автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Разработка инструментальных средств поддержки обобщенных понятий в базах данных САПР на основе характеризационных принципов

РГВ од

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Московский ордена Трудового Красного Знамени государственный горный университет

На правах рукописи ПЛКУДИН Евгений Леонидович

УДК 681.3.082

РАЗРАБОТКА ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ПОДДЕРЖКИ ОБОБЩЕННЫХ ЧОНЯТИЙ В БАЗАХ ДАННЫХ/ЗНАНИЙ САПР НА ОСНОВЕ ХАРАКТЕРИЗАЦИОННЫХ ПРИНЦИПОВ

Специальность 05.13.12 — «Системы автоматизации проектирования (промышленность)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Кра-.)го Знамени государственном горном университете.

Научный руководитель докт. техн. наук ТОРХОВ В. Л.

Официальные оппоненты: проф., докт. техн. наук ВАГИН В. Н., канд. физ.-мат. наук СИМАЧЕВ Н. Д.

Ведущая организация — Московский инженерно-физический институт.

Защита диссертации состоится « 3. . » 1903 Г.

в .'^Г^час. на заседании специализированного совета

Д.053.12.12 Московского государственного горного университета по адресу: 117935, Москва, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « » 199^5 г.

Ученый секретарь специализированного совета

докт. техн. наук ТОРХОВ В. Л.

ОКШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теки. Применение автоматизированного

проектирования для разработки систем и технологий в таких областях, как машиностроение и горное дело, характеризующихся сложной структурой и слабой формализованностыо знаний, обусловило необходимость создания интеллектуальных САПР. Приоритетным направлением интеллектуализации САПР является интеграция средств и методов представления к обработки знаний в информационную подсистему.

Проектирование с использованием САПР представляет собой многоэтапный процесс автоматизированного синтеза информационной модели проектируемой системы, обладающей заданным свойством. Это свойство формулирует проектировщик, исходя из задач этапа проектирования. Для современных высокосложных систем невозможно автоматически сгенерировать единственное решение, удовлетворяющее поставленному условию, - существует множество потенциально возможных вариантов проектного решения, окончательный выбор из которых осуществляет проектировщик. Сложность условий, налагаемых на проектируемые подсистемы, и значительное число возможных вариантов проектного решения определяют необходимость автоматизации порождения вариантов проектного решения. Одно из направлений интеллектуализации САПР состоит в предоставлении проектировщику возможности задания условия на проектируемую (под)систему в терминах предметной области и манипулирования полученными таким образом вариантами проектного решения. Общелогическхн средством моделирования процесса порождения множества вариантов системы, удовлетворяющей заданному условию, и

- г -

представления декларативных знаний о структуре служит абстракция обобщённого понятия.

Экземпляр обобщённого понятия суть совокупность объектов, обладающая заданный свойством и представленная как объект. Обобщённое понятие - класс всех возможных таких совокупностей при некотором состоянии информационной модели (базы данных).

Методы поддержки иерархии абстрактных понятий в моделях представления знаний, разработанные в исследованиях по теории баз данных, распознаванию образов, классификации и обобщению знаний, позволяют представлять только простейший вид абстрактных понятий -родовые (таксономические) структуры. Для интеллектуальных САПР использование родовых понятий недостаточно, поскольку родовое понятие не позволяет представить всевозмжные совокупности объектов как объекты нового класса. В силу интерактивного характера взаимодействия пользователя с САПР, при динамическом обеспечении целостности информационной модели существенно требование эффективности при поддержке обобщённых понятий.

Следовательно, задача эффективное поддержки обобщённых понятий в информационной подсистеме САПР, заключающаяся в разработке нодели представления, лингвистических средств манипулирования и инструментальной системы поддержки обобщённых понятий в базе данных/знаний, является актуально., и имеет большое научное л практическое значение.

Цель работы: разработать математическое к программное обеспечение поддержки обобщённых понятий в базе данных/знаний САПР. Для д~стижениг этой ,ели необходимо:

разработать инфологическую модель обобщённого понятия, определенного на состоянии информационной модели предметной области;

- разработать методы и алгоритмы эффективного представления обобщённых понятий в базах данных/знаний САПР;

разработать алгоритмы эффективной поддержки обобщённых понятий при изменениях состояния базы данных;

разработать инструментальную программную систему, реализующую предложенные методы и алгоритны представления и поддержки обобщённых понятий.

