автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Моделирование и проектирование функциональных систем двигателей внутреннего сгорания и приводов машин

РГ6 О14

, 7 и;* КЗ

АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ КИБЕРНЕТИКИ

На правах рукописи

ШИШАКСЗ Михаил Лаонидович

МОДЕЛИРОВАК'Е И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И ПРИВОДОВ МАШИН

Специальность: 05.13.12 - системы автоматизации

проектирования

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск - 1Э93

Работа выполнена в Институте технической кибернетики Академии наук Беларуси.

Научлй руководитель;.

Официальные о -юненты:

Ведущзя организация:

доктор технических наук, профеосор Е.А.Стародэтко. доктор технических наук, профессор А.Г.Ракоаэт, кандидат технических наук, доцент В-Т.Придухо. Всероссийский НИИ транспортного маизгаостровния, г.Санкт-Явторбург.

30

часов

Защита диссертации состоится " № " ГйОЙ 1993г. на заседании Специализированного Совета Д 006.24.01 Института технической кибернетики AHB по адресу:

220012, г.Минск, ул.Сурганова, в, ИТК AHB.

С диссертециь.1 можно ознакомиться в библиотеке института.

и/3 и QjIpW 19ЭЗг.

Автореферат разослан

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ Специализированного Совета доктор технических наук

Г.И.Алексеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теыы. Возрастающие требования к функциональным системам двигателей внутреннего сгорашм (системам подачи топлива, зажигания и запука ДЗС), а также к приводам машин, вызванные как требованиями экологической безопасности к безопасности эксплуатации, так и динамизмом развития всего автомобилестроения. приводя? к пэобходимости автоматизации начальных этапов проектирования, этапов, где закладываются функциональная структура (ФС) и конструкция будущего объекта, а знэ'ит, и его основные достоинства и недостатки. Такие хзрактвргие особенности процесса проектирования функциональных систем ЛВС, как открытость к интеграции достижений в скеивах областях пеукл и техники и большой объем пространства возможных технических рэионий (ТР), что подтверждается постоянная.: активным ростом соответствующих патентных фондов, наряду с противоречивостью требований к синтезируемым ТР требуют от проектировщика обработки большого количества информации.

Противоречие между необходимостью стремительного роста числа кэнкурентноспоссгягх разработок, в которых интегриро-еелы достизжпяя различиях направлений науки и техники, и ЕЯтуитяЕшаш и емшричэскпкя методами поязка технического реиокия на начальном этапе проектирования - этапе выбора структуру будущего изделия - стимулировало рост значительного числа разработок в области методологии технического творчества и методов синтеза структуры технического объекта.

Однако до настоящего времени создание автоматизированных оистем поиска технических решений было вне рамок интенсивных научных исследований. Успехи в этом направлении связаны с развитием теории, а затем и появлением работающих систем искусственного интеллекта (ИИ) и, в частности, экспертных систем (ЭС), способных работать со слабо структурированными данными и плохо формализуемыми задачами.

1 .осте с 1-ем, существующие системы автоматизации поиске ТР ориентирована на использование методологии известных методов и подходов, е которых, главным образом, решается задача выбора 1'гкомого решения из некоторым обрмзои заданного

числа альтернатив (комбинаторный подход) либо задача сводится к изменению по определенным правилам известного прототипа к требуемому решению (трансформационный подход). При этом, как правило, предполагается заданность ш известность ФС проектируемого изделия и, тем самым, одна из каисюлоэ сложных задач начального этапа проектировании - синтез ФС, не находит своего решения. Таким образом, пробует решения задача поиска методов, моделей и алгоритмов синтеза ТР, расширяющего рамки известных подходов и их объединяющих.

Методы компактного представления множества альтернатиЕ-Ш1 вариантов (И-1Ш1-дэревья, морфологические таблицы, комбинаторный фчйл и т.п.) пригодны лишь в рамках использования, их в известных комб.чнзторных приемах поиска ТР и требуют дальнейшего развития. Вопросы разработки проблемно - ориентированного информационного и лингвистического обеспечения для систем автоматизации поиска структурных схем функциональных систем ДВО в литературе практически не освещены, что свидетельствует о необходимости их решения.

В работе изложен подход к решению перечисленных проблем на единой концептуальной основе и описана программная система, его реализующая.

Цель работы:

исследование и разработка моделей представления предметных знаний в САПР и алгоритмов синтеза структуры технических объектов(ТО) для автоматизации процесса проектирования схем функциональных систем ДВС и приводов машин.

Методы исследований: аппарат теории технических систем, системного программирования, теории искусственного интеллекта, элементов сис-'темного а- члиза, методы и средства формализованного представления в ЭВМ сложных структур данных, теория графов, теория множеств, теория исследования операций.

