блоков - двигательных, хранения и подачи рабочего тела.

Блоки состоят из рамы, кожуха, клапанов, датчиков давления, термодатчиков, трубопроводов с тройниками и штуцерами, электрических кабелей с разъемами, двигателей, баков, шар-баллонов, горловин, ресиверов, блоков газораспределения с термодросселями. Многие комплектующие, входящие в состав блоков, имеют ограниченный рабочий диапазон температур, например от 5 до 60 С. Специфические условия в космосе - отсутствие конвективного теплообмена, "чернота" и "холод" окружающего пространства, большой тепловой поток от Солнца - приводят к необходимости создания систем терморегулирования (СТР) блоков ДУ. Эти системы поддерживают температуры элементов блоков в необходимом для них узком рабочем диапазоне температур. Типичными элементами СТР блоков яв-

ляются экранно-вакуумная теплоизоляция (ЭВТИ), электрический нагреватель, радиатор со специальным терморегулирующим покрытием (ТРП), а также кронштейны крепления к КА, имеющие заданное значение теплового сопротивления. При этом температуры посадочных мест этих кронштейнов на аппарате находятся в определенном диапазоне температур.

Необходимо рассчитывать распределение температур по конструкциям, состоящим из множества элементов различной формы и размера, имеющим сложное строение, различные свойства поверхностей, внутренние тепловыделения и контактные тепловые сопротивления в креплениях элементов между собой. При этом надо учитывать изменение во времени температур посадочных мест, прямых и переотраженных солнечных потоков, тепловых потоков от работающих двигателей. Все расчеты должны подтвердиться при проведении тепловакуумных испытаний, автономных и в составе аппарата. Такие испытания проводят в вакуумных камерах с высокой степенью разрежения и черными экранами, охлаждаемыми жидким азотом - для имитации условий в космосе. Используют имитаторы солнечного излучения. Все это является сложной расчетно-экспериментальной задачей и входит в тепловую отработку изделий.

На всех этапах отработки возникают проблемы связанные с изменением конструкции или граничных тепловых условий эксплуатации аппарата. Эти изменения исходят либо от заказчика либо от смежных подразделений - конструкторов, специалистов по прочностной отработке ДУ и других. Решение этих проблем требует анализа текущего состояния изделия, дополнительных расчетов (иногда испытаний), поиска аналогичных решений в других изделиях. Кроме того ведется постоянная переписка с заказчиком и смежниками.

Описанная выше деятельность плохо поддается форматизации и требует определенного подхода при попытке создания АРМ-а полностью покрывающего все потребности инженера-конструктора работающего в этой области. Такой подход (концепция) был получен автором в процессе создания автоматизированного рабочего места (системы обработки информации), получившего название Интеллектуальная Компьютерная Среда (ИКС). Его основные положения:

1. Формированием АРМ-а занимается непосредственный исполнитель конструкторских работ.

2. Для этого система должна быть открыта, наращиваема, иметь дружественный интерфейс, многозадачность, многооконность.

3. В качестве аппаратного обеспечения используется типовая, широкораспространенная на сегодня техника.

4.Все фрагменты такого АРМ-а интегрированы друг с другом.

5. В состав АРМ-a входит общераспространенное прикладное программное обеспечение - в частности текстовые редакторы, электронные таблицы, программы создания трехмерных моделей твердых тел (Autocad), программы математического моделирования (Matead, Matlab).

6.В состав АРМ-a входит специализированное программное обеспечение - в частности программы расчетов тепловых моделей методом изотермических элементов, вспомогательные программы и программы решения частных задач, средства поддержки обработки результатов испытаний.

7.В состав АРМ-a входит программное обеспечение использующее технологии искусственного интеллекта - в частности система содержащая базу знаний по тепловой отработке и систему обмена с ней на ограниченном естественном (русском) языке.

8. В составе АРМ-a используются новые информационные технологии - в частности распознавания сканированных текстов для замыкания информационных потоков и распознавания/синтеза речи для ввода /вывода информации на ограниченном русском языке и голосового управления работой программ (навигации).

