автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Методология автоматизированного проектирования технического обеспечения АСУТП

На правах рукописи

АХРЕМЧИК Олег Леонидович

от

/

МЕТОДОЛОГИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АСУТП

Специальности 05.13.12-«Системы автоматизации проектирования» 05.13.06 - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в промышленности)»

Отрасль наук: технические науки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Тверь 2009

, О СЕЧ

003476236

Работа выполнена в Тверском государственном техническом университете

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ Курейчик В. М.

доктор технических наук, профессор Балакирев В. С.

доктор технических наук, профессор Модяев А. Д.

Ведущая организация: Волгоградский государственный технический университет

Защита состоится "_"__ 2009 г. в_часов на заседании диссертац»

нога совета Д 212. 262. 04 в Тверском государственном техническом универ тете по адресу: 170026, г. Тверь, наб. Аф. Никитина, 22 (ауд. Ц-212).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тверского государствен» технического университета.

Автореферат разослан "_"_2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, А Филатова Н.;

доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования определяется существующими противоречиями в области проектирования технического обеспечения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП):

- изменение модификаций составляющих АСУТП программно-технических средств автоматизации происходит за время, соизмеримое со временем проектирования АСУТП и ее технического обеспечения,

- совершенствование программно-технических средств обуславливает необходимость постоянной модернизации типовых решений по автоматизации технологических объектов определенного класса, сама же модернизация производится темпами, приводящими к отставанию возможностей проектных решений от принципиально достижимых,

- большая номенклатура технических элементов АСУТП соответствует небольшому количеству функциональных элементов,

- возрастает число степеней свободы при выборе управляющих воздействий и их технических реализаций за счет: моделирования динамики системы управления, роста информационных массивов баз данных (БД), автоматизированного поиска элементов в БД и сохраняется значительное количество эвристических приемов при разработке принципиальных электрических схем и выборе технической реализации АСУТП,

- методология построения систем автоматизированного проектирования (САПР) технического обеспечения АСУТП направлена на их использование как CAD (control aided design) систем для автоматизации процесса разработки и выпуска технической документации, что позволяет снизить число ошибок, связанных с маркировкой и нумерацией элементов в схемных описаниях при отсутствии диагностики семантических ошибок, связанных с определением назначения устройства, его входов-выходов и возможных связей в составе технического обеспечения, в то время как в других областях техники широко применяются CAE (control aided engineering) системы (например, технология и САПР «СПРУТ»), обеспечивающие автоматическую генерацию отдельных видов проектной документации.

Выделенные противоречия позволяют осуществить постановку проблемы, имеющей важное значение для отечественной промышленности и хозяйства -создание систем автоматизированного проектирования технического обеспечения АСУТП и повышение эффективности их функционирования, заключающееся в сокращении времени проектирования, снижении числа ошибок на начальных стадиях проектирования при повышении точности стоимостных оценок в ходе расширения множества допустимых решений по технической реализации различных способов и алгоритмов управления.

В рамках данной проблемы актуальны постановка и решение научной проблемы - создание теоретических основ для построения систем автоматического синтеза схем технического обеспечения АСУТП и применения методов автоматизированного проектирования при его разработке, позволяющих осуществить автоматизацию и интеллектуализацию решения задач технической реализации функциональной структуры АСУТП.

Область исследования - разработка и исследование моделей, алгоритмов и методов для синтеза и анализа проектных решений по технической реализации различных способов и алгоритмов управления непрерывными технологическими процессами.

Объект исследования - процесс разработки схемных решений на начальных стадиях создания технического обеспечения АСУТП на базе элементов электрической ветви государственной системы приборов, техническое обеспечение ЛСУТП.

Цель диссертационной работы - совершенствование существующей методологии проектирования технического обеспечения АСУТП на основе разработки совокупности моделей, положений и методов, создающих предпосылки для автоматизации и интеллектуализации начальных стадий создания технического обеспечения АСУТП.

Для достижения цели в работе осуществлялись постановка и решение основных исследовательских задач:

1) выбор и анализ объекта проектирования, анализ существующей методологии и систем автоматизированного проектирования технического обеспечения выделенных АСУТП,

2) анализ моделей технического обеспечения и моделей представления знаний в САПР, разработка методов и алгоритмов построения моделей технического обеспечения с использованием компьютерных систем, систематизация межэлементных отношений,

3) построение иерархического теоретико-множественного описания технического обеспечения для информационных массивов САПР,

4) систематизация эвристик и иерархическое представление процесса проектирования, разработка методики автоматизированного проектирования технического обеспечения АСУТП,

5) формализация эвристических приемов проектирования цепей технического обеспечения, разработка моделей и алгоритмов для автоматического построения и преобразования функциональных и принципиальных схем технического обеспечения в частично выбранном элементно-параметрическом базисе,

6) разработка архитектуры и составляющих компьютерного комплекса как представителя класса интеллектуальных систем, предназначенных для автоматизации решения задач преобразования функциональной структуры системы управления в описания схемных решений при технической реализации с использованием частично заданного элементно-параметрического базиса,

7) программная реализация концепций построения компьютерного комплекса, разработка методик работы с ним и проведение на их базе экспериментальных исследований предложенных моделей и методов при решении задач проектирования подсистем технического обеспечения АСУТП.

Научная новизна. В настоящей работе:

1. Для предложенной и запатентованной автором функциональной структуры системы управления непрерывной технологической линией осуществлена интерпретация задачи синтеза технической структуры АСУТП в виде построения и преобразования графовых моделей функциональной структуры в выбран-

ном базисе, отражающих процесс создания и детализации межэлементных связей при рассмотрении ограничений в виде бинарных запретов на сочетание структурных элементов технического обеспечения АСУТП на разных уровнях иерархического описания.

2. Развита концепция извлечения, структуризации и формализации знаний в области автоматизированного проектирования технического обеспечения АСУТП на основе предложенных: методики создания моделей знаний, предусматривающей использование в качестве эксперта компьютерной системы, осуществляющей синтез вариантов технической структуры; систематизации межэлементных отношений с выделением класса композиционных отношений, характеризующегося вариацией свойств при изменении формы представления проектных описаний.

3. Предложен комплекс моделей технического обеспечения для информационных массивов САПР в виде иерархического описания уровней: системного, подсистем, цепей, приборного с организацией межуровневых переходов на базе отношений «часть-целое» », раскрытием каждого уровня с использованием отношений «род-вид», «иметь свойства», «иметь значения свойств» с введением на системном и приборном уровнях классов свойств, характеризующих удобство проектирования АСУТП, особенности программирования технических средств и выражением функций элементов через свойства передаваемых в цепи сигналов.

4. Разработаны модели технических средств автоматизации, включающие: теоретико-множественное описание свойств, методику снижения размерности пространства свойств на основе статистических методов, логическую систему обобщенных операций при программировании, объектно-ориентированное описание взаимосвязей входов-выходов, определяемое функциональным назначением проектируемой системы, и построенные на их базе интерактивные средства для изучения процедур программирования средств автоматизации.

5. Предложена методика автоматизированного проектирования технического обеспечения, новизна которой заключается в систематизации и формализации эвристических приемов создания проектных описаний технического обеспечения; автоматической генерации вариантов технической реализации различных управляющих воздействий на основе введенных классов правил разработки функциональных схем в частично заданном элементно-параметрическом базисе и модели разработки принципиальных схем; анализе вариаций приведенных затрат на основе принципиальных схем по всем вариантам с учетом критериев управления, свойств АСУТП и ее элементов.

6. Разработаны формальная система для построения функциональных схем, модели и алгоритмы преобразования схем технического обеспечения на основе агрегативно-декомпозиционной технологии, отличающиеся использованием предложенных правил синтеза межэлементных связей, определяемых классами элементов и видами сигналов в цепи, являющихся значениями и аргументами функций элементов.

7. Предложены архитектура, методики применения и программная реализация компьютерного комплекса, отражающие связь прикладного и предста-

вительного уровней САПР с физическим уровнем АСУТП и обеспечивающие автоматизацию и интеллектуализацию решения задач разработки схемных решений по технической реализации функциональных цепей АСУТП, выражающихся в автоматическом построении описаний технического обеспечения, в явном виде не содержащихся в системе.

Методы исследования. В работе используются методы теорий: управления, множеств, графов, формальных систем, баз данных, искусственного интеллекта, а также методы инженерии знаний, системного моделирования, эвристических решений, математической статистики. Работа выполнена в рамках междисциплинарной отрасли научных знаний, охватывающей теорию проектирования, схемотехнику АСУТП и технических средств автоматизации,.

Достоверность полученных результатов подтверждается экспериментальными исследованиями на действующем прототипе компьютерного комплекса, доказывающими сходимость процесса автоматического синтеза описаний межэлементных связей в частично заданном элементно-параметрическом базисе, соответствующих функциональным и принципиальным схемам, существование интерпретации формальной системы для проектирования описаний функциональных схем технического обеспечения АСУТП и правил перехода к принципиальным схемам на булеане универсума предложенной таксономии элементов. Результаты автоматического синтеза межэлементных связей схемных описаний технического обеспечения полностью согласуются с решениями, полученными в ходе проектирования подсистем различных АСУТП в проектных организациях.

Практическая ценность работы заключается в повышении эффективности человеко-машинных систем при проектировании технического обеспечения АСУТП, выражающейся в автоматизации процессов синтеза межэлементных связей и информационной поддержке процессов принятия решений при выборе вариантов. В ходе выполнения исследований:

1. Доказана возможность снижения времени поиска множества допустимых решений при повышении числа учитываемых показателей на базе применения систем автоматизации синтеза межэлементных связей и про1раммных средств для оценки вариантов технической реализации с учетом системных свойств, а также осуществлено снижение роли субъективных оценок при проектировании, выражающееся в использовании набора схем для всех оцениваемых вариантов.

2. Сформированы концептуальная схема и информационная база, зарегистрированные в едином реестре баз данных РФ и используемые при автоматическом синтезе схем технического обеспечения АСУТП, показано, что продукционные правила, использующие данную базу обеспечивают генерацию вариантов связей при организации взаимодействия элементов на физическом уровне, превышающую возможности опытного специалиста.

3. Разработаны интерактивные средства в виде мультимедийных программных приложений, позволяющие использовать знания непрограммирующего специалиста как инструмент при разработке моделей инженерных знаний. Предложена и апробирована методика извлечения экспертных знаний в области проектирования технического обеспечения АСУТП с применением компьютер-

ной системы и набор вопросов для диалога при извлечении знаний и построении моделей.

4. Разработаны алгоритм диагностики семантических ошибок на начальных стадиях проектирования технического обеспечения и набор учебно-тренировочных заданий для обучения начальным стадиям проектирования технического обеспечения АСУТП.

5. Сформирован набор эвристик, используемых на начальных стадиях проектирования технического обеспечения АСУТП, представлены теоретически и практически обоснованные формализованные операции и процедуры, позволяющие автоматически получать проектные описания схемных решений по технической реализации функциональных цепей.

6. Предложено разработку проектных описаний технического обеспечения осуществлять начиная со стадии исследования объекта управления при использовании расширенного набора функций программируемых приборов.

7. Представлены примеры моделей для БД САПР, включающие: развернутое описание свойств программируемого контроллера и методику получения обобщенных факторов, определяющих наиболее значимые свойства, по которым осуществляется выбор подкласса и модификации прибора.

8. Доказаны существование интерпретации предложенной формальной системы для автоматического построения функциональных схем в частично заданном элементном базисе на булеане предложенной таксономии элементов и истинность формул в данной интерпретации.

9. Разработаны и переданы в эксплуатацию действующие прототипы компьютерных комплексов, обеспечивающих интеллектуализацию и автоматизацию прикладных задач построения и преобразования схемных решений по технической реализации измерительных и управляющих цепей технического обеспечения с аналоговыми и импульсными сигналами.

На защиту выносятся:

1. Методика создания моделей знаний в области автоматизированного проектирования технического обеспечения АСУТП, основанная на применении компьютерной системы и включающая: алгоритмы обобщения понятий, извлечения и расширения знаний, систематизацию отношений рассматриваемой области с выделенным классом композиционных отношений.

2. Совокупность моделей технического обеспечения АСУТП для информационных массивов САПР в виде иерархического описания с использованием отношений «часть-целое» на уровнях: системном, подсистем, цепей и элементов и раскрытием каждого уровня на основе отношений «род-вид», «иметь свойства», «иметь значения свойств» с описанием основных функций элементов на основе предложенных шкал для представления сигналов. Модели промышленного контроллера, датчика температуры и клеммного соединителя как примеры моделей элементов.

3. Методика автоматизированного проектирования технического обеспечения АСУТП, основанная на: иерархии положений, обобщающей эвристические приемы проектирования; генерации многообразия вариантов технической реализации способов и алгоритмов управления; расчете оценок для всех рассмат-

риваемых вариантов и учете дополнительных системных свойств, характеризующих особенности программирования элементов и сложность проектирования технического обеспечения.

4. Формальная система для автоматического построения функциональных схем технического обеспечения в частично заданном элементно-параметрическом базисе, правила вывода которой связаны с классами элементов и видами сигналов в цепи. Модели и алгоритмы преобразования функциональных схем технического обеспечения АСУТП в принципиальные, основанные на декомпозиции элементов до контактов разъемов, свойства которых наследуются от компонент верхних иерархических уровней.

5. Архитектура, составляющие и методики применения компьютерного комплекса, являющегося представителем нового класса компьютерных систем, ориентированных на интеллектуализацию и автоматизацию решения задач построения схемных описаний технического обеспечения АСУТП и включающего базу данных на основе многоуровневой модели технического обеспечен™, базу знаний на основе правил вывода межэлементных связей, программные средства для анализа дополнительных свойств.

Связь работы с паучными темами и программами. Результаты работ получены в ходе проведения: госбюджетных НИР Тверского государственного технического университета (ТГТУ) по теме «Научные основы разработки мультимедиа тренажеров на основе рефлексивного подхода» (2002-2006 гг., направление «Информационная деятельность» научно-исследовательской деятельности Высшей школы РФ), НИР в рамках федеральной целевой программы "Развитие единой образовательной информационной среды" (2001-2005 гг.) и межвузовской комплексной программы «Наукоемкие технологии образования» (2001-2004 гг.).

Апробация работы. Результаты работ докладывались и обсуждались на:

международных научно-практических и научно-технических конференциях: "Математические методы в интеллектуальных информационных системах" (г. Смоленск, 2002), "IEEE international conference on advanced learning technologies" (г. Казань, 2002), 2-ой и 4-ой "Дистанционное обучение - образовательная среда XXI века" (г. Минск, 2002, г. Тверь, 2004), «Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании» (г. Тверь, 2002), «Актуальные проблемы науки и образования» (г. Пенза, 2003), «Information Theories and Applications» и «KDS07» (г. Варна, Болгария, 2004, 2007), 4-ой «Современные сложные системы управления CCCy-HTCS» (г. Тверь, 2004), 19-ой, 22-ой, 23-ей "AIS'04; 07; 09" (п. Дивноморское, 2004, 2007, 2009), 6-ой «Компьютерное моделирование 2005» (г. Санкт-Петербург, 2005), 2-ой конференции по когнитивной науке «CogSci2006» (г. Санкт-Петербург, 2006), Х-ой «Системный анализ в проектировании и управлении» (г. Санкт-Петербург, 2006), конференции федерации по обработке информации (IFIP) «Sonicom2006» (г. Петрозаводск, 2006), 1-ой и 2-ой "Информационные технологии в образовании, технике и медицине" (г. Волгоград, 2006, 2009), IX-ой "Интеллектуальные системы и компьютерные науки" (г. Москва, 2006), «Качество образования: системы, технологии, инновации» (г. Барнаул, 2007), 9-ой , 12-ой, 20-ой, 21-ой, 22-ой

"Математические методы в технике и технологиях" (гг. Тверь, 1995, Новгород, 1999, Ярославль, 2007, Саратов 2008, Псков 2009), 4-ой конференции "Методы и средства управления технологическими процессами" (г. Саранск, 2007); 8 симпозиуме «Интеллектуальные системы ШТЕЬБ 2008» (г. Н. Новгород, 2008), всероссийских научно-технических и научно-методических конференциях: 1 -ой "Автоматизация технологических процессов и управление производством на предприятиях пищевой промышленности" (г. Москва, 1996), 9-ой конференции по искусственному интеллекту КИИ 2004 (г. Тверь, 2004), «Повышение качества непрерывного профессионального образования» (г. Красноярск, 2006), 7-ой и 8-ой «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий» (г. Улан-Удэ, 2006, 2007), «Технические и программные средства систем управления, контроля и измерения УКИ'08» (г. Москва, 2008), региональных конференциях и семинарах (гг. Киев, Калининград, Рязань, Тверь).

Высокий научно-технический уровень разработок отмечен дипломом 2 степени международного союза машиностроителей на 13 международной конференции «Машиностроение и техносфера XXI века», (г. Донецк, Украина, 2006).

Компьютерные комплексы, реализованные на основе разработанных технологий, моделей и алгоритмов экспонировались на 4 и 5 выставках-ярмарках "Современная образовательная среда" (Москва, ВВЦ, 2002 - 2003 гг.).

Внедрение результатов. Результаты работ используются в ведущих проектных организациях Тверского региона: ООО «ИнтерПромАвтоматика», про-ектно-конструкторском бюро ООО «ПКБ автоматизации производства», ОАО «Редкинское опытно-конструкторское бюро автоматики». Методика автоматизированного проектирования использована при разработке системы управления температурой в канале печи ЗАО «Востск». Результаты работы переданы в эксплуатацию и используются при выполнении НИР и подготовке специалистов по направлению «Автоматизация и управление» в Тверском, Калининградском, Кузбасском государственных технических университетах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано более 70 печатных научных работ, общим объемом около 30 печатных листов, в том числе две монографии. Свыше 70 процентов публикаций выполнены без соавторов.

Структура и объем работы. Диссертация включает: введение, шесть глав, заключение, библиографический список из 197 наименований, изложенных на 303 страницах машинописного текста, включающих 39 рисунков, 29 таблиц; 5 приложений, содержащих 29 рисунков и 15 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определяется объект исследования. Рассматриваются этапы научных исследований в области создания технического обеспечения АСУТП, сформулированы цель исследований и защищаемые результаты. Приводится краткое содержание работы по главам.

В первой главе проводится анализ АСУ непрерывной технологической линии как объекта проектирования и на ее примере рассматривается существующая методология проектирования технического обеспечения АСУТП.

Современные АСУ'ГП характеризуются (Охтилев М. 10.): многоцелевым

характером, функциональной избыточностью и структурным подобием элементов, многовариантной реализацией функций, наличием пространственно распределенной сети обмена данными, гибкими технологиями управления. Всеми перечисленными свойствами обладают автоматизированные системы управления линиями по производству малосоленых рыбных продуктов (пресервов), техническое обеспечение систем управления которыми выбирается в качестве прототипа объекта проектирования.

Особенностями данных АСУТП являются: оснащение системы средствами автоматизации и контроля различных изготовителей, выпускаемых в разные периоды времени; модернизация приборов как локального, так и верхнего уровш управления в процессе эксплуатации АСУТП, длительное время формирования показателей качества готового продукта и взаимосвязь отклонений режимных параметров на локальных участках.

На уровне технической реализации рассматриваемая система управления относится к многоуровневой АСУТП малой информационной мощности с магистральной топологической структурой взаимодействия подсистем и блочно-модульным принципом реализации функционально-алгоритмической структуры. Организация связи с измерительными и управляющими устройствами носит индивидуальный характер с преимущественной радиальной реализацией, что приводит к трудностям при синтезе многообразия вариантов в процессе привязки типовых проектных ранений в условиях изменения приборного ряда.

В отличии от традиционного подхода (Солодовников В. В.) выделяются две составляющих критерия управления технологическим оборудованием линии: в режиме пуска и в рабочем режиме. Данная особенность определяет необходимость применения в качестве локальных систем автоматизации как систем регулирования, так и систем логического управления.

