автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Интеллектуальные задачи программы для решения задач механики связанной системы твердых тел на основе логико-сетевой технологии

Г Г «3 2 1 АПР

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. АБУ РАЙХАНА БЕРУНИ

На правах рукописи

ХАДЖАЕВА Наргисхон Назаровна

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ПРОГРАММЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ МЕХАНИКИ СВЯЗАННОЙ СИСТЕМЫ ТВЕРДЫХ ТЕЛ НА ОСНОВЕ ЛОГИКО-СЕТЕВОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Специальность 05.13.11 — «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов, систем и сетей».

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата ик-диадноюи наук

Т£ цниЧисКч*

ТАШКЕНТ—1997

Работа выполнена и Ташкентском государственном Техническом университете имени Абу Райхана Беруин.

Научный руководитель: заслуженный деятель пауки РУз, доктор

технических наук, профессор ХАСАНОВ П. Ф.

Официальные оппоненты: член-корр. АН РУз, доктор технических

наук, профессор БЕКМУРАДОВ Т. Ф.

кандидат технических наук, с. п. с. ШАМСИЕВ Т. Г.

Ведущая организация: Мсханико-;,тематический фукультст Ташкентского Государственного Университета.

Защита диссертации состоится . 1997 г

в . . . часов на заседании специализированного совета К 067.07.04 в Ташкентском государственном техническом университете имени Абу Райхана Беруни в а уд.....по .адресу:

Ташкент, ВУЗгородок, ул. Университетская, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ташкентского государственного технического университета имени Абу Райхана Беруни. ^

Автореферат разослан «. ( .» . ' . 1997 г.

Ученый секретарь специализированного совета, к. т. н., доцент

РАХИМДЖАНОВ 3. Я.

ОБЩАЯ ХАРАКТЗРИС.'ИКЛ РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из основных направлений научно-технического прогресса нплпется аптоматизаиня rtpoi'ccccu проектировании к управления на основе создания и применения программист обеспечения и программно-технических комплекса!!, систем и средсга специального и общего назначения. При этом наиболее переспективным является нсследопание и разработка программного обеспечения систем искусственного интеллекта. Исследования в области искусственного интеллекта (ИИ) приобретают все большее значение и многое научные дисциплины оказываются мепосредсг-пенно взаишюсвязаннымп. Использование ¿щей к методов ИИ в создании обучающих программ, систем моделироаяния и автоматизированного проектирования механических подсистем различных технических, п том числе ро"-• боготехнических систем связано с созданием интеллектуальных программ и программно-технических комплексов с элементами ИМ. Этот процесс требует Ч>ормэлизаи,1Ш знаний физп«етхта эзугисп, nww'tН г+фгктов, а также правил пресбразозатш структур систем. Исследопайия физических процессов с использованием методов ИИ ориентирояэим на решение Трудноформали-зуенШ шггеллектуйлышх задач с априори неизвестными алгоритмами. Сложность и разнообразие задач физики, а частности, мехптнаг твердого тела, которые по своей сути относятся к классу интеллектуальных задач, требует разработки программных средств специального Назначения Hä осиоье принципов искусстпенного HHTcJUieicra.

. Современная технология разработки систем моделирований механики роботов и твердого тела позволяет создавать Эффективные системы принятия решений, облегчает процесс исследования и проектирования баз данных И знаний по механике твердого тела. Однако дапгсткые интеплек±уальпие системы, основанные на использовании классическом Математического обеспечения • (алгебра матриц и вехторов)грйме1штвльно к т^уд1:-.'..¿г^аяйзуемым задачам механики являются несовершеннымтг.

D этой связи проведение исмедсОалий, связанных с i арзботкой программных комплексов с примеиенкеи новой инфорг.киисшго.ч Технологий для pemeinirt задач межтчки твердого тела, яьлаетей йкфчы^".

Сткг.снь inysctuioCT»! нроЗдскы. Теоретические И rtpaicrü •»-ккг йспскпА создания иителжстуалЬпш Моделей проблемной области систем млклнрог.". • пня отражены в- работа* Д-АЛоспеясвз, ЭЛЗ.Пояотс, Г.Р.Фирянг:;\, , Н.Ни.иссиа, npvMi;!e:;i:s принципов искусственном» иитедлг..-! s к решиип

задач механики poGcnou отражены и работах Н.Ф. Хаишопи, К. Райзана, Дж. Дж. Miipeii, К. Фу, Р. Гонсалеса, Э.В. Пеисаха, М. Шахкнпурн, К. В. Фролова, С, А. Попона, В. Л..Дмитриева, Е. И.Воробьева, А.Г.Омаку.чом,

A.Ф.Верещагина, Е.П.Полоца, осноиы теории системной алгоритмизации и программные средства для решения задач механики прннедшш и работах

B.К.Кабулова, М.М.Камилоп», Г.Ш.Закирова, Ф.Б.Дбугалиеиа, Ш.Бобомурадана, Ф. Б. Бадалоьа, Т- Буриена, Б. Курманбоеиа, Т. С. Нусрато-

113. '

Вместе с тем, вопросы интеллектуализации проблемной области (ПО) механики сыпанной системы твердых тел и разработка интеллектуальных программ Н их математического обеспечения Для решения задач механики изучены еще недостаточно. Очевидно, что проблема аитоматизацнн процессов решения задач механики и создания комплекса программ на языках высокого уроним требует более деталь наго изучении.