Научная новизна:

- разработаны нечеткая гиперографовая модель структуры ТО для автоматизации синтеза схем функциональных систем ,43с и Формализм представления пространстве тонических решений в виде й-егшеков;

- разработаны алгоритмы, базируются на предложенных моделях, для автоматизированной системы структурного синтеза

футшциональты систем ДБС и приводов ксеин.

Практическая ценность:

- исследованы вопросы методического, информационного и лингвистического обеспечения систем автоматизации начальных этапов проектирования функциональных систем ДВС и приводов машин;

- разработана и внедрены в практику в виде прогрвлмного обеспечения алгоритм: синтеза структуры технических устройств;

- в результате практического использования предложенных подходов получены три авторских свидетельства на ис гэтения.

Внедрение результатов работы:

- работа является частью научно-исследовательских работ, выполненных в ХГГК АЛБ по теме 'Исследование моделей формализованного синтеза структуры тяговых и транспортных мсшип" (ГР №01.680041548, разделы 1,2,3,5);

- полученные в работе научные результаты и разработанное на их основе программное обеспечение внедрены на Павловском автобусном заводе (г. Павлово);

- разработанное прогрсу^чсз обеспечение вошло в программный комплекс, проведший экспертизу и регистрацию во Всесоюзном и республиканском фондах алгоритмов и программ.

Апробация работа. Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях ИНГЕРТЕХН0-90 (1990, Будапешт), 1СЕБ-90 (1990, Дубровник), "Программное обеспечение ЭВМ" (1990, Тверь), на всесоюзных конференциях и семинарах "Проблемы энергетики транспорта" (1988, Москва), "Применение микропроцессорной техники в система управления автомобилем" (1988, Минск), "Интегрированные системы автоматизированного проектирования" (1389, Москва), "Проблемы интеллектуализации информационных технологий научных исследований сложных объектов" (1990, Севастополь), "Программное обеспечение инженерных прочностных расчетов п САПР машиностроения" (1990, Москва), "Программное обеспечение новых информационных технологий" (1991, Тверь), Л1бридные экспертшге системы в задачах проектирова ния сложны? технических объектов" (1992, Ленинград), на межотраслевом нчучно-техгичеоком семинаре "Современные ш'.^ч-

ции в построении öehkob данных" (IS87, Гомель), на семинарах в Институте технической кибернетики AHB в I986-I99I гг.

Публикации. По теме работы опубликованы 22 печатные работы, е которых автору принадлежат результаты ао исследовании и разработке алгоритмов формализованного синтеза структуры технических устройств, модели представления пространства TP и информационного фонда автоматизированной системы структурного синтеза, исследованию вопросоз методического, информационного и лингвистического обеспечения систем автоматизации начальных этапов проектирования функциональных систем ДВС и приводов машин.

Структура и объем ргботы. Работа изложена на 209 страницах машинописного текста, содеркит 24 рисунка и состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Библиография включает 139 наименований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

So ваедаиин сформулированы цели работы и ее научная новизна, перечислены методы исследований и полученные результаты.

В первоЗ главе обоснована ai гуальность темы, показано возрастание противоречий меаду уровнем потребности в новых высококачественных разработках и доминированием традиционных методов поиска новых ТР. Выполнен анализ методов поиска TP и дана их классификация, рассмотрена ретроспектива развития методов При классификационном анализе выявлен класс методов, которые могут быть адаптированы для автоматизации начальных этвпов проектирования функциональных систем ДВС, и сделан вывод о необходимости и возможности интеграции достижений Teoj и ИИ и методов поиска ТР.

Рассмотрены методы решения задач и информационные технологии ИИ, используемые в САПР, проанализированы принципы построения и тенденции развития интеллектуализированннх систем поиска TP нв начальных этапах проектирования в машиностроении на примере ряда известных программных комплексов, i ..зультатом анализа стал вывод о том, что в существующих системах синтеза TP поиск ведется на предварительно оформи ровэнном пространстве TP, в котором предопределена ФС иска-

мого ТО (исклотение составляют те из них, в которых СГО1Т93 ФС ведется на уровне физических эффектов), что существенно ограничивает возможности их применения. Наряду с указанным был сделан вывод о необходимости представления в системах поиска ТР различные моделей знаний, что вызвано требованием оснащения систем понятийным, математическим и графическим описаниями и развитым пользоватэльстош интерфейсом, бялючвю-ёзм возможность графической интерпрвтапга информации. Создание таких сиотом требует, как правило, репения задач по разработка спецяалкшровакного информационного и лингьистичвс-кого обеспечения.