Для рассматриваемого примера автором совместно с Сердобинцевым С. Г1. предложена функциональная структура АСУТП, позволяющая применять методы адаптивного управления и обеспечивающая изменение состава технологического оборудования и структуры системы управления при невозможности достижения экстремума критерия управления за счет функционирования систем стабилизации режимных параметров на отдельных участках и обеспечения контроля температуры в промежуточных точках (на участке набивки). АСУТП включает как типовые структуры систем управления различными физическими параметрами (температурой, уровнем, давлением и др.), так и изменяющиеся на основе принципов адаптивного управления структуры. На локальных участках линии возможно использование различных управляющих воздействий (например, на участке дефростации: температура орошающей воды, расход орошающей воды, скорость технологического конвейера), варианты и свойства технической реализации которых значительно варьируются. Запатентованный совместно с Сердобинцевым С. П. способ управления участком дефростации предусматривает расчет задания локальному регулятору температуры орошающей воды на основе эталонной модели с коррекцией невязки по результатам измерения отклонения режимного параметра (температуры полуфабриката).

Задача проектирования технического обеспечения АСУТП линией разби-

вается на задачи синтеза множеств технических реализаций алгоритмов управления при использовании различных управляющих воздействий и многокритериального выбора варианта с учетом экономических оценок, надежности системы и ее элементов, динамических свойств. Задача синтеза осложнена много-стадийностью проектирования и многовариантпой реализацией функциональной структуры. В существующих методах синтеза структуры системы управления комплекс технических средств является заданным. Построение многообразия вариантов рассматривается в аспекте применения и расширения типовых проектных решений (Емельянов С. В.) и их привязки к конкретному объекту управления с учетом особенностей объекта, предпочтений заказчика, изменения приборного ряда и модификаций программно-технических средств.

Формализация выбора базируется на базе И/ИЛИ дерева (А графа) и сводится к применению методов математического программирования или поиска допустимого подграфа на графовой модели (Саати Т., Курейчик В. М., Емельянов С. В., Шапиро Ю. 3. и др.). Задача автоматизированного генерирования множества вершин графа при разработке и выборе технической реализации АСУТП не решена.

Методы синтеза схем систем управления из набора априори известных элементов ориентированы на реализацию алгоритмов логического управления, заданных булевыми функциями и графами переходов (Шалыто А. А., Шидлов-ский С. В.) и не могут быть распространены на задачи синтеза технической структуры всех подсистем АСУТП. Известная модель синтеза технической структуры систем управления (Волик Б. Г.) не конкретизируется в части проверки совместимости технических элементов в зависимости от свойств составляющих ее компонентов при детализации описаний.

Производственный подход к проектированию технического обеспечения АСУТП сводится к рассмотрению правил оформления и разработки проектной документации (Клюев А. С., Федоров Ю. Н.). Работы в направлении создания баз данных (БД) типовых элементов АСУТП (Прангишвили И. В., Амбарцумян

A. А.) учитывают в качестве основных свойства надежности элементов, не позволяющих обеспечить автоматический синтез технической структуры.

Основой существующей методологии проектирования АСУТП является: системный подход (Скурихин В. И., Смилянский Г. Л.), агрегативно-декомпо-зиционная технология (Цвиркун А. Д., Кульба В. В.), принцип информационного взаимодействия элементов системы посредством передачи сигналов (Бус-ленко Н. П), метод последовательных итераций (Мамиконов А.Г., Балакирев

B.C.). Укрупнешшми этапами применения методологии являются (Стефани Е. П.): исследование технологического процесса как объекта управления; построение математической модели объекта; формулирование целей управления; синтез алгоритмов управления; реализация решений по управлению на основе выбранного комплекса технических средств.

Методология проектирования технического обеспечения АСУТП обогащается за счет применения методов и систем автоматизированного проектирования. В развитии САПР выделяются этапы разработки: теоретических основ для представления эвристических методов поиска решений (Альтшуллер Г. С., Хан-

зен Ф.; Джонс К.), автоматизированных систем эскизного проектирования (По-ловинкин А. И., Глушков В. M., Мясников В. А., Лазарев И. А., Нуждин В. Н.), систем проектирования, основанных на знаниях (Поспелов Г. С., Тыугу Э. X., Салин А. Г., Филатова H. Н., Андрейчшсов А. В.).

В области проектирования технического обеспечения АСУТП методы автоматизированного проектирования и программные средства для их реализации применяются в основном на стадии технического проектирования при разработке принципиальных схем, перечней элементов для них и трансляции данных описаний в монтажные схемы и заказные спецификации на материалы и оборудование (Компас Электрик, САПР Альфа, Shematics (РФ); AutoCAD Electrical (США); E3.CADdy (Германия); CADElectro (Беларусь)). Построение функциональных и принципиальных схем в частично заданном элементно-иараметрическом базисе во всех САПР осуществляется вручную.

Анализ САПР в других областях (например, САПР «СПРУТ» в сфере проектирования технологических процессов) показывает их стремительный переход к связям CAD-CAM и CAD-CAE на основе CALS и RAD технологий (Martin J.), когда знания заказчика используются как инструмент проектирования (Евгенев Г. Б.) при систематизации и формализации эвристик (Nielsen J.). Теоретической основой данных САПР служат иерархические модели процесса проектирования технологических процессов, разрабатываемые с использованием технологии структурного моделирования (Цветков В. Д.).

Рассмотрение информационных сигналов в существующей методологии проектирования в области технического обеспечения проводится без детализации до уровня представления реальных электрических сигналов и не решает проблемы типизации элементов, используемых при технической реализации функциональных задач АСУТП. Задача типизации элементов автоматики впервые поставлена Колосовым С. П. и развита членом- корреспондентом АН СССР Сотсковым Б. С., который выделил четыре базовых признака: функциональные задачи, конструктивная схема, статические и динамические характеристики, величина входной и выходной мощности. Данные модели ориентированы на применение методов теории автоматического управления (Иващенко Н. Н.) при проведении инженерных расчетов параметров динамики создаваемой системы и не содержат описания совокупности свойств, необходимой для автоматического построения принципиальной схемы технического обеспечения.

Во второй главе проводится анализ моделей технического обеспечения АСУТП, моделей представления знаний в САПР. Развиваются концепции извлечения, структуризации и формализации знаний в исследуемой области.

На основе принципов системного подхода при разработке моделей знаний для САПР (Евгенев Г. Б.) для представления абстрактных понятий и связей между ними выделяются три базовых координаты в евклидовом пространстве XYZ: X - отражает уровни иерархии системности описания технического обеспечения по Клиру, Y - отражает уровни детализации описания, Z - отражает уровни структурированности представления технического обеспечения.

Модели системы управления при построении ее структуры на основе рангов неопределенности (Яковлев В. Б.) не позволяют обеспечить автоматиче-

ское формирование схемных описаний в связи с тем, что не раскрывают принципы и методы преобразования моделей друг в друга на основе детализации свойств элементов.

Анализ схемной проектной документации на техническое обеспечение АСУТП в разных сферах промышленного производства позволяет выделить четыре уровня представления описаний технического обеспечения, отличающихся средствами выражения базовых отношений и детализацией свойств объектов, вступающих в отношения. С учетом применения для описания технического обеспечения множества языков (естественный, языки: функциональных, принципиальных, монтажных схем, моделирования, программной конфигурации разных технических средств и т. д.) процесс проектирования может быть представлен в виде:

Ism (i, U К,) -> П( i, i+1) Ism (i+1, U K|), Sm £ S, i = 1,..., N, 1=1,..., L, где Ism(i) - модель m-й системы на i-м этапе проектирования в терминах используемых языков К], П( i, i+1) — оператор проектирования, отражающий создание модели системы в терминах соответствующих языков, N - число этапов, L - число языков описания.

Если модели Ism (i, ^ Kj) и ISm (i+1, u Ki) могут быть представлены в виде информационных массивов ЭВМ, а П( i, i+1) - в виде пакета программ для ЭВМ, то достигается значительное ускорение создания технического обеспечения за счет разработки и коррекции документации с помощью средств автоматизации проектирования.

В основу построения моделей ISro закладываются условия совместимости элементов (Половинкин А. И., Бусленко Н. П., Лазарев И. А.):

I ={А,\ В i1, С/}, 0={А/, В/, С/}, А, е {A,m}, AJÊ {А/1}, (1) где: I, О - входы и выходы элемента, А, В, С - условия, обеспечивающие пространственную, энергетическую, параметрическую совместимость элементов и потоков на входах-выходах.

Модели (1) ранее не рассматривались применительно к разработке схемных описаний технической реализации АСУТП. В процессе построения моделей Is™ и П с применением технологий инженерии знаний и искусственного интеллекта (Поспелов Д. А., Вагин В. Н., Осипов Г.С., Ханзен Ф., Джонс К., Гаврилова Т. А. и др.) при реализации концепций извлечения, структуризации, формализации знаний предлагается использование в качестве эксперта компьютерной системы, являющейся инструментальным средством синтеза межэлементных связей. Исследования процесса извлечения знаний в области АСУТП с использованием компьютерных систем (Швецов А. Н., Котов С. С., Сорокин С. И., Черепанов А. В. и др.) акцентируются на применении известных программных сред (Agent Builder, Visual Prolog) для моделирования систем управления без ориентации на разработку и преобразование схем.

Для представления знаний и формализации П в исследуемой области предлагается использовать гибридные модели, отражающие как процедурную, так и декларативную составляющие знаний. Методика извлечения знаний в области построения технического обеспечения АСУТП включает разработанные автором алгоритмы формирования и обобщения понятий; извлечения и расширения

знаний.

Алгоритм формирования обобщенного понятия базируется на подходе Гла-дуна В. П., развитого Вагиным В. Н., использованного Филатовой Н. Н. и предусматривающим выделение в качестве определяющих понятий свойства объектов. Отличие алгоритма от существующих заключается в том, что: в качестве базовых выбираются свойства, определяющие возможность совместимости технических элементов (1), производится последовательное рассмотрение свойств, выделенных в количественных и порядковых шкалах, обобщаются линейно связанные свойства.

Алгоритм извлечения и расширения знаний использует в области проектирования технического обеспечения подход Ньюэлла А. и Саймона Г. к определению эмпирических методов и правил, выведенных на основе анализа решения проблем человеком в ходе построения программ для ЭВМ.

На этапах концептуализации и структуризации при применении алгоритма анализируется переход от языковых терминов к схемной документации:

Ex->Na->Sc s ({Ea}u{(E¡, Ei+1)}), Na,= Sim(Na¡), Na¡ = Dif (Nak), (2) где: Ex - примеры схемных описаний, генерируемые программной системой, Na¡, Naj, Na¡< - термины, используемые для кодирования основных понятий и отношений, Dif - операторы поиска различий, Sim - операторы поиска подобия, {Еа} - множество типов абстрактных элементов, {(E¡, Ei+i)} - множество межэлементных связей на поле схемы.

Новизной подхода является рассмотрение примеров (2) на разных уровнях абстрагирования и детализации. Решаемые при диалоге с программной системой задачи формулируются в виде: «даны четыре формы представления описаний технического обеспечения одной АСУТП: в чем различие описаний? Что одинакового в описаниях?»; «дан набор схем технического обеспечения разных АСУТП, отыскать соответствие в схемных описаниях и соответствующих им технических реализациях». В ходе применения методики осуществляется накопление информации об условиях выделенных задач, процессе их решения, требуемых конкретных элементах. Апробация методики показала необходимость сочетания системного, приборного и параметрического уровней представления технического обеспечения в базе данных компьютерной системы.

При рассмотрении технического обеспечения на верхнем уровне абстракции классификация отношений (Поспелов Д. А.) расширяется в исследуемой области композиционными отношениями («измерять», «регулировать», «получать энергоснабжение» и т.д.). Формирование композиционного отношения осуществляется как набор функциональных преобразований результатов входящих в него бинарных отношений. Пример композиционного отношения «измерять»:

Rsi -R2, -R51 °R42(R43(Xj)) °R4l(R24(R22(R91 'М^)))) где R - отношения: R8i - «измерять», R21 - часть - целое; R2s - соответствия; R22 - соединяться с; R24 - настраиваться; R41 - иметь свойство; R43 - быть причиной; R42 - целевого назначения; R5, - частичного порядка; R91 - род - вид.

На примере исследования входящего в композицию отношения «соединяться с» при изменении языка описания выявлено, что отношение меняет свойства: Atr(R*22) = {Atrb Atr2}, Atr(Rn22) = {Atr2, Atr3}, Atr(R*22) П Atr(Rn22) = {Atr2},

где: А1г(Кф22), Atr(Rn22) - свойства отношения «соединяться с» на функциональной и принципиальной схемах, AtTj - несимметричность, Atr2 - нетранзитивность, Atr3 - симметричность.

Это свидетельствует о необходимости формализации перехода между системами отношений при преобразовании описаний функциональных схем в описания принципиальных схем технического обеспечения.

В третьей главе разрабатывается комплекс моделей технического обеспечения АСУТП для реализации информационных массивов баз данных САПР.

В основу структуризации технического обеспечения закладывается иерархия с использованием отношений «часть-целое» на уровнях: систем, подсистем, цепей, элементов и раскрытием каждого уровня на основе отношений «род-вид», «иметь свойства», «иметь значения свойств». С использованием интерактивных сред и экспертных методов выделены как сами иерархические уровни, так и рассматриваемые на них свойства. Для верхнего уровня описания наряду со свойствами, определяющими динамику функционирования системы управления, расширена группа системных свойств и введена группа свойств удобства проектирования, которая включает свойства, отражающие наличие информации об особенностях наладки, эксплуатации и реинжиниринга элементов в составе системы. На верхнем уровне техническое обеспечение рассматривается: S(E) = EuC, E={EHwuEsw^ED(Clj )}, Су = {С„ Q }, (3)

где: Е - набор элементов, С - набор связей, Ehw - технические средства, Esw -программные модули, Ер - модули проектного описания и технической документации, Су - набор связей между техническими элементами, Ci - связи информационные, Cj - связи энергетические (питания).

На втором уровне техническое обеспечение представляется: Su¡ Rev SubcuSubiW SubRu SubDTuSubpSuSubD, где: Su¡ - техническое обеспечение системы управления на i-м участке, Rí;v- отношение включения, Subc, Subi, SubR, SubDT, SubPS, SubD - подсистемы: измерения; контроля, сигнализации и индикации; регулирования и логического управления; передачи данных; энергопитания; аварийной защиты.

При рассмотрении свойств подсистем выделяются:

Atr,:SubeSu, Atr2j: V (E¡ eSub, Eje Sub) -> (E.eSu, EjsSu), i Ф j, Atr3: V Sub: FSUb= const, FsliB6 {F}, Atr4: V Sub: I e {I}, O e {O}, Atr5 e {Atr}, где: E - элементы в смысле (3); Fsub- функция подсистемы, определяемая решаемой задачей, {F} - множество функций, {/}, {О} - множества: входов, выходов подсистем; Atr5 - динамические свойства (точность регулирования, быстродействие, устойчивость и др.).

Свойства Atr3 подсистемы наследуют свойства АСУТП. По свойствам Atr2 подсистемы отличаются друг от друга вариациями программно-технической реализации. Отклонение свойств Atr5 от заданных значений приводит к необходимости рассмотрения другого управляющего воздействия. Каждая функция подсистемы соответствует отдельному контуру и представляется совокупностью цепей:

Suk R.V Ch,u Ch2u...u Ch,, VFe{F}, F-* Co, Co R<.v Ch,u Ch2u...u Chk,

Ch = <N, Ef,..., E¡,..., Ej, ..., E], Cb C2,..., CIJV.., Cnl, С1>,СЧ = (E„ Ej), где: Ch - обозначение цепи, 1 число цепей i-й подсистемы, Со - контур, к -число цепей, обеспечивающих реализацию одной функции посредством образования контура, N - тип цепи, Ef- начальный элемент, E¡, Ej - промежуточные элементы, Е: - конечный элемент, С,, - межэлементная связь, С1 - замыкание в контуре (через объект, оператора, ЭВМ верхнего уровня).

Область значений для множества типов цепей включает цепи: измерения, управления, сигнализации, передачи данных, питания.

Свойства цепи в ходе структурного синтеза формально определяются: AtrCh = {Name, AtrCh0, AtrCh',..., AtrCh6}, AtrCh0: Ch ={Cha, CM, Atrch1: ChRcv Ет,л...л Е1Ь AtrCh2'. Fch--> Co, FCh = const, AtrCh3: Fchi^Fcj, i^j,Atra,4: VChBI, 0,1 е{1}, O e{0}, Atrch5: Ch = {Chac, Chdc}, AtrCh6: Chac ={Chacl; Ch2c3}, где: Name - имя цепи, Cha, Chd - цепи с аналоговым и дискретным информационными сигналами, к - число типов элементов в цепи, Fch - функция цепи, Exi -элементы из класса T¡, Chac, Ch jc - цепи переменного и постоянного тока, Chric], Chac3 - однофазные и трехфазные цепи.

Свойства AtrCh°, Atrch5, AtrCh6 задают виды сигналов в цепи. Выделяется три вида шкал для представления сигналов: количественная [MU] - единицы измерения физической переменной на входе-выходе, количественная [MUi]+[MU2]

- шкалы для представления составляющих дискретных релейных и импульсных сигналов (напряжения и тока в цепи при замыкании и размыкании), качественная [QU] - для представления статической характеристики датчика или стандарта передачи сигнала, регламентирующего его физические характеристики (например - 50М, ХК, RS232 и др.). На основе предложенных шкал разработана база данных технических средств автоматизации для САПР, используемая при автоматическом построении межэлементных связей, зарегистрированная в едином реестре баз данных РФ.

При формировании классов элементов по признаку функционального назначения с использованием известных алгоритмов построения иерархий на основе динамических ядер для построения технического обеспечения АСУТП используются элементы множеств: С1г -{измерительные преобразователи}; С12 -{преобразователи измерительной информации в управляющий сигнал (регуляторы)}; С13 - {преобразователи управляющего сигнала в воздействие на объект (исполнительные устройства)}; CI4-{элементы сигнализации и индикации}; CI5

- {интерфейсные преобразователи и устройства передачи данных}; Cle - {линии связи и соединительные элементы (блоки зажимов и клеммники)}; С17 -{источники питания}; С18 -{отключающие и элементы защиты}; С19 -{электрорадиоэлементы}, С110 -{вычислительные устройства}, С1ц - {неклассифицированные}. Каждое из подмножеств универсума Clj - С1ю является счетным, что позволяет осуществлять построение базы данных САПР технического обеспечения АСУТП конечной размерности.

Построение модели элемента осуществляется при использовании подходов Хейеса Ф. и Квиллиана М. (рис. 1). Пример интерпретации отношения «род-вид» для промышленного контроллера: Со: (специализированный контрол-

лер), Со21 (Термодат), Со31 (Термодат12), Е„ (Термодат12/2Р/1С/118485). Выделение свойств элементов (Л1г) на нижних уровнях и соответствующего им числа концевых вершин графа осуществляется из условий совместимости элементов и анализа альтернативных вариантов технического обеспечения АСУТП при организации физических связей. При этом обеспечиваются минимум типа вершин дерева и минимум максимального удаления графа, соответствующего иерархии свойств.

Рис.1. Иерархическое представление понятии «элемент»

Проверка ограничений на непосредственную совместимость структурных элементов при рассмотрении уровня технических элементов осуществляется на основе свойств входа-выхода: тип сигнала, значения тока и напряжения для передачи сигнала, конструктивная реализация соединения.

Примеры моделей элементов при построении модулей знаний в САПР приводятся для технических средств, используемых в большинстве систем управления: датчика температуры, промышленного малоканального контроллера, клеммного соединителя.

Модель датчика температуры для информационных массивов САПР включает три пространства свойств: свойства для выбора датчика на основе требований со стороны объекта, характеристики сигналов и адресация контактов на входах-выходах с указанием функции, свойства, применяемые для проведения сравнительного анализа альтернатив. Связь свойств проектируемого технического обеспечения и свойств датчика находит отражение в аддитивном вхождении набора технико-экономических показателей (стоимость, надежность, метрологические и динамические свойства, масса, энергопотребление и др.) в однотипные показатели системы управления.

