автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Исследование и разработка информационного обеспечения САПР виртуальных приборов

□□3491612

На правах рукописи

Харуби Науфел

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ САПР ВИРТУАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Специальность: 05. 13. 12-Системы автоматизации проектирования (промышленность)

Автореферат Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 1 ФЕВ 2010

Санкт Петербург - 2010

003491612

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)

Научный руководитель -

доктор технических наук, Профессор Дмитревич Геннадий Данилович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Лузин Сергей Юрьевич

кандидат технических наук Паянский-Гвоздев Валерий Михайлович

Ведущая организация - Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий механики и оптики .

Защита диссертации состоится _ 2010г. в_часов

на заседании совета по защите докторских & кандидатских диссертаций Д 212.238.02 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан

2010 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций

Н. М. Сафьянников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ Актуальность исследования:

Современный этап развития САПР характеризуется динамичным расширением предметных областей их применения. В широком круге задач, охватываемых проблемой дальнейшего развития автоматизированного проектирования, существенную роль играет создание новых проблемно-ориентированных систем проектирования сложных объектов заданного целевого направления.

В последние годы появилась и получила развитие новая отрасль создания и разработки измерительных средств. Это в первую очередь связано с активным развитием компьютерных технологий применительно к технологиям измерений. Основными аппаратными средствами в измерительных технологиях стали так называемые DAQ - boards (Data Acquisition Boards - платы сбора данных) - измерительные модули, встраиваемые непосредственно в компьютер. Данные модули работают в составе виртуальных измерительных систем (ВИС) под управлением интегрированных программных оболочек для сбора, обработки и визуального представления измерительной информации.

Процесс проектирования ВИС на основе технологий фирмы National Instruments включает следующие этапы:

• подбор аппаратных модулей (DAQ), исходя из функциональных требований и требований к точности и быстродействию системы;

• выбор драйверов и совместимых программных модулей виртуальных приборов из библиотек среды Lab VIEW;

• разработка специализированных программных модулей в среде Lab VIEW;

• интеграция аппаратных и программных модулей, формирование лицевых виртуальных панелей измерительных систем и построение законченного Real Time Module (модуля реального времени) измерительной системы.

Реализация данного процесса в инженерной практике требует значительных временных затрат и высокой квалификации проектировщика, вследствие большой номенклатуры выпускаемых аппаратных модулей и проблемы совместимости аппаратного и программного обеспечений проектируемой системы. Сокращение трудоемкости проектирования может быть достигнуто за счет применения методов автоматизированного проектирования и создания специализированной САПР виртуальных приборов (ВП).

Работа по формированию адаптируемых к определённым изменениям компонентов САПР ведётся в нескольких направлениях: разработка удобных пользовательских интерфейсов, создания инвариантных средств управления информационными ресурсами, совершенствование матема-

тических моделей объектов проектирования и подсистем оптимизации, разработка средств интеграции и интеллектуализации САПР.

Как существующие, так и перспективные потребности развития ВИС ставят задачу разработки общесистемного программного обеспечения в виде ядра САПР, предоставляющего развитые инструментальные диалоговые средства всем группам пользователей САПР:

1. инженерам-пользователям (система должна оперативна приспосабливаться к уровню их квалификации и иметь гибкий диалоговый интерфейс, допускающий динамичную модификацию операционной модели диалога)

2. администраторам САПР, сопровождающим систему в проектной организации(система должна быть развивающийся в функциональном направлении и иметь открытый инструментальный аппарат для разработки и модификации сценария диалога гибкой структуры).

Разработка в качестве ядра ВИС системы автоматизированного проектирования виртуальных приборов (ВП) с открытой архитектурой программного и информационного обеспечения САПР уделяется недостаточное внимание. В основе реализации этой концепции лежит строгий онтологический подход к построению средств информационного обеспечения САПР ВП.

В данной работе под онтологией подразумевается модель представления знаний предметной области в виде набора понятий этой предметной области и существующих между ними отношений, которая может быть использована в качестве основы определённой базы знаний.

Указанные обстоятельства и определили основное направление выполненных в диссертации исследований, тематика которых тесно связана с планом госбюджетной НИР по теме «Разработка цифровой системы измерений и управления испытательным оборудованием при проведении механических и климатических испытаний» (договор № 6814/САПР-72», 2009 г.). НИР ЛЭТИ им.В.И.Ульянова(Ленина). Исследования проводились на кафедре САПР в 2004-2010г.г.в'рамках НИР по теме «Теоретические основы и методы проектирования программно-аппаратных комплексов испытаний технических объектов», выполняемой в рамках программы фундаментальных научных исследований ОНИТ РАН «Фундаментальные проблемы разработки новых структурных решений и элементной базы в телекоммуникационных системах»;

С учётом вышесказанного вопросы разработки информационного обеспечения САПР виртуальных приборов и построения на её основе виртуальной измерительной системы является актуальными для теории и практики САПР и представляют значительный практический и теоретический интерес.

Цель работы Целью диссертации является исследования вопросов разработки информационного обеспечения САПР виртуальных приборов,

направленных на создания инструментальных средств построения виртуальных измерительных систем.

Достижения указанной цели предполагает решения следующих задач:

1.Исследование семантического описания объектов системы.

2.Исследование методов и технологий онтологического моделирования виртуальных приборов.

3.Исследование и разработка онтологии предметной области ВП.

4.Разработка открытой архитектуры САПР виртуальных приборов. З.Рразработка специализированной базы данных (БД) и базы знаний (БЗ) виртуальных приборов.

Основные методы исследования В ходе диссертационного исследования были использованы модели и методы теории множеств, положения теории искусственного интеллекта, логики предикатов первого порядка, дескриптивной логики, методы теорий САПР,

Новые научные результаты

1.,Разработка открытой архитектуры САПР виртуальных приборов, отличающейся от известных наличием инвариантной информационной части, обеспечивающей системе возможность развития и'адаптации к новым задачам проектирования.

2. На основе анализа предметной среды и операционных компонентов проектирования впервые разработана онтология предметной области виртуальных приборов.

3. Впервые разработана база данных и база знаний виртуальных приборов на основе онтологического подхода.

На основании полученных результатов разработана САПР ВП, предназначенная, в первую очередь, для специалистов, занимающихся разработкой виртуальных измерительных систем.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Архитектура САПР виртуальных приборов.

2. Онтология предметной области виртуальных приборов.

3. Специализированная база данных и база знаний виртуальных приборов.

Практическая значимость.

1. Применение разработанной САПР ВП на этапах научно-исследовательских работ позволяет сократить сроки разработки и повысить качество проектируемых виртуальных измерительных систем.

2. Применение разработанной системы в учебном процессе обеспечивает поддержку дисциплин учебного плана, связанных с изучением онтологического инжиниринга при подготовке магистров по направлению «Информатика и вычислительная техника».

3. Разработанные база данных и база знаний могут быть использованы в составе широкого класса САПР для решения задачи совместимости компонентов сложных технических систем.

Разработанная САПР ВП внедрена в учебный процесс по дисциплине «Онтологический инжиниринг», читаемой в рамках магистерской программы «Компьютерные технологии инжиниринга» на кафедре «Системы автоматизированного проектировании», что подтверждено соответствующим актом внедрения.

