автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Модели представления знаний и методы принятия решения при автоматизированным проектировании технологических процессов механообработки

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТЛ ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ

На правах рукописи УДК 519.68: 681. 3:658. 512

1ЮЖАРОЕД НАТАЛЬЯ СЕРГЕЕВНА "

ЮДЕМ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗНАМЯ И МЕТОДЫ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МЕХАНООБРАБОТКИ

Специальность Сб. 13.12. - Системы автоматизации

прооктироваякя

Л с У О ? Н О 3 -? А 7 диссертации на сокскакие ученой степени чаняихата технических наук

й О С л ~ А -

1.992

Работа выполнена в Институте проблем управления

Каучвый руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая органигация:

доктор технических наук, .профессор В. И ¿згяткэв доктор технических наук, профессор Г. П. Тетерин кандидат технических наук -Т II йкуллч

нпо плт (г. лэра)

.зрдага диссертация состоится сМУшуъл 19дЗг. б -41/ часов ш заседании Специализированного совити ЬООИ. С8.01. ' Института проблем упражнения по адресу;

117806, 1ЮСКЗА, ум. Профсоюзам, 65. .

74/

С диссертацией юхю ознакоитсл V б.юлттегл лтт'.ттута проблем управхеюш.

Автореферат разослан ''

Учений секретарь Специализированного совета^-"^ к. т. н.

:2_£55кко §. й.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Интенсивное развитие машиностроения предполагает активное внедрение и использование^ систем автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП). Научные аспекты разработки САПР ТП получили широкое и многостороннее исследование. Фундаментальные исследования в этой области проводились Горанскиы Г. К., Павловым В. В. , Цветковым В. Д., Капустиным а М. , Митрофановым С. Д и др.. Имеющийся научный задел, несмотря на полученные теоретические и прикладные результаты, неполностью удовлетворяет требованиям практики. Основной причиной этого является ориентация на расчетные модели, которые в дальнейшем будем называть жесткими. Эти модели, будучи удобными для вычислений, тем не менее являются приближенными и не учитывают многих факторов, определяющих объект или процесс, что в результате сказывается на качестве проектного решения. Кроме того, 'лесткие модели ограничивают возможность адаптации САПР ТП к различного рода изменениям поддер.таваемой технологии. Использование жестстх моделей в САПР ТП объясняется отсутствием развитых средств формализации эвристических приемов и методов проектирования. Исследования последних лет показали перспективность привлечения методов искусственного интеллекта для решения задач формализации эвристических приемов и методов проектирования и соответственно построения САПР ?П по типу экспертной (ЭСАПР ТП). В настоящее время практические успехи экспертных систем технологического назначения налицо. Они позволяют при проектировании решать задачи в условиях отсутствия четкого алгоритма решенйя и при этом получать результаты, сравнимые, а иногда и превосходящие те, которые может получать специалист. Но в своем большинстве ЭСАПР ТП обладают такими недостатками, как узкая- проблемная ориентация на конкретный технологический процесс, отсутствие связи медду различным типами знаний, отсутствие удобных для пользователя языков представления знаний и ряд других. Наиболее актуальными исследованиями в области развития современных ЭСАПР ТП являются исследования направленные на разработку такого интеллектуального интерфейса системы, методов представления знаний, объяснения рассуждений системы н механизмов вывода, которые обеспечили бы устранение указанных недостатков.

Следует отметить, что перспективным в разработке названных средств, является подход при котором эти средства в совокупности могли бы составить инструментальную экспертную систем.

Цель исследования - разработка средств, обеспечивакщих совхжстное представление различных типов знаний г области проектирования технологических процессов механообработки и их интерпретацию, а такзке удобного для пользователя языка представления технологических знаний, с тем чтооы иметь возможность построения на их основе инструментальной ЭСЛПР "ГЦ, генерирующей специадиоировшпше САПР ТП, поскольку именно они зарекомендовали себя как наиболее эффективные при эксплуатации в производственных условиях.

Методы исследования. В диссертации испольвоваиы метода системного анализа, логики к лингвистики, математического ш-делированин, исследования операций, автоматизированного проектирования технологических процессов, теории искусственного интеллекта, алемзнты "теории управления к формальных языков.

Научная новизна. В диссертации получены следующие научные результаты :

- на основе логических схем алгоритмов разработана новая модель представления аканий в области проектирования технологических процессов, позволяющая формализовать различные типы знаний зтеперта о технологии, соответетвуоцнх количественным и качественным соотношениям медду технологическими объектами к их характеристиками в виде некоторых утверждений и/или процедур над ним*!;

- разработан новый метод принятия решения на базе предложенной модели к ка его основе разработан интерпретатор знаний, обеспечивающей возможность автоматизированного синтеза алгоритмов проектирования конкретного технологического процесса и автоьга-тизкрованкого управления проектированием ка базе зтих алгоритмов специализированной САПР ТП с определенным!! заданным* свойствами;

- выбран к адаптирован для области проектирования технологических процессов язьк представления знаний (ЯИЗ);

- разработана методология построения инструментальной ЗСАП? ТП ка базе итерлретатора л транслятора предложенного ЯГО;

- разработана ыетодика использования инструментальной ЭСЛПР ТД

на конкретном примере.

Практическая ценность. Разработанный инструментарий применим для построения специализированных САПР ТП механообработки широкого класса объектов. Построенные на Сазе инструментария САПР ТП не уступают в быстродействии другим специализированным САПР ТП, не требуют при эксплуатации высокой квалификации пользователя и получают проектные решения, сравнимые с решениями эксперта.