Существующие программные разработки основаны на использовании классического математического обеспечения (векторная алгебра, матричная алгебра, ajueupa кватернионов, дифферицальные И интегральные исчислении), которые недостаточно приспособлены К специфике задач Механики связанной системы твердых тел, Это является одной из причин громоздкости разрабатываемых программных комплсксоз на основе универсального математического обесценения. В Настоящие время проф. Хасаноаым П.Ф. предложено специальное математическое обеспечение для решения задач механики роботов а ьмде логлко-еггеьой системы полисных схем. Опыт создания интеллектуального программного комплекса на Осмосе нового математического обеспечения в ьндс логико-сетевой системы дал положительные результаты для предметных областей "технологические процессы, " (Грановская Э.Г.), "nporpaMMttpoiaime роботов" (АЕдуллзжа МД.), "механика рсботоп" (Волкоинн.О.Г.). Однако, разработанные системы элементов и аксиом по механике раба «¡а ¡йшгм »¡¿Сытвчйымм мя ¡.menu задач, рассматриваемых в разделе механики твердого тела курса физики. Б sroii связи представляется ( актуальным исследование возможностей формирования логика-сетевой системы с бол« ут{хмие1ШШ1 олисаннеы и составом Элементов и аксиом лримс-№нельно К предметной области "механика твердого тела" к создание на ее «сидо интелшстулямт решателей мдаЧ. • ' .... " '

М&г» й за»« с4слгдовв?,кз. Uer.ua донкой p^uoTij к&гкггея рдэрабмжа ¿¿Л1 аьвк|)>1, »шсжймчггШо и {¡одрздкнзм «Сееьжиия иктеликгулль-

»ого рсшгпсля ал дач мг;.аш:кн свягг^кой спсгеми тисрдмх тел на осгсг; л.>-гико - сетеной технологии представления » чипода зи-Ш'.п:.

В соответствии с поставленной целыэ в дкссерташш определены следующие задачи :

- анализ современного состояния разрпботок По ►¡нтсдлиетуальному моделированию и решению задач механики обязанной системы тпгрдмх тел (Короче,

• твердого тела) на ЭШ!;

- систематизация классов задач и знаний для проблемней области "механика твердого тела" и разработка методики формирований схемных моделей задач;

- разработка и формирование базы знаний механики связанной системы твердых тел 0 форме логико-сетевой модели полюсный схем;.

- формирование состам элементов и аксиом базы лнзкпй по КиЯематнкс( статике и динамике связанной системы твердш тел !; их программна» реализация;

- разработка пр -грзммного обеспеяейкя решателя задгй механик^ твердого -ела.

Метедм иеслггл&акпй. В днсссршцш Кс пользуются методы И модели теории искусственного Мггедлекта, ясгако-сетевой териологии Я Теории логического программирования. _ . . Пзугмя неензиа пссгьцозания зиатачзвтея п:

- дальнейшем развитии яогнко-сстепого подход:* ш^едлектумязацн» программ для формшгчзацш! труде (оформ ал и зу см ых задач механики тпгряого тела; ' ' •

- формировали специализированной яопко-сстейой ((одели полюсных схем, являющей с/Г мжно'г Кбмпшгенгой специального МпТештчсского обеспечения задач мехаюш! твердого тела;

- разработке спсциаднзиропаших аксиом ¡Ш Саз14 зтнли мегйкйки твердого .тела;

- составлении алгоритмов ргймй« задач методом Полк>слыя схем;

- разработке систгми Я1№мама^т.М9Й» Мед«ПфвкйШя а» гак** х^вмчШ рйшення задач )'п:зникз1 твердми т.*.-:•!.

Практическая зяячяк&Нь раЗо-Ш зшкпается в аозМохгю?«« создания эффектшшых ннтеАЯсстуяяийтл гтготг ■ чуг'сп.пс!'.соп ял { рсилп^д зг^да1! механики связанной гяегшы «граых те.1 м ебрнжияхх курсог \г: .:йовз ло~ гако-сстепой гсйнояспга и простоте фефишшцяп труДОсфс^чапа^шх задач и перехода о» сетей к грофамшм.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной конференции "Математическое моделирование и вычислительный эксперимент", (Ташкент, 1994), VI Международной научно-практической конференции "Системный анализ, моделирование и управление сложными процессами и объектами", (Ташкент, 1994), VIII конференции стран СНГ "Качестненная теория дифференциальных урапнений", (Самарканд, 1992), Международной научно-теоретической и технической . .конференции студентов "Высокая духовность фундамент будущего", (Ташкент, 1995), Республиканской научно-практической конференции сту- ■ дентов, молодых учены* И специалистов "Достижение науки молодых - производству", (Ташкент, 1991), I Республиканской конференции по физической электронике, (Ташкент, 1995).