На каждом конкретном рабочем месте инженер-конструктор, работающий с компьютером, создает уникальное сочетание используемых программных средств. Т.е. специалист в предметной области, самостоятельно создает свое автоматизированное рабочее место. И в этом АРМ-e наряду с широко распространенными коммерческими программными продуктами, используются программы собственной разработки, решающие необходимые для данного специалиста частные задачи. Эти программы очень важны, но при этом написаны на низком уровне, вызванном непрофессионализмом в программировании и отсутствием свободного рабочего времени на изыскания в данной области. Здесь обнаруживается противоречие между высочайшим уровнем развития компьютерной техники, высоким уровнем и большими возможностями существующих в мире программных продуктов и низким уровнем использования этой техники в большом числе случаев. В частности, это характерно для космической отрасли, в том числе и для ряда ведущих ОКБ. Целью работы автора является построение образца компьютерной среды для инженера-конструктора. Этот образец не только соответствует последним достижениям в области информационных технологий, но и имеет задел на несколько лет вперед. Такая уверенность в правильном предсказании путей развития компьютерной отрасли возникает у автора, поскольку все его прогнозы и ожидания за последние пять лет четко выполняются.

В первой главе также проведен анализ существующего положения в области аппаратного обеспечения и выставлены требования к конфигурации компьютера и составу периферийного оборудования.

В заключении, обобщая вышеизложенное, автор предлагает рассматривать автоматизированное рабочее место инженера-конструктора, обладающее всеми вышеперечисленными свойствами как функцию в трехмерном пространстве. У этой функции по оси X откладываются элементы общего программного обеспечения, по оси У - специализированного, а по оси Ъ - элементы искусственного интеллекта. При таком подходе геометрической интерпретацией этой функции является эллипсоид, частные реализации системы не имеющие элементов искусственного интеллекта представляются двухмерными фигурами - эллипсами различного эксцентриситета ( в зависимости от соотношения количества общего и специального программного обеспечения в них входящего), а системы использующие только специальное или только общее программное обеспечение - одномерными отрезками различной длины. Каждый конкретный рабочий сеанс в системе с одновременным использованием некоторой суммы описанного выше программного обеспечения в некоторый момент времени будет соответствовать той или иной точке такого эллипсоида. в зависимости от того, какое ПО участвует в данном сеансе работы.

Во второй главе подробно рассматривается Универсальный Тепловой Конструктор (УТК). как составная часть данного автоматизированного рабочего места и прототип фрагмента специализированного программного обеспечения вообще.

Важная составляющая тепловой отработки ДУ МТ - расчеты тепловых режимов блоков ДУ. Для этого используется метод изотермических элементов. При таком подходе детали конструкции разбиваются на элементы малые настолько, что изменением температуры по ним можно пренебречь. Элементам присваиваются полная теплоемкость, внутреннее тепловыделение, площадь поверхности, степень черноты и коэффициент поглощения солнечного излучения. Элементы связываются между собой лучистыми (угловые коэффициенты), а также кондук-тивными и конвективными тепловыми связями. Кондуктивные связи задаются в Вт/К и рассчитываются исходя из коэффициента тепловой проводимости материала и геометрических характеристик пути теплового потока. Возникает система дифференциальных уравнений теплопроводности. Решая полученную систему уравнений, находим распределение температур по элементам конструкции от времени.

Эта программа дополняется десятком вспомогательных программ решения частных задач наиболее типовых ситуаций и подготовки данных для расчетов. Од-

нако скорость расчетов с использованием всех этих программных средств оставалась низка, в основном из-за длительной подготовки данных для расчетов. Для достижения качественного скачка в ускорении проведения и оптимизации тепловых расчетов, а также использования этих программ совместно с иными средствами информационного поддержания процесса тепловой отработки ДУ МТ на всех его этапах, они были специальным образом доработаны, настроены и интегрированы в Интеллектуальную Компьютерную Среду (ИКС) - автоматизированное рабочее место инженера конструктора. При этом данная составная часть ИКС получила название Универсального Теплового Конструктора (УТК), а программа теплового расчета методом изотермических элементов стала ядром УТК. Обобщенная схема УТК представлена на Рис. 1.

