автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Интеллектуальная САПР схем автоматизации с развивающейся базой знаний

005538071

На правах рукорнси

Требухин Алексей Геннадьевич

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ САПР СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ С РАЗВИВАЮЩЕЙСЯ БАЗОЙ ЗНАНИЙ

Специальность 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования (в промышленности)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тверь-2013

005538071

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тверской государственный технический университет»

Научный руководитель: Филатова Наталья Николаевна, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Автоматизация технологических процессов» Тверского государственного технического университета

Официальные оппоненты:

Камаев Валерий Анатольевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Системы автоматизированного проектирования и поискового конструирования» Волгоградского государственного технического университета;

Веселов Алексей Аркадьевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Электронные вычислительные машины» Тверского государственного технического университета.

Ведущая организация: Инженерно-технологическая академия ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет»

Защита диссертации состоится «06» декабря 2013 года в п часов на заседании диссертационного совета Д 212.262.04 при Тверском государственном техническом университете (адрес: 170026, г. Тверь, наб. Афанасия Никитина, д. 22, ауд. Ц-208).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тверского государственного технического университета (адрес: 170023, г. Тверь, просп. Ленина, д. 25).

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.262. д.физ.-мат.н., профессор

Дзюба Сергей Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Анализ САПР систем автоматизации непрерывных технологических процессов российских (САПР-АЛЬФА, SchematiCS, AutomatiCS) и зарубежных (CADElectro, E3.series, Promisse, EPLAN) разработчиков показал, что указанные САПР в рамках одного проекта обеспечивают проработку единственного варианта технической реализации системы и автоматизированное формирование для него проектной документации.

Для повышения качества проектного решения необходим анализ и оценка нескольких вариантов технической реализации системы автоматизации (СА) с помощью критериев, характеризующих функциональные и эксплуатационные свойства схем. Применение существующих САПР для создания множества вариантов технических реализаций СА не обеспечивает его достаточную полноту и увеличивает время проектирования. Вопросы автоматизации процесса формирования схем автоматизации рассматривались в работах Емельянова C.B., Цветкова В.Д., Салина А.Г., Целищева Е.С., Ахремчика О.Л., Филатовой Н.Н., Бодрина А.В., Федорова А.Н. и др. Структуры, предложенные ими для описания объекта проектирования, а также предлагаемые технологии и алгоритмы структурного синтеза позволяют получать единственный вариант технической реализации СА. Для сравнительной оценки нескольких вариантов используются критерии, требующие применения большого объема экспертной информации.

Для автоматизации процесса формирования множества вариантов технических реализаций СА необходимо создание специального генератора схемных решений.

Информация, содержащаяся в архиве САПР, в дальнейшем не систематизируется и используется только для создания фрагментов новых проектных решений. Однако включение в САПР генератора схемных решений приведет к расширению архива, что обеспечивает возможность на основе интеллектуального анализа, в частности, обобщения схем, автоматизировать процедуры расширения базы знаний (БЗ) САПР.

Обычно БЗ создается в ходе разработки САПР, и вопросы ее коррекции решаются только с помощью экспертов или лица, принимающего решения. Этот подход к интеллектуализации САПР получил развитие в виде экспертных подсистем или подсистем поддержки принятия решений (Поспелов Г.С., Божешок А.В., Малышев Н.Г., Берштейн Л.С., Чичварин Н.В. и др.). Сохранение результатов генерации проектных решений позволяет по-новому организовать работу с БЗ САПР, реализуя не только извлечение из нее информации, но и автоматическое расширение БЗ результатами анализа созданных схем.

Таким образом, актуальным вопросом является создание интеллектуальной САПР, на основе результатов разработки технических реализаций систем автоматизации технологических процессов осуществляющей автоматическое пополнение базы знаний.

Объектом исследования являются средства интеллектуализации САПР систем автоматизации непрерывных технологических процессов.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы решения задач генерации схем автоматизации непрерывных технологических процессов и обобщения схемных решений.

Целью исследования является повышение эффективности средств проектирования систем автоматизации непрерывных технологических процессов на основе создания интеллектуальной САПР с развивающейся базой знаний.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать методы и алгоритмы структурного синтеза технических решений и обобщения объектов, заданных структурными признаками.

2. Разработать метод автоматического формирования множества альтернатив функциональных схем как элементов объема понятия о заданной структурной схеме.

3. Создать новую систему количественных признаков для описания особенностей структуры схем автоматизации.

4. Разработать алгоритмы расширения базы знаний САПР систем автоматизации на основе автоматического обобщения схемотехнических решений, возникающих в процессе функционирования системы.

5. Создать интеллектуальную САПР систем автоматизации с развивающейся базой знаний, обеспечивающую генерацию и обобщение схемных решений. Методы исследования. Для решения поставленных задач использован

аппарат теории графов, методы морфологического синтеза, теория приближенных множеств, основные положения теории интеллектуальных систем и баз данных. Научная новизна:

1. Разработан метод автоматической генерации функциональных схем на основе новой модели представления множества вариантов цепей схем автоматизации - дерева схемотехнических решений.

2. Разработана новая система признаков (К) для оценки структурных особенностей систем автоматизации, включающая 12 количественных характеристик.

3. Разработан алгоритм решения задачи обобщения функциональных схем, позволяющий выделять наиболее существенные с точки зрения эксперта признаки и тем самым формализовать в явном виде в пространстве К его предпочтения.

4. Предложена методика и алгоритм автоматического формирования продукционных правил генерации функциональных схем, основанных на обобщениях цепей.

5. Разработан алгоритм оценки свойств базы знаний, автоматически расширяющейся в процессе функционирования САПР. Достоверность научных результатов подтверждается: верификацией

программно реализованных теоретических положений и сравнением результатов

генерации схем с известными из литературы проектными решениями; совпадением отдельных схем из результата генерации с решениями, предлагаемыми разработчиками промышленных контроллеров; согласованием посылок продукционных правил БЗ САПР с описанием типовых проектных решений, предлагаемых разработчиками технических средств автоматизации (ТСА).