Основное содержание работы опубликовано в 12 научных работах. Программное обеспечение интеллектуального решателя задач механики тьер-дога тела зарегистрировано в Агенстве по правовой охране программ для ЭВМ И баз знаний при Государственном Патентном ведомстве РУз, заяпка N £0 Ои 5600025, получено свидетельство об официальной регистрация программ для ЗЗМ N 28 от 01.05.1996г.

Реализация результатов работы. Разработанный метод формализация задач механики связанной системы твердых тел использован в учебном процессе в Ташкентском Государственном Техническом Университете, в Ташкентском Электра!ехИнчечком институте Связи, в Самаркандском Государственном укиаерсигст:. •

Структура и &5%£я диссертации. Диссертационная работа состоит Ш ваелгння, четырех глгь,'мключснм, йрилейкений и списка использованной и цитиронашюй литературы из 102 Наименований. Робота изложена на 124 стргитш шшшолисясго текста, содержит 15 рисунков и б таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

' ' ч ч

1 В» обоснована актуальность темы диссертации, оформуллро-

ьаны ¡цели и задачи кссягДо(ш1и;1, приводятся аннеггашш содержания глав.

В «грзег вам - Задачи и знания проблемной области ''механика твер-. йгго дай кр^шгй сйд;р нсслглиынм по разработке нгпслл:ктуа.иных Гаграм«»!« прэдуктор ш Мехшшхе ш^вег» тдм, описана структура през-гмьък 4&>тн. ,Си«сША1т»{х»ям мсха»ики твердого таяа и

€

сметематнзпровзни необходимые л'»чия лтя решения задач мехяни.чи твердого тела. Рассмотрены существующие меюды по предсгаплению знаний.

При создании формальной модели интеллектуальной системы возникает необходимость определения всех данных и знаний, которые полностью характеризуют условия задач, возникающие п процессе р«вгния задач.

Под проблемной облатью меяаиикИ твердого теле будем понимать знания, задачи (условия „адач) и предметную область (ПО), состоящую из связей, сутей и объектов. Модель ПО - множество, составленное На уровне формальной системы, описывающее датою предметную область на основе аксиоматической модели.

Задачи механики твердого тела можно представить В.гшде тгтеялекту-алыгой задачи (ИЗ): ИЗ = <ИД.Ц,3,р>, где ИД - исходим данные, Ц ■» «ель задачи, 3 - знания, р - план по которому решаются задачи.

Процесс формализации ИЗ по сути соответствует первому. этапу логи-ко-сетевоД технологии формирования програмя п его можно разделить на _ ^сколько подзтаПов:

1. Изучается общая структура предметной области. Вилеляютсй устойчивые предметы мысли (сути), объекты и связи. По заданной проблемной области осзщесталяется снетематлэаиня и классификация условий задач (Д,Ц) рассматриваемой предметной области.

2. Формируются компонент Д.Ц mnvwejcryattHoü задачи и Осуществляется rpyilimpatr .1 ¿адач »о Д и Ц.

3. Формируются первичные элемейш - суть, объект, связь предметной области на оснопг анализа множеств Д if Ц. В результате формируется структура предметной области на ограниЧеикон'естестаешюй тыке. ■

4. Формируется компонента 3 (знания), необходимая для решения задач.

5. Осуществляется классификация задт по йризкакам близости коМ-иоиеит Д,Ц и 3. Формируется логико-сетевая модель ИЗ па кбицептуальНоМ ц программном уровнях,

ПоДэтапы 1-5 описываете в последующих параграфах здртаЯ гласи.

6. Формируются знания и условия задач на оснсяе языка логико-сетевой системы. В результате формируется л<зшко-сег,я4я иоет- ИЗ в форме аксиоматической cem tum модели помост.« схем.

Осуществляется выбор языка пр0трам4шро»амш и формируется логи-ko-сетеэая Модель ИЗ из программном уровне. Ö результате формируется программный продукт.

Универсальный подход решения задачи механики при проектировании механических систем можегг иметь место лишь при использоилпш принципов ИИ, моделирующего рассуждения человеческой деятельности спязыннон с поиском решений в разнообразных ситуациях. Такой подход по сути яьдяется аксиоматическим при представлении знаний совокупностью аксиом согласно логико-сетеиому способу представления знаний и задач.

Множеств элементов использованные При интеллектулизацни теории робототехники оказалось недостаточным при формализации раздела механики курса физики. Для полной формализации необходимо множеств элементов расширить в соответствии с классом решаемых Задач. Введены ночыг элементы, такие как : пуп. - S, радиус - R, энергия - \V и др. В состав элементов лсгако-ссте&оН модели Полюсных схем.

Классы задач оглнчакхгся используемыми шборзмп элементов полюсных схем, входящи* в составы компонент Д,Ц и 3 соответствующей задачи. По этому при классификации задач Предварительно формализован еостаи элементов логико-сетевой спеТекш и сформулированы условия их интерпретации.

Решение задач На осноав форшльной аксиоматической теории мехп-твердого тела можно осуществить на оспсше представления знаний и задач » аксиоматической сети.