Выполненный анализ языковых и инструментальных средств разработки систем ИИ показал, что при наличии достаточно широкого я постоянно пополняемого класса языков представления знаний (ЯПЗ), Емасть с тем отсутствует удачная интеграция достоинств универсальных языков программирования и языков, ориентированных на работу со сложными моделями данных; скткЕноа участие или самостоятельная разработка пнтеллектуа-яваировашшх систем вксгертам в некоторой предметной области, нэ обладающим требуемыми навыками в программированы!, затруднена или невозможна.

На основании проведенного анализа существующих средств и методов автоматизации начальных этапов проектирования ТО для достижения поставленной в работе цели были сформулированы сдодущие задочи:

- провести информационный анализ объектов предметной области, выявить и исследовать характерные для них особенности, разработать модели их представления в системе синтеза ТР;

- создать алгоритмы синтеза множества вариантов схем функциональных подсистем ДВС на основе разработанных моделэй представления структуры ТО и пространства ТР;

- разработать информационное, лингвистическое и программное обеспечение, отвечающие сформулированным требованиям.

Во второй главе выполнен информационный анализ предметной Спасти, лэни основные определения и общая постановка задачи синтеза функциональных и принципиальных схем подсистем ДВС 1: приводов машин, рассмотрены вопросы применения метода систематических эвристик в синтезе функциональных .годсист'-м ЛИС, покязяш необходимость привлечения N. лукч*

теорш нечэтких множеств к решению задач синтеза ТР.

Выполненный обзор патентных фондов по классам функциональных подсистем ДВС и анализ специализированной технической литературы позволил выявить ряд особенностей, присущих этому классу технических систем, среди которых выделим следующие: - тяжелые условия и неблагоприятная среда функционирования (высокий перепад температур, давлений, вибраций и т.д.); - противоречивость требований к целям проектирования, когда условия функционирования требуют максимального упрощения конструкций, а соображения экологической и технической безопасности и экономичности требуют создания адаптируемых подсистем, управляемых по сложным законам и, значит, имеющих сложную функциональную структуру. Сказанное предопределяет необходимость широкого применения в двигателестроении научных достижений и знаний из смежных областей, оригинальных технических разработок и физических эффектов. Следующая особенность, присущая подсистемам ДВС, - наличие широкой номенклатуры ДВС, что требует соответствующего числа разработок подсиотим.

Как следствие указанных обстоятельств - большое разнообразие проектных решений, в том числе запатентованных, интенсивность пополнения которых сохраняется в течение многих лет. Из особенностей, облегчающих постановку задачи создания пространства возможных ТР, отметим наличие большого числа классификационных признаков, а также то, что предметная область хорошо поддается классификации. Это позволило разработать классификационную модель предметной области, которая стала основой для разработки базы знаний (БЗ) и, далее, всего информационного фонда (ИФ) елстемы синтеза ТР.

Анализ патентных фондов показал, что представление функциональных подсистем ДВС как технических систем, в которых происходят процессы энергетических и информационных преобразований, т.е. процессы управляемого преобразования одних видов и параметров энергетических потоков в другие, передачи информационных сигналов от одного носителя к другому и т..., является доминирующим. Это былс положено " основу математической и информационный моделей предметной области. При этом была учтена важность отражения в моделях законов энерготи ческих и информационных преобразований, реализуемых в гех-

нических устройствах.

Основными понятиям!!, применяемыми при классификационном анализе и постановке задачи, стали следу «лдие: функция / (и соответствующий ей функциональный преобразователь (ФИ)) -способность технического устройства или его части преобразовывать входную величину в выходную, реаливспор - техническое устройство, с помощью которого выполняется некоторая функция, операция - некоторое преобразование входной величины в выходную из числа стандартных математических, логических и физических операций, операнды - набор элементов тожества Р=(Р{}, I £ I на котором задана совокупность конечноместных операций, функциональная структура - упорядоченная совокупность функций и отношений между ними, принципиальная структура! схема) - функциональная структура с указанием реализатора для каждой элементарной функции.

Сункпионалыпга подсистемы ДВС рассматриваются как технические устройства, состояние из набора ФП, при этом каждому функциональному преобразователю / € У соответствует набор операций г^ е 2и некоторое подмножество операндов V. с р, которые будем разделять тп входные Р3 и выходные РГ. следуя скпанному, мы ».южем 'лгппсать, что {-ый ОП есть тройка /4=сР{3,Р{Г,24>, /1 е ?, гдэ г - множество ФП. Аналогично определим функциональную тройку проектируемого объекта в шде Р=<3,Т,г>, где Б - множество допустимых входных операндов объекта, Т - множество необходимых выходных операндов, 3 с р, т с р, Б П Т = 0, г - набор операций преобразований, выполняемых устройством.