Практическая значимость работы заключается в том, что созданные программные средства позволяют сократить время на разработку схемных решений и повысить их качество за счет увеличения числа анализируемых вариантов технических реализаций схем, которые генерируются автоматически. Проектировщику обеспечивается возможность проработки вариантов реализации схем на различных управляющих устройствах и автоматической генерации принципиальных электрических схем.

Предложенные алгоритмы обобщения и формирования продукций позволяют на основе анализа архива САПР расширять базу знаний новыми правилами генерации схемотехнических решений.

Создана интеллектуальная САПР схем автоматизации, отличающаяся наличием модуля генерации схемотехнических решений и модуля их обобщения, предназначенного для автоматического расширения БЗ САПР набором продукционных правил построения измерительных и исполнительных цепей. Положения, выносимые на защиту:

1. Постановка задачи синтеза функциональных схем как задачи генерации объема понятия о структурной схеме.

2. Метод и алгоритмы автоматического формирования множества функциональных схем систем автоматизации.

3. Автоматическое расширение базы знаний САПР на основе обобщения цепей схем автоматизации.

4. Архитектура разработанной интеллектуальной САПР схем систем автоматизации.

Реализация и внедрение результатов исследований. Теоретические и практические результаты диссертационной работы использовались в ряде госбюджетных НИР, проводимых по тематическому плану ТвГТУ: «Разработка фундаментальных основ создания интеллектуальных обучающих и управляющих систем» (2010-2011 гг.), «Исследования в области высокопроизводительных реализаций имитационных моделей в распределенных вычислительных средах» (2012 г.). Результаты работы переданы в ЗАО НИИ «Центрпрограммсистем» для использования в производственном процессе. Материалы диссертации внедрены в учебный процесс кафедры «Автоматизация технологических процессов» ТвГТУ для проведения лабораторных и практических занятий по курсу «Автоматизированное проектирование систем управления».

Апробация работы. Основные результаты, полученные в ходе исследования, докладывались и обсуждались на международной школе-семинаре

по искусственному интеллекту «Интеллектуальные системы и технологии: современное состояние и перспективы» ISyT2011 (г.Тверь, ТвГТУ, 2011г.), международных конгрессах по интеллектуальным системам и информационным технологиям AIS-IT'll, AIS-IT12 (пос. Дивноморское, ЮФУ, 2011-2012 г.), XXV международной научной конференции Математические Методы в Технике и Технологиях ММТТ-25 (г.Волгоград, ВолгГТУ, 2012 г.), IIIмеждународной научно-технической конференции «Открытые семантические технологии проектирования интеллектуальных систем» OSTIS-2013 (г.Минск, БГУИР, 2013 г.), VII международной научно-практической конференции «Интегрированные модели и мягкие вычисления в искусственном интеллекте» (г. Коломна, 2013 г.).

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 14 источниках, включающих 6 статей в сборниках научных трудов и журналах, в том числе 3 в журналах, включенных в перечень ВАК, б материалов конференций, 2 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка сокращений, списка литературы, включающего 113 наименований, 5 приложений, изложена на 243 страницах машинописного текста; содержит 59 рисунков и 42 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы. Поставлена цель, сформулированы основные задачи исследования, обоснована научная новизна, изложена практическая значимость, приведены данные об апробации работы, ее внедрении и публикациях. Приведены основные положения, выносимые на защиту. Кратко излагается содержание глав диссертации.

В первой главе рассмотрены особенности САПР систем автоматизации непрерывных технологических процессов и выполнен анализ работ в области синтеза схемных решений.

Выделены семь систем, наиболее активно продвигаемых на отечественном рынке (САПР-АЛЬФ A, SchematiCS, AutomatiCS, CADElectro, ЕЗ .series, Promis'e, EPLAN). Анализ методики проектирования систем автоматизации с помощью этих САПР показывает, что все они воспроизводят итерационную схему решения задач структурного синтеза, заключающуюся в пошаговой детализации объекта проектирования. Во всех САПР реализована стратегия проектирования на основе типовых проектных решений и имеются развитые средства автоматизированного формирования проектной документации в соответствии с действующими стандартами. Наметилась тенденция к созданию средств полностью автоматической детализации (расширения) модели объекта проектирования

(подбор н врезка клеммных соединителей, AutomatiCS) и контроля ошибок в схемах (короткое замыкание и обрыв цепи, Promis*e).

Основными недостатками методики являются: проработка единственного варианта технической реализации системы автоматизации, невозможность получить оценки эффективности схем на ранних этапах разработки без формирования всего пакета документации, отсутствие структурно-функциональных критериев сравнения схемных решений, интерактивный режим решения задачи построения схем, увеличивающий долю монотонного труда и способствующий предпочтению стереотипных решений.

Для повышения эффективности САПР систем автоматизации необходимо решить задачу автоматической генерации их технических реализаций, что позволит проектировщику анализировать множество альтернативных решений. Задачи создания схемотехнической реализации системы автоматизации решаются методами структурного синтеза. Выполнен анализ методов и алгоритмов структурного синтеза: морфологических (Одрин В.М., Андрейчиковы A.B., О.Н., Zwicky F. и др.), генетических (Goldberg D., Holland J., Курейчик В.М. и др.), агрегативно-декомпозиционных (Целгацев Е.С., Салин А.Г.) и эвристических (Ахремчик ОJL, Бодрин A.B.). Показано, что для выделенного класса задач необходимы модификации этих методов на базе специальных эвристик, которые составляют основу БЗ САПР.

Для повышения уровня интеллектуализации САПР необходимо решить задачу расширения БЗ на основе анализа результатов работы системы и обобщения проектных решений. Выполнен анализ методов обобщения объектов, заданных структурными признаками. Показано, что задачу обобщения схем автоматизации можно решить на основе формализмов теории приближенных множеств.

Во второй главе приводится описание разработанного метода автоматической генерации множества функциональных схем систем автоматизации. Общая последовательность действий при формировании схемных решений системы автоматизации может быть представлена в виде:

F—*Fun_Str,—yPr_Strj—*Mon_Stri¡, где F- множество функций, требуемых от системы; Fun_Str¡, PrStrj, Mon_Strk -варианты функционального, принципиального и монтажного решения системы.