Идея работы заключается в представлении обобщённого понятия через класс запрещённых фигур формулы, определяющей это понятие, при её интерпретации в базовой модели. Представление обобщённого понятия в виде запрещённых фигур используется для эффективного обновления его содержания.

Метолы исследований основаны на использовании семиотического подхода к првдставлению знаний и метатеории характеризационного анализа как методологической основы представления знаний и разработки эффективных комбинаторных алгоритмов.

Работа выполнялась в рамках темы 12.9.1.1.15 "Создание элементов автоматизированного проектирования и управления горнодобывающими предприятиями" программы РАН исследований в области естественных наук до 2000 г., раздела 6 "Разработка теоретических основ проектирования и создания автоматизированных и роботизированных технологий добычи и переработки твердых полезных ископаемых" программы Министерства науки, высшей школы и технической политики РФ "Экологически чистое горное производство" на 1989-1992 гг., госбюджетной темы "Разработка концепций и принципов математического и программного обеспечения САПР и управления в горном деле на основе искусственного интоллекта", а также двух хоздоговорных тем (ном. гос. регистрации 01900004417 01920012443).

Научная новизна работы заключаете» в

разработке мифологической копели обобщённого понятия, задаваемого хорновской формулой,

- решении задачи характеризацни класса нодельных структур хорновской формулы при ограниченной интерпретации и разработке Не. её основе метода и алгоритмов представления обобщённых понятий на базе запрещённых фигур,

решении задачи характеризацни устойчивости множества запрещённых фигур и разработке на ее основе алгоритмов эффективного обновления содержания обобщённого понятия в соответствии с изменениями состояния базы данных.

- Практическая ценность работы состоит в создании инструментальной программной системы поддержки обобщённых понятий, реализующей предложенные методы и алгоритмы.

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на XIV всесоюзном симпозиуме "Логическое управление с использованием ЭВМ" (Феодосии, 1991 г.), XV международном симпозиуме "Логическое управление. Интеллектуалы' в информационные технологии и стратегии" (Москва, 1992 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы автором в 5 научных работах.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 111 листах машинописного текста, включает 20 рисунков, 7 таблиц и список испол' зоваьной литературы из 91 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. НОЛЕЛЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБОБЩЕННЫХ ПОНЯТИЙ

Общие знания о предметной области в рамках логической нодели представления знаний представляются теорией первого порядка Т-<Ф. Д>, где ф - формальное представление структуры предметной области - множество предикатных символов, каждый из которых представляет класс объектов, сорта соответствуют признакам; * называют сигнатурой. Аксиомы Л формализуют свойства классов а их взаимосвязи. Теорию Г называют интенсиональным представлением знаний о предметной области.

Конкретное состояние предметной области (множество фактов о состоянии объектов и значении их свойств) представляется модельной структурой теории Т: ей соответствует модель D-<dom, г>, на которой истинны все аксиомы Див которой dorn - значения свойств предметной области (универсум интерпретации), г - множество отношений, интерпретирующих предикатные символы из Ф. Отношение представляет информационную модель класса объектов, элемент отношения соответствует объекту. Представление знаний в виде модельной структуры называют экстенсиональным.

В тернинах теории реляционных баз данных сигнатура Ф соответствует схеме базы данных, аксиомы Л - ограничениям целостности; Я - состоянию базы данных, в котором dorn отображение домена, г - состояния схем отношений.

Математической моделью экземпляра обобщенного понятия, определенного на состоянии 9 базы данных, является модельная структура определяющей формулы F при ограниченной кнтепре ации на модели а.

Модвль C^=<dom, с^ е d, сигнатуры Ф называется модельной

структурой формулы F на модели », если:

1) формула F истинна на модели что обозначим как H F;

2)' на любой модели a^=<dom, а^ е d, являющейся расширением

г »

модели с^ с а^, формула F ложна, В^ И TF.

Внесение обобщённого понятия в модель знаний о предметной области состоит из следующих этапов.