Установлено, Что однаЛ «3 трудностей tipil формализации базы знаний является достижение достаточности н однозначности семантической интерпретации утверждения о5 Ьбьекте. Лзыи представления знаний предикатно« типа яаля&тей наиболее эффективным дnú Одтюзначхюго представления сфар-1(улираьаяШ угаерждений oS oCwíctc. • '■ • '. '

Подчершшетсл, что. база знаний ойределгняого класса задач не огра íiüViiBácTtí! 3;wüíWMít дмного Клпссц, т.е. йлИ ёыДошшого класса задач тре йустся зшвио (формулы в факты) из ¿рутих оЕласкй механики Твердого тела feo bíojoíi ГШ '» Лсгг.ко-сетемя Система полюсных схем для пред ставлеш'.я síbsmft и аалач Ыг&ш»!кй твердого tara описано представлени элемлггеа полюсных схем кишиатикп, статики и динамик» твердого тел. Ошдама иктгуирктаи»© aíaitkra uosopoi в алгебре кштершюшз. Приводя «я кяйми KítMíkatfiiiícKiHi ttexsocitm es»!.

Л craso,« cSTissiS «одгль crpxiuucf мшгогяойную проблемную ойласг harta&A с«ст«»г ¡1з asitó и am врзвиеыск обгпегм.

Мпввш крталАжетез разоагнклз квдозфшшрогамнш зшч и зн %гй «^-«Злешгай ейлаагв иа <ктцк 'кагегеряя, ад. Mm®<Um,Er.i,Nm,Qi«

rae Um - элементы сети, Em - сеть эквкв-лентиостей (рявноснльности, тождества, аналогии я др.), Nm - сеть неэквивалентностеи И Qm - правила вывода. Множеством элемеитоп сети яатяются все физические величины (предметы) и элементарные высказывания о них, которые используются при решении задач механики твердого тела.

Формирование логико-сетейоП модели задач механики твердого тела ■ осуществляется в следующем порядке :

1. Формирование множеств компонент всех классов интеллектуальных задач предметной области. Для каждого класса заяаЧ механики твердого телА формируются данные (Д), знания в виде правил (П) rt Цели (Ц) На основе подэтапов 1-5 процесса формализации ИЗ.

2.Формирование компонент U. Для условия задпч И знаний определяются множество элементов (компонента U) логико-сетевой Модели представ, лешш знаний. Здесь учитываются два типа элементов : первичкые - связи,

сети, объекты: вторичные - ВХОД.ВЫХОД,ПРОЦЕСС.

3. Формирование компоненты Е, D качестве совокупностей эквива-лснгностей используются отношение равносильности (безусловные п услоз-ше эквивалентности) между суждениями. Данная компонента й данной работе сформирован* в виде совокупности аксиогЛ, составляющих содержание базы знаний решателя. В зтай екязл erra в гл.З калгана ахкюматитгекой базой знании.

4. Формнрог пне компоненты N. Здесь неэквивалентности отображают причинно - следственные связи в Правилах, извлекаемые нз условия задачи,, исходные данные - факты (физические величины, которые задаются при решения задач), компоненты цели - вопросы ó нахождении определенной фй-знческой величины, которые отображаются элементами ВХОД li ВЫХОД . Данной компоненте в работе отдасгны исходная и Нелепая'полисная схема. ,

5. Формирование компоненты Q. В составе совокупности правил вывода (Q) используются три уиявсрсальнт правила - прияло подстановок (для объектов).правило замени (когда одна схема запишемся npyrc'i iíi основе се-Teíl экмталмшюат)и правило заклтедяя.

6. Формирование едино?! сети для дйпамикл ,статики к кинематики твердого тела и осуществление нкйтгл-гнт'-мх nptof^onaBKf! с t:-„tuo упрощения cerní (объединение оЗимх элементов, кзккугаиия элемс . j, изменения Предикатных и объектных вершш).

7. Проверка ceMarfrniecKoíi адекватности , lía основе патучгямой сети сфу^мулнрустся ояисз».'!-: уодяи* задач» мехкимш твердого тс.Ча vi, cctc-.-i

венном языке, что позволяет осуществигь проверку семантического соответствия модели заданному на Первом этапе тексту знаний об условии задачи.

8. Проверка иоличия м.ршрута решения в сети. В случае отсуствия последующего происходит возврат к предыдущим этапам.

Множество меменгои кинематических полюсных схем содержит следующие элементы :

ик - ( К},Т,0К,0*8,0,р5,0*рр3.хх,р51+уу*р52+г2*р53,00*рр8},

Элементы представляются в векторном, матричном, кватерниониом и скалярном видах. Векторными могут быть элементы : сдвиг- О'.Ч, линейная скорость- О'рй, линейное ускорение- 0*рр8, угловая скорость хх*р81+уу*р52+гг*р53, угловое ускорение ОО'ррЗ; в матричном или кватернионном виде представляется элемент: О Я; в скалярном виде элемент: Т и полюс К1.