Реализация результатов работа Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом НИР Института проблем управления на 198б-199Сгг. по теме КПНГП задания 6.6 проблемы 2.2.1 "Развитие САПР комплексов программно-логического управления дискретными и дискретно-непрерывными объектами и процессами на базе микропроцессорных средств " (per. N 01.88.0001254); с планом НИР Института кибернетики с Щ УзНПО "Кибернетика" на 1986-1990 гг. по теме " Исследование методов построения интеллектуальных средств принятия решений в интегрированных САПР " (per.N 01.86.0060994) и программой СП-1 международного сотрудничества стран-членов СЗВ в области применения средств вычислительной техники по теме "Экспертная система конетрукторс-ко-технодогического назначения ".

Результаты работы внедрены на Ш "Узбекхлопкомаа". Экономический эффект от внедрения составил 75 тыс. рублей.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Международной конференции " Проблемы автоматизированного проектирования в машиностроении" (г.Москва, 1988 . г.); на IV-ом научно-техническом семинаре "Математическое обеспечение систем с машинной графикой" (г.Устинов, 1986 г.); на IV-ой Всесоюзной конференции "Системы баз знаний и данных" (г.Калинин, 1989 г.); на расширенном семинаре лабораторий Института проблем управления (г.-Ыос}сва, 1991 г.)

Публикации. По материалам диссретации опубликовано 6 рзбот.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, четыре главы, заключение, и списог: используемой литературы из 147 наименований. Работа изложена на 149 стр. машинописного текста, содержит 20 рисунков и б таблиц.

- 6

СОДЕКШШР РАБОТЫ

1 первой г дам изложены результата анализа методологии моделирования оФижтов и процесеон проектирования в САПР ТП с учетом современных тенденций и направлений. На основе проье-денного анализа сделана следующие выводы.

Традиционные модели технологических объектов, хотя и при-текдукг на полноту описания объектов, но г ряде случаев, рзз-нородки, трудиоеовместимы и не позволяют пользователю г.носкть новые дополнения к опкешшз обгекта по маре необходимости.

Среди задач технологического проектирования основную часть составляют задачи, для которых при моделировании технологического сб7зекта его связи полностью ноеозмэкю формализовать, а если возможно, то на уровне логического описания. В '¿том случао нроцосс принятия руй«ния обеспечивается привлечением эвристических методов. Наиболее распространеннам способом формализации процесса принятия репения ип арсенала эвристических методов считаются таблицу решений, основными недостатками гатопья являются : отсутствие в табличном представлении явно выраженных семантических отнсиениЛ жхду объектами; трудности представления сложных связей и о-гнош-окий мекду оСпу-кгата; не-кэгмсжность связи, при опрс-дслокнкх условиих, алгоритмов, представленных таблицей, с алгоритмам;:, формалиэованшлш другими способами; необходимость соблюдать строгий порядок в перечислении всех участников событий и состояний в таблице.

Очевидна необходимость в привлечении методологии искусственного интеллекта для ресения тагагх еадач автоматизирона.1 ¡кого проектирования , как разработка обида положений и моделировании, анализе' и синтезе разнородных объектов; формализация 5врис5кческах приемов и методов проектирования; • повыаеиие адаптационных свойств как саиих САПР ТП, так к реалиаоваинш е нкх методах проектирования к т. д.. Огноькым направлением развития САПР ТП является их разработка ио ткну экспертных. Практические результати экспертных систем технологического назначений определили необходимость дальнейиего совершенствования и развития методов искусственного интеллекта применительно к САПР ТП Перспективным в разработке .¿интеллектуального интерфейса ЭЗАПР ТП, методов представления знаний, объяснения рассуждений

системы и механизмов вывода является подход,„при котором эти средства в совокупности могли бы составить ..'инструментальную экспертную систему. В последнее время специалистами признается тот факт, что инструментарий должен поддерживать определенную методологии и технологию создания прикладных систем и соответственно строиться как система, основанная на знаниях. В качестве прикладных систем, проектируемых подобной инструментальной ЭСАПР ТП, могут быть специализированные САПР ТП, поскольку, именно, они наиболее эффективны при эксплуатации в производственных условиях. Основной же недостаток этих систем, плохая адаптируемость к изменениям поддерживаемой технологии проектирования ТП, устраняется путем использования инструментальной ЭСАПР ТП для их оперативной модификации. При таком подходе инструментарий рассматривается как средство автоматизации процесса разработки САПР ТП. Наибольший эффект от автоматизации может быть получен в том случае, если исследовать ке только вопросы, связанные с соаданием и использованием инструментальных средств, но и вопросы планирования и управления ходом разработки системы и вопросы выбора оптимальных технологий автоматизированного проектирования технологических процессов. Для решения этих вопросов возможно использование технологии автоматизированного проектирования систем управления. Основным отличием принципов этой технологии от принципов традиционной технологии автоматизированного программирования является ее ориентация на задание, анализ, выявление и использование таких свойств специализированной САПР ТП, которые позволяют спроектировать систему с определенными "хорошими" свойствами. Такая технология открывает нетрадиционный путь автоматизации разработок специализированных САПР ТП.

Исходя из сделанных выводов, сформулированы и обоснованы цель и задачи исследований, реяение которых и составляет основное содержание данной работы. ' •

Во второй главе изложены результаты разработки и исследования модели представления знаний в области проектирования технологических процессов и метода принятия решения с ее использованием.