С учетом обеспечения формирования не одного, а множества схемных решений, данная последовательность действий преобразуется в следующий вид: Fjm CC, -> {Fun StTj} —»(уFun Sirj -> {Pr_Strk} )

Задачу формирования множества функциональных схем м_ФС для заданной структурной m_CC¡ (т.е. выполнения F\jm CC¡-^{Fun_Strj}) предлагается рассматривать как задачу генерации объема VpoN понятия PON об m_CQ. Каждая модель функциональной схемы - понятие PON I, объем Vpom-i которого образуют соответствующие модели электрической схемы.

Задача генерации объема понятия о структурной схеме примет следующий вид. Для заданной орграфом структурной схемы м_СС=(Х,и) и множества В описаний ТСА найти множество .м_ФС={/$, | г=1,2...,Щ, такое, что Х=иХр и=иит, ит=(Х„ Х^/*,=(Х1?, Ш), хг>г-+Хр Хс(=икх(1к, где

X - множество вершин м СС, и - множество инцидентных X дуг м СС, хг) -гомоморфное отображение Х^ Хг* - гомоморфное отображение X, Хс! - множество дополнительных вершин хй 'к, возникающих, если V ит=(Х„ X'¡): 8ут={1я=Х, 8(=Х^=0, ХР! - множество вершин /з„ Ш - множество инцидентных Х# дуг. Множество ХЛ может быть и пустым, если ||Х||=||А7г'"||; в общем случае ЦЛЦ^ЦАТ?!! -число вершин в функциональной схеме не менее числа вершин в структурной схеме,- орграфы функциональных схем могут иметь пересечения.

В работе обосновано, что в результате декомпозиции любой структурной схемы системы автоматизации можно получить ограниченный набор базовых структурных решений, т.н. базовых структур 2?: ¿/=«ИП-РУ-ИУ»; 2^=«РУ1-РУ2», 2^=«ИП-ИУ», 2°^=«ИУ-ИП» (ИП - измерительный преобразователь, РУ -регулятор, ИУ - исполнительное устройство). Тогда структурную схему м_СС1 можно представить компоновкой структур из 2°.

Для компактного представления множества цепей схем автоматизации, использующихся для нахождения технических реализаций 2е/ и ¿"г, введена новая структура - дерево схемотехнических решений (ДСР).

ДСР - связанный ациклический неориентированный граф ОБЯНХ, 1Г), объединяющий варианты цепей (или фрагментов цепей) функциональных схем, которые имеют в качестве истока или стока одну и ту же модель регулятора. Вершине Х1 соответствует одно техническое средство. Для ТСА, соответствующих смежным вершинам X, еХ и Х]€Х, выполняются условия согласованности характеристик обрабатываемых сигналов (т.н. сигнальные ограничения) - между ними существует функциональная связь Б=<Исток 1^Х„ Сток 5/=^>. В качестве корня ДСР обоснован выбор вершины, отражающей управляющее устройство, так как данный блок в большей степени влияет на эксплуатационные, метрологические и монтажные свойства схемы. В этом случае цепи, являющиеся техническими реализациями и можно объединить в одном дереве.

Перед генерацией ДСР осуществляется структурирование ТСА в морфологическую таблицу с целью исключения их полного перебора при формировании цепей. Введены положения, позволяющие использовать элементы теории морфологического синтеза для рассматриваемой задачи. Сформулированы требования, которым, кроме соблюдения сигнальных ограничений для отображаемых элементов, должны удовлетворять вершины ДСР:

- если в ДСР смежные вершины отражают регуляторы, то во избежание включения одного ДСР в состав другого дочерняя вершина остается висячей;

- один и тот же элемент в пределах одной ветви ДСР не может отражаться более чем одной вершиной;

- у родительской вершины может быть несколько одинаковых дочерних;

- необходимость проверки реализуемости функций преобразования ТСА родительских вершин при очередном добавлении дочерних.

Предложены правила усечения ДСР, в том числе непосредственно в процессе его генерации:

- если у очередной добавленной в ДСР вершины XI нет дочерних и X, не отражает регулятор, датчик или исполнительное устройство (устройство сигнализации), то Х1 удаляется из ДСР;

- в каждой подсистеме ТСА (датчики, регуляторы и др.) предварительно выделяются классы ТСА. У всех элементов одного класса одинаковая канальность, один набор функций преобразования и идентичные характеристики входов-выходов. В построении ДСР участвует один элемент (т.н. прототип) из каждого выделенного класса. Набор сгенерированных схем автоматически расширяется путем замены прототипа каждым из представителей класса.

Правила усечения ДСР позволяют добиться ситуации, когда с ростом объема базы данных (БД) ТСА структура и состав ДСР могут не изменяться, но при этом будут генерироваться все возможные функциональные схемы.

На основе анализа маршрутов ДСР автоматически формируются множества шаблонов {у!/} и - технических реализаций базовых структур 7?! и 7?2- В

и {у7.2} включаются только неизоморфные схемы, так как ДСР не содержит одинаковые ветви (цепи) и от одной его висячей вершины до другой существует только один маршрут, проходящий через корень.

Из формируется множество функциональных схем, соответствующих структурной 7т„=«тИГГ-РУ-иИУ»; т, п - целые неотрицательные числа. Связи между регуляторами выбираются из

Механизм формирования функциональных схем {.и_ФС,} сводится к перебору на множествах и всех возможных сочетаний шаблонов и

поэтапному исключению технически нереализуемых вариантов. Если на множестве {у2,} не реализуется хотя бы один канал управления, то дальнейший анализ шаблонов не производится. Сформированное множество {.м_ФС,} при необходимости может быть дополнено цепями питания. Предложен набор эвристических правил для их генерации, основанный на анализе функциональных связей в каждой м_ФС,.

Взаимосвязь отдельных этапов метода генерации функциональных схем представлена на рисунке 1.

В третьей главе разработана методика автоматического расширения БЗ САПР систем автоматизации на основе обобщения цепей функциональных схем.

Методика основана на механизмах обобщения объектов, в качестве которых выступают схемные решения. Индуктивные алгоритмы обобщения используют обучающие выборки объектов, заданных набором дискретных признаков. Для описания структурных особенностей функциональных схем предложена новая система количественных показателей К, включающая двенадцать частных

критериев, основные из которых приведены в таблице 1.