Пространство технических решений (ПТР) определим как множество функциональных и принципиальных схем, выполняющих преобразование входных операндов в выходные по заданному закону: ПТР=<г,вс,5,Г,2>, где г={ Р,,...,Р > - множество функциональных структур, к=< К,,...,Кт ) - множество принципиальных схем.

Под синтезом структуры ТО будем понимать поиск ее функциональной и принципиальной схем, удовлетворяющих требованию преобразования (5) при заданных ограничениях на параметры синтезируемого объекта. Решгние задачи рассматривается в два этапа: первый шяг - построение ПТР, второй - выделение требуемого варианта структуры, например, в соответствии о за-

дашшми критериями оптимальности.

Разработаны классификационные модели операндов енерго-тических и информационных потоков, которые отооражены на фреймовые модели представления знаний.,

З^рмализсЕЗнныэ методы синтеза ТР не всегда позволяют получить треоуемое решение, и анализ ТР функциональных систем ДВС показал, что для достижения цели проектировщики применяют эвристические (трансформационные) методы как общесистемного характера, так и специализированные. Выполнен анализ пркленяеьих в инженерной практике эвристических приемов, сделан еыеод о возможности представления их в вида продукционных моделей и необходимости включения в модель расчетных ■ процедур и функций.

Результатом анализа предметной ооласти стал вывод о целесообразности примен-эиия нечетких моделей представления знаний для систем поиска ТР в ооласти проектирования функциональных систем ДВС.

Третья глава посвящена моделям и алгоритмам синтеза ТР. В предыдущей главе исходные данные задачи поиска структуры Ти оыли определены в виде набора <Р,РПокажем, что такая постановка задачи хорошо интрпраткруотся гипорографо-еой моделью. Рассмотрим ориентированный граф <Р,3£>, в котором е I - множество вершин, 8 J * 1 - множество дуг, каждая из которых имеет вид е^=<р|, где Р^с Р - подмножество вершин, из которых исходит ву Р- с р -подмножество вершин, в которые заходит в у ь годобным образом определенном гишро графе определение гипердуги тождественно данному наш определению ФП, а множество вершин гиперо графа соответствует определенному выше множеству операндов. В <Й1 помимо зад'чия внешних связей определены также отношения между операндами Ф!1 в виде набора операций ъ^, который можно определить как внутреннюю структуру преобразователя и который в модели структуры То назван ядром гипердуги.

Введем формальную операцию композиции к функциональных

троек <Р( , а » 1 - к):

у - ..• - <8,!Г,2>,

-э-

1-й ,„ 1-к _ _ Т - и{=, г;, з - Р» \ Р*.

Подобным образом опрвдвлв1шая операция композиции определяет совокупность выходов Т результирующей функциональной тройки Р - Функциональной структуры. Э есть множество входов всей совокупности Г{((-1~й), каадай из которых ке подсоединен ни к одному выходу. Структура р есть гипврпуть из Я в Т на гиперографе <Р,Е>. Процедуру синтеза структуры ТО определим как операцию, обратную операции композиции, - декомпозицию функциональной тройки Р = <3,?,2>: 11 ., р. Процедура синтеза, определенная как операция декомпозиции, есть поиск гиперпути на гиперографе <Р,33>. Таким образом, построите ПТР может рассматриваться как поиск всей совокупности Лг[5,Т,г].1 € Ь.

Высказанный в предыдущей главе тезис о необходимости отображения в моделях структуры ТО нечеткости о-чошоний между ого элементами кешел воплощение применением шксии и функции предпачтт>елъноспш. Отличием от устоявшегося определения нечеткого гиперог-рафа, в котором задается нечеткость отношений между вершинами и дугами граф-!, является отражение нечеткости связей между дугами, т.е. между ФП, входящими в структуры. Достигается это введением в модель операнда шкалы определение егэ параметров и функции, указывающей степень предпочтительности нахождения значений параметров операнда для каждого ФП в каждой точке шкалы. Степень совпадения функций предпочтительности ФП, связанных посредством одного или нескольких операндов, отражает качество связи (качество совместного использования) этих ФП.

Показано, что использование функции предпочтительности позволяет вводить показатели качества связей Между ФП схемы, что является важным фактором при создании оптимизационных илгор./гмод.

Построение множества альтернативных вариантов структуры ТО трепет решения задача компактного хранения и представления найденного множества. Рассмотрено представление ПТР р

виде булевой функции <р(0)=- .....уде д - булевы

переменные, при этом , если ( г. Монотонное" подобным образом определенной функции позволяет представить оо ; базисе {& "'). Отмечены достоинства и недостатки предстпате-

ния ПТР в еидо булевых функций и предложено описание ДТР в виде многоуровневого списка праьил, который назван И-списком, даны основные определения и описаны правила формирования й-списков, рассмотрены примеры представления множества вариантов систем зажигания и пуска ДВС в виде обобщенных й-списков.