Реализация и внедрение результатов работы.

Теоретические и практические результаты используются в научно-исследовательской работе НИР по теме 6814/САПР-72 «Разработка цифровой системы измерений и управления испытательным оборудованием при проведении механических и климатических испытаний». Также в НИР по теме «Теоретические основы и методы проектирования программно-аппаратных комплексом испытаний технологических объектов», выполняемой в рамках программы фундаментальных научных исследований ОНИТ РАН «Фундаментальные проблемы разработки новых структурных решений и элементной базы в телекоммуникационных системах»;

Основные результаты работы используются при подготовке магистров по направлению «Информатика и вычислительная техника» (специализация 230100.68-16 «Информационное и программное обеспечения САПР»). Применение разработанной системы в учебном процессе обеспечивает поддержку дисциплин «Онтологический инжиниринг» и «Информационные технологии в проектировании и производстве» учебного плана подготовки магистров. Разработанная САПР ВП внедрена в учебную практику в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) на кафедре «Системы автоматизированного проектирования».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

• Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии 2010».

• 59-я, 60-я и 61-я научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина).

Публикации Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 4 статьях, среди которых 2 публикации в

ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК и 2 в международных журналах. Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, с выводами и заключения Основная часть работы изложена на 140 страницах машинописного текста. Содержит 32 рисунка списка литературы, включающего 52 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, приведено краткое содержание работы.

В первой главе приводится описание проблемы автоматизации проектирования виртуальных измерительных систем. Выполнен сравнительный анализ трех способов построения ВИС:

• Использование специализированных внешних контроллеров, подключаемых к компьютеру и обеспечивающих полный цикл измерений;

• Применение автономных модульных приборов, обеспечивающих проведение одного из видов измерений или генерации сигналов;

• Использование модульных приборов универсальных промышленных платформ с открытой архитектурой (платформа PXI фирмы National Instruments).

В качестве базовой технологии реализации ВИС выбрана технология модульных приборов с открытой архитектурой на основе платформы PXI и среды программирования Lab VIEW.

Технология модульных приборов фирмы National Instruments (NI), основана на использовании компактного, высокопроизводительного оборудования, функционального программного обеспечения и встроенных систем синхронизации и тактирования, обеспечивающих проведение гибких, точных и высокопроизводительных измерений и тестов. Фирма N1 предлагает модульные приборы для проведения измерений, выполненные в форматах PXI, PCI, PCMCIA, USB и т.д. и работающие в диапазоне частот сигналов от постоянного тока до радиочастот. Наиболее надежной и многофункциональной является промышленная платформа PXI, позволяющая реализовать практически любую автоматизированную тестовую или измерительную систему. Для управления измерительными приборами и отображения измеренных значений используется программная среда Lab VIEW, работающая в среде Windows различных версий.

Проведено детальное рассмотрение алгоритма проектирования модульных приборов на основе платформы PXI и среды

программирования ЬаЬУ1Е\У и предложена структура системы автоматизированного проектирования ВИС, использующую в качестве информационного обеспечения базу данных входящих в состав САПР ВП. аппаратных и программных модулей виртуальных приборов.

Во второй главе представлены вопросы выбора архитектуры и реализации программного обеспечения САПР ВП, включающего в себя управляющую подсистему и ряд обслуживающих и проектирующих подсистем.

Управляющая подсистема САПР ВП может быть реализована в виде интегрированной диалоговой среды проектирования ВП и должна выполнять следующие функции:

• формирование диалогового интерфейса пользователя с САПР;

• вызов подсистемы ведения базы данных виртуальных приборов;

• вызов подсистемы выбора аппаратных и программных модулей виртуальных приборов;

• вызов подсистемы интеграции аппаратных и программных модулей виртуальных приборов;

• вызов подсистемы формирования спецификации ВИС;

• передачу сообщений и файлов данных между подсистемами.

Приведена структурная схема подсистемы, которая включает

следующие модули:

• интерфейсный диалоговый модуль;

• модуль вызова подсистемы ведения онтология ВП;

• модуль вызова подсистемы выбора аппаратных и программных модулей виртуальных приборов;

• модуль вызовы подсистемы интеграции аппаратных и программных модулей виртуальных приборов;

• модуль вызова подсистемы формирования спецификации ВИС;

• модуль управления файлами данных.

В этой главе также предложена блок-схема проектирующей подсистемы выбора аппаратных и программных модулей. Подсистема выбора аппаратных и программных модулей виртуальных приборов предназначена для синтеза структуры аппаратно-программного комплекса. Источником информации для решения данной проектной задачи является база данных и базы знаний виртуальных приборов. В качестве критериев для отбора необходимых модулей выступают требования технического задания.

Рассмотрены возможные подходы к реализации информационного обеспечения системы на основе базы данных и базы знаний виртуальных приборов и определены источники информации для заполнения базы знаний. Наиболее сложной проектной задачей при проектировании ВИС является процедура синтеза структуры измерительной системы. Данная процедура была формализована, как задача принятия решения. Показано,

что частным случаем этой задачи является задача совместимости компонентов..

Предложена следующая формулировка задачи совместимости компонентов (ЗСК) системы:

ЗСК = <А, С, Ь,Р> где А — множество всех возможных альтернатив проектного решения; С = (С1, С2,...,Сп) — множество всех возможных компонентов, на базе которых формируется структура системы;

IV — подмножество всех правильных (работоспособных) альтернатив проектного решения (IV Э А);

Ь = (Ы, Ь2,...,Ьт) — подмножество рабочих компонентов системы, входящих в состав работоспособного варианта системы (ЬЭК)-, Р — решающее правило для выбора из множества А подмножества IV правильных проектных решений и из множества С подмножества рабочих компонентов Ь.

Б качестве подхода к решению указанной задачи в исследовании рассматриваются активно развивающиеся в настоящее время семантические технологии. В , рамках семантических технологий разрабатываются подходы, стандарты и методы, которые обеспечивают возможность явного представления семантики информации. Явное представление семантики информации должно способствовать созданию программных систем, позволяющих обрабатывать информацию на семантическом уровне. В зависимости от области применения и решаемой задачи подходы к представлению семантики и ее обработке могут варьироваться, но их объединяет наличие модели знаний, которая описывает семантику отдельных элементов информации и связи между ними.

На сегодняшний день в рамках семантических технологий наиболее активно исследуется и развивается онтологический подход к представлению знаний предметной области, на основании которого разрабатываются интеллектуальные информационные системы, и в том числе САПР.

Онтология предметной области реализуется в виде некоторой сетевой структуры, в которой семантика каждого понятия определяется через его отношения с другими понятиями. Причем во множестве отношений существует отношение типа «родитель-ребенок», упорядочивающее понятия предметной области в иерархию - таксономию понятий. К отношениям того типа относятся отношения «целое-часть» (раЛ-о!), «класс-подкласс» (¡э-а) и т.п. В диссертации приведен обзор типов онтологий и языков описания онтологий. Онтология является специфическим видом базы знаний.