В основе предлагаемой модели лежат некоторые понятия, введенные ранее A.C. Нариньяни. Структура этих понятий не ори-

- е'-

ентировалась на конкретную предметную область и, как следствие, является неполной и требует доработки в каждом отдельном случае. В настоящей работе втк понятия проработаны до уровня необходимой детальности со всеми соответствующими связями между структурными единицами специально для области автоматизации технологического проектирования. Кроме того, добавлен ряд новых структурных единиц. Предлагаемая в работе модель представления технологических знаний обеспечивает возмошость совместного представления знаний об объектах и всех типов знаний (базовых, обобщенных, глубинных и метазнаний), касаэтцихся опыта решения задач проектирования; возможность иерархического, модульного представления совокупности знаний об опыте решения задач проектирования; независимость добавления, исключения или изменения знаний; возможность отображения различных видов связей (теоретика-множественных, логических, количественных) между объектами предметной области л их элементами.

Составной частью модели является модуль. Под »-»дулом понимается самостоятельная совокупность знаний, необходимых для решения некоторой частной технологической задачи в рамках об-п;ей задачи проектирования. 1,&эдули знаний в модели условно разделяются на алгоритмические и продукционные.

Алгоритмический модуль (АЬО предназначен для размещения и хранения знаний, хорошо формализуемых на алгоритмическом языке, а продукционный - знаний, представление которых наиболее удобно в виде правил-продукций. Формальное представление алгоритмического цодуля определяется испольвуешм алгоритмическим языком, а формальное представление продукционного модуля рассмотри« далее. ■

Модель ¡-го продукционного модуля представляется в виде РШ-(ВР1.ВШ,В30,-где ВР1 - база понятий, В5?1 - база правит., В31 - база связей е продукционном шдуде РШ.

База понятий ЕР1 ориентирована на размещение и хранекке декларативных знаний о технологические объектах, относя сдахся к данному модулю знаний. Знания об объекте в обцек случае состоят иа фрагментов, которые является знаниями о его элементах и признаках и условно называются понятиями. Каждое понятие обладает именем, видом к типом. Имя однозначно идентифицирует со-

ответствуйте понятие, вид определяет, к канону, из подмнотеств входных, выходных или внутренних (по отноЕенко' к' модуля) относится понятие, а тип соответствует типу его значения (символьный, векественний, цедагй). Каждое понятие описывается фреймом следующей структура-

{ IF, (ISi, ZSi).....( ISk, ZSk) >,

где IF - имя фрейма, IS1 - имя слота, ZS1 - значение осота.

Имя фрейма соответствует имени понятия. Первый слот идентифицирует вид понятия, второй его тип, а все последующие слоты структуру и признаки понятия. Значениями слотов могут быть имена других фреймов, что обеспечивает связи между ¡ими. Способом доступа к понятию в базе является вход по его имени.

В итоге база понятий представлена совокупностью фреймов

понятий, т.е. формально BPi - ( F?ü. FPsi.....FPni ) ,

где rPji - фрейм j-го понятия в базе понятий ¡-ого продукционного модуля, п - количество понятий.

База правил BRI предназначена для разыег^ения правил-продукций, формадизушзж процедурные знания продукционного иоду-ля. При отом "условие применимости" правила есть образец, по которому осуществляется поиск а базе понятий, а "действие" определяет процедуру, выполняемую при успешом исходе поиска. Правила в базе представлены совокупностью следующих операторов: 1) предикат; 2) функтор и 3) разветвитесь. Предикат соответствует "условию" правила, и по заданны« экстексиокалам базы понятий вычисляет его истинность, функтор является по сути "действием" правила и, используя определенное подмножество зк-стенеионалов базы понятий, вычисляет, в общем случае, другое подмножество зкстенсионалов базы понятий, т. е. редактирует базу понятий. Это редактирование мохэт осуп;ест2Ляться путем применения знаний некоторого, по отношению к данному внутреннего, модуля. Б этом случае функтор обеспечивает связь ме:кду мо^уля-ми. Разветвитесь соответствует "действию", которое соответствует началу применения некоторой определенной группы правил.

База правил является совокупностью трех составляк'Цнх e'Si *» ( ZPi, T3ï , Tri ).

G?» - таблица преобразования знаний модуля j, предетазл.'.-suas для кздг.огс пргзкла зэстЕетстнуг:';:!* е><у операторы и их

Т51 - таблица, отражающая связь- между предикатами и остальными операторами. Строками в этой таблице являются предикаты, а столбцами - остальные операторы. На пересечении столбца и строки выставляется единица, если предикат и оператор непредикат является составляющими одного правила, т.е. таблица ТЗ1 по сути описывает структуру правил.

ТП - таблица фактических выражений операторов, где каждому оператору ставится в соответствие его конкретное выражение.

База связей Во! хранит информацию, касающуюся взаимосвязи продукционного модуля с другими модулями знаний, и формально представляется в виде фрейма связей

В31 - -с {(15^1, г^о. (15«, г&ом }.

Имя фрейма связей .1К31 соответствует имени данного 1-го продукционного модуля, а каждая ^ая пара слотов идентифицирует 3-й модуль, внешний для модуля и его входные понятия.

'-г

Рис.1.

- 11 -

В общем и целом модель представления технологических гзна-ннй Формально определяется четырьмя ооставдяггамщ,''

М - ( Ш, МР, МЛ, ¡>Г> ), где № - база декларативных знаний, прэдегавлятагл собой совокупность баз понятий продукционных модулей; МР - база процедурных знаний, являющаяся совокупностью баз. правил продуклглон-инх модулей; МЛ - Сша алгоритмических модулей; - база сг>л-зей модели, являющаяся совокупность» баз связей модулей, свя-зывахи'лх базы понятий продукционных модулей но иду собой, а базы правил и алгоритмические подули как иехду собой так и друг' с другом (рис.1).