Правила И-списка, классифицированные на простые, сложные и обобщенные, строятся из идентификаторов (ми, в зависимости от уровня, могут быть имена ФП либо кдеI¡гя}жаторы правил бо.'эе низкого уровня иерархии), указателей соединительных гчязей и круглых скобок. В качестве указателей используются знвки "л" - параллельное соединение элементов структуры и "—► " - причинно-следственная связь ("следуот"), последовательная связь не имеет указателя.

Ср- чи основных достоинств представления ПТР в виде й-списков отметим такие как явность описания структурных связей, наглядность и коми штность представления сложных фрагментов структуры, простота алгоритмов выделения вариантов структуры из ПТР.

Алгоритм синтеза ГГГР представлен двумя основными частями: I) построение гиперографа г., определенного как совокупность Лг,1 € Ь, по заданным множествам входных Я и выходных Т вершин (операндов) и набору операций Ъ и представлоние его в виде обобщенного й-спискв; 2) выделение из гиперографа С множества гиперпутей Л, выполняемое посредством правил раскрытия обобщэнпого й-списка, результат его работы - представление каждого варианта структуры в явном виде.

Этап концептуального проектирования, как правило, на предполагает точного определения всэх т^аметров ТО, что затрудняет выбор оптимальной схемы устройства. Вместе с тем, наличие экспертных оценок гтзказателей качества ФП и. соответствующих им реализаторов, полученный из опыта их применения, позволяет, предвосхищая этап анализа полученных ТР, ранжировать синтезированные структуры ТО в соответствии с заданным критерием оптимольности.

Еслй каждый вариант схемы проектируемого объекта оценивается некоторым набопом показателей Ур--{у), аависящих в общем случае от значений параметров Х1,={зг) ФП, входящих ь

структуру т.е. Yp=g(Xp), и при этом Пу - множество

допустимых значений показателей Yp, ti^ - множество допустимых значений параметров Хр и отношение предпочтения задано целевой функцией Ф (Y?), то общую постановку задачи оптимизации структуры можно рассматривать как задачу поиска подмножества г°р» вариантов структуры из множества г ПТР, для которого значение целевой функции 8(3 (Хр)) принимает экстремальное значение. Функциональную структуру, для которой целевая функция принимает окстрэмальное (минимальное) значение обозначим как Fopt, и тогда можем записать:

Fopt={Fopt | gto ®(Э(Хр)); Хр € Yp € fiy).

Для решения оптимизационной задачи были сделаны следующие допущения: - набор параметров Х^ для каждого элемента , / функциональной либо принципиальной схемы фиксирован; - каждый показатель j/£ t Yp вычисляется с помощью операции, применяемой к параметрам ij е Хр, которые оценивают ту хе физическую характеристику объекта, что и показатель - целевая функция лчнейна.

Оптимизационный алгоритм поиска позволяет Еыделчть из R-списка ранжированный ряд задь.лой длины оптимальных структур, он реализован как модификация алгоритма раскрытия обобщенного } -списка и базируется на введении следующих соответствий:

- элементам списка, соединенным операцией "1", ставится в соответствие операция поискз минимума значений их показателей:

i f2 - mln{<\S 1. ({/г); ;' (I)

- элементам списка, соединенным последовательно, ставится в соответствие операция вычисления их показа-элей:

/,/г - </» 2 </г. (2)

В условиях неполной и нечеткой информации, какой являются э'-спертные оценки, практически весьма сложно выбрать оптимальный вариант ФС, поэтому правомерно выбирать не одну структуру, а ранжированный ряд заданной длины I. Ниже приведен алгоритм, реализующий рассмотренный подход. При писании алгоритма использованы следующие переменные: Р - количество

уровней вложения (иерархии) скобок в обобщенном й-списке, гЛ - количество пар скобок на д -к уровне, пг - число групп идентификаторов последовательно соединенных ВД внутри г-й пары скобок. В алгоритме использовал стек I], в который записывайте.! I ранжированных по минимальной целевой функции групп идентификаторов последовательно соединенных ФП внутри пары скобок, рассматриваемой в ходе выполнения алгоритма. 1. Ввод обобщенного К-списка и составление А-урозпэБой схемы

иерархии скооок. <•.

¡¿.•»Оргашкгция цикла по К, Я= й - 1. •4. Организация циккла по г, г~1 ,гк.