Онтологическая модель предметной области задает семантику понятий, которые используются для описания информационных объектов

системы. Такие описания называются семантическими метаданными, они позволяют: 1) устранить лексическую многозначность терминов, используемых для описания информационных объектов; 2) определять соответствие между различными информационными объектами, используя онтологию. Метаданные могут описывать объект с разных точек зрения: структуры, контекста и контента. Описание контента наиболее важно для тех ИС, которые реализуют функции полнотекстовой обработки информации о проектируемом объекте.

В третьей главе посвящена исследованию инструментальных средств САПР ВП. Разработана и реализована БД САПР ВП, обеспечивающая информационную поддержку процесса выбора аппаратных и программных модулей виртуальных приборов.

Применение предложенной в работе модели хранения данных и использования развитых средств управления данными обеспечивают унифицированные процедуры обслуживания БД, упрощают процедуру её расширения и модификации.

Адаптационные возможности САПР ВП расширяются за счет реализации ключевого компонента информационного обеспечения САПР ВП - базы знаний. Рассмотрены особенности использования инженерных знаний в САПР ВП. Предложен выбор информационной база основы для построения семантических моделей данной предметной области. Выделены особенности формирования семантических моделей ВП. Проведен анализ способов представления знаний. Предложена организация семантической модели ВП. Рассмотрены основные типы связей, которые применяются при построении онтологии.

Основное внимание уделено семантическим аспектом реализации процедуры логического вывода. Обосновано использование дескриптивной логики (ДЛ) класса SHIQ в качестве логического формализма представления онтологической модели, а языка OWL DL - в качестве языка записи онтологии для ее хранения и передачи. На основании выбранных средств представления знаний дано формальное определение онтологии, используемое для описания предлагаемой структуры семантических метаданных и предлагаемых методов по работе с семантикой объектов системы.

1) Идентификация задания. Инженер по знаниям должен очертить круг вопросов, которые должна поддерживать онтология, и виды фактов, которые будут доступными применительно к каждому конкретному экземпляру задачи.

, 2) Сбор относящихся к предметной области знаний. Инженер по знаниям может уже быть экспертом в рассматриваемой предметной области или ему может потребоваться общаться с 'настоящими экспертами для выявления всего, что они знают и для исключения противоречий и неточностей.

3) Определение словаря, то есть выделение концептов - базовых понятий данной предметной области.

4) Толкование важных понятий в рамках вербальной модели.

5) Определение отношений и взаимодействий базовых понятий.

6) Формирование таксономической иерархии.

7) Регистрация общих знаний о предметной области в формальном виде. Рассмотреть возможность повторного использования существующих онтологий и стандартизированных словарей.

8) Проверка согласованности онтологии.

9) Составление описания конкретного экземпляра задачи.

10) Передача запросов процедуре логического вывода и получение ответов.

11) Отладка онтологии.

На основе данного подхода онтологического инжиниринга и с применением аппарата логики предикатов первого порядка, разработана онтология для решения задачи совместимости аппаратных и программных модулей фирмы N1

Разработаны и применены следующие правила логического вывода: Цифровой сигнал на каждой клемме равен либо 1, либо 0 (но не имеет оба значения одновременно): Vp Signal(p)=lvSignal(p)=0, 1*0

Тип сигнала на каждом выводе может быть либо аналоговый, либо цифровой (но не имеет оба значения одновременно): Vp SignalType(p)=ANALOG v SignalType (p)=DIGITAL, ANALOG * DIGITAL

Каждый вывод модуля может быть либо входом, либо выходом (но не имеет оба значения одновременно): Vp PlugType(p)=INPUT v PlugType (p)=OUTPUT, INPUT * OUTPUT

Если два вывода соединены, то на них присутствует один и тот же сигнал:

Vp,, р2 Connected(p i ,р2) => Signal(p 1 )=Signal(p2)

Предикат Connected является коммутативным и транзитивным:

Vрх,рг Connected(pi,p2)o Connected(p2,pi),

Vp,, /?2. p.Connected(p 1 ,р2) л Connected(p2,p3) =>Connected(pi,p3)

Отношение IsPartOf является транзитивным и рефлексивным:

Vx, >>, z IsPartOf (х, у) л IsPartOf {у, г) => IsPartOf {х, г),

Ух IsPartOf (х,х)

Каждый элемент множества s является частью объекта IsBunchOf(s). Vx, ,s- IsMemberOf(x,s) =>IsPartOf(x, IsBunchOf(s))

Объект IsBunchOf(s) является частью любого объекта, который включает все элементы множества s в качестве части.

My [Vx IsMemberOf(x,s) => IsPartOf(x,y)] => IsPartOf(IsBunchOf(s),y) Отношение Disjoint определено следующим образом: Ví Disjoint(s) о ( Vcl, с2

IsMemberOf(c 1 ,s) a IsMemberOf(c2,s) л (с 1 ф с2) => [ Vx, у IsMemberOf(x,cl) л IsMember0f(y,ç2) =>х*у])

Отношение ExhaustiveDecomposition определено следующим образом: Ms,с ExhaustiveDecomposition(s,c) о(Мх IsMemberOf(x,c) о 3d IsMemberOf(cl,s)A IsMemberOf(x,cl))

Совместимость двух выводов определяется следующими правилами: Мр\,р2 PlugsCompatibility(p 1 ,p2)=True v PlugsCompatibility(p 1 ,p2)=False, True * False,

Vpl,p2 PlugsCompatibility(pl,p2)=True <=> 3ml,w2 IsPlug(pl, ml) л IsPlug(p2, m2) л IsMemberOf(ml, Modules Sets) a IsMember0f(m2, Lab View 10 Modules) л

(SignalType(p 1 )=SignalType(p2)) л (PlugType(p 1 ) * PlugType(p2)) Предикат PlugsCompatibility является коммутативным и транзитивным: Vр,,я2 PlugsCompatibility (рьр2)<=> PlugsCompatibility (p2,pi) Совместимость аппаратного модуля с программным модулем или наоборот определяется следующими правилами.

Мт\, ml ModulesCompatibility(ml ,m2)=True v ModulesCompatibility(m 1 ,m2)= False,

Vml,m2 ЬМешЬеЮДш!, Modules Sets) a IsMemberOf(m2, LabView_ IO_Modules) => (ModulesCompatibility(ml,m2)-True о 3p\,p2 (In(pl, ml)vOut(pl,ml)) л(1п(р2,т2) vOut(p2,m2)) a (PlugsCompatibility(pl,p2)=True) л v

(OneOrMoreOflsIN(getSupportedBuses(m2), getSupportedBuses(ml ))=True) л (FreqBand(ml)<= FreqBand(m2)) л (RefreshFreq(ml)=RefreshFreq(m2))) Предикат ModulesCompatibility является коммутативным: Mmvm2 ModulesCompatibility (тьm2)<» ModulesCompatibility (m2,mi)

В заключении данной главы отмечен универсальный характер предложенных средств БД и БЗ, обеспечивающих расширяемость и быструю адаптацию компонентов САПР ВП к изменяющейся конкретной окраске предметности области.

В четвертой главе рассматриваются вопросы реализации онтологии в среде Protégé. Программное обеспечение САПР ВП с использованием разработанной онтологии реализовано на языке Java.