Рассмотрим УТК как совокупность программ его составляющих и средств их интеграции. Под УТК понимается полный ансамбль программных средств, охватывающих все моменты теплового моделирования в данной конкретной области с учетом всей ее специфики. При этом подразумевается, что входящие в его состав программные средства определенным образом интегрированы. Эта интеграция имеет несколько уровней.

Первый уровень интеграции - системный. Здесь подразумевается, что все элементы УТК объединены как программные продукты (soft) и работают под управлением той или иной операционной системы, позволяющей максимально удобное их использование (с применением многозадачности, многооконности, ярлыков, длинных русскоязычных имен и пр.). В данном случае такой основой является система "Windows-95".

Второй уровень - методический. Здесь подразумевается что все элементы УТК решают каждую отдельную задачу в полном цикле тепловой отработки ДУ. Результаты одних расчетов часто являются исходными данными для других. При этом процесс, повторяясь и делая откаты, каждый раз идет разным маршрутом на К-мерной выборке из N-мерного (где K<N) пространства теплового моделинга X, существующего в сфере проектирования конкретного конструкторского бюро (КБ).

Третий уровень - специализационный. Здесь подразумевается что все элементы УТК описывают различные физические процессы и ситуации, покрывая этим некоторую часть общего пространства теплофизических задач У. Используются программы описывающие конвективный, концуктивный и лучистый теплообмен с краевыми условиями 3-го рода, а также некоторые гидро- и газодинамические задачи.

Рис. I Обобщенная схема Универсального Теплового Конструктора (УТК)

Четвертый уровень - технологический. Здесь имеются в виду некоторые специально сделанные доработки кода (текстов программ), а также общий обмег данными через буфер обмена и с помощью OLE-технологии. Сюда же относится общее для всех программных средств ИКС управление работой с помощью голоса.

Преобразованию совокупности программных средств для тепловых расчета элементов ДУ в УТК предшествовало проведение исследований протоколов и от чего в о результатах испытаний, анализ технологии и результатов тепловых расче тов, проведенных в конкретном КБ за последние годы, сопоставление данных расчетов с результатами экспериментов, анализ полной технологии тепловой отрабопи ДУ МТ, изучение возможностей широкого спектра прикладного программной обеспечения и операционных систем.

Кроме программных средств собственной разработки в УТК интегрирова ны специализированные продукты Mathcad, Matlab позволяющие решать большое спектр математических задач, электронная таблица Excel, удобная при ряде ариф метических расчетов, построении графиков, обработке протоколов испытаний, : также Autocad - для использования чертежей конструкций при подготовке тепловьи моделей.

В состав УТК интегрировано около десятка вспомогательных программ под готовки данных и решения частных задач. Они используются при подготовке к рас четам большой сложной модели ( вычисление кондуктивных связей, угловых ко эффициентов, мощностей нагревателей), либо при небольших оценочных расчетах когда построение сложной модели нецелесообразно. Также в эту группу входя-некоторые специальные программы, написанные на основе физических и ма тематических моделей для повторяющихся расчетов специфических процессов Можно выделить условно три группы решаемых задач - тепловые расчеты, гидро газодинамические и смешанные. Например программа TEPLOG рассчитывает те пловую проводимость базовых геометрических тел - пластины, цилиндра или поло го цилиндра, и тепловой поток при заданном перепаде температур и известно;* материале, а программа SVIA2I - кондукгивные связи между элементами конст рукции (частями блока). Программа HOLODNO рассчитывает теплообмен из луче нием между геометрическими телами (пластина, цилиндр, сфера) и окружающт пространством при заданных характеристиках поверхности и температура' поверхности и окружающего пространства, программа IMITACIA рассчитывае мощность имитации солнечного излучения через ЭВТИ блоков. Программа Si (стартовый комплекс) моделирует конвективный теплообмен малогабаригноп блока типа БО,БК или БП полностью или частично укрытого теплоизоляцией, i момента окончания термостатирования двигательной установки находящейся вме

гге со спутником под обтекателем ракеты-носителя до момента старта. В результате )асчета возможно определить температуру блока на начато УВ (участка выведе-шя), что очень важно, т.к. на УВ ограничена возможность управления нагревателями СТР блоков.