1) Представление интенсионала. К сигнатуре t добавляется

новый предикат С(А1.....Л^), соответствующий вводимому понятию:

сорта {jIj, ...Р,л } суть признаки понятия. К аксиомам добавляется

аксиома С. формализующая свойство, представляемое понятием. Эта

аксиома определяет преди. jt С через предикаты сигнатуры Ф и

является замкнутой формулой. В предположение непротиворечивости

/ /

Ли{С} полученная теория Т =<Ф , Ди{С}> является консервативным расширением теории Т.

2) Модель 3 не является модельной структурой теории Т . т.к. в ней нет интерпретации предикатного символа С. Для поддержания целостности модели знаний необходимо построение модели, содержащей экстенсионал обобщенного понятия. Для этого построим модель S , являющуюся модельной структурой теории Г так, что D - сужение 9 . Обобщённое понятие представляет всевозможные совокупности объектов базовых классов, обладающие заданным свойством. Поэтому каждый из экземпляров понятия является модельной структурой определяющей формулы при ее ограниченной интерпретации на отношениях, представляющих базовые классы. Множество всех таких моделей и япляется о xtohi оналом понятия.

Далее предполагается, что определяющая формула F является

импликационной зависиь jCTbio на предикате R( А......А ) из Ф:

1га

п

(У.х, ...х )( & Г. э О, где {Г...... Г_} - литеры с одним

1 т 1 1 п

предикатным символом И, С5 литера Множество экземпляров

обобщённого понятия - класс моделей являющихся сужениями

модели В и модельными структурами формулы Г на Э.

Модели О однозначно соответствует класс моделей В-{8^ . . . , 8^},

8^-<с1ол1, Ь^ С г. На В определим частичный порядок

тогда и только тогда, когда Ь^Ьу Модель В-<В, изоморфна

<8(г), £> и поэтому является полной дистрибутивной решеткой с

дополнениями. Класс В разбивается на классы Р и О:

р - {Р11 Р^В И р^и Г}. О - а^в и а^ пг>.

В диссертационной работе доказано, что множество модельных

структур Г на ГО являетя множеством максимальных элементов нижней 2

полурешетки <Р, >■

Построение модельных структур заданной формулы на модели осуществим как решение задачи характеризации свойства сужения ' модели быть модельной структурой формулы. Класс исследуемых моделей определим как множество В: отношение подчинения - порядок на В: характеризуемое свойство - истинность Г на модели.

Если Г истинна на 8^еВ, то Г истинна на любой модели В^.сВ, такой, что 8 ^ 8^. Из этого следует выполнимость принципа

локальности, а значит и разрешимость поставленной характеризационной задачи.

Модель 3^=«1от, из класса В назовем запрещённой фигурой

формулы Г на модели 5), если

1) З^ТГ:

2) для любой модели 8^, В^«В, такой, что ( В^^З^)&( 8^*3^) имеет место В^Г.

В диссертационной работе доказано, что ьложество запрещённых

фигур Г~на 2) является множеством минимальных элементов верхней

2

полурешетки 3-<0, п О >.

Для вычисления множества запрещённых фигур исследуем зависимость мощности отношения запрещенной фигуры от синтаксических свойств определяющей формулы.

Для заданного конечного множества {Г^ Г2.....Гп) литер с

одним предикатным символон типа ..... Лт), структурным графом

назовем реберно взвешенный граф

<0, Л>,

в - <Г, и>, Ь: V -В({ДД, .... Л }'). вершины которого Г взаимно-однозначно соответствуют литерам

множества {Г^ Г2..........ввРшины смежны тогда и

только тогда, когда соответствующие хм литеры имеют вхождение одной и той же предметной переменной; дуга и^ € и взвешена

множеством Ь(и^) с ..... ЛтУ сортов, на которых совпадают

литеры, соответствующие коинцидектным вершинам дуги и^.

Пусть <ву <в2. Ь2> - структурные графы, их><

иг>- От°бРажан*0 Г2 назовак гомоморфизмом

структурного графа и1> в структурный граф

если для всех из того, что е следует

(Г^). К?])) « и2 и для любых ^еГу таких, что ^е^

имеет место:

Гомоморфизм структурного графа <в, Ь> в себя,

г: <в, Л> «3, й>,

при которо ж(^) Г назовем собственным эндоморфизмом

структурного графа.