Система реализует объектную модель системы управления онтологией, описанной на языке OWL DL, и позволяет:

• получать доступ к онтологиям с использованием технологий Jena;

• хранить файлы с описаниями онтологий в файловой системе;

• выполнять запросы к онтологии, использующие логический вывод. Объектная модель онтологии содержит классы-сущности,

представляющие элементы онтологии, класс для трансляции OWL-данных во внутреннее представление сервера и управляющий класс, реализующий программный интерфейс доступа к функциям сервера онтологий.

В качестве классов-сущностей были выделены: атомарное понятие, экземпляр, отношение, атрибут, целочисленное значение и строковое значение. Для первых четырех типов сущностей в онтологии заданы лексические метки, а для двух оставшихся типов лексическими метками являются их значения, представленные в текстовом виде. Лексические метки составляют словарь онтологии.

В качестве системы логического вывода (СЛВ) для дескриптивной логики была выбрана свободно распространяемая система PELLET версии 2.0.0-RC3. Система PELLET реализует логический вывод для

дескриптивной логики класса ALCQHI (D), которая расширяет

атрибутивный язык {AL) такими возможностями как произвольное отрицание (С), транзитивные отношения ( ), инверсные отношения (Г),

иерархия отношений (Я), количественные ограничения на отношения (Q) и

некоторые конкретные домены (D). В качестве конкретных доменов поддерживаются строки и числа. Дескриптивная логика класса

ALCQHI (D) по выразительности является подклассом SHIQ, не

поддерживая лишь перечисляемые типы (nomináis). На сегодняшний день система PELLET реализует наиболее выразительную дескриптивную логику с использованием высокопроизводительного алгоритма (tableau-based algorithm) логического вывода, который используется для обработки онтологий, описанных на языке OWL DL.

Для взаимодействия с СЛВ PELLET был выбран протокол DIG, так как он был специально разработан для взаимодействия с различными СЛВ, основанными на ДЛ. Использование этого протокола устраняет зависимость от PELLET и при появлении новых СЛВ позволяет использовать их.

В заключении главы отмечено, что разработанные средства информационного обеспечения САПР обеспечивают единое информационное пространство цикла проектирования. В пятой главе исследованы перспективные направления применения САПР ВП. В качестве примера рассмотрена методика автоматизированного проектирования устройства управления

вибростендами, которое представляет собой программно-аппаратный комплекс, предназначенный для испытаний элементов, аппаратуры и

других изделий, которые в процессе транспортирования или эксплуатации могут подвергаться воздействию случайной вибрации или вибрации гармонического происхождения.

Проанализированы три подхода к построению ВИС управления вибростендами. Основное внимание уделено третьему подходу, базирующемуся на применение САПР ВП, который совместно с открытой архитектурой ВП, рассмотренной в первой и второй главах диссертационной работы обладает рядом очевидных преимуществ:

1. Модульный подход к построению измерительной системы из стандартных встраиваемых в универсальное шасси измерительных блоков (возможность конфигурирования системы под конкретную измерительную задачу);

2. Использование полномасштабных встраиваемых промышленных компьютерных систем на основе Intel, работающих под управлением операционных систем семейства Windows или систем реального времени;

3. Единая для всех аппаратных модулей графическая (визуальная) среда разработки алгоритмов измерений и построения диалоговых интерфейсов с пользователями (среда Lab VIEW);

4. Наличие большого количества библиотек драйверов и готовых виртуальных приборов различного назначения (генераторы, осциллографы, мультиметры, частотомеры и т.д.) для всей номенклатуры плат, входящих в состав измерительной платформы;

5. Возможность построения распределённых измерительных систем на базе стандартных сетевых технологий, включая беспроводные сети, и технологий сети Internet;

6. Наличие открытого интерфейса с открытыми приложениями (MS Word, MS Excel) для формирования протоколов испытаний и других отчётных документов соответствии с требованиями ГОСТ;

7. Интеграция с универсальными базами данных (MS Access, MS SQLServer) для накопления и обработки результатов испытаний;

8. Доступная для пользователя технология построения лицевых панелей виртуальных приборов и диалоговых средств для управления испытаниями (среда Lab VIEW).

Перечисленные преимущества позволяют использовать САПР ВП для построения ВИС, включающей в себя набор измерительных и генерирующих модулей для испытаний на основе полунатурного моделирования в условиях, приближенных к реальному применению на подвижных объектах. Представлена архитектура перспективной ВИС, характеризующаяся наличием инструментальных средств дружественного пользовательского интерфейса и содержащая измерительные и генерирующие аппаратно-программные модули. В состав

спроектированной ВИС входит база знаний и база данных для хранения и манипулирования характеристиками приборов по результатам испытаний, включая натуральные испытания, и генерирующие модули формирования возмущающих воздействий, построенные на основе аппаратно-программных средств и оборудования фирмы National Instruments.

На конкретном примере продемонстрировано функционирование представленной в диссертации САПР виртуальных приборов на этапе выбора состава совместимых аппаратных модулей и средствами базы данных и базы знаний САПР ВП получена совокупность соответствующих программных модулей системы. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В ходе диссертационного исследования получены следующие основные результаты:

1. Разработана открытая архитектура САПР виртуальных приборов, отличающаяся от известных наличием инвариантной информационной части, обеспечивающей системе возможность развития и адаптации к новым задачам проектирования.

2. На основе анализа предметной среды и операционных компонентов проектирования впервые разработана онтология предметной области виртуальных приборов.

3. Впервые разработана база данных и база знаний виртуальных приборов на основе онтологического подхода.

4. На основании полученных результатов разработана САПР ВП, предназначенная, в первую очередь, для специалистов, занимающихся разработкой виртуальных измерительных систем.

5. Впервые формализована на основе онтологического подхода задача совместимости аппаратных и программных модулей ВП.

6. Разработано математическое и информационное обеспечения САПР виртуальных приборов , включающие в себя подсистему логического вывода, которая предназначена для формирования умозаключений о составе виртуальных приборов, а также о совместимости модулей этих приборов на основе онтологии.

7. Рассмотрена реализация САПР виртуальных приборов как системы автоматизированного проектирования устройства управления вибростендами предназначенного для испытаний • элементов, аппаратуры и других изделий, которые в процессе транспортирования и эксплуатации могут подвергаться воздействию случайной вибрации или вибрации гармонического происхождения.

8. На основании полученных в работе результатов разработана и внедрена в учебную и инженерную практику САПР виртуальных приборов.

Список опубликованных работ по теме диссертации

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России:

1, Харуби, Н Проблемы совместимости оборудования в сложныхтехнических системах [Текст] / Н. Харуби, Г.Д Дмитревич // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. Тамбов:-2009.-№18.-с.191-195. , :

2. Харуби, Н Автоматизация проектирования виртуальных приборов системах [Текст] / Н. Харуби // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И.Вернадского. Тамбов: -2009.-№20.-с.161-165.

Другие статьи и материалы конференций:

1. Kharoubi N. Equipment Compatibility Problems in Complex Engineering Systems. [Текст] / N.A Kharoubi , I. V. Gerasimov , A.I. Laristov // IJCSNS International Journal of Computer Science and Network Security. Korea: -2009- №.2.-c.348-352.