Отличительными особенностями ядра УТК и элементами современного интерфейса являются:

1.Программа создана как приложение под "Windo\vs-95". В таком виде она органично входит в состав ИКС инженера-конструктора и тесно интегрируется с гругими средствами используемыми для автоматизации документооборота. При этом она в полной мере использует предсотавляемые "Windows-95" истинный многозадачный режим и полноценную 32-х разрядность, прямую адресацию ко всей имеющейся на компьютере памяти. Именно эти качества позволяют сделать очень удобный современный многооконный интерфейс, элементы которого описываются ■шже.

2. Для ввода и визуализации геометрических моделей изделий, было принято решение не создавать собственного языка описания геометрических объектов ;чго реатизовано например в пакете тепловых расчетов "TERM"), а использовать программные средства разработки фирмы Autodesk, являющиеся мировым стандартом де-факто в области программ трехмерного моделирования. После построения эбъекта файл с координатами вершин элементов экспортируется в одно из окон ядра УТК. По этим данным рассчитываются угловые коэффициенты лучистого теплообмена и внешние тепловые нагрузки (от прямого Солнечного и переотраженного излучения) на поверхности элементов при движении КА по орбите, а также на базе геометрической .модели двигательного блока строится его тепловая модель. Совме-л-ная и удобная работа всех программ обеспечивается средствами "Windows 95".

3.Выходные результаты работы программы могут быть удобно представлены: а) традиционно, в виде таблицы; б) в виде графиков; в) цветовой гаммой на геометрической модели конструкции. Все три потока выводятся в отдельные окна. причем может быть открыто несколько окон на каждый поток, а внутри окна графическая информация масштабируется.

4. Использованы последние версии компиляторов языка FORTRAN, в тастности 32-разрядных вычислений, для ускорения расчетов в области математических вычислений.

5. Использованы последние версии компиляторов языка С ++ для создания удобного пользовательского интерфейса.

6. Создан специальный модуль конструктора элементов тепловой схемы, ис пользуемый для подготовки исходных данных, в том числе с использованием пс полняемого "склада" заготовок. Здесь же заполняются матрицы кондуктивных лучистых связей с использованием специальной технологии электронных таблиц, и которой основана например такая программа как "EXCEL".

7. При работе с программой широко используется управление голосовым командами.

Задача достижения качественного скачка в ускорении проведения тепловы расчетов решалась при разработке ядра УТК ,в частности, созданием удобног графического интерфейса, позволяющего легко работать с программой людям i имеющим предварительных навыков, а имеющим опыт работы с программой быстро строить сложные тепловые модели изделий на основе простых. Сложна модель позволяет учитывать факторы сказывающиеся порой на последних эт; пах тепловой отработки (например, влияние геометрии космического аппарата районе установки двигательного блока на эффективность работы его радиаторо! воспроизводимое лишь на комплексных тепловакуумных испытаниях в составе м: кета аппарата), что может предотвратить потерю больших денежных средств.

Еще одна важная особенность, относящаяся не только к ядру, но и ко всем УТК в целом - непрерывный цикл подготовки исходных данных для расчетов i выходя из программы. Нет необходимости прерываться и вычислять i «клочках» бумаги промежуточные цифры - все можно делать в одном из око УТК. Вместе с изложенным выше это устраняет противоречие между высоко скоростью расчетов на современных компьютерах и медленной подготовке исходных данных для этих расчетов ( когда расчеты длящиеся один человеко день вызывали подготовку данных до одного или даже несколько человеко - м< сяцев).