Прежде чем перейти к вопросу реализации предлокоиной ■ дели необходимо рассмотреть алгоритмическую связь ме.гду лл.».!;! продукций б продукционном модулг. Сскоеой алгоритикчеекгЛ связи правил является еледувдзе утверждение: правило, еслор/л-1и,*в » "условии" или "действии" в качеетв^ аргумента поюл»:' . но яплякзнеся входным или определенным по своему значок™» ь:-.-иее другим прайнлом, яогйг быть применено только г.осл? пр-л:*.-ла, содер-глаего это понятно в качестве функции в его "действии", Для установления ачгорчтгачоской связи м?гду правилами вводятся дополнительно г. операторам, составляю^-,«,? пр?.?.«"«?.. операторы стартер и останов. Стартер идентифицирует кезазне;'.-кь» правила, прпвиял пригенеяка котор<о: не завис,!-;' от исхода причинения други:: ппппил. Оэтлноп пг.^нт^ипиг-у^т ког.оц г,егмо>сяой сьязк граэнлч с пругими ярчпнлпми, ¡: протг.?* р-г.!лк-зации Яэ олр-';деле-.'!.'•!я операторов, иохю сделать

допустшк взстппта.-: их пгч?г. ссОоГ; э м:>дул-:-. Сп'У??::»-: -гольг::-, '.г?; ярн 'члсомс'т:^?::-;;; операторов

г^ут : ..л : Лг.г г. у го." »одул:;-, рлгеы-'.тг и; V"-

- 12а-

разует й-связь, а остановом - гЯ'-ссг.зь. -Используя уа&шца Т31, ОР1, дополкзниые спгратсрзди стартер и останов, и прмзшш ьо зшздггш елгсришичсск/ю связь правил као построить ориентированный граф связей операторов. Верзхнам з это*! гра^а соотьётстаужг овсразсрн, а дуги определяет связи иеяду яшл. НачальнсЯ иераина соответствует стартер, а коицевыа - оператора функтор ила останов. Везхзнцевш вераивам соотзетсгауаг стартер, предикат, функтор я разветви-тель. .Дуги в зто/. гра£е - двух типов селззшшз и несвязанные, в зазиекмсети от того, какой тип связи определен для операторов, Еерлииы, соответствующие которым они соединяют. Вериины соответствуйте стартеру, функтору и разветвителв имс-кн? а ка-

рие. 2.

пост;'.' зсхсс'лгл:: смззккь'з дугк, а верзяке асот£е?с?ву»Еяе предикату иметзг в качестве иег.эдя:дет как ззззаз!шз:<-так я иэс-вязаяну-з. Г/ги аз гр?4'- оркектарсвгшы га-:, что' 3 - вэрскяа -стгртор кмее? зудя зхед :: имеет ие иенгз одного выхода, Г -герлнва- •^уккто? г-по'ее? эдил вход и одхэт не ку-ить ¡тя одного выхода, Р - йергзгда- средня» кмэет кэ кгвее одного входа и не менее двух выводов, й - версияа-рагветзитезь кмее? эдкн вход к не узнее одного гькода, О - зэргз-гка-остаков $дк-е? одии зход и Ш5 одного дахода (рнс.2). О уалыэ упрощенна рисунка совокупность функторов, отноеясзкся к действия одного правила, предс-тавлегы едкой вэр~.шоЛ.

Списанный граф связей оавратороз формально представляет алгоритм регевия задачи, определенной продукционна модулем. Граф связей модулей, где вервкнам соответствуют алгоритмические и продукционные модули, а ребрам определенная взаимосвязь мелду нпк1, предстовлзет, в ктгге, допуетт-оге варианты связей :<:егду отделъккки подзадачам! при решении обтрй задачи проектирования технологических процессов.

Предлагаемая модель представлена! зк&якЛ области проектирования техкологичэских процеесоз с устачсвлэЕккми меггду ютду-лят к правилами связями является модификацией операторной схемы параллельных алгоритмов с аамятьэ (ОСЕЙ), разработанной для азтоу.ат«гаироззкного проектирования систем прографляю- логического управления. Относительно моделей программно-логичйско-го управления технологический процесс рассматривается как объект управления, з САПР 7П как система управлетм данным объектом. Иеполььоваипе моделей такого класса позволяет реализовать з итоге подход, обезпечивггпзй возюлзость автоматизированного езгнтезг алгоритмов проектирован:;.! конкретного технологического процесса, и автоматизированного управления проектированием на базе этих алгоритмов специализированной САШ* ТП с определенными заданными свойства*«.

Процесс прккпткл ргзанкя при проектировании технологических процессов формально представляется дедуктивной кногоурсв-незоЛ схемой "езерху-днкз", тагда на основе сформулированных иоходнж посылок к принципов определяется совокупность бол«е кэвхреодге утвэрздешгй яжзжз уровней. Под утэерздевияна некоторого урознг! прилития ресэкил псязд&этси совокупность цроие-

дурных знаний (правил), касасдасе« опре££> -чс« группы айек-тоэ проектирования, о шюцыо которой пс7> о

другой группе, что дает возможность пгрейтт« совокупности утверждений еле душе го уровня. Утвержден;"? "тследнего уровня представляют собой утверждения, спрэделл конкретг'.э допустимые техническими ограничениями варианты ргшнкя.

При саком подходе поиск решения <т8.*яется задачей прямого вывода в пространстве модели прогрел логического 'травления. В рамках одного продукционного клх7'"- сто дяскреткий процесс, состоящий из отдельных тактов, определяю^« п?гэход от одного уровня принятия ресэния к др;тк<у. В течении одного такта применяется группа правил одного уровня принятия решения, а в следу идем группа правил другого, уровня. Каждый такт сопровождается изменением экстенсионалэз Сазы понятий. Процедура заканчивается, когда достигнут последний уровень принятия решения, или когда переход на следу»™;«)/! уровень не возможен из-за отсутствия необходимых экстенеконалов объектов в базе понятий.