Элементы кинематики полюсных схем можно построить в один ряд в виде цепочки. Это приводится на рис. 1 :

Рис. 1 Элементы полюсных схем. ,

Представленные в вида схемы элементы, образно повторяют контуры буквенных обозначении физических величин кинематики.

ЭлгйгИт поверит можно кнтерпретировать кил матрицу попорота или кватернион. '

Кеатеринон К это четверка вещественных чисел К= {а,Ь,с;з) связанных есотгетсггьеннымн ортами х,у,г, ишгсгвенным числом Н. обладающее изве-стьными «аойтммц: •

х1« г""»-1, х'уг, у'г~-4, 2'х«*у, у'х --г, г*у-х,

где

Н=х'а+у*Ь+г*с - вектор,

0 - катернионая связка, s - скаляр.

Частными случаям« кватерниона является скаляр S = (0,O,O;s|, вектор H = |n,b,c;0| и матрица поворота вокруг орта О на угол R. • = ja,b,c;sl, когда u< l,b< 1, с < 1, s < 1.

При использовании алгебры кватернионов ДЛЯ нахождения общих йо-воротов двух Последовательных поворотов Потребуется всего 9 сложений и 16

1

умножений вместо 15 сложений и 24 умножений как это имеет место в матричной алгебре. Следует подчеркнуть, что выигрыша при использовании кватернионов для умножения матрицы на вектор не имеет места. Существенное уменьшение числа операций имеет место при переходе от матричного представления к двухэлементному 0R представлению сложных Поворотов. Если В алгебре кватернионов для этих целей потребуется 4 умножений, по одной .•дераипй с квадратным корнем и арктангенсом, то при Использовании матричной алгебры дая этих целей потребуете« Ш умножений, дЬе операции с квадратными корнями, одна операция с арктангенсом п S сложений.

Поэтому использование элемента nonopSra OR, где О-едвнтгЧный вектор, яапяюшийся функцией ортоп х,у,2 дает сущссгЁышые преимущества перед матричными и вскторно-матричными методами благодаря своей "кватерниокной пр .'раде".

Множество элементов полюсных схем динамики сс.цр.кит следующие элементы, допольннтельно, к элементам! рассмотренным в кинематике : сила, момент, передача, дикампческий полюс, статический поямс. Динамический полюс для твердого тела имеет вид: .

dk —(I,M,(Jx,JyvJrJ,x*fS!+y*fS2+z<ÎS3,x*nSt+yl'nS2+z*nS3);

Статический полюс п динамике имеет ciiuat только Для i:aîcpriajft>Hofi точки и имеет вид:

sk *• (l,M,x*iiiî+>'¡32+2*133).

Множество элементов полюсных схем статики содержит "Ледуюшес элементы : поворот OR, сдвиг 0*S, сила x*(St+y*fS2+zT.3, момент

Х*п51+у*а82+г*п53 и статический полюс 5к^(1,М,х*С51+у*К2+2*П;3) и перс-дача.

В выражениях <Ик и «к - имч полюса, М - масса тела, \SxJyJz] - диагональная матрицы (список) моментом инерции относительно глинных ортои х,у,г центра масс, ОИШ - составляющая вектора полюсных сил, ОГ*п51 - составляющая гххтсра полюсных моментом, где 01 эл |х,у,г), х=11,0.0|, у—10,1,0), г=|0,0,1| - орты.

Силоиые воздействия на полюс в напраилении орта О! отображается в 1шде 01*151,51 - это модуль силы, Г- метка силы. Момент сил воадеистиия на полюс отображается в виде 01*и51, где 51 - модул момента, п - метка иомен-та. ■ ■

Элемент передачи используется для отображения функциональной связи Фи1 между выражениями Н1 и 112, где >11 и И2 - вектор, скаляр или матрица. „

В предлагаемой модели полюсиш схем, над элементами полюсных схем приозводмтся операции, аналогичные операциям векторного исчисления и операциям над матрицами.

Динамическая полюсная схема (ДГ]С) является оснопиой моделью, так как полюсные схемы статики и кинематики легко образуется из ДПС, путем удаления лишних элементов.

В трете Л главе - Аксиоматическая база знаний по механике связанной ' системы твердых тел Приведены аксиомы в символьных 1! графических видах для каждого раздела механики твердого тела. Приведен алгоритм решения задач методом полюсных схем.

Логнко-сисвзя форШ представления-знаний предназначается для решения на принципах Искусственного интеллекта трудноформализуемые задачи с априори нецаигстпим ращением, а также вычислительных задач.

Аксиомы соетйаадют базу знаний па механике свяшиЬой системы твердого тела. Правая члеть аксиои предстакляетей преобразованную совокупность алеыгнтов, эквивалентную левой части.

Сеть зкгнедлешноети • Ек включает а себг аксиомы преобразован« полюйш* схем п их слсдотыШ, котсры: по прагматике при решении интсл-дгстуаЛ1нш и и.'шттел.аскггуадькш: зд&зЧ в теории по.носнмх сх;м разбньакгг-. ы гП чт>-ре гг-упод I ьшдааькигнне, ¡/гречес, ебкдннеше, период <л схе-;л.! х ферйудг, Из пршгдлмдо 32 ысеяом ялд Саза знаний кинематики тьгр--аго тела 6 зкеном ст.;„;ьг агл 2илс*.г>од>,;>ш;;, 17 ькеном-ддя ьергио'» -¿¡е-

ментов через другие, 7 аксиом - для объединения элементов, 2 аксокмы - для перехода к формуле.