Промышленный контроллер является составляющей большинства цепей:

М„к = <АХт, Р,

где: АЬг - теоретико-множественная (атрибутивная), Б - функционально-логическая, А^ - структурно-алгоритмическая составляющие модели.

В результате анализа свойств промышленных контроллеров они разделяются на группы: отражающие основные и дополнительные функции контроллера; динамические; описывающие входы и выходы контроллера; экономические показатели; определяющие особенности программирования; энергопотребления; надежности; конструктивного исполнения; метрологические; характеризующие изготовителя контроллера. Вводятся новые группы свойств, характеризующие особенности эксплуатации (трудоемкость монтажа, изучения, длительность жизненного цикла и др.); особенности настройки (связаны с возможностью взаимодействия с оператором как с пульта оператора, так и с использованием ЭВМ).

Учет всех свойств приводит к экспоненциальному нарастанию числа рассматриваемых вариантов при выборе контроллера. Предлагаемая методика снижения размерности пространства свойств позволяет значительно сократить число учитываемых свойств на начальных стадиях проектирования. Методика включает: выбор функционального признака для выделения класса элементов, получение выборки, анализ свойств, применение методов главных компонент и факторного анализа для получения и дискриминации модели, отражающей связь новых признаков с исходными.

Подобный подход позволяет выделить доминирующие признаки при подборе и оценке элемента в выделенной по функциональному признаку группе технических средств. В процессе апробации методики на примере контроллеров для регулирования температуры на участках линии по производству пищевых рыбных продуктов для выборки из тридцати одного контроллера, характеризующихся двенадцатью исходными свойствами, осуществлен переход к признаковому пространству из трех новых факторов, описывающих свыше 80 процентов разброса исходных признаков, представленных с использованием коли-

Рис. 2. Расположение группировки контроллеров для регулирования температуры в новом признаковом пространстве

На основе применения эквимаксных методов вращения матрицы для двух новых нормированных факторов при их представлении в виде аддитивного со-

четания исходных свойств получены значения коэффициентов кр:

^ = кл Ай-'пк, + Ап^пк! +...+ ^¡Айг'щд.

где Ан-'пкь А^пк! - нижняя и верхняя граница диапазона измеряемых температур, Ай-Зпк9 - класс точности, АГг4пк4 - цена изготовителя, АЬг5пк2, Ай-6пк2 - число входов-выходов.

Для первого обобщенного фактора, позволяющего оценить свыше 50 процентов разброса исходных свойств кп = 0.437; к12 = 0.026; кп = 0.394; км = 0.93; к|5 = 0.964; к(б = 0.957. Это свидетельствует о том, что фактор Г,, отражает комбинированное влияние стоимости и числа входов-выходов контроллера.

Предложенный подход позволяет осуществить визуализацию разброса выбираемых технических средств в трехмерном пространстве новых факторов. Использование его в сочетании с методом районирования обеспечивает по сравнению с существующими методами анализа технических структур при реализации координатного управления (Волик Б. Г.) снижение субъективности при оценке важности свойства. Кроме того, при построении моделей знаний в виде таксономий на основе результатов факторного анализа может быть сформирована обучающая выборка, применяемая для расчета коэффициентов дис-криминантных функций.

Функционально-логическая составляющая модели контроллера является объектно-ориентированной, что выражается в преобразовании модели формирования управляющих воздействий, сигналов сигнализации и индикации на языке программирования контроллера, обеспечивающего параметризацию функции или алгоритма преобразования. Составляющая с одной стороны определяется типом эталонной модели для расчета управляющих воздействий, реализуемой контроллером, с другой стороны - наличием встроенных алгоритмов преобразования информации в выбранной модификации контроллера.

Структурно-алгоритмическая модель контроллера используется на этане анализа системных свойств при выборе составляющих технической структуры с использованием интерактивной среды и отражает последовательность перехода из одного состояния в другое:

А^ = Т: С0 <Т| С; >, (4)

где Т - набор операций, которые отражают смысл процедуры преобразования обобщенных функционально-логических модулей в программные модули в составе системы управления, С0 - Сю - состояния контроллера, 1=1,..., 10 - номер операции и состояния, Т|, Тг - установки типа выходов и типа входов, Тз -выбор закона регулирования и/или способа формирования сигнала сигнализации, Т4 - установка сетевого адреса, Т5, Те, Т7, Та, Т9 - настройки: уставок, соответствия «вход-выход», параметров закона преобразования «вход-выход», параметров модулей, дополнительных функций (таймер, разрешение, встроенная память и др.), Тю - перевод контроллера в рабочее состояние.

Операции группы Т1 - Т5 являются инвариантными к типу контроллера и предшествуют операциям из группы Т7 - Т9.

В составе клеммных соединителей выделяются: разъемные магистральные соединители без детализации линий связи, клеммные соединители с детализацией линий связи, соединители, выполняющие дополнительные функции. Ха-

ракгеристическими свойствами, отражаемыми в модели соединителей для информационных массивов БД САПР являются: входные/выходные сигналы, которые определяются свойствами элементов, входящих в состав цепи. Основное свойство соединителя, используемое в процедурах автоматического синтеза можно сформулировать следующим образом: соединитель предназначен для обеспечения конструктивной совместимости линий связи и технических устройств в любом сочетании при передаче сигналов в цепях системы управления. Набор остальных свойств соединителя включает: наименование, тип технического устройства, к которому присоединяется соединитель, число контактов соединителя, тип присоединяемых проводов, сечение присоединяемых проводов, характеристики сигналов, передаваемых через соединитель, поддержка резервирования, категория пожаро- и взрывоопасности, габаритные размеры, стоимость, способ установки, характеристики надежности.

Разработанный комплекс моделей технического обеспечения АСУТП представляет собой иерархическую организацию, используемую для построения метода автоматического синтеза межэлементных связей при разработке схем технического обеспечения. БД САПР. Созданная на основе предложенных моделей база данных зарегистрирована в едином реестре БД РФ.

Четвертая глава посвящается выделению, представлению иерархии эвристик, используемых при создании схемных описаний технического обеспечения, разработке методики автоматизированного проектирования технического обеспечения.

В ходе выделения и систематизации операций, выполняемых проектировщиком при разработке задания на проектирование, набора схем, алгоритмов настройки технического обеспечения выделяется набор эвристик, представленных в виде дедуктивной системы положений и утверждений. Положения отражают организацию информационных, энергетических и конструктивных связей между элементами технического обеспечения при реализации заданных функций. Утверждения устанавливают способы установления связей и сравнения вариантов технического обеспечения на основе достижения требуемой степени детализации при разработке схемных описаний. Фрагмент системы в виде положений первого уровня:

РоЗ :Бе -> {!',}, ЗиЬ, е 8и => Г„ Ро4: Е/е 8иЪ,=>

Ро5: {Е/}-> {ЕкТ}, Роб: ({Л1гЕ} и {А1гСо„}) {А^и}; Ро7: Бе,: Со, = (Б„ Е,);

Ро8: 8иЬ,= {Сот}и{Соро}и{СоС0Пз};.........,Ро14: Е^ Я2, (Е,), V Е!, V Е;:Ое-1в;

А1г(1 в) с А1г(Ов); Ро15:Ег- Ы22 (Е,), V Е,, V Ц: Э 1Е] = и = 10], 1И £ 1еч + А,.......

где Рок - положение, Бе - требования к проектируемой системе и ее элементам, {Г,} - множество реализуемых функций, ЯиЬ,- 1-ая подсистема технического обеспечения системы Би, ^ - функция j-гo функционального элемента Е/ в ¡-ой подсистеме, ш - число элементов для реализации функции, {Ект} - множество технических элементов, {А1гЕ}, {А^соп}, {Аи^} - множества свойств элементов, контура, технического обеспечения системы, Соу - связь элементов Е, и Е^, {Сот},{Соро},{СосопЛ - множества информационных, энергетических и кон-

структивных связей, О'ы, С12шЬ С11 ои,ь С12 ои1| - клеммы входов и выходов технических элементов, {уМге} - множество свойств элементов, входящих в контур, Гц, ¡п, 1,з • ••, 0„, 0)2- набор входов-выходов элементов, У, X - выход и вход элементов Еь А1г(1 и), Агг(0Е^) - свойства входов-выходов элемента, 11,1, И-22 - отношения установления информационной, энергетической связи, А -отклонение сигнала, 1ЕЬ - уровни входного и выходного сиг налов.

Основанная на выдвинутых положениях методика автоматизированного проектирования технического обеспечения включает восемь этапов, каждый из которых содержит набор неэлементарных шагов: декомпозиция системы управления; конкретизация связей системы управления с окружающей средой; разработка топологической структуры; разработка модели технической структуры; построение модели принципиальной схемы; расчет технико-экономических показателей; формирование морфологической матрицы для поиска эффективного решения и его выбор; ведение БД элементов и типовых решений САПР, корректировка типовых проектных решений.

Модель процесса построения схем технического обеспечения АСУТП с использованием предложенной методики (этапы разработки модели технической структуры и построения модели принципиальной схемы) представляет собой граф с двумя типами вершин (рис. 3).

Вершины типа Б] соответствуют моделям технической структуры. Вершины типа Орк соответствуют операторам преобразования моделей Б|. Среди моделей технической структуры выделяются классы: Я о - модель системы, построенная по техническому заданию, Б] - модель базовой структуры, определяющая порядок следования элементов и основные элементы, 82 - модель технической структуры, соответствующая функциональной схеме в заданном элементно-параметрическом базисе, 83 - модель, соответствующая принципиальной схеме, Я) - модель, соответствующая монтажной схеме (соединений), - мо-

дель программной конфигурации технических средств для реализации функций в соответствии с моделями Si - S 4.

Преобразование моделей базируется на наборах правил:

Ор - <М, Alg>, Оро -> Algo-» {Ru0}, Ор, Alg, {Rub Ru2}, Op2 Alg2-> {Ru3}, Op3 Alg3-> {Ru4}, Op4 Alg4 —> {Ru5}, где: M - описание вектора признаков (Atr) рассматриваемой структуры и ее элементов {E¡(Atr)}, Alg - алгоритм преобразования структуры, использующий правила Ruj, Ru0 - правила формирования технического задания, Ruj - правила проверки области поиска элементов, Ru2 - правила проверки ограничений, Ruj - правила преобразования функциональной структуры в принципиальную схему, Ra, - правила преобразования принципиальной в схему соединений, Ru5- правила создания алгоритмической и программной конфигураций.

На основе анализа выборки из 240 учебных проектов по разработке систем управления температурой в различных технологических объектах выделено 15 типов распространенных ошибок, которые можно разделить на два класса: ошибки при разработке функциональной структуры с учетом элементно-параметрического базиса и ошибки, связанные с разработкой принципиальных схем, соответствующих разработанной функциональной структуре. На начальной стадии допускаются семантические ошибки, связанные с выходом за зону ограничений, определяемых совместимостью элементов и наличием у них необходимых свойств.

Для диагностики семантических ошибок необходимым условием является наблюдаемость объекта проектирования и его элементов средствами автоматизированного проектирования:

VE= {Atr},VAtr*e {Atr}, 3 Pre {Pr}: { Atr Atr m}, где E - технический элемент, {Atr} - множество свойств элемента, Atr* - свойство, обеспечивающее формирование связи на иоле схемы, {Рг} - множество программ средств автоматизированного проектирования, применяемых при разработке, m — число наблюдаемых свойств в программном средстве автоматизированного проектирования Рг.

Для исправления допущенных ошибок необходимо выполнение условия управляемости объекта проектирования:

VEH{Atr},VAtr*e {Atr}, 3 Pre {Рг} л 3 Alge {Alg}: /\tr,*-> Atr1;l\ где Alg - алгоритм изменения значений свойства элемента Atr¡ в значение Atr¡+1* с применением программных средств Рг.

Первый шаг диагностики заключается в проверке обязательного вхождения элемента в состав системы S и осуществляется на уровне функциональной структуры, разрабатываемой при декомпозиции функционального назначения:

S = {Еь Б,,..., E¡„..., Ek}u {(Еь Е2),..., (E¡, Ej)}, V S 3 E¡ e TD, где E¡ - элемент, (E¡, Ej) - межэлементная связь i-ro и j-ro элементов, TD-класс элементов в универсуме технических средств автоматизации для реализации определенной функции.

Проводные межэлементные связи в ходе диагностики при их иерархической декомпозиции в базе знаний предлагается представлять:

(E„ Ej) = < Number, Ch, Signal, (O(Ej), I(Ej)) >, где: Number - индивидуальный номер, Ch - фиксация принадлежности связи цепи (определенному контуру функциональной структуры), Signal - вид передаваемого сигнала, 0(Е(), I(Ej) - диапазоны изменения сигналов выходов и входов технических элементов Е, и Ej.

Завершением начальной диагностики семантических ошибок является фиксация принадлежности выбранного из базы данных элемента определенным контуру и цепи, а затем проверка возможности вхождения элемента в данный контур, данную цепь. На втором шаге диагностики семантической ошибки определяется вид входных и выходных сигналов для аргументов и значений функций преобразования технических элементов при сравнении шкал и диапазонов изменения сигналов в данных шкалах. Третий шаг диагностики заключается в проверке адресов контактов при декомпозиции элемента на соответствие им сигналов в определенных шкалах, задаваемых видом сигнала в цепи.

В качестве целевой функции в задаче анализа и синтеза технической структуры системы управления выбирается полином второго порядка, аргументами которого являются приведенные затраты на систему управления по базовым стадиям жизненного цикла системы:

n m

Е= 2^kiXiz, x, =2]xn + ^xii, (5)

м j-i

где: Е - целевая функция, к, - коэффициент, отражающий важность рассмотрения i-й стадии жизненного цикла, х, - приведенные затраты па систему управления на i-й стадии, х|( - приведенные затраты на элементы 1-го типа, n - число элементов, ху - приведенные затраты на связи j-ro типа, m - число связей, d -число учитываемых стадий.

В качестве цели управления процессом проектирования технической структуры АСУТП выделяется получение экстремума целевой функции. Выбор начальной точки поиска осуществляется на основе типового решения, предпочтений проектировщика и пожеланий заказчика. Управление рассматривается как сочетание структурного и параметрического управлений. Это проявляется в том, что производится изменение параметров выбранного комплекса технических средств (например, модификаций приборного ряда) и связей между ними, а затем при изменении комплекса технических средств возможны вариации технической и алгоритмической структур системы управления.

Методика анализа чувствительности целевой функции (5) при выборе эффективного решения к вариациям технической структуры включает три стадии. На первой осуществляется решение задачи безусловной оптимизации для нахождения теоретически достижимого решения. На второй стадии осуществляется синтез вариантов технической реализации, разработка схем технического обеспечения и на их основе расчет значений (5) для всех вариантов. Решение задачи условной минимизации проводится на третьей стадии при изменении набора ограничений. В случае нечувствительности целевой функции при внесении параметрического управления на подмножестве множества допустимых решений вводится изменение технической структуры.

На второй и третьей стадиях анализа возникает необходимость решения NP полных задач на множестве дискретных переменных. Требования минимизации числа ограничений заставляют выбрать в качестве обязательно рассматриваемых ограничения на совместимость структурных элементов при их технической реализации. В качестве ограничений учитываются: динамические свойства создаваемой системы, число рассматриваемых вариантов и число технических средств разных изготовителей. Дополнительными ограничениями в задаче выбора технических средств являются: возможность реализации требуемой математической и топологической структур проектируемой системы, наличие необходимых свойств сигналов входов-выходов для подключения других устройств, входящих в состав системы, свойства, выражающиеся в числе иерархических связей программных модулей и числе настраиваемых в них параметров при реализации требуемой функционально-логической моделью конфигурации устройства в составе проектируемой системы с учетом используемого программного обеспечения.

Пятая глава посвящена выделению и формализации эвристик, используемых при построении функциональной структуры АСУТП в частично заданном элементно-параметрическом базисе, разработке алгоритмов преобразования функциональных схем в описания принципиальных схем.

При построении формальной системы для разработки функциональных схем технического обеспечения вводятся ограничения: элемент имеет сколь угодно много входов и выходов; между входом и выходом элемента нет однозначного соответствия; функционирование элемента осуществляется без внешних источников энергии (питания). Алфавит формальной системы включает элементы четырех типов, содержащих: контур в виде прямоугольника, цифры от 0 до 9, стрелки и обозначения входов-выходов над ними. Данный алфавит ориентирован на схемотехническую реализацию технического обеспечения на приборном уровне (в отличии от алфавита, используемого при схемотехническом построении самих приборов (Казанцев Ю.М.)) и отличается от алфавита функциональных схем автоматизации (Клюев A.C.) наличием обозначений входов-выходов (I, О). Первый класс аксиом формальной системы позволяет осуществлять построение схем технического обеспечения, второй класс аксиом определяет элементы для построения схем на высоком уровне абстракции, учитывающем функциональное назначение системы и ее элементов

Процедуры синтеза межэлементных связей основаны на положениях:

- каждому элементу устанавливается в соответствие технический элемент, задающий значения для переменных I, О и правила их преобразования;

- реализация отношений соединения обеспечивается передачей физических сигналов между входами и выходами, соответствующими переменным I, О;

- при передаче электрического информационного сигнала между входами и выходами необходимо соответствие физических разъемов и логических протоколов передачи;

- значения переменных I и О соединяемых элементов должны представляться в одной шкале, определенной видом сигнала в цепи,

- для соединяемых элементов правила соответствия значений I и О, изме-

ренных в количественных шкалах, определяются типом цепи.

Система правил, предназначенная для построения функциональных схем включает правила: общие; описания технического обеспечения по заданию; синтеза межэлементных связей с учетом типа цепи и вида сигналов в ней (включают правила проверки ограничений на информационную и конструктивную совместимость элементов), поиска элементов в БД. Дополнительные классы правил связаны с объединением элементов при наличии у них свойства многоканальное™ и установкой клеммных соединителей.

Каждая межэлементная связь (Е,, Ej) при формализации операций ее построения представляется в виде логической функции:

(Ei, Ej) = (у11 v y'2Vy'3V...V у',,) Л (х1 ! V xJ2v xJ3v...v х*ю), где xJ m - m-ый входной сигнал j-oro элемента, у1 „ - п-ый входной сигнал i-oro элемента.

Правила поиска промежуточных элементов при запрете на установление связи (Ej, Ej) определяются видом цепи и свойствами элемента: If Ei eChs, Ej e Chs, than Ej., e Chs.

Конкретизация отношений, отражающих установление и детализацию межэлементных связей, в нотации Бэкуса-Наура представляется:

S = {Е} и {С}, С = (Ej, Е3),{Е} = { Еь Е2,..., Е„..., Еп}, Ei = NAMB,{C} s{Ci, С2, Сз,...}, CjSNAMCjj VNAMe: 3{Atrb Atr2,..„ Atrra}, 3 Atn = IH, k, s Ib I; = V, v V2 v.... vVn,

3 АЩ = Oei, Oe, = Oj, Oj s W| v W2 v...v Wn, С s {(Оп ЗД, (Ои RJj,),...}, где: {Е}, {С} - множества элементов и межэлементных связей, Е,, Ej - элементы системы, ТЯАМеь NAMq - имена элемента и связи, Vj - вид сигнала для входа Ij элемента Es, W, - вид сигнала для выхода Oj элемента Ej, Atr - свойства элементов, Rc - отношение соединения.

Задание доменов атрибутам входов и выходов приводит к выражениям:

V V|J: 3 SCALE ,J = {V„J,Vi2J,...,Vlrj},V V2J 3 SCALE 2j = {V21J,V22V..,V2pJ}, 3 SCALEз3 = {V3,J,V32J,...,V3,J}, 3 SCALE3k сV3e[ Vm!n, Vmax], SCALES [MU], V W,13 SCALE ,J = {WnJ,Wi2J,...,W1IJ}, V W2J 3 SCALE 2j = {W21j,W22j,...,W2pJ}, 3 SCALE 3J - {W3,),W32j,...,W3(i}, 3 SCALE3k с W3e[ W^, Wmax], где SCALE, - шкала для представления сигнала на соответствующем входе или выходе, MU - единицы измерения в данной шкале.