Выполнение стартера на гра$е связей операторов, соответствует нулевому уровню принят:« решения. Первому уровню соответствует параллельное выполнение предикатов, связанных со стартером, и связанных с шагл стартероз других недудей, функторов, разветвителей или остановов. 1-му уровню соответствует, также как и в случае первого уровня, параллельное выполнение предикатов, связанных с функторами и разветвителями уровней ниже 1-го, и выполнение соответствующих этим предикатам стартеров, функторов, разветвителей или остановов. 3 итоге, поиск решения на графе связи сводится ;; пгкфошзЕому прохождению всех путей, ведуи5Ш от гцлаяыгой ве| хд- и к концевым.

Инструментом моделирования указанного процесса может служить маркированная сеть Штри, которая формально представляется как набор из пяти величин

61 - ( Ид, РК1, ¥Р1. рог ). Ыоделируюаэя мощность сетей Петри хорошо известна, более того, разработаны эффективные методы анализз сетей Петри, это и обуславливает их использование в настоящей работе.

Для решаемой проблемы предлагается еяедуюяза интерпретация переходов, позиций и функций в сет.ч Петри. Кноявсуво переходов РК1 условно соответствует множеству операторов предика-

а меол^сгзо п-32К!Л 'гЫ - шовзстзу операторов непредика-'¿ногеет!'о ггхугкд позиций есогаегетаует получению входных данных О'Чер'-гсрани непредикатаыи для операторсз предикатов. "_-::ожс?ео сродню позиций соответствует заключению на основании яиз«е»п'ч оператора-предиката, какой из операторов непреди-•-г^г'зз выполняется следуждим. функция т связывает операторы мепредикауы с операторами предикатами, а функция связывает спер-торн токкаты с операторами непредикагаыи. Маркировка ест л ]пз есть присвоение маркеров операторам не предикатам.

Сункция Ргз задается дополненной таблицей 151, ' а функция РР1-таблицей ТЗИ, где строками является операторы непредика-тп, а столбцами предиката. Ка пересечении столбца и строга

Р5а

Рис. 3.

is5¿¡xv$t TSi' виохазллется единица, если оперггзг» - кепреди-^т связал с предикатом своим выходок.

•Теоретико-гра*огг-»<! представлением сети По три является двудольный ориенткросанний гра$. lia графе круг.ок является зо-аицзай, а планка - переходоы. Каркер ка графе еоотгетсхзует точу.э s г.озг.щгл (рис. 3).

Выполнение сети Петри в предложенной интерпретации кача-H33TCS о помещения маркера э г.эзкцкз, еоотЕетствущуэ стартеру,. что экзкзалевтко вкзэлвею-по нулевого такта, Бзе переходы, длз гатсрьЕ: зта позиция считается ехэдкой, разрешены. ПерЕк^ тавг, как и ьоо кослезувзйэ, нзчхвзетса с параллельного выполнения разрешенных переходов. 2э время выполнения каждого перехода осуществляется проверка изткзшостк предиката и, в зависимости от того ложен или истин предикат, перекос маркера в позиция, соответствукцув останову или порождение числа маркеров по количеству выяодшлг позиций - стартеров, £унктороз и разветвителей с последующим переносом маркеров в эти позиции. Тага заканчивается выполнением стартеров, остановов, функторов н разветвнтелей, ссответствуицах маркировании! позициям. Процесс повторяется до тех пор пока есть хотя бы один разрезевный переход.

Разработанный метод принятия репений отражает особенности модели представления технологических знаний и в то же время является естественным рациональным выводом, ориентированны;« на цель. Б п'ррдлолйпнем Методе соблюдено основное требование к механизму еыводое, зто согласованность знаний, используемых • для вывода, т.е. применение имеющихся знаний в той последовательности, которая обусловлена текуним момзктои принятия регения.

В третьей главе сформулированы основные требования к языку представления знаний (ЯПЗ) б области проектирования технологических процессов, и исходя из требований предложана модификация языка УСЛОВИЕ специально для технологических задач.

Требования к ЯПЗ можно сформулировать с разных ?о,чйк эре-кия. Например, с точки зрения организации друзгзлкбности систе-ш когжо Еидвикуть следукзиг требования: близость к естестзен-кому языку; выразительная ¡лоциость; доступность эксперту знаний, представленных системе. А с точки зрения системности это могут быть такие требована, как наличие простого синтаксиса.

контроль рюдимой .чкфсрмацот, унифицированность конструкция, проверка .знаний из интерпретируемость.

Itoharwo перечисл-г-лных об£?га требований к ЯПЗ з области проектирования технологических процессов существует требования, обусловленные спецификой дз:-/ной предметной области и используемой моделью представления знаний, д." неформального описании которой, s итоге, н предназначен НТВ. Язык должен быть максимально приближенным к языку технолога-проектировщика, a тачке гибким и открыты».!, т. е. обладать возможностью удобного ввода новых слов из словаря технолога ЯГВ должен иметь средства- 1) структурного описания знаний в виде отдельных модулей, допускькицих иерархическую связь мекду собой; 2) описания знаний об объектах и их признаках , т. е. базы понятий продукционного модуля; S) описания знаний, касащихся процесса репения задач проектировать, i.e. базы правил продукционного модуля; •1) обеспечивакядие возможность использования комментариев и дру-гул удобных для пользователя пояснений; а тагаз допускать воз-мокюсть независимого добавления и исключения описаний знаний.