2. Kharoubi N. Ontological Engineering Process For Computerized System Subject Areas.[Текст] / N.A Kharoubi , I. V. Gerasimov , G.D DMITREVICH // IJCSNS International Journal of Computer Science and Network Security! Korea: -2009-№.4.-c.315-318.

Подписано в печать 27.01. 10. Формат 60*84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 2.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательства СПбГЭТУ "ЛЭТИ"

Издательство СПбГЭТУ "ЛЭТИ" 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

ВВЕДЕНИЕ.

1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ.

1.1. Применение виртуальных измерительных систем при испытании образцов приборов.

1.2. Обзор аппаратного и программного обеспечений для реализации виртуальной измерительной системы.

1.2.1. Модульная платформа для измерений и автоматизации тестирования PXI.

1.2.2. Compactrio - реконфигурируемая контрольно-измерительная система.

1.2.3. Среда графического программирования labview.

1.3. Процесс проектирования виртуальных измерительных систем.

1.4. Выводы.

2. АРХИТЕКТУРА САПР ВИРТУАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ.

2.1. Управляющая подсистема сапр виртуальных приборов.

2.2. База данных виртуальных приборов.

2.3. Подсистема выбора аппаратных и программных модулей виртуальных приборов.

2.4. Подсистема интеграции аппаратных и программных модулей виртуальных приборов.

2.5. Формализация задачи совместимости аппаратных и программных модулей виртуальных приборов.

2.6. Выводы.

3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ВЫБОРА СОВМЕСТИМЫХ АППРАТНЫХ И

ПРОГРАММНЫХ МОДУЛЕЙ ВИРТУАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ НА ОСНОВЕ ОНТОЛОГИЧЕСКОГО ИНЖИНИРИНГА.

3.1 Онтологического подход к выбору аппаратных и программных модулей вп на основе аппарата логики предикатов первого порядка.

3.2 Основы онтологического инжиниринга.

3.3 Природа онтологического исследования.~.

3.4 Определение онтологии и систематизация знаний в области онтологии

3.5 Процесс онтологического инжиниринга в нотации IDEF3.

3.6 Онтологический инжиниринг предметной области.

3.6.2 Идентификация задания.

3.6.3 Сбор относящих к предметной области знаний.

3.6.4 Определение словаря.

3.6.5 Таксономия в виде семантических сетей.

3.6.6 Регистрация общих знаний о предметной области.

3.6.7 Составление конкретного экземпляра задачи.

3.6.8 Передача запросов процедуре логического вывода и получение ответов.

3.6.9 Проверка согласованности и отладка базы знаний.

3.7 Стандарт онтологического исследования.

3.7 .1 Стандарт онтологического исследования IDEF5.

3.7 .2 Концепции IDEF5.

3.7 .3 Языки описания онтологий в IDEF5.

3.7.4 Стандарт онтологического исследования семантического web.

3.8 выводы:.

4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ САПР ВИРТУАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

4.1 Терминология среды PROTEGE.

4.2 Ттруктурная модель среды PROTEGE.

4.3 Разработка онтологии проблемной области.

4.3.1 Создание класса.

4.3.2 Создание слотов класса.

4.3.3 Работа с формами.

4.3.4 Работа с запросами.

4.3.5 Работа с правилами:.

4.4 API для программирования онтологии.

4.5 Программная реализация разработанных структур.

4.6 Выводы :.

5.Применения сапр виртуальных приборов.

5.1 Аппаратно-программны комплекс для проведения виброиспытаний.

5.2. Аппаратное обеспечение комплекса виброиспытаний.

5.3. Программное обеспечение комплекса виброиспытаний.

5.4. Выводы.

Актуальность исследования;

Современный этап развития САПР характеризуется динамичным расширением предметных областей их применения. В широком круге задач, охватываемых проблемой дальнейшего развития автоматизированного проектирования, существенную роль играет создание новых проблемно-ориентированных систем проектирования сложных объектов заданного целевого направления.

В последние годы появилась и получила развитие новая отрасль создания и разработки измерительных средств. Это в первую очередь связано Л с активным развитием компьютерных технологий применительно к технологиям измерений. Основными аппаратными средствами в измерительных технологиях стали так называемые DAQ - boards (Data Acquisition Boards - платы сбора данных) - измерительные модули, встраиваемые непосредственно в компьютер. Данные модули работают в составе виртуальных измерительных систем (ВИС) под управлением интегрированных программных оболочек для сбора, обработки и визуального представления измерительной информации.

Процесс проектирования ВИС на основе технологий фирмы National Instruments включает следующие этапы:

• подбор аппаратных модулей (DAQ), исходя из функциональных требований и требований к точности и быстродействию системы;

• выбор драйверов и совместимых программных модулей виртуальных приборов из библиотек среды Lab VIEW;

• разработка специализированных программных модулей в среде Lab VIEW;

• интеграция аппаратных и программных модулей, формирование лицевых виртуальных панелей измерительных систем и построение законченного Real Time Module (модуля реального времени) измерительной системы.

Реализация данного процесса в инженерной практике требует значительных временных затрат и высокой квалификации проектировщика, вследствие большой номенклатуры выпускаемых аппаратных модулей и проблемы совместимости аппаратного и программного обеспечений проектируемой системы. Сокращение трудоемкости проектирования может быть достигнуто за счет применения методов автоматизированного проектирования и создания специализированной САПР виртуальных приборов (ВП).

Работа по формированию адаптируемых к определённым изменениям компонентов САПР ведётся в нескольких направлениях: разработка удобных пользовательских интерфейсов, создания инвариантных средств управления информационными ресурсами, совершенствование математических моделей объектов проектирования и подсистем оптимизации, разработка средств интеграции и интеллектуализации САПР.

Как существующие, так и перспективные потребности развития ВИС ставят задачу разработки общесистемного программного обеспечения в виде ядра САПР, предоставляющего развитые инструментальные диалоговые средства всем группам пользователей САПР:

1. инженерам-пользователям (система должна оперативна приспосабливаться к уровню их квалификации и иметь гибкий диалоговый интерфейс, допускающий динамичную модификацию операционной модели диалога)

2. администраторам САПР, сопровождающим систему в проектной организации(система должна быть развивающийся - в функциональном направлении и иметь открытый инструментальный аппарат для разработки и модификации сценария диалога гибкой структуры).

Разработка в качестве ядра ВИС системы автоматизированного проектирования виртуальных приборов (ВП) с открытой архитектурой программного и информационного обеспечения САПР уделяется недостаточное внимание. В основе реализации этой концепции лежит строгий онтологический подход к построению средств информационного обеспечения САПР ВП.

В данной работе под онтологией подразумевается модель представления знаний предметной области в виде набора понятий этой предметной области и существующих между ними отношений, которая может быть использована в качестве основы определённой базы знаний.

Указанные обстоятельства и определили основное направление выполненных в диссертации исследований, тематика которых тесно связана с планом госбюджетной НИР по теме «Разработка цифровой системы измерений и управления испытательным оборудованием при проведении механических и климатических испытаний» (договор № 6814/САПР-72», 2009 г.). НИР ЛЭТИ им.В.И.Ульянова(Ленина). Исследования проводились на кафедре САПР в 2004-20 Юг.г.в рамках НИР по теме «Теоретические основы и методы проектирования программно-аппаратных комплексов испытаний технических объектов», выполняемой в рамках программы фундаментальных научных исследований ОНИТ РАН «Фундаментальные проблемы разработки новых структурных решений и элементной базы в телекоммуникационных системах»;

С учётом вышесказанного вопросы разработки информационного обеспечения САПР виртуальных приборов и построения на её основе виртуальной измерительной системы является актуальными для теории и практики САПР и представляют значительный практический и теоретический интерес.