Рис. 1. Взаимосвязь отдельных этапов метода генерации функциональных схем

Таблица 1. Критерии оценки структур функциональных схем

Критерий Смысл критерия

К/ - «усредненная» структурная сложность измерительных цепей отношение числа промежуточных элементов неискробезопасного исполнения в измерительных цепях к общему числу их элементов

К2 - степень загрузки регулятора отношение числа задействованных входов регулятора к максимально возможному

К4 - единообразие состава измерительных цепей 0, если все измерительные цепи с одним датчиком идентичные; 1 в противном случае

К7 — модернизируемость схемы 1, если у используемого в схеме регулятора ссть свободный канал; 0 в противном случае

Кн - единообразие структуры измерительных цепей шах[тах(длина измерительной цепи схемы)-шт(длина измерительной цепи схемы) для датчика одной физической величины!

Механизм обобщения позволяет создавать три вида понятий о множестве схем из архива системы: PONI:: «эффективные м ФС, реализующие структурную схему м_СС», PON2:: «неэффективные м ФС, реализующие м_СС», PON3:: «возможно эффективные м_ФС, реализующие л<_СС».

Для формирования этих понятий описание каждой схемы в пространстве признаков К дополняется экспертной оценкой ее эффективности (d,). На предъявленном множестве функциональных схем эксперт выделяет примеры из объемов понятий PONI и PON2. Понятие PON3 формируется автоматически в ходе анализа обучающей выборки.

Задача формирования понятий PON¡¡ - PON3¡ для структурной схемы m_CC¡

решается с помощью положений теории приближенных множеств.

Пусть на обучающем множестве функциональных схем 1/-{м_ФС1} введено R(K)czUxU - отношение неразличимости (эквивалентности). Если (м_ФС„ M_<PCj)eR(K), то схема л/_ФС, и схема m jPCj неразличимы с использованием К, то есть имеют одинаковое описание в пространстве К: Р(К)={(м_ФС„ M_0Cj)eUxU | V/T„еК: Km{X¡f=Km(Xj)}. Обозначим все множество классов эквивалентности по отношению к R как IND(K)={INDj\ j=l,2,..,E}. В пределах одного класса эквивалентности INDj=<UM_0Cr различные функциональные схемы имеют одинаковые значения признаков К. Тогда можно считать, что *им_ФСг входят в объем одного понятия Op¡, являющегося описанием INDf. Ор/.: (int КУ л int К{ л... л int K(j), где int К{ - интервальная или дискретная оценка i-го критерия Кi, описывающегоj-й класс эквивалентности INDP ö=||£||.

PONl:-yjOpm me[l,hí\ является объединением описаний групп эквивалентных схем из {л*_ФС,} с положительными экспертными оценками. Все схемы, включенные в объем PONI, можно уверенно отнести к классу эффективных. PONI можно представить как PONI-.: Vra=.iM (int К/"л int К"а... л int KQm). Аналогично PON2 и PON3.

PONI позволяет выделить признаки и их значения, которые эксперт считает наиболее существенными для эффективности функциональных схем систем автоматизации, что, по сути, является интерпретацией скрытых предпочтений эксперта о дальнейшей целесообразности использования схемы в явном виде в пространстве К описаний классов эквивалентности функциональных схем.

Созданные понятия используются для автоматического анализа результатов генерации функциональных схем и выделения эффективных технических решений.

Задача расширения БЗ новыми продукционными правилами рассмотрена как задача обобщения цепей функциональных схем. На основе анализа схем одного назначения, определяемого спецификой объекта автоматизации, необходимо выделить фрагменты их цепей (Zh, £l\), которые можно агрегировать в единое техническое решение. На основе обобщения Fv необходимо сформировать продукционные правила, позволяющие наряду с эвристическими правилами генерации связей ТСА строить готовые варианты цепей без поэлементного перебора: Р„=<и, Q, Fv—*dK>, и — индекс (номер, имя) правила в БЗ САПР; Fv -упорядоченный перечень связей, определяющих состав цепей; Q -множество управляющих устройств, которые могут использоваться с /■',.; dK — бинарная оценка перспективности цепи.

Предложен алгоритм генерации продукций (автоматически генерируемых правил, A1TI) и их обобщения, основанный на формировании классов эквивалентности функциональных схем в пространстве К и выделении на множестве их цепей наиболее и наименее перспективных вариантов. Использование в качестве заключения АГП атрибута dK, автоматически

вычисляемого на основе d, и kjK, делает возможным использование ЭВМ в качестве эксперта при пополнении БЗ. Алгоритм позволяет создавать два вида правил: положительные (¿4=1) и отрицательные (<4=0).

Описания посылок положительных правил могут использоваться для построения измерительных и исполнительных цепей без поэлементного перебора ТСА. Отрицательные правила предназначены для усечения ДСР. Если сочетание ТСА систематически отклоняется, то соответствующую ему ветвь (ребро) в ДСР можно не включать, что приведет к сокращению числа генерируемых шаблонов путем автоматического исключения наименее перспективных вариантов цепей.

Для автоматически расширяющейся в процессе функционирования САПР базы знаний создан алгоритм оценки свойств, включающий проверку ее противоречивости, избыточности и неполноты.

Противоречивыми считаются правила, имеющие одинаковые посылки Fv и противоположные заключения dk. При занесении в БЗ правила, для которого найдено противоречащее, эксперту предлагается самостоятельно сделать выбор, какое из двух правил остается в БЗ. Это обеспечивает непротиворечивость БЗ в любой момент времени.

Для исключения избыточности БЗ правило Rule,{FVi-*dk,) не включается в БЗ в случае, если в ней уже присутствует правило Rule£Fvj-*dkj), такое, что dki=dkj и FvpFvj.

Неполнота БЗ заключается в невозможности по имеющейся в ней информации определить перспективность некоторых сочетаний (связей) ТСА. Неполноту БЗ для каждого ДСР предлагается характеризовать новой величиной -коэффициентом его охвата Кох,\

К0Х,(ДСРд - l-(NH^ N„m„p)/N„, Кт, е[0,1],

Nce=Nnpm+NomKll+NHel+NHeo„p- число ребер ДСР, (связей двух элементов); N„„- число связей двух элементов, не фигурирующих в правилах; N„pw- число связей двух элементов, принятых хотя бы одним правилом и не отклоняемых ни одним правилом; NomK,r число связей двух элементов, отклоненных хотя бы одним правилом и не принимаемых ни одним правилом; N„eonp- число связей двух элементов, и принимаемых, и отклоняемых АГП.