4. Формирование стека II из I наборов последовательно соединенных ОП, ранжированных по минимизируемой целевой функции:

4.1.Заполнение стека первыми I наборами СП.

4.'¿.Организация цикла по 1(1=»1,пг).

4.3.Вычисление значений дэлевых Функций ф? 1-й группа последовательно соединенных ФИ в соответствии с выражением (2). 4.4.Организация цикла по J^J••^,l). 4.Ь.Если > м^, то выбрать следующий элемент стека перейти к п.4.4, иначе: организация цикла, позволяющего сдвинуть все элементы стека так, чтобы элемент 4>[ поместить на место /-го элемента стека.

4.6.Конец цикла по J.

4.7.Конец цикла по (.

Ь. Замещение в г-й паре скобок последовательности идентификлторов ФП на последовательность из стека II.

6. Нслец цикла по г.

7. Раскрытие скобок й-го уровня. О. Конец цикла по к.

У. Вывод элементов стека Ы в качестве результирующей последовательности. 10. Конец алгоритма.

Если стоит задача выбора из К-списка одного варианта структуры, то п.4.4-4.о алгоритма сводятся к выбору группы ФП с минимальной целевой функцией в соответствии с выражением (1).

Разработка влгориг щ оптимизационного поиска подтверди-

ла достоинства представления ПТР в виде Л-списков: поиск оптимальной структуры сводится к выполнению операций гзятил минимума, слоеэния (при аддитивных показателях) и раскрытия скооок.

В четвертой глава рассмотрены основные принципы построения автоматизированной системы структурного синтеза (АССС), разраоотепа отру1стура системы и модель ео ппфордациочного фонда.

АССС является системой, построенной на знаниях и объединяющей в себе элементы экспертных и расчетно - логических систем.

Учитывая многообразно свойстз, присущих АССС, и наличие в ее структуре компонент различных стандартных систем, ее следует определить как многофункциональную гибридную систему.

Струлгура системы представлена следующей! основными блоками: I )инфорлациошый ¿онд (ИФ), включающий базу знаний, временный информационный фонд и базу данных; 2)блок синтеза, функционирующий на оскозе предложенных моделей и алгоритмов; 3)блок управления базой знаний; 4)блок управления базой данных; 5)графи*вский блок; 6)расчетный блок.

Одним та основных блоков системы является информационный фонд, для которого разработана классификационная модель, представленная в пиде: Ы~0 и Ви О. где О - область списания объектов, л - область правил, алгоритмов и эвристик, О - область дгшыг. Каждая область, в свою очередь, представлена рядом разделов:

о = Н0и иГви V ь- ^ и в45 о - ^ ц Й00, где и0 -раздел операндов, - раздел ФС, - раздел реализаторов, йр - раздел эвристик, - раздел алгоритмов, Нр^ - раздел параметров и н00 - раздел оценок.

На о нова классификационной разработана эвристическая модель ИФ, базирующаяся на таких формализмах представления знаний, как фреймовые и продукционные модели.

Эзристнческая модель ИФ, изоморфная гипэгографовей модели предметной области, отражает такие ее свойства, как палкчиб нескольких видов описаний для объектов (понятийного, математического, графического), возможность применения описания й-спйсков к элементам модели и т.д.

-14В глава разраоотана структура фреймсв-прототипов для каждого раздела области описания объектов, рассматриваются связи между различными областяьм ИФ, структура временного ИФ, принципы пополнения фонда новой информацией.

В пятой главе рассмотрены принципа построения лингвистического обеспечения АССС, разработана структура языка С'ГРЭЛ, рассмотрены его основные процедуры.

Язык СТРЭЛ относится к языкам манилулирзаанлл знаниями, имеет несколько режимов доступа (из програ'ял! ¡гол-зэавталя, в ¿гоманднг t отроке, в диалоговом режиме) и моаэт рассматриваться кг-- входной язык системы.

Диалоговый реким позволяет пользователю обращаться к операторам языка посредством выбора из иерархически взаимосвязанных меню нужных ему функций. В режиме командной строки оператог должен быть задан явно со всеми используемыми параметрами.

Основными элементами яз:,с:а СТРЭ." являются константы, переменные и операторы. Тип используемых переменных определяется одним из следующих зарезервированных слов: objects, rule, func_str, rl. Переменной, имеющей один из указанных типов, ставится в соответствие 15ре£м из раздела области описания объектов или области ввристгас. В состав операторов языка входят оператор присвоения и оператор вызова процедуры. Процедуры языка представлены процедурами ведения БЗ, служебными процедурами, процедурами связч о БД. Основными процедурами, включенными в состав процел"р ведения БЗ, являются процедуры синтеза структуры ТО, построенные на основании плгоритм. з построения пространства TP в виде обобщенного R-списка, процедурт раскрытия обобщенного R-списка и получения множества вариантов структуры ТО, процедуры оптимизационного синтеза, it служебным процедурам относятся процедуры ведения файлов ИФ, вывода результатов работы системы, раооты с временным ИФ и т.д.