В третьей главе подробно рассматривается Интеллектуальная Информ; ционная Система (ИИС) являющаяся конкретной реализацией технологии иску< ственного интеллекта и выполняющая в некоторой степени роль дополнительно! сотрудника. ИИС отслеживает весь входящий и исходящий информационный п< ток в виде файлов на жестком диске компьютера. Каждый текст подвергаете специальному анализу, на основе которого пополняется база знаний mrrej лектуальной компьютерной среды - автоматизированного рабочего места, результате замыкания информационного потока - сканирования и распознавай» входящих машинописных текстов, обеспечивается полнота такой базы знаний. Бл; годаря многозадачной системе Windows-95 обеспечивается постоянная в течет всего рабочего дня (в фоновом режиме) обработка информации и пополнение п

ой базы знаний. В результате заложенной активности и самообучаемости ИИС беспечивается уточнение правильности понимания ею фактов и правил из входя-jero информационного потока на основе запросов к человеку. Построенная таким бразом база знаний в результате специально заложенных средств ввода-вывода ожет общаться с человеком на естественном языке, вплоть до устной речи.

Главная задача ИИС - "помнить" в полном объеме и со всеми мельчайпш-и подробностями историю и текущее состояние тепловой отработки всех изде-ий, т.е. то. чего человек не может сделать в принципе. Система отвечает на во-росы типа "Когда проводились последние испытания блока ДБ изделия "Купон", ыл ли зафиксирован в каком либо из режимов перегрев клапана МЭК и до ка-ой температуры ?", и т.п.

ИИС создается с использованием технологий и программных средств азработанных в Институте проблем информатики Академии Наук России. Раз-аботанный там новый язык представления знаний - язык расширенных семангиче-ких сетей (РСС) обладает высокими изобразительными возможностями, а новый зык продукционного программирования ДЕКЛ. созданный на базе аппарата СС. позволил создавать системы искусственного интеллекта, обладающие уни-альными качествами. ИИС является частной реализацией такой системы на дан-ой конкретной предметной области с использованием нововведений предложен-ы.\ автором.

На сегодняшний момент доминирующим в искусственном интеллекте вляется программно-прагматическое направление. Оно занимается созданием рограмм. с помощью которых можно браться за задачи, решение которых до этого читалось возможным только при участии человека. При этом рассматривается ишь конечный результат решения конкретных задач, и не ставится задача спользования таких же структур и методов, которыми пользуется в аналогичных луч ал х человек. Некоторая предметная область деятельности описывается в виде овокупносги сведений о структуре этой области, основных ее характеристиках, роцессах, протекающих в ней, а также о способах решения возникающих в ней за-ач. Все эти сведения образуют знания о предметной области, содержат кон-егпуальную модель этой области. Существуют модели описывающие процедур-ые и декларативные знания. Оба вида знаний могут сосуществовать друг с другом именно такие смешанные представления дают на сегодня наибольшие возможно-ги, Более подробно описан конкретный пример такой системы.

Обычные семантические сети составляются из вершин, соответствую-щх объектам. Вершины связываются дугами, на которые вешаются метки от-ошений. Однако, с помощью подобных сетей оказывается трудно представлять

сложные виды информации, поэтому вводятся вершины, соответствующие име нам отношений, а также специальный "развязывающий" элемент, называе мый вершиной связи. Последняя как бы разрывает дугу и подсоединяется од ним ребром к вершине-отношению, а другими ребрами - к вершинам объектам. РСС является развитием такого сорта сетей в направлении повыше ния изобразительных возможностей при сохранении свойства однородности. Язы: Расширенных семантических сетей (РСС) служит для ввода фактов и декларатив ных сведений, связанных с решением задач. Он может быть использован и дл ввода продукций. Однако, для этих целей лучше использовать язык более высоко го уровня - ДЕКЛ