Из сформированных аксиом базы знаний динамики и статики твердого тела 3 аксиомы используются для переноса, 2 аксиомы-дли объединения, 2 аксиомы - для перехода к формуле, в дополнение к аксиомам кинематики.

В аксиомах переноса элемент Т цепочки когда переносится вправо соответствует операции дифференцирования.

В случаях когда перенос осуществляется влево, соответствует операции интегрирования.

Ниже приводятся лишь те аксиомы а которых участвуют элементы, введенные с участием автора в аксиоматику механики связанной системы тел.

АКСИОМЫ БАЗЫ ЗНАНИЙ МЕХАНИКИ СВЯЗАННОЙ СИСТЕМЫ ТВЁРДЫХ ТЕЛ

1. ВИДОИЗМЕНЕНИЙ

0*S(t) O'pS(t) 0*ppS(t) <'--> 0*S(t) T O'S(t) • (1.1)

OR(t) 00*pS(t) 00*ppS(t)<—> OR(t) T OR(») (1.2)

OR <—> 0*sin(R\2) cos(R\2) (1.3)

2. ПЕРЕХОД

0R01*Sb<—»OI'SB'COSROXO^SB'síiiROII ' (2.1)

О и OI ал lx,y,z,«;yy,zz} '

Sa эл {S,pS,ppS,fS,«S} ' .'

OR 02*Sb <—> 02*Sa*cosR Ox02*Sa*rinR

02*(0*02)*(t-cosR) OR (2.2) О или 02 неэл (x,y,2,xx,yy,2z) Sa эд {S,p3,ppS,fT¡,nS). ,

-0*E(T) T 0»S(T) <—> 0«5(To)-04pS(T) T D'p"(T) (2.3)

-0*рЗСП T 0*pS(T> <—> l?Tp3(To)-0'r?S(T) T O'rpSff) (2A)

0«рр5(Т) Т 0*рр5(Т) <—> 0*(рЗ(Т)-+р5(То)) Т 0»р5(Т) (2.5)

-0*р5(Т) Т 0*рБ(Т) <—> 0*(5(То)+8(Т)) Т 0*5(Т) (2.6) 3. ОБЪЕДИНЕНИЕ

ОН}3 О202 <—-> ОЯ,

О=(О1хО2),51пдЗ/2*5т02/2+О1(51!103/2*со5р2/2+О2*со503/ 2*511г-д2/2/5дКТ((М11дЗ/2*8!нО/2)л2+(51лдЗ/2*созд2/2)л2+

(со503/2*51п02/2)л2), К=2*агссо5(сскОЗ/2*со5д2/2). (3.1)

Процедура решения задачи сводится к преобразованию исходной полюсной схемы в целевую на основе аксиом из Ет и правил подстановок из От. Решение задач на Основе Полюсных схем осуществляется в следующем порядке :

1. Формируется исходные ПС; при этом факты приводятся по цепочке в виде элементов схемы.

2. Строится целевая полюсная схема. .

3. Выбирается соответствующая совокупнисть аксиом для решения задач.

4. Целевая полюсная схема преобразуется из исходной переносом элементов схемы вдоль полюсной схемы в ее конечную часть, при этом нахождение неизвестных величин, соотношений; алгоритмов решения задач сводится к применению аксиом преобразования на основе правил логического вывода к исходным полюсным схемам механических систем и математических формул.

В четвертой главе - Разработка комплекса программ для решения задач Механики связанной системы твердых тел представлены комплексы программ предназначенных для решения задач на основе логико-сеггевой системы полюсных схем. Описано программирование задач на основе полюсных схем. Предложена система графического интерфейса. Обсуждены вопросы технико-экономической эффективности реализации разработок и рекомендации диссертационной работы.

При программировании рассмотрены вычислительные компоненты систем искусствешгшо интеллекта глобальная база данных, операций, глобальнее стратегии управления содержащиеся в системе продукции.

При решении задач механики твердого тела динамическая полюсная схема является основной моделью манипулятора. Элементы допускают представление как совокупность списков. Это позволяет унифицировать компоненты базы данных описывающих полюсную схему твердого тела.

Аксиомы и тождества ( операции ) применяются х глобальной базе данных. Для каждой аксиомы и тождества имеется предварительное условие, которому данная база данных либо удовлетворит, либо нет. Применение этого правила изменит базу данных. Одни аксиомы (тождества) не вызывают другие, а связь между ними осуществляется исключительно через базу данных. Это предусмотрено для возможности дальнейшего расширения базы знаний ( аксиом и тождеств) и достижения модульности, когда изменения в базе данных н знаний могут производиться относительно независимо.