Цель работы Целью диссертации является исследования вопросов разработки информационного обеспечения САПР виртуальных приборов, t направленных на создания инструментальных средств построения виртуальных измерительных систем.

Достижения указанной цели предполагает решения следующих задач: 1 .Исследование семантического описания объектов системы.

2.Исследование методов и технологий онтологического моделирования виртуальных приборов.

3.Исследование и разработка онтологии предметной области ВП.

4.Разработка открытой архитектуры САПР виртуальных приборов.

5.Рразработка специализированной базы данных (БД) и базы знаний (БЗ) виртуальных приборов.

6. Разработка ВИС на основе САПР виртуальных приборов

Основные методы исследования В ходе диссертационного исследования были использованы модели и методы теории множеств, положения теории искусственного интеллекта, логики предикатов первого порядка, дескриптивной логики, методы теорий САПР, Новые научные результаты

1. Разработка открытой архитектуры САПР виртуальных приборов, отличающейся от известных наличием инвариантной информационной части, обеспечивающей системе возможность развития и адаптации к новым задачам проектирования.

2. На основе анализа предметной среды и операционных компонентов проектирования впервые разработана онтология предметной области виртуальных приборов.

3. Впервые разработана база данных и база знаний виртуальных приборов на основе онтологического подхода.

На основании полученных результатов разработана САПР ВП, предназначенная, в первую очередь, для специалистов, занимающихся разработкой виртуальных измерительных систем. Научные положения, выносимые на защиту 1. Архитектура САПР виртуальных приборов. 9

2. Онтология предметной области виртуальных приборов.

3. Специализированная база данных и база знаний виртуальных приборов. Практическая значимость.

1. Применение разработанной САПР ВП на этапах научно-исследовательских работ позволяет сократить сроки разработки и повысить качество проектируемых виртуальных измерительных систем.

2. Применение разработанной системы в учебном процессе обеспечивает поддержку дисциплин учебного плана, связанных с изучением онтологического инжиниринга при подготовке магистров по направлению «Информатика и вычислительная техника». 3. Разработанные база данных и база знаний могут быть использованы в составе широкого класса САПР для решения задачи совместимости компонентов сложных технических систем.

Разработанная САПР ВП внедрена в учебный процесс по дисциплине «Онтологический инжиниринг», читаемой в рамках магистерской программы «Компьютерные технологии инжиниринга» на кафедре «Системы автоматизированного проектировании», что подтверждено соответствующим актом внедрения. Реализация и внедрение результатов работы.

Теоретические и практические результаты используются в научно-исследовательской работе НИР по теме 6814/САПР-72 «Разработка цифровой системы измерений и управления испытательным оборудованием при проведении механических и климатических испытаний». Также в НИР по теме «Теоретические основы и методы проектирования программно-аппаратных комплексом испытаний технологических объектов», выполняемой в рамках программы фундаментальных научных исследований ОНИТ РАН «Фундаментальные проблемы разработки новых структурных решений и элементной базы в телекоммуникационных системах»;

Основные результаты работы используются при подготовке магистров по направлению «Информатика и вычислительная техника» (специализация 230100.68-16 «Информационное и программное обеспечения САПР»). Применение разработанной системы в учебном процессе обеспечивает поддержку дисциплин «Онтологический инжиниринг» и «Информационные технологии в проектировании и производстве» учебного плана подготовки магистров. Разработанная САПР ВП внедрена в учебную практику в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) на кафедре «Системы автоматизированного проектирования».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

• Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии 2010».

• 59-я, 60-я и 61-я научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина).

Публикации Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 4 статьях, из них по теме диссертации 2, среди которых 2 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК. Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, с выводами и заключения Основная часть работы изложена на 140 страницах машинописного текста. Содержит 32 рисунка списка литературы, включающего 52 наименований.

4.6 Выводы :

В четвертой главе описываются проектирование и управление онтологией в среде Protege, программная реализация разработанных структур, методов и алгоритмов построения семантической САПР ВП. Программа полностью реализована на языке Java.

Система реализует объектную модель системы управления онтологией, описанной на языке OWL DL, и позволяет: получать доступ к онтологиям с использованием технологий Jena; хранить файлы с описаниями онтологий в файловой системе; выполнять запросы к онтологии, использующие логический вывод. Объектная модель онтологии содержит классы-сущности, представляющие элементы онтологии, класс для трансляции OWL-данных во внутреннее представление сервера и управляющий класс, реализующий программный интерфейс доступа к функциям сервера онтологий.

5. ВНЕДРЕНИЕ САПР ВИРТУАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

5.1 Аппаратно-программный комплекс для проведения виброиспытаний.

Целью виброиспытания является проверка работоспособности испытываемого образца прибора в рабочих условиях, характеризующихся повышенным уровнем вибраций. Испытания проводятся на воздействие вибрации различного происхождения (синусоидальная, широкополосная случайная (IIICB), ударное воздействие).

Испытываемый прибор (образец) в процессе испытаний может находиться в двух режимах:

1. Пассивный режим (прибор выключен и не функционирует);

2. Активный режим (прибор включен и выполняет свои функции).

При пассивном режиме испытания тестируется механическая прочность прибора и его способность переносить транспортную вибрацию. Испытания считаются успешными, если после их проведения прибор полностью сохраняет работоспособность и не имеет механических повреждений.

Активный режим предполагает непрерывное слежение за состоянием работающего прибора и измерение его основных параметров в процессе испытания. Такие испытания проводятся для оборудования, функционирующего на подвижных объектах в условиях наличия значительных механических воздействий. Успешность испытаний определяется нахождением основных параметров и характеристик прибора в допустимых пределах.

В дальнейшем представляется двухуровневая схема АПК и ее описание. Рассмотрим сначала испытания на вибрацию.

Аппаратно-программный комплекс для проведения виброиспытаний (АПКВИ) включает подсистему генерации вибраций (ГВ), состоящую из следующих компонентов:

Вибростенд — Вибростенд преобразует электронный сигнал с параметрами заданного испытания в колебательное движение. Усилитель — Усилитель усиливает электронный сигнал, сгенерированный управляющей системой. Цель этой операции заключается в том, чтобы создать достаточно сильную амплитуду сигнала, которая обеспечит «запуск» вибростенда для работы на заданных уровнях.

Устройство управления — Устройство управления корректирует динамические характеристики вибростенда и испытываемого образца и генерирует электронный сигнал, инициирующий заданное колебательное движение.

Датчики - Датчики измеряют уровень колебательного движения и преобразуют результаты измерений вибраций в электронный сигнал, который можно измерить при помощи управляющей системы.

