автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Разработка метода и средств поддержки автоматического отображения концептуальных представлений в инфологические при проектировании САПР машиностроительного назначения

^ л

¿•V

^ 4 На правах рукописи

V

Л

НОВОСЕЛОВА ОЛЬГА ВЯЧЕСЛАВОВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДА И СРЕДСТВ ПОДДЕРЖКИ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОТОБРАЖЕНИЯ КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ В МИФОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ САПР МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Специальность 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1997

Работа выполнена на кафедре "Информационных технологий и вычислительных систем" Московского Государственного Технологического университета "СТАНКИН".

Научный руководитель:

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

член-корреспондент РАН Соломенцев Ю.М.

доктор технических наук,

профессор

Волкова Г.Д.

доктор технических наук,

профессор

Соколов В.П.,

кандидат технических наук Сорокин A.B.

Ведущее предприятие:

Московское Специальное конструкторское бюро автоматических линий и агрегатных станков.

Защита состоится " декабря 1997 года в_часов на заседании

Диссертационного Совета Д 063.42.02 при Московском Государственном Технологическом университете "СТАНКИН" по адресу: 103055, г. Москва, Вадковский пер., 3-а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета за один месяц до защиты.

Автореферат разослан " 1997 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета Д 063.42.02,

д.т.н., профессор ' Волкова Г.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. В современных экономических условиях машиностроительным предприятиям необходимо постоянно совершенствовать выпускаемую продукцию с целью обеспечения ее конкурентоспособности. Это невозможно без использования новых информационных технологий и современных программно-технических средств.

Объем и сложность автоматизируемых проектных и управленческих задач в машиностроении постоянно растут. Успешное функционирование таких автоматизированных систем и комплексов зависит от того, насколько хорошо они спроектированы и реализованы в вычислительной среде.

В настоящее время для разработки автоматизированных систем используется большое разнообразие методов, технологий и инструментальных средств: от простых программ до сложных, охватывающих несколько этапов создания, таких как САБЕ-системы. Используемые методы обладают рядом существенных недостатков: отсутствие закономерностей организации информационной и функциональной компонентов системы, многократная итерационность процесса разработки, применение только к задачам небольшой сложности из-за необходимости переработки и увязки больших объемов информации, и характеризуются рядом таких проблем как: получение полной и достоверной информации от предметных специалистов, достаточной для разработчиков автоматизируемых задач; интеграция представлений предметных задач в вычислительной среде и т.д.

Применение существующих методов и средств разработки автоматизированных систем к созданию САПР машиностроительного, назначения недостаточно эффективно из-за специфических особенностей проектно-конструкторской деятельности: - многообразие и сложная структура объектов и процессов проектирования; - наличие многоаспектных связей между свойствами создаваемых машиностроительных объектов и процессами их проектирования, функционирования, изготовления; -документирование проектных решений частично отражает информацию и знания о создаваемом изделии.

При автоматизации проектно-конструкторских задач использование традиционных способов моделирования данных и знаний приводит к большому разнообразию информационно-алгоритмических представлений этих задач, спланированных под конкретную вычислительную среду. При смене программно-технической среды реализации САПР возникают дополнительные затраты на реорганизацию этих информационно-алгоритмических представлений.

Поэтому для проектирования САПР машиностроительного назначения была выбрана методология автоматизации интеллектуального труда, которая: - позволяет формировать модельные представления проектно-конструкторских задач, как ориентированных на программно-техническую среду, так и не зависящих от нее; - предоставляет возможность интеграции модельных представлений предметных задач; - дает объективное представление содержательных аспектов данных предметных задач; -предоставляет формально обоснованные регулярные процедуры формирования функциональных и информационных составляющих для предметных задач; - дает устойчивость модельных представлений при увеличении объема и сложности автоматизируемых предметных задач.

На сегодняшний день разработаны средства поддержки отдельных этапов методологии и их согласованное функционирование обеспечивается

-к-

специалистом-когнитологом. Процесс формирования и концептуальных и инфологических моделей в виде диаграмм и спецификаций достаточно трудоемок и не исключает возможности ошибок. Поэтому возникла необходимость автоматизировать процесс отображения концептуальных моделей в инфологические для устранения указанных недостатков.

В связи с изложенным особую актуальность приобретает задача, состоящая в разработке такого метода отображения, который бы с учетом условий и связей между свойствами семантических и синтаксических конструкций, обеспечил бы прямое отображение этих моделей, а также соответственно в разработке инструментальных средств для его реализации. Это позволило бы значительно сократить сроки проектирования и повысить качество создаваемых систем автоматизации проектирования.

Целью настоящей работы является повышение эффективности процесса проектирования машиностроительных САПР за счет разработки метода автоматического отображения содержательных представлений в проектные спецификации для проектно-конструкторских задач в рамках методологии автоматизации интеллектуального труда.

Для достижения поставленной цели в работе решена научная задача: выявление связей между семантическими и синтаксическими конструкциями проектных задач на этапе проектирования САПР на основе:

- исследования существующих методов моделирования проектных задач в автоматизированных системах;

-формализации процесса отображения концептуальных моделей в инфологические в рамках методологии автоматизации интеллектуального труда;

- разработки метода автоматического отображения концептуальных моделей в инфологические для представления проектно-конструкторских задач при проектировании САПР машиностроительного назначения;

- разработки методики автоматического отображения концептуальных моделей в инфологические для проектно-конструкторских задач на базе их детального формального описания;

разработки средств поддержки процедур автоматического отображения концептуальных моделей в инфологические для проектно-конструкторских задач при создании САПР машиностроительного назначения.