В состав лингвистического обеспечения системы включен язык графического диалога ГС, основными функциями которого являются визуализация структурных схем ТО, ведение графического диалога, в результате которого Mosato проследить динамику построения схемы, управлять подбором реализаторов.

В шестой гливе pfk. :могронн примеры синтеза структурах

схем систем подачи топлива и запусти ДВС.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Х.В представленной работе выполнено обоснование необходимости создания автоматизированных систем сгнтеза функциональных схем подсистем ДВС, выполнен анализ с;тцоствущих методов и инструментальных средств решения подобных задач.

2.Предложены нечеткая гкперографовая модель структуры ТО, формализм компактного представления ПТР в виде й-списков и поисковые алгоритмы синтеза ТР.

3.Предложенный математический аппарат гиперографовшс моделей включает понятия шкалы и функции предпочтительности и ядра гипердуги, позволянцие учитывать в моделях синтеза ТР существующую нечеткость отношений между техническими объектами, поучать нечеткие логичоские веключения, а твкке ввести формальные критерии оц-.нки качества функциональных связей мекду элементами ТО.

4.В рзботе выполнен информационный анализ предметной области и описана структура информационного фонда системы. Наличие формализованной структутщ информационного фонда позволило разработать эвристическую модель информационного фонда и модр.пи представления знаний для различных областей фонда. Разроботзны структуры скелетных фреймов для всех разделов области описания объектов.

5.В качестве . ангвисгического обеспечения представлен язшс процедурно-декларативного типе СТРЗЛ, обеспечиьапций многофункциональную связь пользователя с системой, разработаны и описвнм основные процедуры языка, дана х классификация, представлены методы доступа к процедурам Я1 -ка, огисаны осног. 'нэ параметры процедур. В работе даны основные понятия языка греческого диалога ГС, предназначенного для подготовки графического изображения результатов синтеза.

В.Разработаны структура автоматизированной системы поиска ТР и программный комплекс интерактивного синтеза функциональных схем подсистем ДВС и приводов машин.

7,Представленная работа является частью научно- исследовательских работ, выполненных в ИТК АНБ (ГР ЖЯ.880041548). в результате ее практического использования получрнч три

ввторских свидетельства на изобретения. Получэшше в работе научные результаты и разработанное нь их основе ПО внедрены на Павловском автобусном заводе, годовой экономический эффект составил 36 тыс.руб. Разработанное ПО воило а программный комплекс, прошедший экспертизу и регистрацию во Всесоюзном и республиканском фондах алгоритмов и программ.

Основные полозкэния диосертвции опубликованы в следующих работах:

1. Банк инженерных знаний в функционально.^, проектировании мгташ / Е. А.Стародетко, Т.А.'Грохова, Ы.Л.Еегеков и др. - Минск: Ин-т техн. кибернетики АН БССР, 1990. - 68с.

2. Оболочка гибридной експертнсй системы СТРЗЛ. И гос. регистрации 50910000413. - М.: ГосФАП СССР, 1991.

3. Стародеткс Е.А., Стародетко Г.Е., Шишаков Ы.Л. 12ик-ропроце-сорное управление адаптивными двигателями. - töshck, 1990. - 60с. - (Препринт / Ин-т техн. кибернетики Ali БССР; » 13).

4. Стародетко Е.А., Шишаков М.Л., Хомич Т.е. Экологические факторы, учитываемые при проектировании машин. -Минск, 1990. - 36с. - (Препринт / Ин-т техн. кибернетики АН БС^Р; * 11).

5. Трохова Т.А., Усов Б.А., Шишаков М.Л. Инструментальные средства построения гибридных экспертных систем в САПР // Программное обеспечение новых информационных технологий: Труды Всесоюз. научно-техн. семинара. - Тверь: центрпрограммсистем, 1991. - С.60-62.

6. Трохова Т.А., Усов Б.А., Шишаков М.Л. Классификация операций в гипридных экспертных системах автоматизированного проектирования на основе функционала ой алгебры // Программное обеспечение новых информационных технологий: Труд» Всесоюз. научно-техн. семинара. - Тверь: Центрпрограммсистем, 1991. - С.16-18.

7. Трохова Т.А., Шишаков М.Л. Основные принципы построения диалоговой системы структурного синтеза // Тракторы и сельхозмашины. - 1990. - * 2. - С.20-21.