Разработаная система предназначена для оказания помощи эксперту или учителю при решении задач механики и доказательства теорем в области теоретической механики. Пользователь в случае необходимости может дополнить базу знаний новыми аксиомами. Это достигнуто, благодаря отделению независимых (декларативных) знаний (аксиом), описанных без указания способа их использования от обслуживаемой их программы, но в то же время эти знания доступны самой системе.

Программа имеет доступ К системе аксиом к тождеств, называемой базой знаний. Программа состоит из четырех основных частей

1. База знаний (БЗ); . . ■

2. База данных;

3. Решатель; #

4. Система пользовательского интерфейса.'

Baja знаний - часть системы, с помощью которой можно представить знания о сложной области ;

решатель - содержит принципы и правила работы ;

база Данных - содержит исходные данные о конкретной задаче, которые выводятся пользователем. .»

Система пользовательского интерфейса обеспечивает естественность и удобства ввода и вывода информации.

База знаний системы - это аксиомы и тождества аксиоматической ico-рни Мекаинки твердого тела, которые расположены в файлах as.pra и tojiís. рю. В распечатках файлов as.pjo и togtís.pro г;ряведен поясняющий текст к к'шей гкепоме или т-этядтству.

Программа на языке Турбо - ПРОЛОГ для решения задач механики твердого тела зарегистрирован в Агентстве по правовой охране программ для ЭВМ и баз знаний При Государственном Патентном ведомстве, заявка N ED OU 9600025, получено свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ N 28 «г 01.05.1996г.

Программное обеспечение интеллектуального решателя задач было внедрено в учебном процессе Ташкентского Государственного Технического Университета, в Ташкентском Электротехническом институте Связи, в Самаркандском Государственном Университете.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основе логико-сетевой технологии решены задачи классификации и формализации задач механики твердого тела и разработано математическое обеспечение и комплекс программ интеллектуального решателя. При этом получены следующие основные результаты :

1. Классификация на основе первых трех компонент интеллектуальной задачи (ИЗ) позволяет группировать задачи по близости условий задач и используемых знаний. Формализация задач в качестве ИЗ позволяет свести решение задач к доказательству теорем об эквивалентности полюсных схем на принципах искуссгвенгного интеллекта.

2. Логико-сетевую модель представления и вывода знаний можно использовать как основной подход прп формализации интеллектуальных задач, что практически осуществлялось на более чем Î 70 задачах количественного п качественного .характера по разделу твердого тела курса физики.

3.. Включение Нового элемента - элемента времени И состав элементов логико-сетевой системы полюсных схем Позволяет расширить класс разреши-мыл задач методом полюсных схем. Модель применяется для тех классов за^ дач, которые разрешимы lia Ьсиовс векторных, матричных методов и алгебры кватернионов.

4. Применение кватернионов для представления элемента Поворота OR позволяет существенно уменьшить число операций при Нахождении сложных поворотов m оснаг£ эбедннгииа ЗДемеетов.

5. Фср>.»;..ов?т'"л система аксиом Базы знаний твердого тела отражают схемотехнические ^5мелшиЯ( которые легко интерпретируются на основе ьекюрной, йсигрна-^итриптй, матричной И кватеряионной алгебры. Из иргвгдсятгА ¡а:,:ь,л для Сазы знаний твердого тела б аксиом служат дм

видоизменения, 20 аксиом - для переноса элементен через другие, 9'аксиом -для объединения элементов, 4 аксоимы - для перехода к формуле. Из них 10 предложено с участием автора впервые.

6. Аксиомы содержащие элемент времени и аксиомы, отражающие свойства квагерниокоп, применение которых к задачам последовательно связанной системы твердых тел позволяет расширить класс задач решаемых методом полюсных схем, в отличие системы аксиом, сформированных до настоящей работы.

7. Разработан комплекс прог( том интеллектуального решателя задач Механики твердого тела на основе логико-сетевой модели полюсных схем. Программный продукт основан на аксиомах, которые представляются как эквивалентные преобразователи, имеющие правую и Лег.ук» части. При создании комплекс:» программ использован Язык высокого уровня - Турбо Пролог. Определено соответствие моделей о виде АС и йрогралмм па языке Турбо-Пролог. Показана простота перехода ог ЛС к текстам программ. Программное обг "Печение и!ггелл егггуального решателя задач было внедрено в учебном процессе Ташкентского Государственного Технического Университета, в ТаШкеитком Электротехнической институте Связи, в Самаркандском Государственном Университете,

Ошишые поййжгиия дк«сертай0тйюй рабст оаублтшвма Ь • следующих работах!

1. Графовые модем физически» принципов действия структур манипуляторов. /Таажиса Х-Х.Даджаева Н.И. // Сборник шутих трудов. Интеллектуальные Модели систем. ТаШПИ. - 1991. С.57-60.

2. Структур!««! синтез Машпулятороа прсмышгинш роботов ш базе мнйговшоднЫх приводов./ХаДясаейа Н.И.// СО,тезисов докладов республика-¡¡ой научно- Практической кеяфгршм студгягов, молодых ученых и специалистов "Дсстаахнпя науки «олсдал ' . ярстшзодст.» ву".Электронтса,®ш.тгх.,ЛСУ,ТашПИ.-1591. С. 63. .