л

Конъюнкт & Г^ назовем сводимым, если для его структурного

графа существует собственный эндоморфизм.

Для вершины V структурного графа <0, Ь> через О(к) обозначим единичную окрестность.

В диссертационной работе доказано, что конъюнкт {Г^, ..., Гп> сводим тогда и только тогда, когда в структурном графе «Г, и>, /]> конъюнкта для некоторой вершины Те г существует вершина де такая, что

1) 0(Г) г 0(д) ;

2( е О(Г)) Ь((Л гЛЦГ,, д)).

Обозначим <(» , Ь > минимальный по включению вершин несводимый ее

подграф структурного графа <в, Ь>, ае=<^е- ие>-

Основной теоретический результат диссертационной работы состоит в синтаксической характеризации экстенсиональной когнитивной структуры представления обобщённых понятий установлена зависимость мощности отношения моделей, представляющих запрещённые фигуры, от синтаксических свойств определяющей понятие формулы.

В диссертации доказано, что мощность £ отношения запрещённой фигуры формулы Г, определяющей импликационную зависимость на модели 3=<йош, с?> с конечным отношением с1, равна:

С=

|Ге1, если |Ге1 < 2

2, если |ге1 = 1,

где - мощность носителя минимального несводимого подграфа

С5е-«Ге, С/е>, йе> структурного графа б-«Г, и>, Ь> антецедента матрицы формулы Г.

Алгоритм вычисления множества запрещенных фигур формулы на конечной модели

п

Данные: модель D=<dom, d>; формула F=(V.x.. . . X ) ( & F. э G) ;

" 1 1

Результат: множество Z запрещённых фигур Г на Э.

begin 1 2:=в;

2 к:=нощиость отношения запрещённой фигуры для формулы F на S;

3 В:=множество К-элементных подмножеств d;

4 for Vb е В do

5 if i И Г then

6 Z := Z и { b }; end.

Экстенсионал понятия при найденном множестве запрещённых фигур строится семантическим эквивалентированием. Элементарным преобразованием запрещённой фигуры 3^=<dom, является удаление

одного элемента из отношения z^. Для запрещённой фигуры возможно различных элементарных преобразований. Семантическая

таблица формулы F на моде .и Э определяется классически - по объединению множеств кортежей ' всех запрещённых фигур. Каждое покрытие столбцов строками сенантической таблицы определяет минимальное _ по включению множество кортежей отношения модели 8=<dom, d>, удаление которых необходимо и достаточно для получения модельной структуры ф^пмулы F на модели D.

Алгоритм вычисления множества модельных структур формулы на конечной модели

Цанны->: множество запрещённых фигур Z формулы F на модели В, 8=<dom, d>.

Результат: множество С всех модельных структур F на В.

begin С := и;

Г := семантическая таблица F на Э; S := множество всех покрытий столбцов строками Т; for V s 6 S do

С := С и (d \ s);

end.

Каждая модельная структура определяет экземпляр обобщённого понятия при заданном состоянии базы данных. По множеству запрещённых фигур формулы можно однозначно определить содержание обобщенного понятия. Предлагаемая модель представления обобщённых понятий в БД состоит из множества запрещённых фигур, алгоритма их вычисления и алгоритма построения экстенсионала. Для конкретного обобщённого понятия в БД хранятся только запрещённые фигуры: экземпляры понятия вычисляются по обращениям к ним.

2. ЭФФЕКТИВНАЯ АКТУАЛИЗАЦИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОБОБЩЕННОГО ПОНЯТИЯ

При использовании обобщённых понятий для поддержания целостности информационной модели предметной области необходимо обеспечение целостности представления содержимого обобщённого понятия при изменениях состояния базы данных. Процесс восстановления целостности модели называют актуализацией.

Изменение состояния БД представимо композицией элементарных операций:

INSERTIR, t) - добавление в отношение со схемой Я кортежа t.

DELETE!R, t) - удаление из отношения со схемой R кортежа t.

Множество запрещенных фигур ZO) формулы F на модели а назовем устойчивым относительно операции изменения состояния

модели т':В -» 6, если множества запрещённых фигур на моделях В и 6 совпадают.

Множество модельных структур заданной формулы F на модели В обозначим С(В).