В. Трохова Т.А., Шишаков М.Л., Шлотгауэр В.А. Графика микроэвм в задачах САПР. - Минск: Вышэйшая школа, 1991. -¿34 с.

9. Усов Б.Д., Тро ова Т.А., Шишаков М.Л. Информационное

обесттачэшш задач структурного сшггеза // Кнтэгрированные системы автоматизированного проектирования: Тез. докл. Все соез. научно-техн. конф. - И., 1989. - С.64-66.

10. Уссз Б.Л., Шзлсков М.Л. Автоматизация схемного проектирования механизмов // ШГЕРТКХКО - 90: Труды меадунар. kohJ. - Будапешт, 1990. - Т.2. - С.7оЗ-7~1.

11. Усов Б.А., Шказкоз Ы.Л. Габрудная экспертная система кинематического апзлгзэ е синтеза мэхеназмов // йрогрошятоэ обеспечение ЭЕИ: Труды 3 маадупар. научно-техн. копф. - Тверь: Дентрпрогргынзястем, 1990- - Т.о. - С.31-33.

12. Шпаков У.Л. Гибридная експэртная скстена концептуального проектирования мажа. - Минск: йн-т техн. кибзрнэтнкя АН PS, 1992. - 120а.

13. ййн>гксз Ы.Л. Ггггзротрафошэ модэ.тз в гяСрздаыг эксггзртпнх снитзкзх концептуального прооктарсвапня vea:m // Пгбрадакэ экспортные сяст егет в задачах проептърокзякя слз22ых технических объектов: Труда научно-тэхн. суг^чра -Спнэт-Потэрбург: ДЩЕРП, 1992. - 0.18-21.

14. Шешекоз Я.Л. Устройство для пгкзрэпля нонапта па Бра?ап59мся налу. - Еояся. реззтгэ по згяякэ па тсСрбтояао Г; 4761(28, 1990.

15. Í2TSEK03 У.Л., Отародаксо З.А. Детгвтэдь ваутрегтэго сгорлнзя. - Пэлаз. p-ícosng го заявке на ззебрэтепно .3 ?8-*2820, 1991.

IG. Eaaeon Л.Л., 0?-|»д?гк> 2.Д. ücíponpor^oooptss csoTcfca контроля пагруавпзостг ДЕзгатэл;; Esyspetrjorc» сгорекия // »ЕяропЕоцяссс^сй в сета

упразлваия гвтоио&изж: Тээ. деда. Вез с®». нзгзео-гззн.

- imc::, - C.1S-19.

17. агзскоп íí.jí., Сгарсдзспо S.a., Усоз Б.&. Ертгцгта построена и структура прецзееоз проэктирования шзет // Тргкторн я сс-ль7.с_.'л"™я. - i9?0. - »2. - с. 11-12.

13. йвгахов И. Л., Троговз Т.Д., Усов Б.А. Диалоговая ЕятзллзктуалЕЕировсяппя система автоматизация структурного C2HT333 махвяяамов // САПР В M22C30CTpC!j|£Stt н приборостроения: Тоз. декч. Веозоггз. csij-ttspa. - У.тьянсбск, 1990. - С.15-16.

19. Пйяоков M.JT., Троховз Т.А.. Уссз В.Д. йетедяяитуз-лзззровапнея слсто.'.п структурного евзтезз мвшян //

Програымное обеспечение ЭВМ: Труда 3 ыехдунар. научно-техн. кояф. - Тверь: Центрпрограммсистем, 1990. - Т.4. - С.30-83.

20. Шишаков Ы.Л., Шлотгауэр В.А., Стародетко Е.А. Двигатель внутреннего сгорания. - Поло*, решение по заявке на изобретение А 4740778, 1990.

21. ТгоИюта Т.A., Ussov В.A., Shisfcaicov M.L. Uae of MacrodeilnltIons in Hybrid Expert System to Synthesize .Punctmal Diagrams of Machines // Proceedings oi the International Coni. AUTOMATION'92. - Budapest, 1992. -Vol.2. - P.349-368.

22. Ussov B.A., Shishakov M.L. Intellectual Computer Aided System for Desighing Block an^ Mechanical Structures on the Basis oi the Theory oi Algebraic Variety // Proceedings of the 1990 International Coni. on Engineering Design. - Dubrovi.ik, 1990. - Vol.2. - P.1073-1080.

Подписан в печать 7.04.93. Формат бумаги бОхсй 1/16. Бумага типографская. Офсетная печать. Объем 1,0 печ.л. Тираж 100 экз. Зак. 54

Отпечатано на ротапринте Института технической кибернетики АН Беларуси. 220012, Минск, Сургснова, б