Коэффициент охвата отражает соотношение между числом ребер ДСР, которые отражают связи элементов, уверенно признаваемые или перспективными или неперспективными, и общем количеством ребер ДСР. Чем ближе Кох, к 1, тем увереннее с помощью АГП можно оценить перспективность всех ветвей ДСР.

В четвертой главе рассмотрены вопросы разработки интеллектуальной САПР Controlics, реализующей методы автоматической генерации и обобщения схем систем автоматизации (рисунок 2).

Реализованная с использованием VPN клиент-серверная архитектура позволяет организовать многопользовательский доступ к БД и БЗ САПР. Большинство запросов к БД ТСА осуществляются только на этапе генерации ДСР. Это делает временную сложность генерации функциональных схем

практически инвариантной к сложности структурной схемы, что актуально для распределенных систем с малой пропускной способностью каналов связи.

Проведены испытания СоШгоПсз при его работе с БЗ. На регуляторе Ремиконт Р-130 мод. 14 генерируются функциональные схемы двухконтурной системы, содержащей контур регулирования температуры среды в трубопроводе и контур сигнализации температуры среды. Рассмотрено 4 случая (таблица 2).

Рис. 2. Архитектура СопИоНсз

Таблица 2. Результаты генерации функциональных схем

ДСР1 ДСР2 Положит. АГП ДСР4

Число связей (ребер) 40 18 - 20

Число измерительных цепей 12 3 - 7

Число исполнительных цепей 6 5 - 3

Коэффициент охвата К„т 0.75 - - -

Число шаблонов 72 15 - 21

Число функциональных схем 324 12 4 24

В первом случае (ДСР1) генерируется полный набор функциональных схем. Во втором случае используются отрицательные АГП (усеченное ДСР2). В третьем случае используются положительные АГП для формирования только перспективных вариантов функциональных схем без использования ДСР. В четвертом случае в множество сгенерированных схем включаются только те, перспективность которых автоматически невозможно оценить (ДСР4).

По результатам эксперимента сделан вывод, что применение отрицательных АГП позволяет автоматически исключить из результатов генерации наиболее сложные с точки зрения состава измерительные цепи в случае, если их можно

заменить равноценными по функциональности, но более простыми по структуре.

В другом испытании генерируется множество шаблонов функциональных схем. ДСР усекается с использованием отрицательных АГП.

Проводятся несколько серий генерации. В каждой серии фиксируется число N технических средств (за исключением регулятора), заданных для реализации всех блоков структурной схемы, число вершин ДСР и число шаблонов, формируемых на основе анализа ДСР. Мощность И1 множества технических средств, участвующих в процессе генерации ДСР, не меньше /V, так как Ы^К+М, N - число ТСА, непосредственно заданных проектировщиком для технической реализации блоков структурной схемы, М- число ТСА, включаемых в задание на проектирование автоматически безотносительно к структурной схеме и технической реализации ее блоков (нормирующие преобразователи и др.).

На графиках (рисунок 3) по оси абсцисс откладывается N. По оси ординат -для заданного N максимум из числа М> вершин ДСР и шаблонов (выбранные проектировщиком устройства относятся к разным классам, и на основе одного и того же их числа N в разных проектных ситуациях можно сформировать разное число цепей).

Из анализа графиков установлено, что число вершин в ДСР после его усечения сокращается примерно вдвое, а число формируемых на основе анализа ДСР шаблонов - втрое. Это позволяет из результата генерации автоматически исключить подмножество неперспективных вариантов функциональных схем.

60

Использовались датчики 0 температуры

ю

15

20 :

10

15

го:

а) б)

Рис. 3. Графики зависимости числа вершин ДСР (а) и шаблонов (б) от числа включенных в задание на проектирование устройств

В заключении изложены основные выводы и научные и практические результаты диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработан метод автоматической генерации множества функциональных схем систем автоматизации как объема понятия о заданной структурной схеме на основе построения и анализа связанных ациклических графов (т.н.

ДСР). Использование ДСР позволяет значительно сократить временные затраты на проектирование. При неизменности содержимого БД ТС А возможно полностью отказаться от поэлементного перебора ТСА, формируя готовые варианты цепей на основе сохраненных ДСР.

2. Предложены правила проверки технической реализации функциональных связей, расширяющие набор эвристических правил генерации функциональных схем. Это позволило в автоматическом режиме добавлять в схему новые элементы, в частности, устройства питания.

3. Предложена новая система из 12 рассчитываемых в автоматическом режиме признаков для описания особенностей структуры цепей (измерительных и исполнительных) и управляющих устройств схем автоматизации.

4. Разработана методика и алгоритм автоматического расширения продукционной БЗ САПР на основе формирования и дальнейшего анализа классов эквивалентности функциональных схем.

5. Создана интеллектуальная САПР схемных решений систем автоматизации Controlics, отличающаяся наличием модуля автоматической генерации альтернатив технических реализаций систем автоматизации и модуля расширения БЗ положительными и отрицательными правилами.

6. Проведенные испытания Controlics и сравнение с другими САПР показали корректность его работы, а также преимущества использования Controlics для генерации, в частности, схем многоконтурных систем. Испытания БЗ САПР выявили практическую целесообразность применения БЗ, так как описания посылок ее положительных правил согласовывались с типовыми (рекомендуемыми разработчиками) проектными решениями и схемами, приводимыми в учебной литературе.

7. Предложены 4 стратегии применения правил БЗ САПР: использование положительных правил для формирования готовых вариантов цепей, использование отрицательных правил для усечения ДСР, коррекция таксономии ТСА, формирование новых (актуальных для современного рынка технических средств) правил.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

I. Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ

1. Филатова, H.H. Автоматическое построение и обобщение схемных решений при проектировании систем управления / H.H. Филатова, А.Г. Требухин // Программные продукты и системы.-2012.-№ 1 (97).-С. 138-141.