Возможны две стратегии актуализации понятия. Первая заключается . в повторнон формирования запрещённых фигур определяющей формулы; при обновлении базы данных выполняется алгоритн вычисления множества запрещённых фигур, вторая - в обновлении только представления понятия. Изменение состояния базы данных представимо композицией операций удаления и включения, поэтому задача актуализации разбивается на два случая, соответствующие этим операциям. Задача актуализации множества запрещённых фигур формулы на модели эквивалентна задаче характеризации свойства устойчивости множества запрещённых фигур относительно операции изменения состояния модели.

Пусть т:В->В - операция удаления кортежа t из модели В,

8=<dom, d>, ter, В =<dom, d >, d =d\{t}.

Тогда S «^B и поэтому модель B( В )=<8(d ), «î^)> являотся ограничением модели Б(8) на множество 6(d).

Из локальности свойства истинности F на сужении модели В следует, что модель G (В )=<Е'*> ), для которой выполняется

условие (V С^е Е( В F), является подмоделью модели <?(В ),

El В ) с £(В).

В диссертационной работе доказано, что 3(B) =3(8 ) тогда и только тогд , когда

(V3i е Z(B)) (t t zi), где 3^**<dom, 8=<dom, d>, В =<dom, d \ {t}>.

Так определено необходимое и достаточное условие устойчивости множества запрещённых фигур при удалении кортежа: 2(B) устойчиво

тогда и только тогда, когда ни одна из запрещённых фигур 3^ € Z( О) не содержит удаляемый кортеж.

Алгоритм актуализации множества запрещённых фигур относительно

операции удаления Данные: множество Z запрещённых фигур F на 9: кортеж t , удаляемый из D=<dom, d>.

Результат: множество Z запрещённых фигур F на В =<dom, d\{t}>.

begin

Z : = и ; for V z e Z do

if t « z then

Z := z' и {zy ;

end.

Пусть т: В ■* В - операция добавления кортежа t в модель Э, В =<dom, d >, d =d и {t>, t t d.

Модель B( В) является ограничением на множество В(В) модели

В(5>"): Б(в")=<в", <g 3"j >, где

В ={В2 , В2 , ...}, В^ =<dom. bi >, Ь1 id,

(VBj , вj <=В ' т°гДа и только тогда, когда b^ £ bj .

В диссертационной работе эказано, что если множество Z(B) запрещённых фигур формулы F на модели В неустойчиво относительно операции г :B->D , В =<dora, d >, d = d и {t>, t t d, то для множества Z(B )\Z(B) имеет место одно и только одно из следующих утверждений:

1) Для любой модели , 3^ е Z( В )\Z(B) существует модель 3_. е Z( В), такая, что z^ rv z^ где 3i=<dom, z^>,

=<dom, z^ >;

2) г(В )\2(В) совпадает с множеством запрещённых фигур Г на

модели К = <(1от, й \( их.) >, I 1

где • ( иг.).- отношение, определяемое объединением отношений г.

1 1 1

всех моделей 3^ е г(2).

Последняя теорема означает, что нарушение устойчивости множества запрещённых фигур при добавлении кортежа С в модель В происходит по двум причинам.

Во-первых (условие 1), для некоторой модели (запрещённой фигуры) 3^е2( В) при добавлении Ь в отношение (модели 3^)

нарушается условие минимальности в верхней полурешетке

<-7(в"). (<8(3",) л для запрещённой фигуры: в модели <сЗот, г^ и {£}> возникают две подмодели, на которых ложна формула Г.

Во-вторых (условие 2), возможно нарушение полноты 2:( 3) как множества всех запрещённых фигур на модели В . При этом новые запрещённые фигуры появляются в модели 1 = «¡от, сГ \( и г^) >.

Такая модель существует и ¡1 \( и поскольку для хорновских

формул пресечение моделей является моделью и непусто.

При добавлении £ в В согласно теореме 3. 2 возможны два пути восстановления устойчивости множества В).

При выполнимости условия (2) К) *е> и В г(В) и Л). Если же г(К)=0 (и г(В) неустойчиво), то выполняется условие (1). Построение В )\г(В) тогда может быть осуществлено как преобразование элементов множества г(В).

Алгоритм актуализации множества запрещённых фигур относительно

операции добавления Данные: множество X запрещённых фигур Г на В = «1от, с!>; кортеж добавляемый в В.