Поскольку выше перечислешшз требования достаточно жесткие и частично противоречивы , при выборе ЯПЗ следует прийти к некоторому компромиссу. Языком, в среднем удовлетворяете»! выдвинутым требованиям, является модифицированный язык УСЛОВИЕ.

В языке УСЛОЕИЕ предусмотрены все средства, необходимые для описания модели представления технологических знаний.

H'языке для определения имен понятий служат- ЛЕКСЕМУ, который могут содзрдать любое число букв русского и латинского алфавитов, цифр и символов подчеркивания, .но первым символом домна' бОть букваи Понятиям з языке сбычнс? присваивается имена, со£аадажцие с именами объектов и их х&£>ак|ерз!стик в предметной области, которым они соответствуют.

Как как, понятия в базе понятий продукционного модуля могут быть трех видов: входные,выходные,внутренние, я четырех ти- . пот?: булевы,целые,вещественные и символьные. Описание входных * понятий яз языке начинается словом ВХОДНЫЕ, после которого следует слога определяющее тип понятия < СИМВОЛЬНЫЕ, Ц5ЛЫЕ, БУЛБ-SJ, ЕКШСТЕЕКШЕ) и имя (имена) соотвэтс-твузкт;« понятий. За-кзлчизается описание точкой с запятой. Аналогично описание выходных понятий начинается словом ШЗСОДНЬЕ и внутренних - ело- .

- ш -

eojí ВНУТРЕННИЕ. Струетурио сложшг понятия могут описываться как. НАБОРЫ л ВЕКТОРЫ. Понятия, экстенсионаяа которых известки сначала и постоянны для данного модуля, 'описываются как КОНСТАНТЫ. Конструкции языка, служаадэ для описания понятий, следует рассматривать как средства описания базы понятий продукционного модуля, а в итоге, базы декларативных, знаний модели.

Элементарными единицами языка, предназначенными для описания правил продукционного модуля, яаляигск ШРАШШ, ОПЕРАТОР ПРИСВАИВАНИЯ и ОПЕРАТОР ПЕРЕХОДА. ШРАНЕЩИ участвует ъ описают предшсатоа и функторов. ОПЕРАТОР ПРИСВАИВАНИЯ описывает функтор. ОПЕРАТОР ПЕРЕХОДА соответствует разветвнтелю, который используется для наглядности описания некоторых практических задач и для оптимизации обработки знаний (распаралле— лк-ог.ппо процодури истода). Па»: токовое, правило на жшке УСЛОВИЕ велксызагтея в виде ПРЕДУКЖЕНКЯ. В языке предусмотрены предложения различных видов, а именно, условные и безусловные, прост-ыо и слоашые. Простое условное предложение предназначено для описания правила, состоящего из простого условия и простого действия. Простое условие но существу является предикатом первого порядка: высказыванием, которое молит быть истинным или логлым. Простое действие определяется одним функтором или я:: совокупностью Сложное условное предложение - макропредло-яелис описьтаеу правило, состоящее из последовательности прости:-: правил, разил,: уровней принятн;: ресенкя, к является совокупностью прости:-: условны:: лредломний, отделанных друг от друга аапятимх. Еезуеловнег иродло.глкие по суерству является следствие:; простого условного предлстании к mojí?? употр»бл?л-:,-сс толькз г сгрукуурпой спкшк* ПРОЦЕСС, oaKe&nni?. образен, пгох:ло7йяк?. язк-г, УСХОВК^ ог:.ог,г-.\.

•■-:.:::::: , a ■,!,■;;-;.-,, ü-xv: япщ-л мо-

дулл, Г- '-.'л-и УО:У.У;

ло лг.<л.•.:•,::;.--: л^длч.у; л,..;.: ,'Л'.: ;;; ч.л■'

лсдьлоА сплмл л-'лклл Слолом l óoj.:.o г. ялч-л лл-

го-.:г; ПЛОй; елллео:; ллол Со:л;л;.>;, Ora п.;л лло'.-ли

помечется после описания понятий блока. Блок, содержащий внутренние блоки, алгоритмического описания не имеет.

ПРОЦЕССЫ представляют продукционные модули, соответствующие универсальным частям знаний о типовых процедурах по отдельным задачам проектирования, и алгоритмические модули, описанные на некотором алгоритмическом языке. Описание процесса делается один раз либо внутри какого-либо блока сразу после описания понятий, либо вне блоков. В первом случае связь с процессом возможна только в блоке, в котором он описан, а во втором - с любым блоком. Любой процесс должен быть описан до его использования. Связь с процессом осуществляется через функтор связи.

СИСТЕМА соответствует головному продукционному модулю и связывает все модули воедино и тем самым отражает полную структуру модели представления технологических знаний на описательном уровне. Таким образом, СИСТЕМА структурно состоит из блоков и процессов. Каддый блок в свою очередь может состоять из блоков и процессов. Блоки и процессы включают предложения, которые могут быть сложными и простыми.

В языке предусмотрено использование СТАНДАРТНЫХ ФУНКЦИИ, которые могут принимать только два значения: истинное и ложное и использоваться в условиях предложений. Под стандартными функциями понимаются фрагменты знаний, часто используемые при проектировании. Для ВЫДАЧИ ТЕКСТОВОГО СООБЩЕНИЯ на экран дисплея в проц^Ьсе обработга знаний в языке предусмотрен оператор СООБЩИТЬ,'» КОММЕНТАРИИ к тексту на языке УСУЮВИЕ могут размещаться в тексте после любого предложения. С помощью конструкции языка; называемой ИТЕРАЦИЕЙ, может быть указано многократное мспользбвание совокупности предложений, блсЗнов или процессов.