2. Филатова, H.H. Структурный синтез схем автоматизации в условиях неполных требований к технической реализации / H.H. Филатова, А.Г. Требухин // Известия Волгоградского государственного технического университета. Серия «Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах». Выпуск 13. - 2012. - № 4 (91). - С. 72-79.

3. Филатова, H.H. Генерация решающих правил для проектирования функциональных схем систем автоматизации / Н.Н.Филатова, А.Г.Требухин // Известия ЮФУ.

Технические науки. - 2012. - № 11 (136). - С. 206-211.

II. Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ

4. Филатова, H.H. Генератор графовых моделей функциональных схем систем автоматизации. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011615084 зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 29.06.2011 / НН. Филатова, АГ. Требухин-М: ФГБУ ФИПС, 2011. -RU ОБПБТ№ 3(76). - С. 571.

5. Требухин, А.Г. Автоматическое построение мпожества альтернатив схем автоматизации технологических объектов. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012615021 зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 05.06.2012 / А.Г. Требухин, H.H. Филатова. -М.: ФГБУ ФИПС, 2012. - RU ОБПБТ № 3(80). - С. 464.

III. Публикации в других изданиях

6. Требухин, А.Г. Генератор графовых моделей функциональных схем систем автоматизации / А.Г. Требухин// Сб. трудов международной школы-семинара «Интеллектуальные системы и технологии: современное состояние и перспективы ISyT2011». - Тверь: изд-во ТвГТУ, 2011. - С. 219-222.

7. Филатова, H.H. Автоматическая генерация деревьев схемотехнических решений / H.H. Филатова, А.Г. Требухин, O.JI. Ахремчик // Сб. трудов международного конгресса по интеллектуальным системам и информационным технологиям «AIS-IT11». - М.: Физматлит, 2011. - Т.2. - С. 122-130.

8. Филатова, H.H. Структурный синтез систем автоматизации на основе шаблонных схем / H.H. Филатова, А.Г. Требухин // Вестник Тверского государственного технического университета. — 2012. -№ 20. — С. 141-147.

9. Филатова, H.H. К вопросу генерации множества альтернатив технических реализаций схем автоматизации / H.H. Филатова, А.Г. Требухин // Сб. трудов международной научной конференции Математические Методы в Технике и Технологиях ММТТ-25. - Саратов: изд-во СГТУ, 2012. - Т.4. - С. 141-144.

10. Филатова, H.H. Автоматическое обобщение вариантов технических реализаций структурных схем систем автоматизации / H.H. Филатова, А.Г. Требухин // Сб. трудов международного конгресса по интеллектуальным системам и информационным технологиям «AIS-IT12». -М.: Физматлит, 2012.-Т.1.-С. 174-181.

11. Требухин, А.Г. Интеллектуальная система проектирования схем автоматизации / А.Г. Требухин // Программные системы и вычислительные методы. - 2012. - № 1. -С. 43-52.

12. Требухин, А.Г. Подходы к повышению эффективности автоматического синтеза схем систем управления / А.Г. Требухин // Сборник научных трудов магистрантов и аспирантов. - Тверь: изд-во ТвГТУ, 2013. - Выпуск 3-й. - С. 17-19.

Н.Филатова, H.H. Технология открытого проектирования схем автоматизации / H.H. Филатова, А.Г. Требухин // Сб. трудов III международной научно-технической конференции OSTIS-2013 «Открытые семантические технологии проектирования интеллектуальных систем». - Минск: изд-во БГУИР, 2013. - С. 433-436.

М.Филатова, H.H. Автоматическое расширение базы знаний САПР систем автоматизации / H.H. Филатова, А.Г. Требухин // Сб. трудов VII международной научно-технической конференции «Интегрированные модели и мягкие вычисления в искусственном интеллекте». - М.: Физматлит, 2013. - Т.З. - С. 1144-1152.

Подписано в печать 29.10.2013. Отпечатано ООО «Документ центр» 170100, г. Тверь, б-р Радищева, 29, тел.(4822) 32-26-20,710-321 усл. печ лис. 1,0, Формат 84 х 60, бумага офсетная, печать офсетная, тираж 100 экз.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Тверской государственный технический университет»

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ САПР СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ С РАЗВИВАЮЩЕЙСЯ БАЗОЙ ЗНАНИЙ

Специальность 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования (в

промышленности)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Требухин Алексей Геннадьевич

Научный руководитель д.т.н., профессор Филатова Наталья Николаевна

Тверь-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение...............................................................................................5

1. Глава 1. Анализ существующих подходов к интеллектуализации САПР систем автоматизации....................................................................12

1.1. Система автоматизации как объект проектирования......................12

1.2. Функциональные характеристики САПР систем автоматизации.......16

1.3. Особенности задачи структурного синтеза схемотехнических решений....................................................................................................24

1.3.1. Структурный синтез радиоэлектронных устройств...................27

1.3.2. Морфологический метод синтеза технических решений............29

1.3.3. Структурный синтез электрических цепей................................31

1.3.4. Структурный синтез схем систем автоматизации......................35

1.4. Обобщение информации как средство формализации

рабочего опыта САПР...........................................................45

1.4.1. Проблема интеллектуализации САПР систем автоматизации......45

1.4.2. Структурно-логические методы обобщения............................50

1.4.3. Особенности функционирования экспертных САПР.................58

Выводы по главе 1....................................................................60

2. Глава 2. Автоматическая генерация функциональных схем

систем автоматизации......................................................................63

2.1. Постановка задачи синтеза схем систем автоматизации.................63

2.2. Задача компоновки структурных схем из набора базовых

структур............................................................................67

2.3. Построение и анализ деревьев схемотехнических решений............76

2.4. Алгоритмы коррекции деревьев схемотехнических решений..........95

2.4.1. Усечение в процессе генерации..............................................95

2.4.2. Предварительная классификация технических средств.................98

2.5. Генерация шаблонов базовых структур на основе деревьев схемотехнических решений..................................................100

2.6. Генерация функциональных схем на основе шаблонов.................104

2.7. Эвристические правила анализа функциональных схем...............111

Выводы по главе 2...................................................................115