Результат: множество Z запрещённых фигур F на В =<dom, du{t}>. begin

1 Z :=0; c:=false;

2 for V z e Z do begin

3 Z :=Z u z; /» z=<dom, v> */

4 for i: = l to 1И do begin

5 z :=<dora, (v\ti)u{t}>;

6 if z № then begin

7 с-.-true;

8 z" :=z' u{z' );

9 end

10 end

11 end

12 if not с then

13 Z :=Z и множество запрещённых фигур формулы F на модели

<dom, (d\uv.)и{t}>;

end,

3. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

3. 1. Лингвистические -редства манипулирования обобщёнными понятиями

Для исг льзования обобщенных понятий в автоматизированной системе в подсистемы определения данных и манипулирования данными СУБД необходимо включить с эдства определвния обобщённых юнятий, их использования и актуализации. лингвистическая компонента подсистемы поддержки обобщённых понятий включает следующие команды:

1) создание/удаление понятия;

2) получение заданного экземпляра понятия;

3) определение числа экземпляров понятия;

4) актуализация экстенсионала понятия.

Предложим расширение языка SQL средствами оперирования с обобщёнными понятиями. Формула, определяющая импликационную зависимость однозначно переводятся в эквивалентный предикат (условие) стандартного языка SQL.

Создание понятия со схемой ..... Дп) осуществляется

командой:

Create concept ^(Дд^.....Дп) Where F

где F - формула, задающая импликационную зависимость на отношении базы данных.

Удаление понятия J? выполняется командой

Drop concept R.

Скалярная функция Ccount(R) возвращает количество экземпляров текущего состояния понятия R. Функция Concept(R, i) возвращает отношение, представляющее i-й экземпляр понятия R, где i - целое число 0 < 1 < Ccount(R). Возвращаемое отношение является отношением со схемой КСД^^.....Дп).

Для обновления экстенсионала понятия используются операторы:

Update concept R Where delete Sfv^.....

- при удалении из отношения S базы данных кортежа (v^.....v^);

Update concept R Where insert S^.....v^)

- при добавлении в отношение S базы данных кортежа (р^, ..., г^).

В прикладной программе не допускается изменение состояния отношений, представляющих экземпляры понятия.

3. 2. Архитектура инструментальной программной системы поддержки обобщённых понятий

Структура программной системы, реализующей предложенную

характеризационную модель представления и алгоритмы актуализации

экстенсионала обобщённых понятий, представлена на рис. 1.

Запросы в СУБД ,

Б

А

3

Покрытие А

3

Н

Запрещенные А

фигуры Н

И

Я

Семантическое

эквивалентирова-

ние

Синтаксическое эквивалентированне

Планировщик

Диспетчер

Интерфейс с СУБД

Интерпретатор

Конанды 1 системы поддержки понятий

Рис. 1

Интерпретатор анализирует корректность принятой команды и интерпретирует - команду во внешних спецификациях модуля "Планировщик". Модуль "Планирогщик" при формировании понятий на ^сновании информации о схеме базы данных формулирует запросы к СУБД: определяет мощность отношений, пре. :тавляющих запрещённые фигуры. Выз юм СУБЗ активизируется объект базы знаний, соответствующий поня. ..ю. Модуль "База знаний" содержит множество объектов, представляющих по •ятия.

Объект, представляющий понятие в базе знаний, включает в себя интенсионал, множества запрещённых фигур и покрытий семантической таблицы. Существуют два уровня манипулирования

объектом: первый - создание, удаление, открытие и закрытие объекта; второй - действия с открытый (активным) объектом.

Модуль "Диспетчер" реализует алгоритмы вычисления и актуализации экстенсионала обобщённого понятия. При определении множества запрещённых фигур модуль "Диспетчер" получает из базы данных очередное анализируеное множество кортежей (заданной мощности) и вызывает модуль "Синтаксическое эквивалентирование", который проверяет выполнимость определяющей аксиомы; при отрицательном результате формирует новую запрещённую фигуру и вносит ее в базу знаний.

По окончании вычисления множества запрещённых фигур в модуле "Сенантическое эквивалентирование" синтезируется семантическая таблица, определяются все ее покрытия, которые добавляются в базу знаний для текущего понятия. Затем модуль "Диспетчер" вызовом СУБЗ закрывает объект базы знаний, соответствующий созданному понятию.