Правило вывода для процедур автоматического синтеза связей в частично заданном элементно-параметрическом базисе представляется:

V(Ei,Ei): Oj e {AtrE,}, I, 6 {AtrCj},0, =- W„ I^Vj, W,RHV^ (Oi Rc Ij) s FALSE—>(Ej,Ej) =((E1, Er), (Er, Ej)), (6) где RH - отношение несоответствия, отражающее непосредственную несовместимость технических элементов, Ег- дополнительный элемент, устанавливаемый в разрыве связи для обеспечения совместимости соединяемых элементов.

Формализация проверки Rh проводится на основе решения системы логических уравнений, устанавливающих истинность конъюнкции дизъюнктов сигналов на входах-выходах соединяемых элементов. В случае ложности логических

выражений (6) элементы Ет подбираются по формализованным правилам, соответствующим типу цепи и виду сигналов в ней. Детализация модели элемента осуществляется до рассмотрения конструктивных свойств:

Fe={ F,, F2, ...,F,,..., Fv}, F) —> 0\ = G (I'j), V C: [MU(0,)]= [MU^)],

E¡ RevSoj ASo2A...ASok, So, RevCl'i aC1'2a...aC1j ...лС1'п, So = <NameSo, AtrSo>,NameSo ={XS1, XR1, XI, ...., XSN, XRN,XN}, где Fe - множество функций элемента, v - число функций, G - оператор преобразования входов в выходы элемента, So, - разъем, i = 1,..., к, к - число разъемов элемента, Cl j - j-й контакт i-oro разъема, п - число контактов, AtrSo -свойства разъема.

Представление входов и выходов элементов, используемое для разработки алгоритмической и программной реализаций процедур автоматического синтеза цепей функциональных схем:

0,= uHmClj, Ij s Ut^Clk, Cl = < Sign, Nameso, Num, AHCi >, Ch = Cha -> AtrCi = (DuvDO, Ch-Chd~> Atrc, - (DuaD,), С =Coc - Atra = ÏW где: Сое - взаимосвязь системы с окружающей средой на границе раздела, Sign - обозначение элемента с именем «Name» на схеме, соответствующее классу таксономии, к которому относится элемент, Du, Dt - интервал, определяющий границы изменения сигналов на входах -выходах в шкалах [MU,], [MU2].

При переходе с уровня элементов на уровень контактов цепь получает свойство четности числа контактов q, входящих в ее состав:

V Ch: ZClrq, q= 2n,n= 1,2, ...,N.

В ходе исследований в рассмотрение было принято три вида сигналов: аналоговые, дискретные релейные, дискретные импульсные, и три вида цепей: измерительные, управляющие, сигнализации.

Для измерительных цепей с аналоговым потенциальным сигналом постоянного тока правило поиска промежуточного элемента (6) конкретизируется:

Ch б {Ch,}, Sig = IDcu; (Еь H,): (¥ш= XFE2) a (Du, = DU2) л (D„ <DB), (7) где: Yral, XFE - значение и аргумент функций соединяемых элементов, {Chi} -множество измерительных цепей, Еь Е2- источник и приемник сигнала, IDC ~ сигнал постоянного тока, Dui, Du2 -интервал изменения напряжения постоянного тока для выхода первого и входа второго элементов, Du, Di2 - интервал изменения постоянного тока для выхода первого и входа второго элементов. Если конъюнкт (7) ложный, то: (Е„ Е2) = {(Еь Ej) и (Е3, Е2)}, Е, - Е3^ Ег, Sig (Еь Е3) * Sig (Е3, Е2), где Sig (Ej, Е3), Sig (Е3, Е2) - передаваемые сигналы.

Для измерительных цепей с дискретным релейным сигналом правило построения межэлементной связи (6) имеет вид:

Ch е {Ch,}, Sig = IDC; (Ei, Е2) н {(Е,1, H2'j и (Е,2, EPS,2) u (Eps,1, E22)} ; (Б,, Ег): (YFE,= XFE2)A(DU2< DU,)a(D,2< D„)A(DPSU=DU2)A(Di2<Dps,), (8) где D^i2, Du, -интервал изменения напряжения na входе приемника и выходе источника сигнала, DK, Du - интервал изменения тока на входе приемника и выходе источника сигнала, DPSu - напряжение источника питания для получения измерительного сигнала, DPSi- ток источника, Е]1, Ei2, Ег', Б/, Epsi1, EPsj2 -

физические связи, получаемые в ходе декомпозиции соединения.

Алгоритм построения межэлементных связей на основе формальной системы и правил типа (6)-(8) в отличии от известных (Цвиркун А. Д., Целищев Е. С., Салин А.Г.) предусматривает перевод функций в функциональную структуру в частично заданном базисе и декомпозицию связей при агрегировании элементов, необходимую для представления принципиальной схемы.

Алгоритм преобразования функциональной схемы технического обеспечения АСУТП в принципиальную электрическую включает построение и детализацию модели схемы в виде орграфа, выполняемые на основе: проверки согласования формы, мощности и вида передаваемого сигнала для каждого соединения контактов, учета условий конструктивной совместимости и введения в состав системы клеммников; подбора элементов для подачи энергии, выделении входов и выходов для обмена энергией, проверю! энергетической совместимости входов-выходов, добавление и детализацию связей питания. Пример преобразования рассматривается для фрагмента функциональной схемы технического обеспечения системы управления температурой орошающей воды на участке дефростации линии по производству малосоленых продуктов (рис.4).

^□П 1 РП 11У

и»

Функциональная структура включает: ИП - измерительные преобразователи, РП - промышленный контроллер, ИУ - исполнительное устройство (рис. 4а). Трансформация функциональной схемы в принципиальную производится детализацией связей соответствующего ей орграфа (рис.4б), добавлением в граф вершин, соответствующих обеспечению потребностей элементов системы в энергии (рис. 4в) и добавлением вершин, соответствующих техническим устройствам для обеспечения конструктивной совместимости (рис. 4г). В качестве элементно-параметрического базиса в примере использован регулятор БК1-П-01-14 комплекса «Контраст 300» (РП) (соответствует вершине 3), исполнительный механизм МЭ040 (ИУ) (соответствует вершине 4), термоэлектрические преобразователи ТХК 9414 (ИП1, ИГО) (соответствуют верпшнам 1, 2). В ходе синтеза схемных описаний технического обеспечения на основе продукций (6), (7) и (8) происходит установка дополнительных элементов (нормирующих преобразователей, соответствующих вершинам За, 36 графа, усилителя выходного сигнала, соответствующего вершине Зс). Вершина 5 графа соответствует источнику питания.

Исследования операций преобразования схемных описаний позволили сформулировать и доказать теорему: нуль-граф, вершины которого соответствуют вершинам таксономии элементов, является инвариантом для всех моделей технической структуры АСУТП. Действительно: если М0-М5 - модели технического обеспечения, отражающие его структуру (рис. 4), то {I, 2, 3, 4}еМ0, {1, 2, 3,4}еМь {1,2,3,4}еМ2, {1, 2, 3,4}еМ3, {1, 2, 3, 4}еМ4, {1,2, 3,4}еМ5, т.е. \/М,: {1,2, 3,4}=сопз1, ¿= 0, 1,...,5.

При необходимости установки клеммного соединителя для конструктивной совместимости происходит его добавление в перечень элементов, при этом свойства соединителя наследуют свойства клемм разъема соединяемого элемента и осуществляется учет вида сигнала в цепи.

Рассмотрение предложенных правил показывает, что они применимы в случае биекции соответствия множеств входов и выходов. В случае использования технических средств с универсальным входом нарушается инъективность соответствия. Восстановление инъективности производится посредством применения процедур настройки программно-технического средства на определенный тип входного сигнала в соответствии с шагами, определенными (4).

Шестая глава посвящена планированию, проведению и анализу результатов экспериментальных исследований, направленных на апробацию и определение степени достоверности предложенных моделей и методов.

Для проведения исследований разрабатывается архитектура и программная реализация составляющих специализированного компьютерного комплекса (СКК), обеспечивающего интеллектуализацию и автоматизацию задач построения описаний межэлементных связей при разработке функциональных и принципиальных схем подсистем технического обеспечения АСУТП. Результаты автоматического синтеза многообразия вариантов технической реализации сопоставляются с экспертными решениями. СКК является иерархической системой, рассматриваемой на нескольких уровнях.

Уровень формирования описаний технического обеспечения содержит ре-

дакторы для автоматизированного составления технических заданий, чертежей и схем, правил проверки совместимости технических элементов и их поиска в базе данных, а также модули для автоматической генерации схемных решений и проверки схемных описаний.

Уровень баз данных содержит базы: технических заданий на проектирование, типовых проектных решений, структурных схем подсистем технического обеспечения, технических элементов, правил логического вывода.

Уровень подсистем для оценки сложностей технической реализации включает три типа программных средств: для подбора вариантов и оценки сложностей при монтаже технического обеспечения АСУТП и прокладке кабельных трасс (с интерфейсом в виде 2D изображения монтажного пространства и реалистичных изображений технических средств), для выбора отдельных технических средств и схем подключения внешних устройств к ним (с интерфейсом в виде изображения технических средств на принципиальной схеме и упрощенного изображения подключаемых к ним внешних устройств), для оценки сложности процедур программирования технических средств с использованием модели (4) для работы в составе технического обеспечения (с интерфейсом в виде изображения клавиатуры и панели индикации, применяемых для настройки и программирования технического средства).

Новизна предлагаемого подхода при использовании СКК состоит в проверке соответствия требованиям заказчика (технического задания) области рабочих вариантов, отражающих многообразие автоматически полученных вариантов технической реализации межэлементных связей, отвечающих ограничениям на совместимость структурных элементов.

Программная реализация предложенных моделей, обеспечивающих интеллектуализацию и автоматизацию задач синтеза межэлементных связей выполняется на языке С++ с использованием методов объектно-ориентированного программирования, библиотеки стандартных шаблонов STL. Созданный комплекс сочетает в себе функции клиентской части системы управления реляционной базой данных, графического редактора структурных схем и клиентскую и серверную части реализации алгоритмов автоматического синтеза описаний функциональных и принципиальных схем.

Программная реализация имеет три модификации. Первая - для автоматизации и интеллектуализации прикладных задач создания схемных описаний технического обеспечения АСУТП, вторая - для автоматизации создания вариантов заданий и проверки решений. Последняя модификация является элементом технологии извлечения знаний для построения моделей технического обеспечения АСУТП. Работа СКК происходит в диалоговом режиме, точками ветвления которого являются: задание элементно-параметрического базиса, выбор варианта функциональной схемы из автоматически сгенерированного многообразия, сохранение результатов.

Экспериментальные исследования проводились по тридцати четырем вариантам элементно-параметрического базиса для семи видов обобщенных функциональных структур технического обеспечения. В ходе экспериментальных исследований в 100 % случаях компьютерная система за конечное время уста-

навливала соединения между заданными элементами и осуществляла выбор необходимых согласующих элементов из базы данных для организации межэлементных связей. Все полученные варианты при экспертной оценке отмечены как правильные и соответствующие проектным, решениям, разработанным в ходе выполнения реальных проектов. Набор полученных вариантов является основой для построения И/ИЛИ дерева (А-графа) и позволяет осуществить постановку и решение задачи выбора эффективного варианта.

Новизной при оценке вариантов схемных решений является использование программных средств второго и третьего типа, позволяющих моделировать установку связей в рамках монтажно-коммутационного пространства с использованием заданного базиса и операции программирования технических средств.

Опыт эксплуатации программных средств, входящих в состав СКК, в процессе учебного проектирования подсистем измерения и управления температуры, расхода, давления, уровня (период 2000-2007 гг.), показал, что для пятнадцати типов выделенных широко распространенных ошибок, допускаемых при проектировании технического обеспечения в результате применения СКК наряду с количественным уменьшением числа ошибок (в два раза) достигается качественный результат - резко (в четыре и более раз) снижается число проектировщиков, допустивших три и более ошибок. Программные средства являются основой компьютерных тренажеров и тренажерных комплексов, применяемых при подготовке специалистов по проектированию АСУТП.

Оценка трудозатрат на применение программной реализации предложен- ! ных моделей и методов в трех проектных организациях Тверской области показала, что при сохранении качества проектных решений на уровне экспертных время на разработку схемных описаний технического обеспечения АСУТП сокращается более чем в три раза при повышении числа рассматриваемых вариантов и анализируемых показателей более чем в два раза (рис.5). Одновременно обеспечивается снижение роли субъективных оценок при выборе множества допустимых решений за счет автоматизации разработки принципиальных электрических схем по всем вариантам, появляется возможность анализа техниче- | ских реализаций различных управляющих воздействий и усовершенствования типовых проектных решений.

1- число рассматриваемых вариантов, 2 - число анализируемых показателей, 3- сроки проектирования (дни), 4- число рас-| сматриваемых управляющих воздействий Первый столбец - без I САПР, второй столбец - с ^ САПР

оцссса проектирования технологических линий

12 3 4

Рис. 5. Диаграмма усредненных оценок для пр систем управления температурой на участках

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В ходе выполнения исследований получены результаты, обеспечивающие решение крупной научно-технической проблемы, имеющей важное значение для отечественной промышленности и хозяйства: создание теоретических основ для построения систем автоматического синтеза схем технического обеспечения АСУТП и применения методов автоматизированного проектирования при его разработке, позволяющих осуществить автоматизацию и интеллектуализацию решения задач технической реализации функциональной структуры АСУТП, а именно: для предложенной и запатентованной автором функциональной структуры системы управления непрерывной технологической линией, предназначенной для реализации как типовых законов регулирования, так и методов адаптивного управления и относящейся к широко распространенным АСУТП малой информационной мощности с радиальной организацией связей на локальном уровне, разработаны:

1. Комплекс моделей и методов, позволяющих исследовать влияние вариаций технической реализации функциональной структуры на технико-экономические показатели АСУТП на основе построения и преобразования графовых моделей функциональной структуры, отражающих процесс создания и детализации межэлементных связей при рассмотрении ограничений в виде бинарных запретов на сочетание структурных элементов технического обеспечения АСУТП.

2. Методика создания моделей знаний на базе методов интроспекции, искусственного интеллекта, инженерии знаний, предусматривающая использование в качестве эксперта компьютерной системы и включающая алгоритмы формирования и обобщения понятий; извлечения и расширения знаний; систематизацию межэлементных отношений с выделением класса композиционных отношений.

3. Модели технического обеспечения АСУТП для информационных массивов САПР в виде иерархического описания уровней: системного, подсистем, цепей, приборного с организацией межуровневых переходов на базе отношений «часть-целое», раскрытием каждого уровня с использованием отношений «род-вид», «иметь свойства», «иметь значения свойств» отличающаяся рассмотрением на системном и приборном уровнях классов свойств, характеризующих удобство проектирования АСУ'Ш и особенности прозраммирования технических средств и выражением свойств функционального назначения элементов через свойства передаваемых в цепи сигналов. Примеры моделей технических средств автоматизации в виде теоретико-множественных описаний свойств датчика температуры, клеммного соединителя, промышленного малоканального контроллера, дополненные методикой снижения размерности пространства свойств и логической системой обобщенных операций при программировании.

4. Методика автоматизированного проектирования технического обеспечения АСУТП и заложенные в ее основу: дедуктивная система для описания эвристических приемов, используемых в процессе проектирования; алгоритмы синтеза и анализа вариантов технической реализации функциональной структуры, предусматривающие поиск эффективного и корректировку типовых проектных решений на основе автоматической генерации межэлементных связей и анализа чувствительности приведенных затрат к вариациям управляющих воздействий

и обеспечивающего их реализацию технического обеспечения с учетом значений критериев управления, свойств АСУТП и ее элементов.

5. Формальная система для построения функциональных схем, модели и алгоритмы разработки и преобразования схем технического обеспечения на основе агрегативно-декомпозиционной технологии, отличающиеся использованием предложенных правил синтеза межэлементных связей, определяемых классами элементов и видами сигналов в цепи, являющихся значениями и аргументами функций элементов.

6. Архитектура, методики применения и программная реализация компьютерного комплекса, отражающие связь прикладного и представительного уровней САПР с физическим уровнем АСУТП, обеспечивающие автоматизацию и интеллектуализацию решения задач разработки схемных решений по технической реализации функциональных цепей АСУТП, являющиеся частью интерактивной среды для разработки моделей, ввода инженерных знаний и позволяющие осуществить визуализацию процедуры «анализ через синтез».

7. Алгоритм диагностики семантических ошибок на начальных стадиях проектирования, предусматривающий последовательную проверку при разработке функциональных и принципиальных схем ограничений на совместимость элементов, входящих в состав определенных контура и цегш, набор учебно-тренировочных заданий для обучения автоматизированному проектированию технического обеспечения АСУТП.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ:

в изданиях, рекомендованных в перечнях бюллетеней ВАК РФ (БВАК)

1. Ахремчик О. JI. Программная система для анализа технических решений при проектировании //Программные продукты и системы.- 2009.- №1, с. 29 - 31. (по перечню БВАК 2008 - №4, с. 51)

2. Ахремчик О. JI. Особенности моделей средств автоматизации для диагностики семантических ошибок при проектировании // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2009.- №4, с. 17-20. (по перечню БВАК 2008 - №4, с. 49)

3. Ахремчик О. Л. Модели измерительных подсистем на основе современных датчиков температуры// Датчики и системы. - 2009.- №6, с. 23-26. (по перечню БВАК 2008 -№4, с. 25)

4. Ахремчик О. Л. Описание датчиков при автоматизированном проектировании систем управления технологическими объектами // Датчики и системы. - 2009.- №4, с. 1821. (по перечню БВАК 2008 - №4, с. 25)

5. Ахремчик О. Л. Программная система функционального проектирования аппаратных комплексов АСУТП // Программные продукты и системы. - 2007. - №2, с. 39-41. (по перечню БВАК 2007- №1, с. 30)

6. Ахремчик О. Л. Исследование приборного ряда регуляторов температуры для бно-медиципских приложений// Известия Таганрогского государственного радиотехнического университета. - 2006. - № 11 (66), с. 36 - 38. (по перечню БВАК 2005- №4, с. 11)

7. Ахремчик О.Л. Представление клеммных соединителей при решении задач автоматического синтеза схем АСУТП // Автоматизация в промышленности. - 2008. - №12, с. 64 - 66. (по перечню БВАК 2008 - №4, с. 2)

8. Ахремчик О. Л. Основы технологии построения моделей объекта проектирования для дистанционного обучения// Известия Томского политехнического университета. -2007. - N 1 (Т. 310), с. 290 - 294. (по перечню БВАК 2005-№4, с. 11, принята к печати в

октябре 2006г.)

9. Ахремчик O.JI. Унификация разработки функциональных схем АСУ// Промышленные АСУ и контроллеры. - 2006. - №9, с. 9 -11. (по перечню БВАК 2005- №4, с. 17)

10. Ахремчик О. Л. Некоторые тенденции в области создании н применении промышленной автоматики II Промышленные АСУ и контроллеры. - 2006- №11, с. 4 - 7. (но перечне БВАК 2005 - №4, с. 17)

11. Ахремчик О. J1. Особенности логической структуры системы управления на базе малоканального контроллера// Промышленные АСУ и контроллеры. - 2006.- № 4, с.37 -39. (по перечню БВАК 2005- №4, с. 17)

12. Ахремчик О. Л. Модель промышленного малоканального контроллера// Промышленные АСУ и контроллеры. - 2005. - № 12, с. 51 - 54. (БВАК 2005- №4, с. 17)

13. Ахремчик О.Л., Сердобинцев С.П. Способ управления процессом дефростации мороженых пищевых продуктов. Патент России, 14 2016518// Официальный бюллетень «Изобретения. Полезные модели».- 1994.-Л» 14, с. 9. (по перечню БВАК 2002-Л»1, с. 11)

14. Ахремчик О. Л., Сердобинцев С.П. Линия для производства пресервов из разделанной рыбы. A.C. N 1824151// Официальный бюллетень «Изобретения. Полезные модели»,- 1993.-Х» 24, с. 19. (по перечню БВАК 2002-№1, с. И)

Монографии

15. Ахремчик О. Л. Эвристические приемы проектирования локальных систем автоматизации. - Тверь, издательство Тверского государственного технического университета, 2006. -160 с.