Таковы основные средства языка УСЛОВИЕ, используемые для описания модели представления технологических знаний.

Таким образом, язык УСЛОВЖ обладает всеми средствами, необходимыми для описания модели представления знаний. Синтаксис и семантика языка приближены к языку технолога. Транслятор языка организован так, что обеспечивает его универсальность и гибкость, т.е. возможность удобного ввода новых слов ив словаря технолога, независимость добавления и исключения описаний . гнаний. Для языка суирствуюг процедуры проверки введенного в

мшаипу текста в соответствии а правилами грамматики, пояснении обнаруженных ошибок, а также корректировки введенного текста.

В четвертой главе приведена об'дая структура информации, являщейся выходом транслятора языка УСЛОВИЕ, адаптированного для вадач технологического проектирования, а так же структура и функции ее интерпретатора. В этой же главе предложена структура инструментальной ЗСАДР ТП, на базе транслятора язика УСЛОВИЕ и интерпретатора его выходной информации, I! методика ее использования при разработке скетекы автоматизированного проектировании операционной технологии обработки резанием деталей типа тела врагенип на токарньгх автоматах и полуавтоматах.

Б отличие от икеЕнего описания модели на языке УСЛОВИЕ ее внутреннее описаний в виде структуры информационны;: массивов, классифицировано, отсортировано, синтаксически и отчасти семав-тически проверен:;.

Интерпретатор выходных структур транслятора азтп УСЛОВИЕ реализует процедуры принятия решения на их основе, как входной инфор!^аци;; по заданию пользователя."

Эти процедуры условно делятся на два типа. К первому типу относятся процедуры сборки ейетеш из блоков, т.е. определения последовательности интерпретации блоков, ко второму - процедуры вывода' репения в рамках каддого блока. Последние процедур;-] реализуют предложенную в главе 2 модель принятия решения, обеспечивая следует??:

1) построение на базе входной информации сети Петри, а, именно, определение множества переводов, множества позиций и таблиц ТЗ, ТЗ';

2) установку массива маркеров ш в начальный момент;

3) выполнение сети Петри в соответствии с ее состоянием, определенным массивом маркеров;

4) изменение массива маркеров после очередного тагаа;

5) окончании вьтолкекиг. сети П;;трп.

Возможны два подхода к* реализации и;:терпретат;вр)> Перьь'й -прякой, когда вктерпретагер разрабатываете* не основа укафк?!-розашвд проеду? к оЗееяечааае? ьи&гд ^еглккд кевасре£с?&екиэ по еьподиш структурам. Второй - кзеаввиуа, когда интерпретатор сбеспечшзе? ежкез программных одикиц шзоз. яа-дведЗГ&з&шк %&з каждого блока, на Г-азе гихед;::.-: иа'огизд.©»:-

них структур и унифицированных процедур вывода реиений, 'и генерацию специализированной САПР ТП на базе унифгщироватмх и синтезированных программных единиц.

Второй подход обеспечивает возможность использования интерпретатора при разработке инструм-чтария для генерации специализированной САПР ТП , поэтому в настоящей работе выбран именно этот подход. Языком реализации интерпретатора явился язык ПАСКАЛЬ.

Синтез программных единиц вывода решений реализуется составными частями интерпретатора - конверте ,юм и линкерон.

К процедурам конвертора относятся процедуры, которые переводят структур» блока, соответствующие описании понятий, в описание переменных на языке реализации интерпгетатора и параллельно синтезирует процедуры ввода значений входных понятий блока и вывод выходных, а также процедура, ставящие в соответствие ссылке на имя понятия, само имя понятия на языке реализации, так как во внутреннем описании предложений каадое понятие представлено ссылкой на свое имя. Имя переменной на языке реализации интерпретатора совпадает с именем понятия, а ее тип с типом понятия. Кроме того, конвертор реализует процедуры анализа структур, соответствует?« описанию предложений блока, и формирования из них связных списковых структур па языке реализации интерпретатора. Такая внутрипрограммпаз организация предложений удобна и экономна. Результат работы конвертора помещается в файл, именуемый базой конвертора (БК).

1 К процедурам линкера относятся процедуры окончательного формирования программных еджлц вывода решений для кавдого блока' на базе процедур, синтезируемых конвертором, и унифицированных процедур, размещенных в базе унифицированных процедур (БУП). К унифицированным процедурам относятся' процедуры выборки информации кз информационных массивов (взятке справочника блока., взятке атрибутов блокавзятке предложения блока по его номеру, занесение новых значений понятий и т. д.), построения и . реализации сети Петри, вычисления выражений в ПО-ЛИЗ и обгясЕе-ння, в случае необходимости, последовательности действий и причин, вызвавших то или иное действие, при принятии ссответс-твунзщрго решения. Результат работы линкера поме врется в баау линкера (ЕЛ).

, Процедуры генерации специализированной САПР ТП на базе унифицированных и синтезированных программных единиц реализуются частью интерпретатора - планировщиком. Основными его процедурами являются процедура сборки системы по указанию имени головного блока, в котором специфицированы блоки более низкого уровня, и процедура инициализации компиляции и компоновки программных единиц. Структура информационных массивов позволяет, задавая различные головные блоки, получать различные варианты САПР ТП.

Транслятор языка УСЛОВИЕ и интерпретатор его выходных информационных структур могут служить основой инструментальной ЭСАПР ТП с традиционной структурой (рис.4).