При вычислении заданного экземпляра понятия модуль "Диспетчер" формирует отношение, состоящее из всех кортежей базовых отношений, не вошедших в соответствующее покрытие семантической таблицы.

Функции модуля "Интерфейс с базой данных" - преобразование отношений, кортежей и схем отношений из формата целевой СУБД во внутренний формат системы поддержки понятий. ^

3. 3. Программная реализация инструментальной системы

Инструментальная программная система поддержки обобщённых понятий, реализованная на языке Си++, представлена Ь-файлом и библиотекой класса, используемого в прикладных программах. Обобщённое понятие в программе представлено экземпляром класса

Concept, действия с нин - вызовами функций-членов класса Concept. Спецификация класса Concept инеет вид: class Concept { private:

String sConceptName; Array aConceptAttrib; Error eConceptError; public:

Concept(char * cpConceptName, char ** cppConceptAttrib, int iConceptAttribNumber, char * cpConceptFormula); Concept(char * cpConceptName); -Concept(void);

int Drop(char * cpConceptName); int Count(void);

void * Getlterafint iConceptNumber);

void UpdateToAdd(void * vpTurple);

void UpdateToDel(void * vpTurple);

char * GetName(void);

char ** GetAttrib(void) ;

char * GetFormula(oid) ;

Error GetError(void) ;

>;

Конструктор класса соответствует ко-пнде Create concept; схена понятия задается как имя и массив имен атрибутов; определяющая формула - иыражение исчисления доменов. Конанда Drop concept реализуется функцией - членом Drop, удаляющей понятие, соответствующее экземпляру класса Concept.

Команда Concept - получение отнесения, представляющего заданный экземпляр понятия, реализована функцией-членом Getltem, ее аргумент - номер требуемого экземпляра понятия.

Актуализация экстенсионала понятия выполняется функциями -членами UpdateToAdd и UpdateToDel. Аргумент этих функций указатель на класс, представляющий кортежи в прикладной программе.

Для идентификации ошибок, возникающих при функционировании подсистемы поддержки понятий, класс Concept содержит член eConceptError - экземпляр класса Error.

4. ВНЕДРЕНИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ОБОБЩЕННЫХ ПОНЯТИЙ В ПРАКТИКУ СОЗДАНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ САПР

Подсистема поддержки обобщённых понятий в составе интеллектуальной САПР спецспособов проходки вертикальных стволов подземных сооружений путем тампонирования цементацией и глинизацией внедрена в тресте "Шахтспецстрой".

При проектировании схем тампонирования возникает задача группировки водоносных горизонтов с близкими значениями гидро -геологических характеристик, допускающих тампонирование по одной технологической схеме. Необходимость этого определяется экономической целесообразностью увеличения высоты тампонажных заходок. Для проведения группировки водоносных горизонтов использована предлагаемая система поддержки обобщённых понятий. Тампонируемый слой, образованный несколькими водоносными горизонтами, по признакам их смежности и близости значений характеристик является обобщённым понятием, отражающим объективные взаимосвязи объектов - водоносных горизонтов. Интенсионал этого понятия представляется как совокупность схемы нового отношения и определяющей аксиомы. Схема понятия образована новым именем отношения - "Сгруппированные слои", множество атрибутов совпадает с множеством рассчитанных для каждого водоносного горизонта

танпонажных и гидрогеологических характеристик.

Определяющая формула имеет вид: (V. ьг ь2. Ь3) (У.ЬГ Ь2) (У.рг р2) (У.гг г2) (У.^. ь2)

|Ь1"Ь2'

(к(ь1,ь2.ь1.р1.Ч.г1) * н(ь2.иуъа.ргъ2.г3) Э (( ; ' <5) «

П1п-(Ь1,Ь2>

\t-tl |г -г I

& (-±—<5) & (--1—±—<5))),

пйп^,^} т1п{г1(г2}

где Н^, В, ДР, Тд, Р) - схема отношения, описывающего

рассчитанные тампонажные характеристики для каждого водоносного

горизонта; - глубина горизонта в кровле; Н2 - глубина горизонта

в почве; В - рассчитанная толщина завесы; ДР - перепад давлений на

преодоление гидростатического напора; г0 - напряжение сдвига; Р -

мощность насоса; 5 - определяемая проектировщиком константа,

характеризующая близость значений характеристик.