3. Глава 3. Разработка методики и алгоритмов автоматического расширения базы знаний САПР систем автоматизации............................................117

3.1. Особенности обобщения схем систем автоматизации..................117

3.2. Разработка системы признаков для описания схем

систем автоматизации..........................................................122

3.3. Формирование понятий о классах функциональных схем

систем автоматизации..........................................................129

3.4. Алгоритм генерации правил построения цепей функциональных схем.........................................................136

3.5. Применение базы знаний САПР.............................................145

3.6. Оценка свойств базы знаний САПР.........................................151

Выводы по главе 3...................................................................155

4. Глава 4. Разработка программного и информационного обеспечения для генерации и обобщения функциональных схем систем автоматизации..............................................................................157

4.1. Назначение программного комплекса Controlics.........................157

4.2. Особенности реализации клиент-серверной

архитектуры Controlics.........................................................159

4.3. Функциональная структура Controlics......................................164

4.4. Интерфейс Controlics...........................................................167

4.5. Сравнение функциональных возможностей САПР

ПСАПР, Controlics и AutomatiCS............................................177

4.6. Исследование процесса генерации схемотехнических

решений систем автоматизации с помощью Controlics....................187

4.7. Испытание САПР AutomatiCS и Controlics.................................188

4.8. Испытание САПР ПСАПР и Controlics.....................................192

4.9. Тестирование БЗ САПР........................................................202

Выводы по главе 4.................................................................212

Заключение.........................................................................................214

Список сокращений............................................................................216

Список литературы.............................................................................217

Приложения......................................................................................228

Приложение 1. Представление структурных схем с помощью

набора базовых структур..............................................................228

Приложение 2. Пример решения задачи обобщения цепей

функциональных схем.................................................................231

Приложение 3. Генерация функциональных схем системы автоматизации теплообменного аппарата

(на примере кожухо-трубчатого теплообменника)..............................234

Приложение 4. Свидетельства о государственной регистрации

программ для ЭВМ......................................................................239

Приложение 5. Акты внедрения......................................................241

ВВЕДЕНИЕ

Анализ САПР систем автоматизации непрерывных технологических процессов российских (САПР-АЛЬФА, SchematiCS, AutomatiCS) и зарубежных (CADElectro, ЕЗ.series, Promisse, EPLAN) разработчиков показал, что указанные САПР в рамках одного проекта обеспечивают проработку единственного варианта технической реализации системы и автоматизированное формирование для него проектной документации.

Для повышения качества проектного решения необходим анализ и оценка нескольких вариантов технической реализации системы автоматизации (СА) с помощью критериев, характеризующих функциональные и эксплуатационные свойства схем. Применение существующих САПР для создания множества вариантов технических реализаций СА не обеспечивает его достаточную полноту и увеличивает время проектирования.

Вопросы автоматизации процесса формирования схем автоматизации рассматривались в работах Емельянова C.B., Цветкова В.Д., Салина А.Г., Целищева Е.С., Ахремчика О.Л., Филатовой Н.Н., Бодрина А.В., Федорова А.Н. и др. Структуры, предложенные ими для описания объекта проектирования, а также предлагаемые технологии и алгоритмы структурного синтеза позволяют получать единственный вариант технической реализации СА. Для сравнительной оценки нескольких вариантов используются критерии, требующие применения большого объема экспертной информации.

Для автоматизации процесса формирования множества вариантов технических реализаций СА необходимо создание специального генератора схемных решений.

Информация, содержащаяся в архиве САПР, в дальнейшем не систематизируется и используется только для создания фрагментов новых проектных решений. Однако включение в САПР генератора схемных решений приведет к расширению архива, что обеспечивает возможность на основе

интеллектуального анализа, в частности, обобщения схем, автоматизировать процедуры расширения базы знаний (БЗ) САПР.

Обычно БЗ создается в ходе разработки САПР, и вопросы ее коррекции решаются только с помощью экспертов или лица, принимающего решения. Этот подход к интеллектуализации САПР получил развитие в виде экспертных подсистем или подсистем поддержки принятия решений (Поспелов Г.С., Боженюк A.B., Малышев Н.Г., Берштейн JI.C., Чичварин Н.В. и др.). Сохранение результатов генерации проектных решений позволяет по-новому организовать работу с БЗ САПР, реализуя не только извлечение из нее информации, но и автоматическое расширение БЗ результатами анализа созданных схем. При этом существует ряд особенностей:

в большинстве экспертных систем автоматизирована только процедура логического вывода, а процесс формирования базы правил полностью остается за экспертом;

схемы вывода позволяют выбирать вариант проектирования из ограниченного набора уже сформированных альтернатив, при этом число схем и число правил вывода обычно сопоставимы;

Таким образом, актуальным вопросом является создание интеллектуальной САПР систем автоматизации технологических процессов, на основе результатов разработки их технических реализаций осуществляющей автоматическое пополнение базы знаний.

Объектом исследования являются средства интеллектуализации САПР систем автоматизации непрерывных технологических процессов.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы решения задач генерации схем автоматизации непрерывных технологических процессов и обобщения схемных решений.

Целью исследования является повышение эффективности средств проектирования систем автоматизации непрерывных технологических процессов на основе создания интеллектуальной САПР с развивающейся базой знаний.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать методы и алгоритмы структурного синтеза технических решений и обобщения объектов, заданных структурными признаками.

2. Разработать метод автоматического формирования множества альтернатив функциональных схем как элементов объема понятия о заданной структурной схеме.

3. Создать новую систему количественных признаков для описания особенностей структуры схем автоматизации.

4. Разработать алгоритмы расширения базы знаний САПР систем автоматизации на основе автоматического обобщения схемотехнических решений, возникающих в процессе функционирования системы.

5. Создать интеллектуальную САПР систем автоматизации с развивающейся базой знаний, обеспечивающую генерацию и обобщение схемных решений.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использован аппарат теории графов, методы морфологического синтеза, теория приближенных множеств, основные положения теории интеллектуальных систем и баз данных.

Научная новизна:

1. Разработан метод автоматической генерации функциональных схем на основе новой модели представления множества вариантов цепей схем автоматизации - дерева схемотехнических решений.

2. Разработана новая система признаков (К) для оценки структурных особенностей систем автоматизации, включающая 12 количественных характеристик.