Для однородного представления различных правил преобразования условных зависимостей вводятся РСС специального вида, называемые продук

циями. Примером продукции служит представление правила ЕСЛИ.. .ТО..... ДЕЮ

- это новый язык программирования. Он служит для преобразования семанти ческих сетей. Язык ДЕКЛ предназначен для ввода в систему правил, ши продукций, которые записываются в форме "ЕСЛИ ... ТО ...". С помощью такк продукций задается решение пользовательских задач, поддерживается систем; команд, внешний язык и т.д. Язык ДЕКЛ по некоторым своим компонентам бли зок к типовому языку логического программирования - ПРОЛОГ. Однако фор мы его несколько другие, богаче по своим возможностям, устранены многие огра ничения, характерные для языка ПРОЛОГ.

На базе языков РСС и ДЕКЛ реализована система обмена на ограниченно» естественном языке (далее - система) Она позволяет создавать в ЭВМ естественно языковой интерфейс с учетом терминологических особенностей предметной об ласти и вводить факты и экспертные знания наиболее удобным способом - н; ограниченном естественном языке (ОЕЯ). Таким образом можно создавать при кладную экспертную или информационную систему и строить базы знаний раз личных предметных областей с помощью ОЕЯ.

На основе введенных знаний система обеспечивает: а) ответы на вопрось пользователя, выраженные на ОЕЯ, возможность быстро найти интересую щун его информацию, проследить логические связи; б) выдачу необходимой информа ции (описаний различных объектов с учетом их связей) в виде текстов ОЕЯ; г) объ яснение полученных результатов, навигацию по знаниям с возможностью и: дополнения, изменения, индуктивный вывод. Система понимает простые повество вательные и вопросительные предложения русского языка а также сложноподчи ненные предложения с придаточными условными.

Система активна в приобретении новых знаний и устранении противоре-[ий в имеющихся (в диалоге с человеком) при постоянной работе системы в много-адачном режиме. При отсутствии запросов к ней система постоянно (в течение :сего рабочего дня) изучает вновь поступившую информацию и осваивает ста->ую - совершенствует структуру области знаний. При этом она функционирует в фоновом режиме" в одном из окон многозадачной операционной системы \Vmdows-95". Она соотносит и обобщает факты и правила из различных докумен-ов относящихся к разным изделиям и уточняет детали касающиеся конкретных юментов. При этом она накапливает вопросы к человеку-специалисту и время от ¡ремени запрашивает разрешение на диалог. В процессе такого диалога она упо->ядочивает и уточняет свои знания (совершенствует глобальную семантическую :еть). При хорошо подобранных "краевых условиях" (правильно построенной юдели металогической области знаний) и эффективном диалоге человека-;пециалиста с системой, она через определенный " инкубационный" период промышленной эксплуатации начинает давать отдачу. При этом ИИС начинает в неоторой степени приобретать черты дополнительного сотрудника.

Возможность общения с ИИС на ОЕЯ, позволило органично интегриро-шть в систему еще одну новейшую технологию - речевое общение с компьюте->ом. Эта технология основана на использовании специальных периферийных компьютерных устройств - звуковой карты, аудиосистем (колонок) или наушников, и шкрофона. Используется 16-битная звуковая карта. Акустические системы или на-шники. а также микрофон подключаются в специальные разъемы на выходной ганели карты. Такая комплектация дополненная сервисным программным юеепечением позволяет записывать звук в виде данных на жестком диске сомпьютера и воспроизводить его. Для работы с русской речью кроме этого применяется комплекс специального программного обеспечения. Участок воспроиз-¡едения фраз ограниченного естественного языка выдаваемых компьютером яв-шется более простым. Имеется возможность настройки тембра "голоса" компьютера и скорости речи, настройки ударения при произношении.