Использование обобщённых понятий при группировке водоносных

горизонтов позволило на 25% сократить сроки проектирования на

этапе расчетно-похсковых работ за счет автоматической генерации

возможных тампонируемых слоев х повысить качество проектов на 30'/.

за счет анализа всевозможных способов вариантов группировки

водоносных горизонтов.

Результаты работы внедрены в практику создания

интеллектуальной САПР мотор-редукторов в научно-производстве ном

центре "ПЕКО" при Ижевском механическом институте. Применение

разработанных программных средств позволило повысить качество

проектов на 5Х и на 15-20Х сократить сроки проектирования за счет

автоматизации генерации всех возможных вариантов проектного

решения х возможности использования экземпляров нерегулярных

отношений в качестве объектов. Внедрение подтверждено

соответствующим актом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В диссертационной работе решена задача поддержки обобщённых понятий в базах данных/знаний САПР, имеющая большое теоретическое и практическое значение для разработки интеллектуальных САПР. Обобщённые понятия используются в САПР для декларативного представления множества потенциально возможных вариантов проектного решения, которое определяется условием, задаваемым пользователем в терминах предметной области.

2. Разработана модель представления обобщённого понятия, интенсионал которого задаётся хорновской формулой. Модель основана на использовании запрещённых фигур для представления множества экземпляров обобщённого понятия, определённого на состоянии базы данных.

3. На основе решения задач синтаксической характеризации экстенсиональной когнитивной структуры обобщённых понятий разработаны алгоритмы синтеза экстенсионального представления обобщённого понятия в базе данных/знаний.

4. На основе решения задачи характеризации устойчивости множества запрещённых фигур- заданной формулы разработаны алгоритмы эффектквного обновления множества экземпляров обобщённого понятия при изменении состояния базы данных, позволяющие обновлять состояние обобщённого понятия без повторного вычисления всех представляющих его моделей.

5. Разработаны архитектура и лингвистические средства мобильной инструментальной системы, реализующей методы и алгоритмы представления обобщённых понятий в БД/3 САПР. Разработанная система реализована в виде библиотеки класса Concept на объектно-ориентированном языке программирования Си++.

6. Систена поддержки обобщенных понятий внедрена в двух организациях: в составе интеллектуальной САПР спецспособов проходки вертикальных стволов подземных сооружений путем тампонирования цементацией и глинизацией в тресте "Шахтспецстрой" и в интеллектуальной САПР мотор-редукторов в НПЦ "Пеко" при Ижевском механическом институте. Использование подсистемы поддержки обобщённых понятий позволило на 15-25У. сократить сроки проектирования на этапе расчетно-поисковых работ и повысить качество проектов от 5 до ЗОХ в зависимости от сложности проекта. Внедрения подтверждены соответствующими актами.

Основные положения диссертации опубликованы автором в следующих работах:

1) Пакудин Е.Л. Характеризационный подход к поддержке представлений в базах данных САПР // Разработка и внедрение САПР и АСТПП в машиностроении. Материалы научно-технической конференции, Ижевск, Удм. Правление СНИО СССР, 1990, 50-52.

2) Пакудин Е.Л. Аппарат преде авлений как сродство интеллектуализации СУБД // Логическое управление с использованием .ЭВМ., М.-Феодосия, Изд-во АН СССР. 1991, 171-175.

3) Пакудин Е.Л. Задача характеризацпи сложных моделей // "огнческое управление с использованием ЭВМ,, М. - Феодосия, Изд-во АН СССР, 1991, Зб-З».

4) Паку пин Е.Л. Представления класса множеств зарещбнных фигур // Всемирный кс г^есс 1ТЭ-92. "Информационные коммуникации, сети, системы и технологии". Тезисы докладов, П., 1992, 73-76.

5) Пакудин Е.Л. Поддержка обобщённых понятий в базах данных/ знаний САПР // Всемирный конгресс 7Т5-92. "Информационные коммуникации, сети, системы и технологии". Тезисы докладов, М., 1992, 116-119.