Для проведения испытаний в активном режиме состав АПК должен быть дополнен подсистемой контроля и измерений (КИ), позволяющей фиксировать основные параметры и характеристики испытываемого образца. В зависимости от функционального назначения прибора в состав подобной системы могут входить разнообразные измерительные устройства: осциллографы, генераторы сигналов, анализаторы спектра," мультиметры, акселерометры, температурные датчики и т.д.

Подсистема обработки и документирования результатов испытаний (ОДРИ) должна решать задачи вычисления интегральных оценок измерений, протоколирования процесса испытаний, формирования протоколов и построения электронного архива результатов испытаний. Существенным элементом данной подсистемы должна быть база данных результатов испытаний (БДРИ).

Для организации функционирования всех подсистем аппаратно-программного комплекса необходимо наличие подсистемы* управления и автоматизации испытаний (УАИ). К функциям данной подсистемы относится: формирование программы испытаний; настройка параметров всех подсистем на программу испытаний конкретного образца прибора; запуск и остановка подсистем.

5.2. Аппаратное обеспечение комплекса виброиспытаний.

Устройство управления вибростендами представляет собой программно-аппаратный комплекс, предназначенный для испытаний элементов, аппаратуры и других изделий, которые в процессе транспортирования или эксплуатации могут подвергаться воздействию случайной вибрации или вибрации гармонического происхождения. Эти испытания, в основном, включают в себя воздействие на образец следующих типов вибрации: широкополосная случайная вибрация (ШСВ); синусоидальная вибрация на фиксированных частотах; синусоидальная вибрация методом качания частоты; широкополосная случайная вибрация с наложением синусоиды (ШСВ + синус); ударное воздействие (классический удар, виброудар).

На основе анализа, проведенного в разделе 1, была выбрана измерительная платформа PXI фирмы National Instruments. Следует отметить, что подсистема генерации вибраций и подсистема контроля и измерения параметров могут быть собраны на одном стандартном шасси и функционировать под управлением общего процессорного блока.

Для функционирования подсистемы управления и автоматизации испытаний и подсистемы обработки и документирования результатов испытаний необходимо использование стандартного персонального компьютера с операционной системой семейства MS' Windows. В приложении 1 приведены примерные характеристики компьютерного оборудования.

На рис. 5.1 приведен возможный вариант построения виртуальной измерительной системы для проведения виброиспытаний[1].

Станция виброиспытаний

Подсистема контроля и измерений (КИ)

Подсистема генерации вибраций (ГВ)

Испытываемый прибор

Вибростенд

Усилитель Компьютер

Устройство управления

Сеть Ethernet

Сервер испытаний

Подсистема Управления и Автоматизации Испытаний (УАИ)

Рис S.1 U

Подсистема Обработки и Документирования Результатов Испытаний (ОДРИ)

База данных Результатов Испытаний (БДРИ)

Структура аппаратно-программного комплекса для проведения виброиспытаний.

5.3. Программное обеспечение комплекса виброиспытаний.

Для управления модульными приборами фирмы N1 необходима разработка программного обеспечения в среде LabVIEW на основе следующих инструментальных средств:

• N1 LabVIEW Sound and Vibration Toolkit - библиотека функций N1 LabVIEW для обработки звуковых и вибрационных сигналов, предоставляет возможности измерений параметров сигналов (THD, SINAD, динамического диапазона и т.п.), проведения октавного анализа и анализа спектральных характеристик сигналов (спектра, мощности в полосе частот и т.п.).

• Real-Time Octave Analysis Software - набор средств для проведения октавного анализа сигналов с поддержкой линейного, экспоненциального усреднения и усреднения с удержанием пиков, анализа данных по двум или четырем входным каналам, А, В, или С взвешивания и проведения полного, 1/3 и 1/12 октавного анализа.

• LabVIEW Order Analysis Toolkit - библиотека функций N1 LabVIEW проведения порядкового анализа виброакустических сигналов и сигналов с широким динамическим диапазоном, включающая в себя современные алгоритмы Габора (Gabor) и т.п.

Состав программных модулей подсистемы управления и автоматизации испытаний и подсистемы обработки и документирования результатов испытаний определяются на последующих этапах выполнения работы. Проанализированы три подхода к построению ВИС управления вибростендами. Основное внимание уделено третьему подходу, базирующемуся на применение САПР ВП, который совместно с открытой архитектурой ВП, рассмотренной в первой и второй главах диссертационной работы обладает рядом очевидных преимуществ:

1. Модульный подход к построению измерительной системы из стандартных встраиваемых в универсальное шасси измерительных блоков (возможность конфигурирования системы под конкретную измерительную задачу);

2. Использование полномасштабных встраиваемых промышленных компьютерных систем на основе Intel, работающих под управлением операционных систем семейства Windows или систем реального времени;

3. Единая для всех аппаратных модулей графическая (визуальная) среда разработки алгоритмов измерений и построения диалоговых интерфейсов с пользователями (среда LabVIEW);

4. Наличие большого количества библиотек драйверов и готовых виртуальных приборов различного назначения (генераторы, осциллографы, мультиметры, частотомеры и т.д.) для всей номенклатуры плат, входящих в состав измерительной платформы;

5. Возможность построения распределённых измерительных систем на базе стандартных сетевых технологий, включая беспроводные сети, и технологий сети Internet;

6. Наличие открытого интерфейса с открытыми приложениями (MS Word, MS Excel) для формирования протоколов испытаний и других отчётных документов соответствии с требованиями ГОСТ;

7. Интеграция с универсальными базами данных (MS Access, MS SQLServer) для накопления и обработки результатов испытаний;

8. Доступная для пользователя технология построения лицевых панелей виртуальных приборов и диалоговых средств для управления испытаниями (среда LabVIEW).

Перечисленные преимущества позволяют использовать САПР ВП для построения ВИС, включающей в себя набор измерительных и генерирующих модулей для испытаний на основе полунатурного моделирования в условиях, приближенных к реальному применению на подвижных объектах.

Представлена архитектура перспективной ВИС, характеризующаяся

134 наличием инструментальных средств дружественного пользовательского интерфейса и содержащая измерительные и генерирующие аппаратно-программные модули. В состав спроектированной ВИС входит база данных для хранения и манипулирования характеристиками приборов по результатам испытания, включая натуральные испытания, и генерирующие модули формирования возмущающих воздействий, построенные на основе аппаратно-программных средств и оборудования фирмы National Instruments. 5.4. Выводы

На конкретном примере продемонстрировано функционирование представленной в диссертации САПР ВП на этапе выбора состава совместимых аппаратных модулей и средствами базы данных и базы знаний САПР ВП получена совокупность соответствующих программных модулей системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ :

В ходе диссертационного исследования получены следующие основные результаты:

1. Разработана открытая архитектура САПР виртуальных приборов, отличающаяся от известных наличием инвариантной информационной части, обеспечивающей системе возможность развития и адаптации к новым задачам проектирования.

2. На основе анализа предметной среды и операционных компонентов проектирования впервые разработана онтология предметной области виртуальных приборов.

3. Впервые разработана база данных и база знаний виртуальных приборов на основе онтологического подхода.

4. На основании полученных результатов разработана САПР ВП, предназначенная, в первую очередь, для специалистов, занимающихся разработкой виртуальных измерительных систем.