Более сложной проблемой является голосовой ввод. Здесь выделяются два «правления - "навигация" ( распознавание и выполнение компьютером отдельных соманд подаваемых голосом) и "диктовка" ( распознавание компьютером слитной >ечи произносимой человеком). При работе в режиме "навигации" количество юзможных произносимых команд составляет несколько сотен и добиться хорошего ачества распознавания здесь проще чем при "диктовке", хотя здесь также необхо-щмо натренировывание голосом всех соответствующих команд. Тем не менее ре-;ультат интегрирования голосовой "навигации" в ИКС трудно переоценить - она

дает новые возможности и удобства, открывает дополнительное пространство обме на информацией, причем более привычное для человека. Голосовые команды ак тивно используются для управления работой всех программных средств интег рированных в Интеллектуальную Компьютерную Среду тепловой отработки Д? МТ. При этом каждая команда настраивается на определенный макрос, т.е. после довательность выполнения действий.

Второе направление - "диктовка" - является еще более сложной задачей. П некоторым оценкам появление надежно работающих систем распознавания слитно: русской речи адекватно воспринимающих сообщения с любого голоса любого че ловека можно ожидать не раньше чем через несколько лет. Однако автору удалое найти частное решение этой проблемы давшее хороший результат в данной систе ме. Поскольку количество пользователей данной системы ограничено нескольким: сотрудниками, это позволяет настроить систему на распознавание их голосов, i подмножество ограниченного естественного языка, на котором происходит диалог системой, составляет несколько тысяч слов, из которых некоторая часть общеупот ребительные слова русского языка, остальные - специальные термины и названи из предметной области тепловой отработки ДУ. После ввода их в специальны словарь соответствующей компьютерной программы и натренировывания голосом была достигнута возможность вводить нужные вопросы с голоса в окно текстовог редактора для последующей их обработки системой обработки текстов, описанно выше. Блок - схема системы обмена на ограниченном естественном языке приведе на Рис.2.

Подобные промышленные системы, позволяющие осуществлять "диктовку на русском языке, на сегодняшний день практически отсутствуют.

В четвертой главе рассмотрены вопросы передачи данных протоколе испытаний со стендового оборудования. Описывается содержимое фрагмент "Испытания", объединяющего комплекс средств, позволяющих удобно работать данными тепловакуумных испытаний. Анализируется объем и структура различ ных видов протоколов и отчетов по испытаниям, необходимое количество парамет ров, логика проведения режимов, удобство сопоставления полученных при испыта ниях данных с расчетными. Затрагивается вопрос уточнения коэффициентов тепло вой модели по результатам испытаний с помощью метода фильтрации. Основно внимание уделяется анализу испытаний с помощью электронных таблиц, возмож ности применения здесь OLE-технологии. В заключении обсужцаеггся возможност наблюдения в режиме ON-LINE за ходом испытаний, получая необходимые дан ные по компьютерным сетям и через модем.

Ответ системы на естественном языке (*.\Уау - файл )

з:

Речевой запрос к системе на естественном язы- ) ке (*.У/ау - файл )

Программа синтеза речи

Г-х

ЗЫ- 1

Программа распознавания речи

Текстовый файл (выходной текст на Огрпитггсн-ом Естественном Языке)

Текстовый файл (входной текст на Ограниченном Естественном Языке )

Блок организации системной активности

/ Синтактико-семан-I тичсская структура

\Г'

Блок сиестактико-семантичеекого анализа форм

Знания о корняV

суффиксах, окончаниях и др.

Знания о значениях слов

/1

Знания о семантических падежах и формах

ПРЕДМЕТНЫЕ

3 Н А Н И Я

Блок реализации прагматических функций

Рис. 2 Блок-схема фрагмента ИИС - системы обмена на ограниченном естественном языке.

Основные результаты работы

1. Проведен детальный анализ существующего на сегодняшний день с< стояния средств вычислительной техники, информационных технологий и соо: ветствующих программных средств, сформулированы перспективы в этом н; правлении на ближайшие годы.

2. Создана идеология и методика построения качественно нового обьег та - интеллектуальной компьютерной среды инженера - специалиста в облает отработки изделий космической техники.