16. Филатова Н. Н., Ахремчик О. Л., Вавилова Н. И. Проектирование тренажерных комплексов для технического образования. - Тверь, издательство Тверского государственного технического университета, 2005. -160 с.

Программы для ЭВМ

17. Система проектирования функциональных схем/Филатова II. II., Бодрнн А. В., Ахремчик О. Л., Куприянов О. В. Программа для ЭВМ № 2007612724.- Зар. в реестре программ для ЭВМ 22.06.07.

18. Технические средства автоматизации/Филатова П. П., Бодрин А. В., Ахремчик О. Л., Куприянов О. В. База данных № 2007620224. - Зар. в реестре баз данных 27.06.07.

19. Филатова Н. II., Бодрина Н. П., Ахремчик О.Л. Техническая реализация схем автоматизации. Программа для ЭВМ № 2008610006,- Зар. в реестре программ для ЭВМ 9.01.08.

Публикации в других изданиях, сборниках трудов, мат ериалах конференций

20. Ахремчик О. Л. Учет свойств программируемых контроллеров при автоматизированном проектировании систем автоматизации // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2009.- №2, с. 44-48.

2 i. Ахремчик О.Л. Применение математических методов при разработке интеллектуальных САПР // Сб. трудов 22 межд. конф. "Математические методы в технике и технологиях".- Псков, 2009.- Т. 6. С.44-47.

22. Ахремчик О.Л. Снижение размерности пространства свойств промышленного контроллера // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2008.- №3, с. 42-44.

23. Ахремчик О.Л. Перспективы класса малоканальных контроллеров и развитие методов проектирования систем управления на их базе// Материалы российской конф. с межд. участием «Технические и программные средства систем управления, контроля и измерения УКИ'08». - Москва, ИПУ РАН, 2008. С. 15-17

24. Ахремчик О.Л. Основы построения интеллектуальной системы для разработки технического обеспечения АСУТП//Труды 8 межд. симпозиума «Интеллектуальные системы INTELS 2008».- М.: Русаки, 2008. С. 219-221.

25. Ахремчик О.Л. Построение моделей синтеза схемных решений по автоматизации технологических процессов И Сб. трудов 21 межд. конф. "Математические методы в технике и технологиях",- Саратов, 2008,- Т. б. С.206-208.

26. Ахремчик O.JI. Использование приборов "Термодат" для получения динамических характеристик тепловых объектов // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2007.- №2, с. 36 - 38.

27. Ахремчик О. JI. Оценка возможностей применения модификаций технических средств автоматизации при построении ЛСУТШ/ Сб. материалов 4 межд. конф. "Методы и средства управления технологическими процессами", Саранск, изд-во МордГУ, 2007.- С.163-165.

28. Ахремчик O.JI. Подход к созданию информационной базы в области технического обеспечения АСУТП II Материалы 6 научно-практ. конф. "Современные информационные технологии в науке, образовании и практике". - Оренбург, 2007. - С. 423-424.

29. Ахремчик О.Л. Формальная система для функционального проектирования технического обеспечения АСУТП// Сб. трудов 20 межд. копф. "Математические методы в технике и технологиях", Ярославль, изд-во ЯГТУ, 2007,- Т. 7. С.180-181.

30. Ахремчик О. Л., Филатова H. Н. Построение тренажерного комплекса для обучения проектированию АСУТП// Труды 22 межд. научн-техн. копф."А18'07" и "CAD07". -Москва, Физматлит, 2007. Т.1. С. 224 -228.

31. Филатова H. Н., Ахремчик О. Л., Куприянов О. В. Автоматический синтез функциональных схемII Сб. материалов ХШ мсвд. конф. KDS, Varna, Bulgary. - Sofia, FOI ITHEA, 2007. VI. P. 338-345.

32. Ахремчик О. Л. Выделение классификационных признаков данных для интеллектуальных учебных САПР// Материалы 8 Всероссийской научно-техн. конф. "Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий", Улап-Удэ, изд-во ВСГТУ, 2007. - С. 217-218.

33. Ахремчик О. Л. Интроспективная методология в парадигме извлечения специальных знаний для обучения специалистов по проектированию// Материалы межд. научно-практ. конф. «Качество образования: системы, технологии, инновации», Барнаул, изд-во АлтГТУ, 2007.-С. 169-170.

34. Ахремчик О. Л. Построение таксономии "элементы" для интеллектуальных систем автоматизированного проектирования// Сб. трудов ДХ межд. конф. "Интеллектуальные системы и компьютерные науки", Москва, изд-во мех. мат. факультета МГУ, 2006. -Т.2, Ч. 1. С. 51-53.

35. Ахремчик О. Л. Система автоматизации как составляющая машин сельскохозяйственного назначения// Сборник трудов межд. XHI научно-техн. конф. «Машиностроение и техносфера XXI века». - Донецк: ДонНТУ, 2006. Т.1. С. 55 - 58.

36. Akhrerachik О. L. Designing of the computing system for the automated control of production processes II The materials of 1ИР world conference on perspectives on soviet and russian computing, 3-7 July 2006, Russia, Petrozavodsk, 2006. - Part 1. P. 112 -115.

37. Ахремчик О. Л. Задачи перехода к формальным процедурам ири функциональном проектировании систем управления// Сб. труд. X межд. научно-практ. конф. «Системный анализ в проектировании и управлении».- С.-Петербург, изд-во политехнического университета, 2006. - С. 152 -154.

38. Ахремчик О. Л. Формирование иерархий для проектирования систем управления технологическими процессами// Сб. тез. докладов 2 межд. конф. по когнитивной науке CogSci2006.-C.-n6., С.-Петербургский гос. университет, 2006. - Т. 2. С.565-566.

39. Akhremchik О. L., Kiselev A. N., Gromilin V.A. Designing of the automated monitoring system of the electric power for a hothouse enterprise/ / Proc. of 5th international Carpatian control conference ICCC2004, Zakopane, Poland, May 25-28,2004.-V. 2. - P. 205-208.

40. Ахремчик О.Л. Выбор интерфейса физического уровня открытых систем// Сб. научных трудов "Программные и технические средства медико-биологических и технических систем". - Тверь, 1998. - С.96-98.

41. Ахремчик О. Л., Сердобинцев С. П., Семенов А. А. Автоматизация линии по производству пресервов// Рыбное хозяйство.-1992.- № 5, с. 35-37.

Подписано в печать 12.08.09 Печ.л.2,0 Заказ №86 Тираж 100 экз. Типография Тверского государственного технического университета 170026, г. Тверь, наб. Афанасия Никитина, 22

Условные обозначения и сокращения

Введение

Глава 1. Методология проектирования технического обеспечения

АСУТП

1.1. Выбор и характеристики системы управления непрерывной технологической линией по производству малосоленых продуктов как объекта проектирования

1.1.1. Описание структуры системы управления технологической линией

1.1.2. Критерии управления

1.1.3. Способы управления

1.2. Анализ процесса проектирования систем управления параметрами на участках технологической линии

1.2.1. Задачи проектирования

1.2.2. Содержание работ стадий проектирования

1.2.3. Проектные процедуры и операции

1.3. Анализ существующей методологии проектирования

1.3.1. Методология проектирования технического обеспечения АСУТП

1.3.2. Обзор систем автоматизированного проектирования АСУТП

1.4. Постановка задачи совершенствования методологии проектирования технического обеспечения АСУТП

1.4.1. Математические методы, применяемые при разработке САПР технического обеспечения АСУТП

1.4.2. Проблема и направления совершенствования методологии

1.5. Выводы

Глава 2. Концепции разработки моделей для автоматизированного проектирования технического обеспечения АСУТП 70 2.1. Модели технического обеспечения АСУТП

2.1.1. Уровни представления технического обеспечения

2.1.2. Степени неопределенности моделей

2.1.3. Множественность модельных описаний технического обеспечения

2.1.4. Модели представления знаний о техническом обеспечении в САПР

2.2. Развитие концепций разработки моделей для автоматизации проектирования технического обеспечения АСУТП

2.2.1. Концепция извлечения знаний

2.2.2. Концепция структуризации и формализации знаний

2.3. Алгоритмы извлечения знаний в области проектирования схем технического обеспечения

2.3.1. Алгоритм формирования понятий

2.3.2.Алгоритмы извлечения, обобщения и расширения знаний

2.4. Рассмотрение технического обеспечения на верхним уровне абстракции

2.4.1. Обобщение понятий

2.4.2. Систематизация отношений

2.5. Выводы

Глава 3. Модели составляющих технического обеспечения для баз данных и знаний САПР 105 3.1. Теоретико-множественное описание технического обеспечения АСУТП на системном уровне

3.1.1. Общесистемное представление ( 10.

3.1.2. Функции технического обеспечения АСУТП

3.1.3. Структура технического обеспечения АСУТП

3.1.4. Свойства технического обеспечения АСУТП 11 !3 3. 2. Подсистемы технического обеспечения АСУТП

3.2.1. Выделение подсистем

3.2.2. Представление подсистем совокупностью цепей

3.3. Модель элемента технического обеспечения 121 3.3.1 .Таксономия элементов

3.3.2. Модель элемента на основе семантической сети

3.3.3. Свойства элементов технического обеспечения АСУТП

3.4. Примеры теоретико-множественных моделей технических элементов

3.4.1. Модель датчика температуры

3.4.2. Модель промышленного малоканального контроллера

3.4.3. Модель клеммного соединителя

3.5. Выводы

Глава 4. Методика автоматизированного проектирования технического обеспечения АСУТП

4.1. Иерархическое описание процесса проектирования

4.1.1. Последовательность действий при эскизном и техническом проектировании АСУТП

4.1.2. Представление процесса проектирования дедуктивной системой

4.1.3. Положения и утверждения для построения схемных описаний 162 4.2. Методика автоматизированного проектирования технического обеспечения АСУТП

4.3. Проектирование схем технического обеспечения АСУТП

4.3.1. Граф процесса проектирования схем

4.3.2. Модели процесса проектирования функциональных схем на примере технического обеспечения АСУ участком дефростации

4.4. Диагностика семантических ошибок на начальных стадиях проектирования

4.4.1 .Классификация ошибок при проектировании схем

4.4.2. Диагностика семантических ошибок

4.5. Выбор альтернатив при проектировании технического обеспечения

4.5.1. Формирование целевой функции в задачах анализа и синтеза технической структуры 18.

4.5.2. Учет дополнительных свойств технических средств

4.6. Выводы

Глава 5. Формализация методов проектирования цепей технического обеспечения АСУТП

5.1. Задача формализации методов проектирования

5.2. Формальная система для проектирования функциональных схем технического обеспечения АСУТП

5.2.1. Представление технического обеспечения АСУТП при проектировании в виде функциональной схемы

5.2.2. Алфавит формальной системы для проектирования функциональных

5.2.3. Аксиоматика построения функциональных схем технического обеспечения АСУТП

5.2.4. Классы и примеры правил построения функциональных схем

5.2.5. Формализация правил синтеза межэлементных связей

5.3. Формализация перехода к принципиальным схемам

5.4. Алгоритмы построения функциональных и принципиальных схем технического обеспечения АСУТП в частично заданном элементно-параметрическом базисе

5.5. Выводы

Глава 6. Экспериментальные исследования программных реализаций моделей и алгоритмов для автоматизированного проектирования технического обеспечения АСУТП

6.1. Состав компьютерного комплекса для автоматического построения схемных описаний технического обеспечения АСУТП

6.1.1. Архитектура и особенности применения компьютерного комплекса

6.1.2. Формализация условий и решение задач проектирования в компьютерном комплексе

6.2. Программная реализация моделей технического обеспечения и процесса построения межэлементных связей

6.2.1. Программные средства для решения прикладных задач проектирования схемных описаний технического обеспечения АСУТП

6.2.2. Физическая структура базы данных элементов и программное обеспечение для работы с ней

6.2.3. Программная реализация генерации функциональных схем

6.3. Верификация программных средств

6.3.1. Методика работы с компьютерным комплексом при экспериментальных исследованиях

6.3.2. Планирование эксперимента

6.3.3. Синтез вариантов технической реализации функциональных цепей

6.3.4. Проверка возможности автоматического построения межэлементных связей на принципиальных схемах

6.4. Экспериментальные исследования программной реализации составляющих компьютерного комплекса

6.4.1. Апробация применения составляющих компьютерных комплексов в учебном проектировании

6.4.2. Анализ применения программных реализаций моделей и методов при проектировании систем управления тепловыми объектами

6.5. Выводы 277 Заключение 280 Библиографический список 288 Приложение 1. Промышленные контроллеры для построения систем автоматизации и программные средства для их настройки

Область и объект иссследования

Областью исследования в настоящей работе являются разработка моделей, алгоритмов и методов для синтеза и анализа проектных решений по технической реализации различных способов и алгоритмов управления непрерывными технологическими процессами.

При представлении предметных знаний в технической литературе часто используется понятие "предметная область". В области искусственного интеллекта под предметной областью понимается множество объектов, значений их характё-ристик и связывающих их отношений [93]. В соответствии со стандартами ISO/TR 9007 разработан отечественный стандарт, где вводится и определяется используемое в работе понятие "проблемная область", представляющее предметную область и совокупность решаемых в ней задач [80].

Объектом исследования в настоящей работе являются: процесс разработки схемных решений на начальных стадиях создания технического обеспечения АСУТП на базе элементов электрической ветви государственной системы приборов, техническое обеспечение АСУТП. Составляющие выделенного объекта широко применяются при реализации разнообразных способов управления технологическим процессом (техническое обеспечение) и на разных стадиях создания АСУТП (средства проектирования).

Выбор объекта исследования обусловлен тем, что в промышленных системах автоматизированного проектирования проектным является одно техническое решение и ошибки, допущенные на начальных стадиях приводят к проработке вариантов, отличающихся меньшей конкурентноспособностью и большими затратами на освоение, монтаж, эксплуатацию и утилизацию. Исправление ошибок на поздних стадиях создания АСУТП приводит к увеличению сроков проектирования и необходимости применения новых модификаций приборов электрической ветви государственной системы приборов, появившихся на рынке за время проектирования [10]. Требуются значительные затраты (в первую очередь временные) для изучения новых средств, их анализа с точки зрения возможностей применения в составе проектируемой АСУТП, внесения информации в базы данных и исследования влияния вариаций технического базиса на эффективность создаваемых систем.

Основная терминология, используемая в работе

АСУТП - автоматизированная система, предназначенная для выработки и реализации управляющих воздействий на технологическое оборудование в соот ветствии с принятым критерием управления [78].

Техническое обеспечение - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для реализации комплекса решений, обеспечивающих функционирование АСУТП [78, 174]. Техническое обеспечение являясь частью АСУТП само является сложной системой [139].

Под проектированием технического обеспечения АСУТП понимается процесс, в котором на общепринятых языках составляется набор описаний совокупности решений, необходимых и достаточных для физической реализации и эксплуатации технического обеспечения АСУТП. Под построением технического обеспечения АСУТП понимается процесс выделения элементов и свойств системы на I разных уровнях иерархической организации и абстракции описания, а также определения межэлементных отношений и принципов объединения элементов. Построение может рассматриваться как составляющая проектирования технического обеспечения, которое в свою очередь выступает в качестве составляющей процесса создания АСУТП.

Под функцией технического обеспечения АСУТП понимается совокупность операций, обеспечивающих достижение заданных целей функционирования системы [119]. Функция технического обеспечения АСУТП или его элемента - это такое их отношение с другими системами и объектами, которое определяет взаимозависимость части и целого, делает функционирование направленным и целесообразным [167]. Функция - общепринятое и краткое описание на естественном языке назначения объекта или цели его создания [131].

Под структурой технического обеспечения АСУТП при его анализе и синтезе понимается совокупность и характер связей и отношений элементов в системе [119]. С точки зрения методов и средств автоматизированного проектирования определение структуры схожее: совокупность устойчивых отношений между ее частями [167].

История развития и современное состояние области исследования

В середине 20-го века были заложены основы построения систем для моделирования и синтеза структурных схем с использованием аппарата передаточных функций. При этом средства САПР ориентировались на выполнение инженерных расчетов с использованием методов, предложных Айзерманом М. А., Бесекерским В. JL, Вороновым А. А., Солодовниковым В. В. и др., усовершенствованных и развитых в работах Цыпкина Я. 3., Кузина JI.T., Поспелова Г. С. и др. В то же время работы Емельянова С. В. , Бусленко Н. П., Коваленко И. Н. и др. показали возможности решения задач синтеза технических систем на основе системного подхода и методов дискретной математики.

По мнению американских ученых, исследование методологии проектирования АСУТП охватывает проблематику процесса проектирования, частных методов проектирования, взаимосвязи концепций и проектных решений, оценки и выбора решений, элементов для построения систем управления и межэлементных отношений, теории систем [187].

Научное исследование выделенной проблематики сводится к выявлению, изучению и совершенствованию существенных для проблемной области аспектов мышления проектировщика, способов представления объекта проектирования и методов его построения, основанных на использовании систематизаций отношений, классификаций элементов и связанных с ними обобщений [190]. Одна из первых систематизаций элементов автоматики, используемых при построение технических систем управления с точки зрения выполняемых функциональных задач проведена Колосовым С. П. (1958) [104] и развита членом-корреспондентом АН СССР Сотсковым Б. С. (1965) [150]. Данная систематизация не позволяет охватить всю совокупность современных элементов технического обеспечения и требует введения подклассов. Классификация элементов по Иващенко Н. Н. ориентирована на язык структурных схем и не может использоваться в процедурах синтеза технической структуры [90]. В классификации элементов Яковлева В. Б. кроме функционального назначения выделены принципы агрегатного построения и совместимости [4]. Однако принцип совместимости детально не рассматривается на разных иерархических уровнях описания АСУТП, что в современных условиям наличия параметрических рядов многофункциональных технических средств (марки: Овен, Термодат, Метран, Siemens, Omron и т.д.) не позволяет эффективно решать задачи выбора и сочетания разнообразных технических средств без итерационной проверки ограничений на непосредственную совместимость.

Задачи согласования взаимодействия функциональных элементов при построении межэлементных связей в системе управления рассматривались как задачи обеспечения совместимости по форме энергии и величине мощности на выходах и входах соединяемых элементов [104]. Проводимые в середине двадцатого века исследования в области технической кибернетики показали, что для действия технической системы сигналы на входах и выходах функциональных элементов должны удовлетворять требованиям изоморфизма, быть достаточными по мощности и информации [125].

В середине 70-х годов 20-го века, при установлении связей для средств автоматизации электрической ветви ГСП в техническом обеспечении АСУТП химической промышленности анализировались параметры электрических сигналов, коды, форматы сообщений, процедуры обмена сигналами и конструктивное исполнение для организации взаимодействия элементов [158]. Применение указанных показателей в ходе создания технического обеспечения АСУТП согласуется с принципами совместимости, используемыми при синтезе физических принципов действия технических устройств, построении РЭА, создании технологических комплексов в машиностроении [131, 112, 167].

Систематизация межэлементных отношений, предложенная Поспеловым Д. А. [133], не была направлена на формализацию эвристических приемов, что не позволяло обеспечить автоматизацию проектных процедур при разработке технического обеспечения АСУТП и его схемных описаний.

Использование кусочно-линейных агрегатов (Бусленко Н. П., Коваленко И. Н.) было ориентировано на исследование динамики поведения и событийно-вероятностного подхода к установлению связей в системе управления без рассмотрения технической реализации моделей [155, 70].

Методологические основы постановки и решения задач автоматизированного синтеза структур технических систем заложены в работах института проблем управления АН РФ (Цвиркун А. Д., Мамиконов А. Г., Кульба В. В.) и состоят в представлении системы в виде совокупности взаимосвязанных элементов различных уровней детализации. Построение системы включает последовательную декомпозицию целей, функций и задач, реализуемых системой, а также агрегирование элементов на соответствующем уровне детализации для генерирования вариантов построения системы [170]. На основе агрегативно-декомпозиционной технологии появилась возможность автоматического синтеза монтажных схем технического обеспечения АСУТП по принципиальной электрической (Салин А. Г., Целищев Е. С., Никольский Н. В.) [171]. Однако синтез принципиальных электрических схем и программных конфигураций взаимосвязи входов-выходов элементов осуществляется вручную.