База знаний представлена двумя базами - продукционных модулей и алгоритмических модулей. База продукционных модулей состоит из двух частей. Одна часть хранит описание продукционных модулей на языке УСЛОВИЕ, другая, их представление в виде выходных информационных структур транслятора языка УСЛОВИЕ. Аналогичную структуру имеет и база алгоритмичешсих модулей, только в одной ее части хранится описание модуля на языке программирования, а во второй его объектное представление.

База данных представляется в виде двух независимых баз : 1) базы данных нормативно-справочной информации; 2) базы данных о геометрии детали и типовых технологических процессов.

База целей содержит формулировки общих задач проектирования и обвда методологические рекомендации по их решению, т.е. метазнания о процессе проектирования ТП. База целей представлена продукционными модулями, являвшимися головными для модулей хранящихся в базе знаний. Она также состоит из двух частей, хранящих соответственно описание модуля на языке УСЛОВИЕ и его представление выходными информационными структурами транслятора языка УСЛОВИЕ.

Объяснитель фиксирует последовательность действий и причин, вызвавших то или иное действие, при генерации, специализированной САПР ТП, с целью разъяснения, в случае необходимости, процесса генерации.

Монитор инициализирует работу инструментальной ЭСАПР ТП и согласует функционирование ее составных частей.

Подобная инструментальная ЭСАПР ТП позволяет : генериро-

Fue. 4. 'i i

вать специализированные САПР ТП механической обработки деталей в маки построите ль ком производстве; с минимальными затратами получать их модификации при изменениях поддерживаемой технологии проектирования, используемых программных средств и т.д.; повысить производительность труда разработчиков САПР ТП и сократить сроки ее проектирования; сделать процесс проектирования САПР ТП более дружественным и естественным для разработчика.

!йтодика использования инструментальной ЗСАП? ТП опробована на примере генерации специализированной САПР операционной технологии обработки резанием деталей типа тела вращгния на

токарных автоматах и полуавтоматах, которая в итоге обеспечила: получение проектного решения, сравнимого с решением, технолога-эксперта; повышение качества и технике-экономического уровня проектируемых объектов; повышение производительности труда технологов-проектировщиков; сокращение сроков разработки и освоения новых изделий; отсутствие высоких требований к квалификации технолога-проектировщика.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведен анализ недостатков традиционных моделей объектов и методов принятия решений в области проектирования технологических процессов и основных принципов использования методов искусственного интеллекта при разработке САПР ТП.

2. Структурированы знания в области проектирования технологических процессов механообработки и предложена их классификация.

3. Разработана новая модель представления знаний в области проектирования технологических процессов, обеспечивающая единообразность и естественность совместного представления знаний о технологических объектах и знаний, касающихся опыта решения задач проектирования; возможность иерархического, модульного представления знаний; независимость добавления, исключения. и изменения званий; возможность отображения различных видов связей^С-теоретико-множественных, логических, количественных) между объектами предметной области и их элементами.

4. Разработан метод принятия решения с использованием предложенной модели.

5. Сформулированы основные требования к языку представления технологических знаний, и исходя из требований предложена модификация языка УСЛОВИЕ для технологических задач.

6. Разработан интерпретатор информационных структур, являющихся выходом транслятора Кодифицированного языка- ХЙЛОБИЕ, обеспечивапвдай возможность автоматизированного синтеза алгоритмов проектирования конкретного технологического процесса и автоматизированного управления проектированием на базе этих алгоритмов специализированной САПР ТП с определенными заданными свойствами.

- 25 -

7. Предложена структура инструментальной ЗСЛПР ТП на базе разработанного интерпретатора и транслятора языка УСЛОВИЕ.

8. Предложена методика использования инструментальной ЭОАПР ТП для разработки специализированных САПР ТЕ

9. Разработанные инструментальные средства апробированы при создании специализированной САПР операционной технологии обработки резанием деталей типа тела вращения па токарных автоматах и полуавтоматах. Экономический эффект от использования специализированной САПР ТП составил 75 тыс.. руб. в год.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Пожарова ЕС. Программно-логичеаюе проектирование технологических процессов // 4-й Научно-технический семинар "Математическое обеспечение систем с машинной графикой" Тезисы докладов. Устинов. 138Gr.

2. Гонтарь В. Г., Колычев А. Е.. Пожз.рова И. С. , Сургучекко С. А. Програшиоо обеспечение автоматизированной системы подготовки программ управления устройством лазерной резки плоских материалов. ККЦТЛ АН СССР. Шатура. 1987.12с. (Дэп. б ВИНИТИ, N 3632-В87, от 21.05.87.)

3. Девятков Е R , Иоларова Я. С. Экспертная система подготовки программ логического управления // Международная конференция "Проблемы автоматизированного проектирования в маш-ностроении." Тезисы докладов. Москва., 1988г.

4. Шьаджшов X А. , Пусратов Т. С., Похарова 11 С. Вопросы представления и обработки знаний в САПР механообработки //4-я Всесоюзная конференция "Системы баз знаний и "данных". Тезисы докладов.' Калинин. 1989г.

•&".' Яогарспа Н. С. Авт-оматкеация подготовки программ логического* управления лазерным технологическим ко^тлексо!«.//Автоматизация проектирования. 1S90. Вып. 2. С. 138-151.

6. Нусратсв Т. С., Похарова Н. С. Представление знаний при" автоматизации проектирования техкологичесгшх процессов // Препринт НПО "Кибернетика" АН УзССР, Р-2-67 "Систем автоматизации проектирования". Тагаеент. 1931г. ;

В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежат результаты, определенные в части "Научная яовкзна".

Автор выражает благодарность д. т. н., проф. Iiycj за ценные советы и поыошъ в работе над диссертацией.