3. Предложенная идеология и методика реализована на конкретном npí мере - создано автоматизированное рабочее место (АРМ) тепловой отработки Д МТ систем коррекции, ориентации и стабилизации космических аппаратов ( в ч; стности искусственных спутников Земли). Обладая рядом новых качеств даннс автоматизированное рабочее место позволит перевести на качественно новую ctj пень тепловые расчеты; работы по созданию программ испытаний, отчего] текущий документооборот, что приводит к ускорению сроков и улучшению кач« ства тепловой отработки изделий, а также к уменьшению человеко-затрат н каждую позицию работ.

4. При создании АРМ-a тепловой отработки ДУ МТ, на основании прс грамм расчетов тепловых режимов методом изотермических элементов созда Универсальный Тепловой Конструктор - совокупность программных средст обладающая дружественным современным интерфейсом, позволяющая быстр и удобно создавать геометрические и тепловые модели (любой степени сложности ДУ в составе КА и проводить расчеты тепловых режимов элементов ДУ.

5. При создании АРМ-a тепловой отработки ДУ МТ, на основании сп< циализированных средств декларативного программирования - аппарата Распп ренных Семантических Сетей (РСС) и языка ДЕКЛ, реализована Интеллектуал! ная Информационная Система (ИИС), позволяющая создавать и регулярн пополнять базу знаний по конкретной предметной области, а также общаться собой (посылать запрос и получать информацию) на ограниченном естествен ном (русском) языке.

6. Часть специализированного программного обеспечения, а также некотс рые приемы и технологии работы вошедшие в ИКС в качестве ее элементов, был использованы автором при отработке ДУ "Купон", "Галс" и при отработке блоко вошедших позднее в состав ДУ "Экспресс", "Sesat".

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Исследование и разработка схемных и конструктивных решений, обес-ечивающих создание реактивных двигательных установок малой тяти для ори-нтации и стабилизации космических аппаратов и изменения траектории их олета. // Тема: "Развитие методики комплексной оптимизации." НТО тромежуточный). НИР 204-88010; Л-11003; ОКБ "Факел", - Калининград.

989.-26 с.

2.Результаты расчетно-экспериментальной отработки образца однокомпо-ентного каталитического двигателя 21Н4-02 на ВПВ. // 21Н62.65.НТО; Л-11220; )КБ «Факел», - Калининград. 1990.

3.Исследование вопросов создания и совершенствования элекгрореак-ивных двигателей малой тяги различного типа для коррекции орбиты и ори-нтации космических аппаратов.// Часть 2. НТО (итоговый). НИР 204801.627.166; Л-11437; ОКБ "Факел", - Калининград, 1990.

4.Результаты расчетно-экспериментальной отработки однокомпонентного ка-алитического ЖРД МТ 21Н4-02 на ВПВ и двухкомпонентного ЖРД МТ 21Н4-04 а топливе ВПВ+РГ-1//. 21Н.621.192.НТО; Л-11442;ОКБ «Факел». - Калининград,

990.

э.Толстель О.В.,Счастливый С.Н.,Старостович В.А. Программа для персо-ального компьютера, моделирующая нестационарный процесс теплообмена при стественной конвекции с учетом излучения.// В сб. Ракетно-космическая техника, хрия IV. Ракетные двигатели и энергетические установки. М., ГОНТИ - 8, 1991.

6.Толстель О.В. Элементы компьютерной среды тепловой отработки дви-ательных установок малой тяги.// Проблемы техники и технологий XXI века: 'езисы докладов научно-технической конференции с международным участием, -фасноярск. КГТУ, 1994.

7. Краев М. В., Толстель О.В. Тепловая отработка двигательных установок галой тяги на основе информационной технологии.// В сб. "Материалы, техно-огии, конструкции". Красноярск,CAA, 1995.с190-197.

8. Краев М.В., Толстель О.В. Информационная технология в проектировании вигательных установок малой тяги.// В сб. "Перспективные материалы, техноло-ии, конструкции". Красноярск, CAA, 1997.