В настоящее время проблемная область автоматизированного проектирования технического обеспечения АСУТП охватывает сектора участников многих рынков: измерительного оборудования, микроэлектронных и полупроводниковых устройств, связи и коммуникаций, программного обеспечения, технологического I оборудования, образовательных услуг, взаимное влияние которых приводит к усложнению используемых алгоритмов функционирования, простоте обслуживания аппаратного комплекса оператором и высокой размерности и сложности задач построения и сравнительного анализа схемных решений в выбранном элементно-параметрическом базисе, а также настройки технических средств для работы в составе системы [21].

В связи с большим количеством производителей и многообразием номенклатуры компонентов, используемых при построении технического обеспечения АСУТП, участием в его создании специалистов разных отраслей промышленности возникает терминологическая несовместимость понятий в исследуемой области [21]. Затраты на согласование и кодирование терминов особенно велики при переобучении специалистов, когда меняется не только термин, но и комплекс связей в сознании, теряются аналогии, подобие, связанные с ними умения и навыки в определении [142]. Базовой составляющей, закладывающей основу терминологической совместимости, является применение на начальных стадиях проектирования технического обеспечения компьютерных комплексов (КК) и интерактивных сред нового поколения [171], обеспечивающих снижение неопределенности задач [41]. В основу функционирования КК закладывается система понятий, которая отличается высоким уровнем иерархичности, абстрактности и взаимосвязи [26].

Внедрение сетевых технологий при построении систем управления технологическим оборудованием позволяет рассматривать техническое обеспечение АСУТП как территориально распределенное программируемое оборудование, соединенное каналами связи [21]. При этом не все производители устройств промышленной автоматики следуют принципам открытых систем, что затрудняет межприборный обмен на физическом уровне взаимодействия при комплектации технологического оборудования техническими средствами автоматизации разных производителей.

Противоречия и недостатки объекта исследования К противоречиям в рассматриваемой области относятся: изменение свойств программно-технических средств обуславливает необходимость постоянной модернизации типовых решений по автоматизации технологических объектов определенного класса, сама же модернизация производится темпами, приводящими к отставанию возможностей проектных решений от принципиально достижимых, время жизни обновления составляющих АСУТП программно-технических средств становится соизмеримым со временем проектирования, большая номенклатура технических элементов АСУТП соответствует небольшому количеству функциональных элементов, возрастает число степеней свободы при выборе управляющих воздействий и их технических реализаций за счет возможностей систем автоматизированного проектирования (САПР) по моделированию динамики системы управления, роста информационных массивов баз данных (БД), автоматизированного поиска в БД и сохраняется значительное количество эвристических приемов при разработке принципиальных электрических схем и выборе технической реализации АСУТП, методология построения САПР технического обеспечения АСУТП направлена на их использование как CAD (control aided design) систем для автоматизации процесса разработки и выпуска технической документации, что позволяет снизить число ошибок, связанных с маркировкой и нумерацией элементов в схемных описаниях при отсутствии диагностики семантических ошибок, связанных с определением назначения устройства, его входов-выходов и возможных связей в составе технического обеспечения, в то время как в других областях техники широко применяются CAE (control aided engineering) системы (например, технология и САПР «СПРУТ»), позволяющих автоматически генерировать отдельные виды проектной документации.

К недостаткам объекта относятся: отсутствуют формализованные методы проектирования, позволяющие осуществить автоматический синтез функциональной структуры в определенном элементно-параметрическом базисе и автоматический переход к принципиальной схеме. Переход от набора функций к функциональной структуре в выбранном элементно-параметрическом базисе осуществляется вручную на основе обобщенных теоретико-множественных моделей (Емельянов С. В., Гинзбург М. Д., Дубровский В. В.) [144]. В случае информационной несовместимости элементов технического обеспечения требуются выбор и разработка интерфейсного оборудования с дополнительным программным обеспечением, энергоснабжением и конструктивами для установки, осуществляемые на основе итерационного анализа результатов синтеза функциональной структуры системы управления в выбранном элементно-параметрическом базисе.

Актуальным является решение задачи синтеза многообразия межэлементных связей, позволяющих оценить возможности информационной совместимости при ориентации на типовые решения и предпочтения заказчика на основе обобщения основных свойств технических устройств определенного приборного ряда, методик их преобразования при построении схемных описаний технического обеспечения АСУТП.

С одной стороны, необходимы повышение абстракции моделей типовых проектных решений и детализация свойств, обеспечивающих установление межэлементных связей на физическом уровне, зашумленных наличием дополнительных функциональных возможностей имеющихся модификаций технических средств .с другой стороны.

Переход к принципиальным схемным решениям характеризуется утратой морфизмов в описаниях системы. Модель и описания объекта проектирования формируется в автоматизированном режиме с применением эвристических методов. Это обуславливает необходимость всестороннего и глубокого исследования иерархической организации области проектирования технического обеспечения АСУТП и принципов его построения для выделения эвристик, используемых в процессе формирования схемных решений по технической реализации функциональных цепей. Применение методов и средств автоматизированного проектирования связано с проблемой создания средств разработки систем управления на базе программируемых приборов, сочетающих теоретически обоснованную методологию проектирования и эффективную реализацию [89].

Цель диссертационной работы - совершенствование существующей методологии проектирования технического обеспечения АСУТП на основе разработки совокупности моделей, положений и методов, создающих предпосылки для автоматизации и интеллектуализации начальных стадий создания технического обеспечения АСУТП.

Для достижения цели в работе осуществлялись постановка и решение осной-ных исследовательских задач:

1) выбор и анализ объекта проектирования, анализ существующей методологии и систем автоматизированного проектирования технического обеспечения выделенных АСУТП,

2) анализ моделей технического обеспечения и моделей представления знаний в САПР, разработка методов и алгоритмов построения моделей технического обеспечения с использованием компьютерных систем, систематизация межэлементных отношений,

3) построение иерархического теоретико-множественного описания технического обеспечения для информационных массивов САПР,

4) систематизация эвристик и иерархическое представление процесса проектирования, разработка методики автоматизированного проектирования технического обеспечения АСУТП,

5) формализация эвристических приемов проектирования цепей технического обеспечения, разработка моделей и алгоритмов для автоматического построения и преобразования функциональных и принципиальных схем технического обеспечения в частично выбранном элементно-параметрическом базисе,

6) разработка архитектуры и составляющих компьютерного комплекса как представителя класса интеллектуальных систем, предназначенных для автоматизации решения задач преобразования функциональной структуры системы упрай-ления в описания схемных решений при технической реализации с использованием частично заданного элементно-параметрического базиса,

7) программная реализация концепций построения компьютерного комплекса, разработка методик работы с ним и проведение на их базе экспериментальных исследований предложенных моделей и методов при решении задач проектирования подсистем технического обеспечения АСУТП.

Методы исследования

В работе используются методы теорий: управления, множеств, графов, формальных систем, баз данных, искусственного интеллекта, а также методы инженерии знаний, системного моделирования, эвристических решений, математической статистики. Работа выполнена в рамках междисциплинарной отрасли научных знаний, охватывающей теорию проектирования, схемотехнику АСУТП и технических средств автоматизации.

Аннотация диссертационной работы по главам

В первой главе осуществляется выбор системы управления непрерывной технологической линией по производству малосоленых продуктов как объекта проектирования. Осуществляется построение функциональной структуры системы управления на основе предложенных способов и критериев управления линией и ее участками. Проводится анализ: стадий проектирования, процедур и операций, существующей методологии проектирования АСУТП и ее технического обеспечения, промышленных систем автоматизированного проектирования, математических методов, используемых при проектировании. Обсуждается постановка проблемы исследования.

Во второй главе проводится анализ: моделей технического обеспечения, моделей представления знаний в САПР. Рассматриваются геометрическая интерпретация представления знаний о техническом обеспечении и уровни представления его описаний. Производится развитие концепции извлечения, структуризации I и формализации знаний в области автоматизированного проектирования технического обеспечения АСУТП на основе алгоритмов формирования понятий, алгоритмов обобщения, извлечения и расширения знаний при использовании компьютерной системы в качестве эксперта, осуществляющего генерацию возможных вариантов технической реализации функциональной структуры. Предлагается набор задач и вопросов для ведения диалога с компьютерной системой при извлечении знаний. Рассматриваются представление технического обеспечения на верхнем уровне абстракции описания и систематизация отношений, предусматривающая выделение класса композиционных отношений и выделение характерной особенности изменения свойств составляющих композиционного отношения при изменении языка описания.

В третьей главе разрабатывается комплекс моделей технического обеспечения в виде иерархического описания уровней: системного, подсистем, цепей, приборного и параметрического. Предлагается таксономия элементов для построения баз данных и знаний САПР, осуществляющих интеллектуализацию и автоматизацию построения межэлементных связей. В качестве определяющих обобщенные понятия предлагаются свойства элементов на основе поиска минимального удаления в графовой модели элемента и результатов факторного анализа. Определяется область значений свойства «тип сигнала входа-выхода». Предлагаются шкалы для представления сигналов и описание функций элементов с применением предложенных шкал. Рассматриваются примеры моделей технических элементов для САПР технического обеспечения: датчика температуры, программируемого контроллера, клеммного соединителя.

Четвертая глава посвящается выделению, систематизации и иерархическому представлению эвристических приемов создания проектных описаний технического обеспечения. Предлагается методика автоматизированного проектирования технического обеспечения АСУТП, предусматривающая автоматический синтез схемных описаний и многостадийную диагностику семантических ошибок, учет системных свойств при анализе альтернатив. Разрабатываются модели построения схемных описаний технического обеспечения. Выделяются классы ошибок, допускаемых при проектировании схем. Предлагаются алгоритм диагностики семантических ошибок и метод управления процессом проектирования на основе сочетания структурного и параметрического управления при рассмотрении в качестве целевой функции полинома второго порядка, аргументами которого являются приведенные затраты на АСУТП и ее элементы.

Пятая глава посвящается формализации разработки схемных описаний цепей технического обеспечения. Предлагается формальная система для построения функциональных схем технического обеспечения. Разрабатывается алгоритм построения функциональных схем в частично заданном элементно-параметрическом базисе. Рассматриваются классы правил вывода для автоматического синтеза межэлементных связей и примеры правил синтеза: в измерительных цепях при различных видах сигналов; в управляющих цепях при аналоговом, релейном и импульсном сигналах; в цепях сигнализации при аналоговом, релейном и цифровом сигналах. Разрабатываются алгоритмы преобразования функциональных схем технического обеспечения в частично заданном элементно-параметрическом базисе в принципиальные электрические схемы.

Шестая глава посвящена планированию, проведению и анализу результатов экспериментальных исследований, направленных на апробацию и определение степени достоверности предложенных моделей и методов. Для проведения исследований разрабатывается архитектура и программная реализация составляющих специализированного компьютерного комплекса (КК), обеспечивающего интеллектуализацию и автоматизацию прикладных задач построения описаний межэлементных связей при разработке функциональных и принципиальных схем подсистем технического обеспечения АСУТП. Результаты автоматического синтеза многообразия вариантов технической реализации сопоставляются с экспертными решениями, полученными при выполнении реальных проектов. Обсуждаются результаты апробации и экспериментальных исследований программных реализаций компонентов САПР.

В заключении приведена общая характеристика, основные результаты работы.

На защиту выносятся:

1. Методика создания моделей знаний в области автоматизированного проектирования технического обеспечения АСУТП, основанная на применении компьютерной системы и включающая: алгоритмы обобщения понятий, извлечения и расширения знаний, систематизацию отношений рассматриваемой области с выделенным классом композиционных отношений.

2. Совокупность моделей технического обеспечения АСУТП для информационных массивов САПР в виде иерархического описания с использованием отношений «часть-целое» на уровнях: системном, подсистем, цепей и элементов и раскрытием каждого уровня на основе отношений «род-вид», «иметь свойства», «иметь значения свойств» с описанием основных функций элементов на основе предложенных шкал для представления сигналов. Модели промышленного контроллера, датчика температуры и клеммного соединителя как примеры моделей элементов.

3. Методика автоматизированного проектирования технического обеспечения I

АСУТП, основанная на: иерархии положений, обобщающей эвристические приемы проектирования; генерации многообразия вариантов технической реализации способов и алгоритмов управления; расчете оценок для всех рассматриваемых вариантов и учете дополнительных системных свойств, характеризующих особенности программирования элементов и сложность проектирования технического обеспечения.

4. Формальная система для автоматического построения функциональных схем технического обеспечения в частично заданном элементно-параметрическом базисе, правила вывода которой связаны с классами элементов и видами сигналов в цепи. Модели и алгоритмы преобразования функциональных схем технического обеспечения АСУТП в принципиальные, основанные на декомпозиции элементов до контактов разъемов, свойства которых наследуются от компонент верхних иерархических уровней.

5. Архитектура, составляющие и методики применения компьютерного комплекса, являющегося представителем нового класса компьютерных систем, ориентированных на интеллектуализацию и автоматизацию решения задач построения схемных описаний технического обеспечения АСУТП и включающего базу данных на основе многоуровневой модели технического обеспечения, базу знаний на основе правил вывода межэлементных связей, программные средства для анализа дополнительных свойств.

6.5. Выводы

Архитектура компьютерного комплекса, обеспечивающего интеллектуализацию и автоматизацию операций начальных стадий создания технического обеспечения АСУТП включает четыре уровня: взаимодействия проектировщика с комплексом, формирования описаний технического обеспечения, баз данных, оценки сложности технической реализации. Последний уровень включает программные средства трех типов: для подбора вариантов и оценки сложности монтажа технического обеспечения и прокладки кабельных трасс; для выбора отдельных технических средств и схем подключения внешних устройств к ним; для оценки сложности процедур программирования технических средств.

Входным набором данных для программных средств первого типа являются множества технико-экономических характеристик и функций цепей, которые преобразуются во множество входов-выходов элементов. Критерий принадлежности ситуации к базовой в процессе работы выбирается индивидуально на основе анализа полученных решений. Для одного объекта проектирования, отражаемого при программной реализации, создается множество интерпретаций, для представления которых вводится десять видов образов, как простых, так и комбинированных.

Модули, соответствующие предложенной архитектуре компьютерного комплекса, объединены в комплекс приложений, работающих с реляционной базой под управлением системы управления базой данных PostgreSQL. Программная реализация предусматривает: ведение баз данных, построение структурных и функциональных схем, запуск процедур автоматического синтеза схемных решений в заданном техническом базисе, просмотр допустимых и недопустимых вариантов с точки зрения ограничений в виде запретов на совместимость элементов.

Заполнение БД осуществляется на основе анализа сигналов на входах и выходах технических элементов. Пользователь, ведущий базу данных элементов, имеет возможность самостоятельно определять список операндов, а также составлять из них функции преобразования сигналов и назначать их элементам. Для автоматической генерации межэлементных связей необходимо при заполнении БД ввести информацию о назначении контактов разъемов. Генератор схем технической реализации выполнен в виде отдельного модуля, предназначенного для автоматического формирования межэлементных связей в цепях. Реализация алгоритма синтеза связей носит распределенный характер. Части кода, ответственные за поиск и выбор возможных вариантов подстановки элементов перенесены на сервер. Методика работы с компьютерным комплексом при построении схемных описаний ориентирована на синтез многообразия межэлементных связей при автоматическом построении описаний функциональных схем в частично заданном элементно-параметрическом базисе и преобразования их в таблицы соединений, соответствующие принципиальным схемам.

Экспериментальные исследования программных реализаций разработанных моделей и алгоритмов включают: верификацию ЮС в лаборатории, апробацию программных средств в ходе учебного проектирования в ряде ВУЗов РФ, валида-цию программных средств в ходе реального проектирования подсистем систем управления в проектных организациях.

План эксперимента при верификации программных средств включает пятьдесят восемь вариантов для синтеза цепей функциональной структуры при задании семи вариантов построения функциональных цепей и двух вариантов технической реализации каждого функционального элемента. Полученные результаты в процессе разработки схемных решений по данным вариантам показали, что применение САПР, построенной на основе предложенных моделей и алгоритмов позволяет осуществить рассмотрение большего количества вариантов за время в 3-7 раз меньшее чем при традиционной методологии проектирования технического обеспечения. При этом экспертные решения рассматриваются как составляющие множества Парето и входят в состав множества автоматически сгенерированных вариантов технической реализации функциональных цепей. Принципиальные схемы, разрабатываемые с использованием программных средств первого типа отвечают требованиям ограничений на информационную и конструктивную совместимость функциональных элементов при их технической реализации.

Главными особенностями методики обучения проектированию технического обеспечения АСУТП на основе КК являются: взаимосвязь проектных решений и результатов выполнения учебно-тренировочных заданий; построение сценариев обучения проектированию на основе модели структурных преобразований описаний технического обеспечения.

Новизна предлагаемого подхода при использовании КК состоит в проверке области рабочих вариантов, сохраняемых несколько раз в течение сеанса обучения. КК является средством мониторинга процесса обучения, предоставляющим информацию для изменения образовательной траектории. Предложенная архитектура ЮС для целей учебного проектирования дополняется модулем учебно-тренировочных заданий.

Работа с программными средствами второго и третьего типа— это работа в интерактивной среде образов, понятных специалисту и являющихся изображениями технических средств автоматизации. Предметная модель, имеет составляющую, воспроизводящую графические и мультимедиа образы и определяющую вид сцены и задачную ситуацию, и составляющую, выступающую в качестве интерпретатора ситуаций.

Для целей учебного проектирования с применением САПР выделяются четыре типа заданий: составление и анализ текстовых описаний, построение и преобразование функциональной модели, построение на базе функциональных моделей систем более высокого уровня иерархии с представлением их в виде схемных описаний, построение алгоритмических моделей и их реализация с помощью языков программирования программно-технического средства. Применение САПР при учебном проектировании позволило перейти на новый качественный уровень решения учебных задач, выражающийся в возможности провести анализ и выбор альтернатив технической реализации, а не только в проведении расчетов.

280

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения исследований получены результаты, обеспечивающие решение крупной научно-технической проблемы, имеющей важное значение для отечественной промышленности и хозяйства: создание теоретических основ для построения систем автоматического синтеза схем технического обеспечения АСУТП и применения методов автоматизированного проектирования при его разработке, позволяющих осуществить автоматизацию и интеллектуализацию решения задач технической реализации функциональной структуры АСУТП, а именно: для предложенной и запатентованной автором функциональной структуры системы управления непрерывной технологической линией, предназначенной для реализации как типовых законов регулирования, так и методов адаптивного управления и относящейся к широко распространенным АСУТП малой информационной мощности с радиальной организацией связей на локальном уровне, разработаны:

1. Комплекс моделей и методов, позволяющих исследовать влияние вариаций технической реализации функциональной структуры на технико-экономические показатели АСУТП на основе построения и преобразования графовых моделей функциональной структуры, отражающих процесс создания и детализации межэлементных связей при рассмотрении ограничений в виде бинарных запретов на сочетание структурных элементов технического обеспечения АСУТП.

2. Методика создания моделей знаний на базе методов интроспекции, искусственного интеллекта, инженерии знаний, предусматривающая использование в качестве эксперта компьютерной системы и включающая алгоритмы формирования и обобщения понятий; извлечения и расширения знаний; систематизацию межэлементных отношений с выделением класса композиционных отношений.

3. Модели технического обеспечения АСУТП для информационных массивов САПР в виде иерархического описания уровней: системного, подсистем, цепей, приборного с организацией межуровневых переходов на базе отношений «часть-целое», раскрытием каждого уровня с использованием отношений «род-вид», «иметь свойства», «иметь значения свойств» отличающаяся рассмотрением на системном и приборном уровнях классов свойств, характеризующих удобство проектирования АСУТП и особенности программирования технических средств и выражением свойств функционального назначения элементов через свойства передаваемых в цепи сигналов. Примеры моделей технических средств автоматизации в виде теоретико-множественных описаний свойств датчика температуры, клеммного соединителя, промышленного малоканального контроллера, дополненные методикой снижения размерности пространства свойств и логической системой обобщенных операций при программировании.