5. Впервые формализована на основе онтологического подхода задача совместимости аппаратных и программных модулей ВП,

6. Разработано математическое и информационное обеспечения САПР виртуальных приборов , включающие в себя подсистему логического вывода, которая предназначена для формирования умозаключений о составе виртуальных приборов, а также о совместимости модулей этих приборов на основе онтологии.

7. Рассмотрена реализация САПР виртуальных приборов как системы автоматизированного проектирования устройства управления вибростендами предназначенного для испытаний элементов, аппаратуры и других изделий, которые в процессе транспортирования и эксплуатации могут подвергаться воздействию случайной вибрации или вибрации гармонического происхождения.

1. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе LabVIEW 7/ Под. ред. Бутырина П. А. -М.: ДМК Пресс, 2005. 264 е.: ил.

2. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем: Учебник для вузов. — СПб: «Питер», 2000.

3. Джарратано Джозеф, Райли Гари. Д40 Экспертные системы: принципы разработки и прграммирование, 4-е изд.:Пер.с англ.—М. : Издательский дом «Вильяме», 2007. 1152 с. ил.

4. Джонс М. Т. Д42 Искусственный интеллект в приложениях, Пер. с англ. Осипов А. И. -М.:ДМК Пресс, 2004. 312 с. ил.

5. Закревский А. Д., Поттосин Ю. В., Черемисинова JT. Д. 320 Логические основы проектирования дискретных устройств. — М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2007. — 592 с.

6. И.В. Герасимов, А.И.Майга , Л.Н.Лозовой Онтологический инжиниринг. Средства и спецификации онтологического моделирования. Учебное пособие. Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 2009 г.

7. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. М.: Солон-Р, 1999. - 506 стр.

8. Кристофер Ален. 101 Oracle PL/SQL. Лори, 2006г, 368 стр.

9. Кузнецов С.Д. Операционные системы для управления базами данных //СУБД. 1996. - №3. - С. 95-102.

10. Люгер Дж. Искусственный интеллект: стратегии и методы решения сложных проблем, 4-е изд. : Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. -864 с.

11. Майкл Армстронг-Смит, Дарлен Армстронг-Смит. Oracle Discoverer. Разработка специальных запросов и анализ данных. Лори, 2002 г., 496 стр.

12. Майкл Эбби, Майк Кори, Йен Абрамсон. Oracle9i. Первое знакомство. Лори, 2003 г., 544 стр.

13. Марлен Терьо, Аарон Ньюмен. Oracle. Руководство по безопасности. Лори, 2004 г., 576 стр.

14. Павел Агуров. С#. Разработка компонентов в MS Visual Studio 2005/2008. БХВ-Петербург, 2008 г., 480 стр.

15. Петраков О. PSpice-модели для программ моделирования // "Радио", 2000, №5.- С. 28-30.

16. Принципы построения мультисервисных местных сетей электросвязи: Руководящий технический материал, версия 2.0. 2005 г.

17. Рассел Стюарт, Норвиг Питер. Р24 Искусственный интеллект: современный подход, 2-е изд. : Пер. с англ. М. : Издательский дом «Вильяме», 2006. -1408 с. : ил. - Пер.с англ.

18. Харуби Н .Автоматизация проектирования виртуальных приборов системах Текст. / Н. Харуби // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И.Вернадского. Тамбов: -2009.-№20.-с.161-165.

19. Харуби Н. Дмитревич Г.Д Проблемы совместимости оборудования в сложных технических системах Текст. / Н. Харуби, Г.Д Дмитриевич // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. Тамбов: -2009.- №18.-е. 191-195.

20. Холзнер С. Х71 XML. Энциклопедия, 2-е изд. СПб. : Питер, 2004. - 1101 с.

21. Хаббард Д. Автоматизированное проектирование баз данных. М.: Мир, 1984. -294 стр.

22. LabVIEW для всех Джеффри Тревис . /: Пер. с англ. Клушин Н. А. ~ М.: ДМК Пресс; ПриборКомплект, 2005. 544 с,: ил.

23. Библиотека программирования приложений Semantic Web- Jena: http://jena.sourceforge.net/

24. Введение в RDF и Jena RDF API: http://www.semantictools.ru/tools/jenatutorial.shtml

25. Web: http://ezolin.pisem.net/logic/semanticwebrus.html

26. Пространство имен в XML. http://www.w3.org/TR/REC-xml-names.

27. Разевиг В.Д. Система проектирования OrCAD 9.2. М.: Солон-Р, 2001. - 519 стр.

28. Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств DesignLab 8.0. — М.: Солон, 1999. 698 стр.

29. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap V. — М.:Солон, 1997. — 273 стр.30. http://ifets.ieee.org/russian/depository/ontologyl01 rus.doc

30. Руководоство по Protege: v http://www.ittal.kstu.ru/publ/ONTOLOGYUserGuider.doc,,,,

31. Русскоязычный портал по Семантическому Web: http://www.semantictools.ru/

32. Русскоязычный сайт статей о Семантическом Web: http://www.semanticweb.narod.ru/

33. Сайт консорциума W3C по Семантическому Web: http://www.w3 .org/2001 /sw/

34. Спецификация UNICODE, http://www.unicode.org.

35. Список инструментов Semantic Web: http://www.semantictools.ru/tools/toolslist.shtml

36. Стандарт онтологического исследования IDEF5: http://consulting.ru/econswp3 651

37. Статья о Семантическом Web в Веб-энциклопедии: http.7/ш.wikipedia.org/wiki/Ceмaнтичecкaяпayтинa

38. Часто задаваемые вопросы о языке RDF: http://www.semantictools.ru/technology/rdffaq.shtml

39. Язык запросов Семантического Web: http://ru.wikipedia.org/wiki/SPARQL

40. Extensible Markup Language (XML) 1.0 (Third Edition). W3C Recommendation 04 February 2004. http://www.w3.org/TM004/REC-xml-20040204.

41. H. Knublauch, R. W. Fergerson, N. F. Noy, M. A. Musen. The Protege OWL Plugin: An Open Development Environment for Semantic Web Applications. In Proceedings of the 3rd International Semantic Web Conference (ISWC), 2004

42. OWL язык веб-онтологий. Краткий обзор: http://sherdim.rsu.ru/pts/semanticweb/REC-owl-features-0040210ru.html

43. OWL — язык веб-онтологий. Руководство: http://sherdim.rsu.ru/pts/semanticweb/REC-owl-guide-20040210ru.html

44. OWL Web Ontology Language. Overview. http://www.w3.org/2004/TR/REC-owl-features-20040210/.

45. The Protege Ontology Editor and Knowledge Acquisition System HTML. (http://protege.stanford.edu/)

46. TopBraid Composer HTML. (http://www.topbraidcomposer.com/)

47. Uniform Resource Identifiers (URI): Generic Syntax. 1998. http://www.ietf. org/rfc/r fc23 96. txt.

48. Web Ontology Working Group, http://www.w3.org/2001/sw/web0nt/.

49. World Wide Web Consortium, http://www.w3.org.

50. XML Schema Part 2: Datatypes, W3C Recommendation, World Wide Web Consortium, 2 May 2001.This version is http://www.w3.org/TR/2001/REC-xmlschema-2-20010502/.