3. Разработан алгоритм решения задачи обобщения функциональных схем, позволяющий выделять наиболее существенные с точки зрения эксперта признаки и тем самым формализовать в явном виде в пространстве К его предпочтения.

4. Предложена методика и алгоритм автоматического формирования продукционных правил генерации функциональных схем, основанных на обобщениях цепей.

5. Разработан алгоритм оценки свойств базы знаний, автоматически расширяющейся в процессе функционирования САПР.

Достоверность научных результатов подтверждается: верификацией программно реализованных теоретических положений и сравнением результатов генерации схем с известными из литературы проектными решениями; совпадением отдельных схем из результата генерации с решениями, предлагаемыми разработчиками промышленных контроллеров; согласованием посылок продукций БЗ САПР с описанием типовых проектных решений, предлагаемых разработчиками технических средств.

Практическая значимость работы заключается в том, что созданные программные средства позволяют сократить время на разработку схемных решений и повысить их качество за счет увеличения числа анализируемых вариантов технических реализаций схем, которые генерируются автоматически. Проектировщику обеспечивается возможность проработки вариантов реализации схем на различных управляющих устройствах и автоматической генерации принципиальных электрических схем.

Предложенные алгоритмы обобщения и формирования продукций позволяют на основе анализа архива САПР расширять базу знаний новыми правилами генерации схемотехнических решений.

Создана интеллектуальная САПР схем автоматизации, отличающаяся наличием модуля генерации схемотехнических решений и модуля их обобщения, предназначенного для автоматического расширения БЗ САПР набором продукционных правил построения измерительных и исполнительных цепей.

Положения, выносимые на защиту:

1. Постановка задачи синтеза функциональных схем как задачи генерации объема понятия о структурной схеме.

2. Метод и алгоритмы автоматического формирования множества функциональных схем систем автоматизации.

3. Автоматическое расширение базы знаний САПР на основе обобщения цепей схем автоматизации.

4. Архитектура разработанной интеллектуальной САПР схем систем автоматизации.

Реализация и внедрение результатов исследований. Теоретические и практические результаты диссертационной работы использовались в ряде госбюджетных НИР, проводимых по тематическому плану ТвГТУ: «Разработка фундаментальных основ создания интеллектуальных обучающих и управляющих систем» (2010-2011 гг.), «Исследования в области высокопроизводительных реализаций имитационных моделей в распределенных вычислительных средах» (2012 г.). Результаты работы переданы в ЗАО НИИ «Центрпрограммсистем» для использования в производственном процессе. Материалы диссертации внедрены в учебный процесс кафедры «Автоматизация технологических процессов» ТвГТУ для проведения лабораторных и практических занятий по курсу «Автоматизированное проектирование систем управления».

Апробация работы. Основные результаты, полученные в ходе исследования, докладывались и обсуждались на международной школе-семинаре по искусственному интеллекту «Интеллектуальные системы и технологии: современное состояние и перспективы» ISyT'2011 (г.Тверь, ТвГТУ, 2011г.), международных конгрессах по интеллектуальным системам и информационным технологиям AIS-IT'll, AIS-IT'12 (пос. Дивноморское, ЮФУ, 2011-2012 г.), XXV международной научной конференции Математические Методы в Технике и Технологиях ММТТ-25 (г. Волгоград, ВолгГТУ, 2012 г.), III международной научно-технической конференции «Открытые семантические технологии проектирования интеллектуальных систем» OSTIS-2013 (г.Минск, БГУИР, 2013 г.), VII международной научно-практической конференции

«Интегрированные модели и мягкие вычисления в искусственном интеллекте» (г. Коломна, 2013 г.).

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 14 источниках, включающих 6 статей в сборниках научных трудов и журналах, в том числе 3 в журналах, включенных в перечень ВАК, 6 материалов конференций, 2 свидетельства о государственной регистрации

программ для ЭВМ.

Объем н структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка сокращений, списка литературы, включающего 113 наименований, 5 приложений, изложена на 243 страницах машинописного текста; содержит 59 рисунков и 42 таблицы.

В первой главе проведен анализ методов и алгоритмов структурного синтеза: морфологических (Одрин В.М., Андрейчиковы A.B., О.Н., Zwicky F. и др.), генетических (Goldberg D., Holland J., Курейчик В.М. и др.), агрегативно-декомпозиционных (Целищев Е.С., Салин А.Г.) и эвристических (Ахремчик О.Л., Бодрин A.B.). Показано, что для выделенного класса задач необходимы модификации этих методов на базе специальных эвристик, которые составляют основу БЗ САПР. Выполнен анализ методов обобщения объектов, заданных структурными признаками. Обосновано, что задачу обобщения схем автоматизации можно решить на основе формализмов теории приближенных множеств.

Во второй главе разрабатывается метод автоматической генерации множества функциональных схем автоматизации как объема понятия о структурной схеме. Введена новая структура, служащая для компактного представления цепей функциональны схем — дерево схемотехнических решений (ДСР). Предложены алгоритмы построения и анализа ДСР, служащие для автоматической генерации функциональных схем. Предложен набор эвристических правил проверки технической реализуемости функциональных связей, позволяющий при необходимости дополнить схему элементами питания.

В третьей главе разрабатываются методика и алгоритмы автоматического расширения БЗ САПР на основе обобщения функциональных схем и их цепей. Введена новая система количественных признаков, описывающих особенности структур схем автоматизации. Предложены направления применения БЗ САПР и алгоритмы оценки ее противоречивости, избыточности и неполноты.

В четвертой главе приводится описание разработанной интеллектуальной САПР Controlics, реализующей предложенные в настоящей работе методы и

алгоритмы генерации и обобщения схемотехнических решений. Проведены испытания Соп1хоНс8 и сравнение его возможностей с возможностями других САПР систем автоматизации.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОДХОДОВ К

ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗАЦИИ САПР СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

1.1. Система автоматизации как объект проектирования

Для системы автоматизации (СА) технологических объектов можно построить следующие типы схем [21]:

1. Структурная схема. Показывает основные функциональные части системы, их назначение и взаимосвязь; выполняется на стадиях, предшествующих разработке схем других типов. Ст