4. Методика автоматизированного проектирования технического обеспечения АСУТП и заложенные в ее основу: дедуктивная система для описания эвристических приемов, используемых в процессе проектирования; алгоритмы синтеза и анализа вариантов технической реализации функциональной структуры, предусматривающие поиск эффективного и корректировку типовых проектных решений на основе автоматической генерации межэлементных связей и анализа чувствительности приведенных затрат к вариациям управляющих воздействий и обеспечивающего их реализацию технического обеспечения с учетом значений критериев управления, свойств АСУТП и ее элементов.

5. Формальная система для построения функциональных схем, модели и алгоритмы разработки и преобразования схем технического обеспечения на основе аг-регативно-декомпозиционной технологии, отличающиеся использованием предложенных правил синтеза межэлементных связей, определяемых классами элементов и видами сигналов в цепи, являющихся значениями и аргументами функций элементов.

6. Архитектура, методики применения и программная реализация компьютерного комплекса отражающие связь прикладного и представительного уровней САПР с физическим уровнем АСУТП, обеспечивающие автоматизацию и интеллектуализацию решения задач разработки схемных решений по технической реализации функциональных цепей АСУТП, являющиеся частью интерактивной среды для разработки моделей, ввода инженерных знаний и позволяющие осуществить визуализацию процедуры «анализ через синтез».

7. Алгоритм диагностики семантических ошибок на начальных стадиях проектирования, предусматривающий последовательную проверку при разработке функциональных и принципиальных схем ограничений на совместимость элементов, входящих в состав определенных контура и цепи, набор учебно-тренировочных заданий для обучения автоматизированному проектированию технического обеспечения АСУТП.

При выполнении исследований и подготовке диссертационной работы осуществлено совершенствование существующей методологии построения и проектирования технического обеспечения АСУТП, которое заключается в разработке взаимосвязанной совокупности: моделей и методики проектирования технического обеспечения АСУТП, отражающих переход от функциональной структуры к структуре технического обеспечения, реализуемой в частично заданном элементно-параметрическом базисе и переход от функциональных к принципиальным схемам, моделей и положений, раскрывающих во взаимосвязи элементы, отношения и соответствующие им понятия на различных уровнях иерархического описания технического обеспечения автоматизированных систем, реализующих разные способы управления, методик построения моделей технического обеспечения и процесса его проектирования, предусматривающих последовательную концептуализацию, структурирование и формализацию знаний с использованием систем нового класса, информационная база которых является частью проблемной области, методик использования компонентов программной реализации представленной совокупности моделей и методов.

Научная новизна теоретических положений и результатов экспериментальных исследований, полученных автором. В настоящей работе:

1. Для предложенной и запатентованной автором функциональной структуры системы управления непрерывной технологической линией осуществлена интерпретация задачи синтеза технической структуры АСУТП в виде построения и преобразования графовых моделей функциональной структуры в выбранном базисе, отражающих процесс создания и детализации межэлементных связей при рассмотрении ограничений в виде бинарных запретов на сочетание структурных элементов технического обеспечения АСУТП на разных уровнях иерархического описания.

2. Развита концепция извлечения, структуризации и формализации знаний в области автоматизированного проектирования технического обеспечения АСУТП на основе предложенных: методики создания моделей знаний, предусматривающей использование в качестве эксперта компьютерной системы, осуществляющей синтез вариантов технической структуры; систематизации межэлементных отношений с выделением класса композиционных отношений, характеризующегося вариацией свойств при изменении формы представления проектных описаний.

3. Предложен комплекс моделей технического обеспечения для информационных массивов САПР в виде иерархического описания уровней: системного, подсистем, цепей, приборного с организацией межуровневых переходов на базе отношений «часть-целое» », раскрытием каждого уровня с использованием отношений «род-вид», «иметь свойства», «иметь значения свойств» с введением на системном и приборном уровнях классов свойств, характеризующих удобство проектирования АСУТП, особенности программирования технических средств и выражением функций элементов через свойства передаваемых в цепи сигналов.

4. Разработаны модели технических средств автоматизации, включающие: теоретико-множественное описание свойств, методику снижения размерности пространства свойств на основе статистических методов, логическую систему обобщенных операций при программировании, объектно-ориентированное описание взаимосвязей входов-выходов, определяемое функциональным назначением проектируемой системы, и построенные на их базе интерактивные средства для изучения процедур программирования средств автоматизации.

5. Предложена методика автоматизированного проектирования технического обеспечения, новизна которой заключается в систематизации и формализации эвристических приемов создания проектных описаний технического обеспечения; автоматической генерации вариантов технической реализации различных управляющих воздействий на основе введенных классов правил разработки функциональных схем в частично заданном элементно-параметрическом базисе и модели разработки принципиальных схем; анализе вариаций приведенных затрат на основе принципиальных схем по всем вариантам с учетом критериев управления, свойств АСУТП и ее элементов.

6. Разработаны формальная система для построения функциональных схем, модели и алгоритмы преобразования схем технического обеспечения на основе аг-регативно-декомпозиционной технологии, отличающиеся использованием предложенных правил синтеза межэлементных связей, определяемых классами элементов и видами сигналов в цепи, являющихся значениями и аргументами функций элементов.

7. Предложены архитектура, методики применения и программная реализация компьютерного комплекса, отражающие связь прикладного и представительного уровней САПР с физическим уровнем АСУТП и обеспечивающие автоматизацию и интеллектуализацию решения задач разработки схемных решений по технической реализации функциональных цепей АСУТП, выражающихся в автоматическом построении описаний технического обеспечения, в явном виде не содержащихся в системе.

Полученные технические решения и их программная реализации защищены двумя патентами РФ и тремя свидетельствами на программы для ЭВМ.

Достоверность полученных результатов подтверждается экспериментальными исследованиями на действующих прототипах компьютерной системы при использовании в ведущих организациях по проектированию и наладке систем управления (ООО «Интерпромавтоматика», ОАО «ПКБ системы автоматизации», ОАО «Ред-кинское ОКБА»), доказывающими: сходимость процесса автоматического синтеза описаний межэлементных связей в частично заданном элементно-параметрическом базисе (соответствующих функциональным и принципиальным схемам), существование интерпретации формальной системы для проектирования функциональных схем технического обеспечения АСУТП и эффективности алгоритмов перехода к принципиальным схемам. Результаты автоматического синтеза межэлементных связей схемных описаний технического обеспечения полностью согласуются с экспертными решениями.

Практическая ценность работы заключается в повышении эффективности человеко-машинных систем при проектировании технического обеспечения АСУТП, выражающейся в автоматизации процессов синтеза межэлементных связей и информационной поддержке процессов принятия решений при выборе вариантов. В ходе выполнения исследований:

1. Доказана возможность снижения времени поиска множества допустимых решений при повышении числа учитываемых показателей на базе применения систем автоматизации синтеза межэлементных связей и программных средств для оценки вариантов технической реализации с учетом системных свойств, а также осуществлено снижение роли субъективных оценок при проектировании, выражающееся в использовании набора схем для всех оцениваемых вариантов.

2. Сформированы концептуальная схема и информационная база, зарегистрированные в едином реестре баз данных РФ и используемые при автоматическом синтезе схемных описаний технического обеспечения АСУТП, показано, что продукционные правила, использующие данную базу обеспечивают генерацию вариантов связей при организации взаимодействия элементов на физическом уровне, превышающую возможности опытного специалиста.

3. Разработаны интерактивные средства в виде мультимедийных программных приложений, позволяющие использовать знания непрограммирующего специалиста как инструмент при разработке моделей инженерных знаний. Предложена и апробирована методика извлечения экспертных знаний в области проектирования технического обеспечения АСУТП с применением компьютерной системы и набор вопросов для диалога при извлечении знаний и построении моделей.

4. Разработаны алгоритм диагностики семантических ошибок на начальных стадиях проектирования технического обеспечения и набор учебно-тренировочных заданий для обучения начальным стадиям проектирования технического обеспечения АСУТП.

5. Сформирован набор эвристик, используемых на начальных стадиях проектирования технического обеспечения АСУТП, представлены теоретически и практически обоснованные формализованные операции и процедуры, позволяющие автоматически получать проектные описания схемных решений по технической реализации функциональных цепей.

6. Предложено разработку проектных описаний технического обеспечения осуществлять начиная со стадии исследования объекта управления при использовании расширенного набора функций программируемых приборов.

7. Представлены примеры моделей для создания БД САПР, включающие: развернутое описание свойств программируемого контроллера и методику получения обобщенных факторов, определяющих наиболее значимые свойства, по которым осуществляется выбор подкласса и модификации прибора.

8. Доказаны существование интерпретации предложенной формальной системы для автоматического построения функциональных схем в частично заданном элементном базисе на булеане предложенной таксономии элементов и истинность формул в данной интерпретации.

9. Разработаны и переданы в эксплуатацию действующие прототипы компьютерных комплексов, обеспечивающих интеллектуализацию и автоматизацию прикладных задач построения и преобразования схемных решений по технической реализации измерительных и управляющих цепей технического обеспечения с аналоговыми и импульсными сигналами.

Апробация работы. Результаты работ докладывались и обсуждались на: международных научно-практических и научно-технических конференциях: "Математические методы в интеллектуальных информационных системах" (г. Смоленск, 2002), "IEEE international conference on advanced learning technologies" (r. Казань, 2002), 2-ой и 4-ой "Дистанционное обучение - образовательная среда XXI века" (г. Минск, 2002, г. Тверь, 2004), «Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании» (г. Тверь, 2002), «Актуальные проблемы науки и образования» (г. Пенза, 2003), «Information Theories and Applications» и «KDS07» (г. Варна, Болгария, 2004, 2007), 4-ой «Современные сложные системы управления CCCY-HTCS» (г. Тверь, 2004), 19-ой, 22-ой, 23-ей "AIS'04; 07; 09" (п. Дивномор-ское, 2004, 2007, 2009), 6-ой «Компьютерное моделирование 2005» (г. Санкт-Петербург, 2005), 2-ой конференции по когнитивной науке «CogSci2006» (г. Санкт-Петербург, 2006), Х-ой «Системный анализ в проектировании и управлении» (г. Санкт-Петербург, 2006), конференции федерации по обработке информации (IFIP) «Somcom2006» (г. Петрозаводск, 2006), 1-ой и 2-ой "Информационные технологии в образовании, технике и медицине" (г. Волгоград, 2006, 2009), 1Х-ой "Интеллектуальные системы и компьютерные науки" (г. Москва, 2006), «Качество образования: системы, технологии, инновации» (г. Барнаул, 2007), 9-ой , 12-ой, 20-ой, 21-ой, 22-ой "Математические методы в технике и технологиях" (гг. Тверь, 1995, Новгород, 1999, Ярославль, 2007, Саратов 2008, Псков 2009), 4-ой конференции "Методы и средства управления технологическими процессами" (г. Саранск, 2007); 8 симпозиуме «Интеллектуальные системы INTELS 2008» (г. Н. Новгород, 2008), всероссийских научно-технических и научно-методических конференциях: 1-ой "Автоматизация технологических процессов и управление производством на предприятиях пищевой промышленности" (г. Москва, 1996), 9-ой конференции по искусственному интеллекту КИИ 2004 (г. Тверь, 2004), «Повышение качества непрерывного профессионального образования» (г. Красноярск, 2006), 7-ой и 8-ой «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий» (г. Улан-Удэ, 2006, 2007), «Технические и программные средства систем управления, контроля и измерения УКИ'08» (г. Москва, 2008), региональных конференциях и семинарах (гг. Киев, Калининград, Рязань, Тверь).

Высокий научно-технический уровень разработок отмечен дипломом 2 степени международного союза машиностроителей на 13 международной конференции «Машиностроение и техносфера XXI века», (г. Донецк, Украина, 2006).

Компьютерные комплексы, реализованные на основе разработанных технологий, моделей и алгоритмов экспонировались на 4 и 5 выставках-ярмарках "Современная образовательная среда" (Москва, ВВЦ, 2002 - 2003 гг.).

Внедрение результатов. Результаты работ внедрены и используются при проектировании систем управления в проектно-наладочной организации ООО «ИнтерПромАвтоматика», конструкторском бюро ОАО «ПКБ системы автоматизации» (г. Тверь), ОАО «Редкинское ОКБА», ОАО «Востек» (приложение 5). Научные и практические результаты переданы в эксплуатацию и используются при выполнении НИР и подготовке специалистов по направлению «Автоматизация и управление» в Тверском, Кузбасском и Калининградском государственных технических университетах (приложение 5).

Апробация программной реализации совокупности предложенных моделей, методов и алгоритмов в практике реального и учебного проектирования подсистем технического обеспечения АСУТП доказывает, что их применение обеспечивает повышение эффективности, заключающееся в сокращении времени проектирования в 3-7 раз в зависимости от вида подсистем и выбранного элементно-параметрического базиса, снижении числа ошибок на начальных стадиях проектирования в 2-4 раза при повышении точности стоимостных оценок за счет расчета на основе принципиальных схем по всем рассматриваемым вариантам в ходе расширения множества допустимых решений по технической реализации различных способов и алгоритмов управления.

Оценка трудозатрат на применение программной реализации предложенных моделей и методов показала, что при сохранении качества проектных решений на уровне экспертных время на разработку схем технического обеспечения АСУТП сокращается при учете сложности монтажа, эксплуатации и настройки на основе применения интерактивных средств, позволяющих расширять базу знаний и осуществлять автоматизацию и интеллектуализацию решения задач технической реализации функциональной структуры АСУТП.

1. Автоматизация поискового конструирования/Под ред. А. И. Половинкина. -М.: Радио и связь, 1981.

2. Автоматизированное проектирование узлов и блоков РЭС средствами современных САПР / Под ред. И. Г. Мироненко. М.: Высшая школа, 2002.

3. Автоматизированное управление технологическими процессами/ Под ред. В. Б. Яковлева. Ленинград, издательство ленинградского университета, 1988.

4. Автоматизация технологических процессов пищевой промышленности Благовещенская М. М.

5. Александров К. К., Кузьмина Е. Г. Электротехнические чертежи и схемы. М.: Издательство МЭИ.- 2004.

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

7. Арсеньев Ю.Н., Журавлев В.М. Проектирование систем логического управления на микропроцессорных средствах. -М.: Высшая школа, 1991.

8. Ахремчик О. Л. Особенности моделей средств автоматизации для диагностики семантических ошибок при проектировании // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2009.- №4, с.

9. Ахремчик О.Л. Влияние обонятельных стимулов на механизмы воспроизведения энграммы//Межвузовский сборник научных трудов "Наукоемкие технологии образования", N6.-Москва-Таганрог, 2001. С.205-207.

10. Ахремчик О.Л. Выбор интерфейса физического уровня открытых систем// Сб. научных трудов "Программные и технические средства медико-биологических и технических систем". Тверь, 1998.- С.96-98.

11. Ахремчик О. Л. Исследование приборного ряда регуляторов температуры для биомедицинских приложений//Известия Таганрогского государственного радиотехнического университета. 2006. - № 11 (66), с. 36 -38.

12. Ахремчик О.Л. Использование приборов "Термодат" для получения динамических характеристик тепловых объектов // Промышленные АСУ и контроллеры. -2007.- №2, с. 36- 38.

13. Ахремчик О. Л. Модель промышленного малоканального контроллера //Промышленные АСУ и контроллеры. 2005.- № 12, с. 51 - 54.

14. Ахремчик О.Л. Некоторые тенденции в области создания и применения промышленной автоматики//Промышленные АСУ и контроллеры. 2006.-№11, с.4 - 7.

15. Ахремчик О. Л. Описание датчиков при автоматизированном проектировании систем управления технологическими объектами // Датчики и системы 2009. №

16. Ахремчик О. Л. Опыт эксплуатации стендов ЦНИИКА в практикуме по автоматизации/ Сб. тезисов докладов 9 международной конференции "Математические методы в технике и технологиях". Тверь, 1995.- Ч. 5, с.51.

17. Ахремчик О.Л. Основы технологии построения моделей объекта проектирования для дистанционного обучения/УИзвестия Томского политехнического университета. 2007. - N 1 (Т. 310), с. 290 -294.

18. Ахремчик О. Л. Особенности представления АСУТП при формировании целостного образа в процессе обучения // Материалы 13 международной конференции "Современное образование: содержание, технологии, качество". Санкт-Петербург, 2007. - Т.1, с. 159-160.

19. Ахремчик О.Л. Особенности логической структуры системы управления на базе малоканального контроллера //Промышленные АСУ и контроллеры. 2006.- № 4, с.37-39.

20. Ахремчик О.Л. Основы построения интеллектуальной системы для разработки технического обеспечения АСУТП//Труды 8 межд. симпозиума «Интеллектуальные системы ШТЕЬЗ 2008».- М.: Русаки, 2008. С. 219-221.

21. Ахремчик О.Л. Построение моделей синтеза схемных решений по автоматизации технологических процессов // Сб. трудов 21 международной конференции

22. Математические методы в технике и технологиях".- Саратов, 2008.- Т. 6. С.206-208.

23. Ахремчик О. Л. Представление клеммных соединителей при решении задач автоматического синтеза схем АСУТП // Автоматизация в промышленности. 2008. - №12, с. 64 - 66.

24. Ахремчик О. Л. Применение метода анализа иерархий при проектировании систем автоматизации//Сб. научных трудов " Компьютерные технологии в управлении, медицине, образовании ".- Тверь, 2006. С. 5 -7.

25. Ахремчик О. Л. Программная система функционального проектирования аппаратных комплексов АСУТПУ/Программные продукты и системы. 2007 . №2, с. 39-41.

26. Ахремчик О. Л. Программная система для анализа технических решений при проектировании//Программные продукты и системы. 2009 . №1 (85), с. 29 - 31.

27. Ахремчик О.Л. Роль преподавателя при разработке мультимедийных учебных пособий по специальным дисциплинам // Материалы 9 международной конференции "Современные технологии обучения". Санкт-Петербург, 2003. - Т. 1, с.232-233.

28. Ахремчик О.Л. Снижение размерности пространства свойств промышленного контроллера // Промышленные АСУ и контроллеры. 2008.- №3, с. 42-44.

29. Ахремчик О. Л. Тренажерные комплексы как составляющие инновационной деятельности в области обучения проектированию систем автоматизации// Труды 5 межд. науч. конф. «Инновации в науке и образовании 2007». Калининград, 2007.4.2., с.82-83.

30. Ахремчик O.JI. Унификация разработки функциональных схем АСУ//Промышленные АСУ и контроллеры. 2006.- №9, с. 9 - 11.

31. Ахремчик O.J1 Устройство для автоматической дезодорации помещений / Заявка на изобретение №97110352 // Изобретения. Полезные модели.- 1999.-№16. -С. 65.

32. Ахремчик О. JI. Учет свойств программируемых контроллеров при автоматизированном проектировании систем автоматизации // Промышленные АСУ и контроллеры. 2009.- №2, с. 44-48.

33. Ахремчик О. JI. Формальная система для функционального проектирования технического обеспечения АСУТП.// Сб. материалов 20 международной конференции "Математические методы в технике и технологиях".- Ярославль, 2007.- Т. 7, с. 180-181.

34. Ахремчик О. JI. Эвристические приемы проектирования локальных систем автоматизации. Тверь, Издательство Тверского государственного технического университета, 2006. - 160 с.

35. Ахремчик О. JT., Бодрин A.B. Фреймовый подход к созданию моделей систем автоматизации // Сб. научных трудов " Компьютерные технологии в управлении и диагностике ".- Тверь, 2004.-С.112-114.

36. Ахремчик О.Л., Бодрин A.B., Филатова H.H. Автоматическая генерация знаковых моделей измерительных цепей// Материалы 4 международной конференции "Современные сложные системы управления CCCy-HTCS'04 24-26мая 2004". Тверь, 2004.- С. 26-28.

37. Ахремчик О.Л., Сердобинцев С.П. Линия для производства пресервов из разделанной рыбы. A.C. N 1824151// Изобретения. Полезные модели.- 1993.-№ 24. С. 19.