3. Система сйитма «реобрззсйателгй ф!шчес>тх гелчисм. /Хошимоа .И.Дадааеяа Н.Н.Лакжиеа XX.// Сб. ткмем ¿оклад. СНГ, ТЛИ Ксиферсп-аия. Качественная теория диффггстВДалШя урйШггшй, СамГУ. *1392.С.1Ю. 1 По?«» рякетЩ т опте фертцпоЯ ишт Ш фаздчгсгак зако-«омггяоетей. /Ктклш Н.М.//Сб.гапга смеОД. Матеазяпсясйв м»ймврв-ьзгесе и пгтнг.Й эксЯ?ргмг1«.,НЙН .

П

5. Применение аксиоматической теории робототехники к физической мекшике./Хаджаева H.H.// Илмий маколалар туплами. Ешлариинг изланиш-лари на ишлаб чикариш истикболи. 1-кксм,-1995. С.21-23.

6. Логико-сетевое предстапленле знаний для физической механики. Даджаева H.H., Бобожонов Т.//Сб.теэисы доклад. Матер, ыеждун. научной теор.и Технической конфер. студ."Высок.духовность фундамент будущего". -1995. С.Ш.

7. Аксиоматический подход к физике твердого тела. /Каджаева H.H.// Тезисы докладов. Первая респуб. конференция по физической электронике. НИИ Электроника. - 1995. С.133. ,

8. Представление знаний По физике твердого тела. /Хаджаева H.H.// Тезисы докладов. науч.Теор. и тех.Кои. профессоров,препод. асаиран.ТГТУ. -1995 .С.87

9. Интеллектуальная теория механики твердого тела. /Хаджаева H.H. // Сборник научных трудов. Развитие и становление проблем языка, культуры, философии и наухи: традиции и современность.-1995.С. 146-149.

10. Аксиоматические сети для представления знаний и задач механики твердого тела. /Хаджаева Н.Н.//Сборник Научных трудов докторантов, аспирантов, соискателей, научных сотрудников. Исследования научно-технических достижений бысшей школ«. ТГТУ, - Ташкент, -1Э96.С. 18-20.

11. Система интеллектуального моделирования манипуляторов и механизмов машин на языке "Пролог"./ ЗСасанов П.Ф., Хаджаева H.H., Волкович О Т.// Государственный комитет Республики Узбекистан по науке и технике, Государственное Патентное Ьедомсгао. Свидетельство Ьб официальной регистрации Программ для ЭВМ N 28.« Заявка N ED ÖU 9600025 от 0J.05.199G. С.1-51. ;

12. Формализация задач физики И Механики твердого тела на основе логико-» сетевого Подхода./ Хаджаева Н.Н.//Узбекский физический журнал. Ташкент: ФАН. - ¡996. N3. С.91-93.

Хаджаева Наргнс Назаролна Мантккий-тур техпалэгияси асосида мехэпикянинг богласгЕ» кзттик лшемдар снстемаси масалаларшщ интеллектуал дастурлаш

Механиканииг боглантон хатткк жисмдар снстемаси масалаларшш ечиш кийнн формадлашуачан масалалар турига таалухля.

Бу махсадга эрншиш учун диссертамняда мантикий-тур технологиями слуби асосида яиш элементлар »а ,'Ксиомалар тавсия этиЛган, Ушбу услуб интеллектуал масалани юкори дарэжздагк тиллар, жумладан Прологда тузил-ган дастурларнй график тасвири булпш полюс схемалари срдамида акс этти*-ради.

ФормаллаштНриШда билимаар бааасини аксиома - чап ва унг томоила-ри Кслвалент булпш холда акс этгирилади. Аксиомалар вектор-матрицалар алгебраси ва кватернион алгебраси асосида тузилган,

Мантикий-тур технологиясинкиг биршгш катлами булган полюс схе-.надари асосида катгик жисмлар мтникасшшнг иасзлалариии счлш алгоритм« берилган ва дастурлаш Пролог тали псоевда амалга сширилган.

KluUSziigera Na/gUkhiiB Nazaruwa

Mathematical and software provision of the inteltectuai solver solid state bond systems mechanics problems.

This work is dedicated to the mathematical and software provision of the intellectual solver solid state bond systems mechanics problems based oil the logical-network technology knowledge introduction and conclusion.

Logial-neiwork system of the programm intellectual] zation is the general

Logial-network model is used for the solid state mechanics problems solution based on ths PROLOG software language.

The solid state mechanics knowledge base axioms has been developed; represented axioms knowledge base are the special mathematical provision of the solid state mechanics. It are hitpoducted as an equal transformations having the left and write parts. The intellectual solver consist of the 4 parts: knowicge base, data base, solver and dealing subsystem. Axioms are devided into 4 groups: modification,transfer, consolidation and transition from the schctncs to the expressions. The solution algorithm lias been made a. wording pole schemes method!

The intellectual solver software can be used in .the scientific works and educational ptogfams tit tils field of solid state mechanics.

approach for the hard fomialiïcd problems defonnalization.