38. Ахремчик О. Л., Сердобинцев С. П. Система управления линией по производству бланшированных рыбных консервов// Тез. докл. Всесоюзной конференции

39. Автоматизация технологических процессов и производств в пищевой промышленности", 9-10 октября 1989 г. М.: 1989. - С. 54.

40. Ахремчик О.Л., Сердобинцев С.П. Способ управления процессом дефростации мороженых пищевых продуктов. Патент России, N 2016518 // Изобретения. Полезные модели.- 1994.-№ 14.- С. 9.

41. Ахремчик О. Л., Сердобинцев С. П., Петелин В. П. Структура системы управления судовым бланширователем// Сб. тез. докладов 18 межвуз. научно-техн. конф. профессорско-преподавательского состава ВУЗов Минрыбхоза СССР. Калининград, 1989. - С. 252.

42. Ахремчик О. Л., Сердобинцев С. П., Семенов А. А. Автоматизация линии по производству пресервов// Рыбное хозяйство. 1992. - № 5, с. 35-37.

43. Ахремчик О.Л., Филатова Н.Н. Преобразование моделей предметной области при курсовом проектировании// Материалы 10 международной конференции "Современные технологии обучения". Санкт-Петербург, 2004. - Т. 2, с. 87 - 88.

44. Ахремчик О. Л., Филатова Н. Н. Разработка модели учебной деятельности для интеллектуальной обучающей системы// Сб. материалов международной конференции "Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании". -Тверь, 2002.-С.46-49.

45. Ахремчик О. Л., Филатова Н. Н., Вавилова Н. Н. Виртуальные тренажеры как основа интенсификации когнитивных процессов// Материалы 7 международной конференции "Современные технологии обучения". Санкт-Петербург,2001.- 4.1, с.200-202.

46. Балакирев B.C., Володин В.М., Цирлин A.M. Оптимальное управление процессами химической технологии. М.: Химия, 1978.

47. Базы данных. Интеллектуальная обработка информации/В. В. Корнеев, А. В. Гареев, С. В. Васютин, В. В. Райх. М.: Нолидж,2000.

48. Башмаков А.И., Башмаков И.А. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем. -М.: Информационно-издательский дом «Филин», 2003.

49. Безбородов В., Крючков А. САПР. Процесс или ритуал САПР и графика, №9. 1998.- С.34-37.

50. Борде Б. И. Развитие задач САПР неоднородных вычислительных систем// Материалы Всероссийской научно-метод. конф. «Повышение качества непрерывного профессионального образования», 20-22 апреля 2006 г. Красноярск, 2006. - Ч.2., с. 279 - 282.

51. Бурбаки Н. Элементы математики. Кн. 3.Общая топология. Основные структуры. М.: Наука, 1968.

52. Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1978

53. Вагин В. Н. Дедукция и обобщение в системах принятия решений. М.: Наука,

54. Гаврилова Т. А. Гепггальт принципы построения онтологий // Сб. тез. докладов 2 международной конференции по когнитивной науке CogSci 2006, 9-13 июня 2006 г. Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет, 2006.-Т. 1, с. 240-242.

55. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. -Санкт-Петербург, Питер, 2000.

56. Гаспарский В. Праксеологический анализ проектно-конструкторских разработок.-М.: Мир, 1978.

57. Гибшман Е.А. Повышение качества проектирования АСУТП // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2002. - №6, с.1 - 6.

58. Гладун В: П. Эвристический поиск в сложных средах. Киев, Наукова думка, 1977.

59. ГОСТ 17194 -76. АСУТП: Термины и определения. М.: Издательство стандартов, 1976.

60. ГОСТ 2.701-84. Схемы виды и типы. Общие требования к выполнению. М.: Издательство стандартов, 2000.

61. ГОСТ 34.320-96. Концепции и терминология для концептуальной схемы и информационной базы. М.: ИПК, издательство стандартов, 2001.

62. Девятков В. В. Системы искусственного интеллекта. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э.Баумана, 2001.

63. Деменков Н.П. SCADA-системы как инструмент проектирования АСУТП. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004.

64. Денисов А. А., Нагорный В. С. Электрогидро и электрогазодинамические устройства автоматики. Л.: Машиностроение, лен. отд., 1979.

65. Джонс Дж. Методы проектирования. -М.: Мир, 1986.

66. Дюк В.А., Самойленко А.В. Data Mining:учебный курс.Спб-Питер.- 2001.

67. Евгенев Г. Б. Системология инженерных знаний. М. Изд. МГТУ им. Баумана, 2001.

68. Евгенев Г. Б., Кобелев А. С., Кузьмин Б. В. СПРУТ-AD процесс проектирования в одной кнопке/ САПР и графика.2002 № 5. - С. 13-15.

69. Емельянов С. В. , Ларичев О. И. Многокритериальные методы принятия решений. М.: Знание, 1985.

70. Иващенко Н. Н. Автоматическое регулирование. М. Машиностроение, 1973.

71. САПР 21 века: интеллектуальная автоматизация проектирования технологических процессов/ Евгенев Г. Б., Кузьмин Б., Лебедев С., Тагиев Д. САПР и графика, N4.-2000.-С. 23-25.

72. Искусственный интеллект:В 3 кн. Кн. 1.Системы общения и экспертные системы / Под ред. Э. В. Попова. М.: Радио и связь, 1990.

73. Иркашов Ф. Л., Непогодин А. О. CADElectro. Версия 3.15: Руководство пользователя. Минск: Техникон, 2002.

74. Казанцев Ю. М. Автоматизированное проектирование электронных устройств. -Томск, изд-во ТПУ, 1999.

75. Карсаев О. В, Технология разработки элементов экспертных систем управления //Известия РАН. Техническая кибернетика, 1993. № 5, с. 120 - 125.

76. Касьянов В. Н. А. П. Ершов и графы в программировании // Материалы конференции "Развитие вычислительной техники в России и странах бывшего СССР, 3-7 июля 2006 г. Петрозаводск, 2006. 4.2, с. 35.

77. Клейменов С. А., Рябов С. Н. Принципы построения и проектирования объектов технологической подготовки автоматизированного производства.- М.: Издательство стандартов, 1988.

78. Клещев А. С.,Черняховская М. Ю. Системы представления проблемно-ориентированных знаний//Техническая кибернетика, 1982. -№ 5, с. 34 38.

79. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач. М.: Радио и связь, 1990.

80. Клыков Ю. И. Ситуационное управление большими системами. М.: Энергия, 1974.

81. Клюев А. С., Глазов Б. В., Дубровский А.Х. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. М.: Энергия, 1980.

82. Ковалевский В. Б. , Савинов К. А. Разработка прикладных систем в среде СПРУТ/ САПР и графика. 1998. -№2.- С. 42-44.

83. Колосов С. П., Калмыков И. В., Нефедова В.И. Элементы автоматики. 3-е издание М.Машиностроение, 1970.

84. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры / Под ред. В. А. Шахнова. М.: Издательство МГТУ им. Баумана, 2002.

85. Кувшинов С. В. Информационные, коммуникационные, аудиовизуальлные технологии и новая парадигма образования 21 века// Материалы 12 межд. конференции «Современные технологии обучения», Санкт-Петербург, 2006. 4.1, с.7 - 9.

86. Коршунов Ю. М. Математические основы кибернетики. М.: Энергия, 1980.

87. Кочергин В. Нераскрытая тема: схемы соединений. САПР и графика. 2008. - №6.- С. 10-11.

88. Кузин JI.T. Основы кибернетики. В 2 т. Т. 1. Математические основы кибернетики. М.: Энергоатомиздат, 1994.

89. Кузнецов О. П. Дискретная математика для инженера. Санкт-Петербург, изд-во «Лань», 2004.

90. Курейчик В. М. Математическое обеспечение конструкторского и технологического проектирования с применением САПР. М.: Радио и связь, 1990.

91. Лазарев И. А. Композиционное проектирование сложных агрегативных систем. М.: Радио и связь, 1986.

92. Мамиконов А.Г. Основы построения АСУ. В. Школа, 1981.

93. Мамиконов А. Г. Проектирование АСУ. М.: В. школа, 1987.

94. Мамиконов А. Г., Цвиркун А. Д., Кульба В. В. Автоматизация проектирования АСУ. М.: Энергоиздат, 1981.

95. Маслов А., Висков А. Комплекс для разработки и отладки проектов АСУТП// Современные технологии автоматизации, Маслов А., Висков А. Комплекс для разработки и отладки проектов АСУТП- Современные технологии автоматизации, 2001, № 3, с. 68 - 76.

96. Мееарович М., Такахара Я. Общая теория систем: Математические основы. -М.: Мир, 1978.

97. Методы анализа и синтеза структур управляющих систем/ Б. Г. Волик, Б. Б. Буянов, Н. В. Лубков и др.; Под ред. Б. Г. Волика. М.: Энергоатомиздат, 1988.

98. Микони С. В. Теория и практика рационального выбора. М.: Маршрут, 2004.

99. Муромцев Ю. Л., Муромцев Д. Ю., Орлова Л. П. Принятие проектных решений. Ч. 2. Тамбов, изд-во Тамбовского ГТУ, 2005.

100. Орчаков O.A., Калмыков A.A. Проектирование дистанционных курсов. -М.: Издательство МНЭПУ, 2002.

101. Осипов Г. С. Приобретение знаний интеллектуальными системами. М.: Наука. Физматлит, 1997.

102. Основы технической кибернетики. Р. А. Сапожников, Л. Н. Матвеев, Б. П. Родин, Н. А. Филадельфина, М.: В. школа, 1970.

103. Острейковский В. А. Теория систем. М.: В. школа, 1997.

104. Охтилев М. Ю., Соколов Б. В., Юсупов Р. М. Интеллектуальные технологии мониторинга и управления структурной динамикой сложных технических объектов. М.: Наука, 2006.

105. Панфилов А. Э. Обучение проектированию АСУТП на основе виртуальных комплексов// Материалы международной конференции "Информационные технологии в образовании, технике и медицине", 23 26 октября 2006 года, Волгоград, ВГТУ, 2006. С. 89-90.

106. Пащенко Ф.Ф., Чернышев K.P. Методы и системы управления и идентификации на основе баз знаний// Автоматика и телемеханика, 2000. - № 2, с. 3-22.

107. Пащенко Ф.Ф. Использование знаний о моментных характеристиках в задаче идентификации// Труды ИГГУ. Том VIII. М.: Институт проблем управленияим. В.А. Трапезникова РАН, 2000. С.82-91.

108. Половинкин А. И. Основы инженерного творчества. М.: Машиностроение, 1988.

109. Попов В.П. Основы теории цепей. М.: В. школа, 2005.

110. Поспелов Д.А. Ситуационное управление: теория и практика. М.: Наука, 1986.

111. Построение компьютерных учебно-тренировочных комплексов по эксплуатации ракетно-космической техники/Р. В. Бизяев, П. А. Иосифов, А. К. Недайвода, В. Н. Решетников, В. П. Соколов. Программные продукты и системы. 2004. -N4, с. 2-5.

112. Прангишвили И.В., Амбарцумян А.А. Основы построения АСУ сложными технологическими процессами. — М.: Энергоатомиздат, 1994.

113. Пупков К. А., Молотова А. Ю., Бакругов А. О. Автоматизация проектирования индикаторных устройств РЭА. М.: Р. и связь, 1988.

114. Растригин JI.A. Системы экстремального управления. М.: Наука, 1974.

115. Романов А. Н., Жабеев В. П. Имитаторы и тренажеры в системах отладки АСУТП.-М.: Энергоатомиздат, 1987.

116. Родионов В.Д., Терехов В.А., Яковлев В.Б. Технические средства АСУ ТП/ Под ред. В.Б.Яковлева. М.: В. школа, 1989.

117. Рябов Г. Г. Школа академика С. А. Лебедева. Первые шаги автоматизации проектирования ЭВМ // Материалы конференции "Развитие вычислительной техники в России и странах бывшего СССР, 3-7 июля 2006 г. Петрозаводск, 2006. -4.2, с. 35.

118. Саймон Г. Наука об искусственном. М. Мир, 1972.

119. Семенов В. В. Компьютерная технология обучения//Материалы международной конференции "Новые информационные технологии в университетском образовании", Новосибирск, 1995. С.42-45.

120. Система автоматизированного проектирования AutomatiCS ADT. Инструкция по проектированию систем контроля. М.: Consistent Software, 2005.

121. Системное проектирование средств автоматизации / С. В. Емельянов, H. Е. Костылева, Б. П. Матич, H. Н. Миловидов. М.: Машиностроение, 1978.

122. Система проектирования функциональных схем/Филатова H. Н., Бодрин А. В., Ахремчик О. Л., Куприянов О. В. Программа для ЭВМ № 2007612724.- Зар. вреестре программ для ЭВМ 22.06.07.

123. Скурихин В. И., Дубровский В. В., Шифрин В. Б. АСУТП: автоматизация проектирования комплекса устройств автоматики. Киев, Наукова думка, 1981.

124. Советов Б. Я., Яковлев С. А. Моделирование систем / 4 изд. М.: В. школа, 2005.

125. Соколов В. А. Автоматизация технологических процессов пищевой промышленности. М.: ВО Агропромиздат, 1991.

126. Соснин П. И. Человеко-компьютерная диалогика. Ульяновск, УлГТУ, 2001.

127. Сотсков Б. С. Основы расчета и проектирования электромеханических элементов автоматических и телемеханических устройств. М. Энергия, 1965.

128. Справочник по теории автоматического управления / под ред. A.A. Красов-ского. М.: Наука, 1987.

129. Справочник проектировщика АСУТП / Под ред. Г. Л. Смилянского. М.: Машиностроение, 1983.

130. Статические и динамические экспертные системы/ Э. В. Попов, И. Б. Фоминых, Е. Б. Киселев, М. Д. Шапот.- М.: Финансы и статистика, 1990.

131. Стефани Е. П. Основы построения АСУТП. М.: Энергоиздат, 1982.

132. Талалыкин А., Мохов И. САПР ElectriCS: опыт внедрения// САПР и графика. 2003.-№8, с. 12-14.

133. Тверской Ю.С., Таламанов С.А., Голубев А.В Освоение новой технологии АСУТП в учебно-научном процессе энергетического университета //Промышленные АСУ и контроллеры .- 2004. N 6, с. 6 -10.

134. Технические средства автоматизации/Филатова Н. Н., Бодрин А. В., Ахремчик О. Л., Куприянов О. В. База данных № 2007620224. Зар. в реестре баз данных 27.06.07.

135. Технические средства автоматизации химических производств / B.C. Балакирев, Л.А.Барский, А. В. Бугров и др. М.: Химия, 1991. *

136. Технология системного моделирования / Под ред. С. В. Емельянова. М.: Машиностроение, Берлин, Техник, 1988.

137. Федоров Ю. H. Основы построения АСУТП взрывоопасных производств. -М.: Химия, 2006.

138. Филатова H. Н. Автоматическое формирование знаний в САПР. Тверь, издательство ТГТУ, 1996.

139. Филатова H. Н., Ахремчик О. JI. Построение тренажерного комплекса для обучения проектированию АСУТП/ Сб. материалов международных научно-техн. конф. «AIS 07», «CAD07». M.: Физматлит, 2007. - Т. 1, с. 224 - 228.

140. Филатова H. Н., Ахремчик О. JL, Вавилова Н. И. Проектирование тренажерных комплексов для технического образования. Тверь, Издательство Тверского государственного технического университета, 2005.

141. Филатова H. Н., Ахремчик О. JL, Куприянов О. В. Автоматический синтез функциональных схем/ Сб. материалов XIII международной конференции KDS, Varna, Bulgary. Sofía, FOI ITHEA, 2007. VI. P. 338-345:

142. Филатова H. H., Вавилова H. И., Ахремчик О. JI. Мультимедиа тренажерные комплексы для технического образования // Образовательные технологии и общество. 2003 т. 6, N3, с. 164 - 186.

143. Цветков В. Д. Системно-структурное моделирование и автоматизация проектирования технологических процессов. Минск: Наука и техника, 1979.

144. Цвиркун А. Д. Основы синтеза структуры сложных систем. М.: Наука, 1982.

145. Цвиркун А. Д., Акинфеев В. И. Структура многоуровневых и крупномасштабных систем. -М.: Наука, 1993.

146. Целищев Е. С., Салин А. Г., Никольский Н. В. Интеллектуальная технология автоматизированного проектирования систем контроля и управления// Управляющие системы и машины. 1998. - N 6, с. 27-35.

147. Целищев Е. С., Салин А. Г., Никольский Н. В. Использование агрегативно-декомпозиционной технологии при проектировании систем контроля и управле-ния//Управляющие системы и машины. 1999. - N 5, с. 92-95.

148. Черткова Е.А. Разработка мультимедийного образовательного программного комплекса // Сборник научных статей профессорско-преподавательского состава ВГНА МНС России. М., ВГНА МНС России, 2003.

149. Шалыто A.A. Логическое управление. Методы аппаратной и программнойреализации алгоритмов. СПб.: Наука, 2000.

150. Шапиро Ю. 3. АСУ химическими производствами. Унифицированные решения. М.: Химия. - 1983.

151. Швецов А. Н., Яковлев С. А. Распределенные интеллектуальные информационные системы. Санкт-Петербург, изд-во СП6ГЭТУ"ЛЭТИ", 2003.

152. Шенк Р. Обработка концептуальной информации. М.: Энергия, 1980.

153. Эшби У. Р. Схема усилителя мыслительных способностей. В кн.: «Автоматы». Пер. с англ. М.:ИЛ, 1956.

154. Шидловский С. В. Автоматическое управление. Перестраиваемые структуры. Томск, Томский государственный университет, 2006.

155. Якимов В. Н., Дьяконов Г. Н., Машнов А. В. Формирование онтологии предметной области на основе анализа NFL континуума/Информационные технологии. -2006, ,N3, с. 36-39.

156. Akhremchik O.L., Serdobinzev S.P. Control of lihtsalt product refrigera-tion//Papers of international conference of the international institute of refrigeration,1. Gdansk, Poland, 1994.

157. Bartee E. M. Engineering experimental design fundamentals. Englewood Cliffs, New Jersey, 1968, Prentice-Hall.

158. Gavrilova T., Puuronen S. Ontologie for computer science research // Proc. of IX international1 conference "Intellectual systems and computer science", 23-27th of October, MSU, Moscow, 2006, vol.2, p. 1, p. 6 -16.

159. Genesereth M.R., Fikes R.E.'Knowledge intercharge format, version 3.0 reference manual. //Technical Report Logic 92-1, Computer Science Department, Stanford University, June 1991.

160. Gregori S. A. Design science. The design method. London, Butterworths, 1966.

161. Guarino N. Formal ontology and Information systems// Proc. of international conference on Formal Ontology in Inf. Sys., Trento, Italy, June 6-8, 1998.

162. Heijst G., Schreiber A., Wielinga B. Using explicit ontologies in KBS development// International Journal of Human-Computer Studies, 1997, vol. 46, p. 183-292.

163. Koller R. Konstructionmethode fur den Mashinen bekate und Apparateban.- Berlin-Heidelberg-New York, 1976.

164. Lippert R. C., Finley F. Student's refinement of knowledge during the development of knowledge for expert systems//Annual meeting of the national assotiation for research in science teaching, ERIC document, No. ED 293872.

165. Martin J. Rapid application development. Macmillian publishing company, New York, 1991.

166. Nevins J.L., Whithey D.E. Concurrent Design of Products and Processes. New York, McGraw-Hill, 1989;

167. Nielsen J., Mack R. L. Usability Inspection Methods, New York, John Wiley & Sons, 1994.

168. Simulation and model-based methodologies: an integrative view/Ed by T. I. Oren, B. P. Zeigler, M. S. Elzas: NATO Series (F), Vol. 10. Berlin-Heidelberg-New York, Springner-Verlag, 1984.

169. Wielinga B., Schreiber A.T., Jansweijer W., etc. Framework and formalism for expressing ontologies (version 1). Amsterdam, Free University of Amsterdam, 1994.