Научная новизна заключается в следующем:

установлены связи между свойствами семантических и синтаксических конструкций с учетом специфики и особенностей организации информации в проектной деятельности;

выполнено детальное формальное описание отображения модельных представлений с учетом выявленных свойств и связей;

- обоснован метод автоматического отображения концептуальных представлений в инфологические представления для проектно-конструкторских задач при проектировании САПР машиностроительного назначения.

Методы исследования. При разработке теоретических положений диссертационной работы использован аппарат теории множеств, математической логики, реляционной алгебры.

Практическая ценность.

Разработана методика отображения концептуальных представлений проектно-конструкторских задач в инфологические, обеспечивающая автоматическое формирование проекта автоматизированной процедуры, а

также разработана и реализована автоматизированная подсистема формирования инфологической модели на основе автоматического отображения для проектно-конструкторских задач.

Методика и инструментальные средства были применены при автоматизации задач проектирования коробок передач и проектирования технологической оснастки.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на: Третьем Международном конгрессе "Конструкторско-Технологическая информатика" в г. Москве в мае 1996 г., а также работа обсуждалась на заседаниях кафедры "Информационных технологий и вычислительных систем".

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 3 работы.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы (80 наименований) и приложений. Работа содержит 264 страницы сквозной нумерации, включая 44 рис. и 43 стр. приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются основные задачи и основные положения, выносимые автором на защиту. Приводится структура и общее содержание работы по главам.

Глава 1. Анализ существующих методов и средств создания машиностроительных САПР.

В данной главе по результатам имеющихся исследований проанализированы существующие методы, применяемые при разработке прикладных автоматизированных систем. Анализ выполнялся в соответствии с этапами эволюции автоматизации интеллектуальных и информационных процессов (электронная обработка данных, информационные технологии, новые информационные технологии). В качестве критериев рассматривались: 1) поддерживаемые этапы при разработке прикладных автоматизированных систем; 2) модели, используемые для формирования промежуточных представлений предметных задач на данных этапах. Анализ моделей представления информации и знаний выполнялся для следующих групп моделей, ориентированных на: - семантику предметной области; -структурные аспекты организации данных.

Анализ позволил определить, что все существующие методы основываются на алгоритмических правилах и не имеют закономерностей организации информации и знаний.

На сегодняшний день разработка прикладных автоматизированных систем ведется с использованием различных инструментальных средств, наиболее распространенными из которых являются CASE-системы. Среди них наиболее используемыми при проектировании прикладных автоматизированных систем являются - Designer/2000 (фирма Oracle), Erwin (фирма Logic Works), Design/IDEF (фирма Meta Software), SILVERRUN (фирма Computer Systems Advisers Inc.) и другие. Анализ CASE-средств проводился по следующим критериям: поддержка этапов разработки автоматизированных систем; компоненты модельных представлений, формируемые на этапах разработки; методы и модели, используемые при формировании компонент; особенности среды функционирования (настройка на различные СУБД).

Анализ позволил констатировать, что главным образом существующие CASE-средства предназначены для создания информационных и

Анализ позволил констатировать, что главным образом существующие САЗЕ-средства предназначены для создания информационных и управленческих систем. Данная технология обеспечивает выполнение следующих этапов: анализ деятельности организаций, концептуальное моделирование предметной области, проектирование прикладных систем и реализация. При этом под проектированием подразумевается планирование реализации системы в конкретной программно-технической среде. Как правило, для каждого этапа существует определенное модельное представление автоматизируемой задачи. Также анализ позволил выявить следующие проблемы: - получение пол ной и достоверной информации от заказчиков автоматизированных систем, поскольку способы представления информации об автоматизируемых задачах позволяют фиксировать частные аспекты этих задач, а целостное представление их - только в голове у разработчиков прикладных автоматизированных систем; - отсутствие средств интеграции модельных представлений предметных задач на различных этапах разработки автоматизированной системы, что приводит к многократным согласованиям описаний этих представлений с заказчиком при внесении изменений, а часто и к созданию заново автоматизированной системы.

В настоящее время выполнено достаточно большое количество теоретических и практических исследований в области разработки систем автоматизированного проектирования. Большой вклад в развитие методов и средств автоматизации проектирования внесли Соломенцев Ю.М., Норенков И.П., Капустин Н.М., Митрофанов В.Г., Павлов В.В., Гусев А.А., Прохоров А.Ф., Соколов В.П. и другие отечественные и зарубежные ученые.

Выполненный анализ опыта автоматизации праектно-конструкторской деятельности позволил выявить следующие особенности и проблемы:

- в проектировании разнообразные объекты и процессы являются сложными взаимоувязанными структурами;

- ошибки начальных этапов разработки САПР, возникающие из-за проблемы получения полной и достоверной информации от заказчика, наиболее дорогие и значительно снижают эффективность автоматизации;

достаточно большая трудоемкость разработки САПР и необходимость участия заказчиков в процессе ее создания;

- большая сложность формализации и алгоритмизации проекгно-конструкторских задач.

Все это обуславливает и сложность и итерационность процесса разработки и совершенствования систем автоматизации проектирования, особенно при переходе на новые программно-технические средства.

В силу выявленных особенностей и проблем автоматизации проектно-конструкторской деятельности использование САЭЕ-систем затруднено, поскольку эти средства оптимальны для предметных задач небольшой сложности, в которых преобладают информационно-поисковые процедуры над документально организованной информацией с элементами их статистической обработки, в отличии от процесса проектирования. Это один из наиболее сложных интеллектуальных производственных процессов, включающих сложную обработку как вербальных, так и графических данных на основе разнопредметных знаний. Используемая в САБЕ-системах модель "сущность-связь" на этапе концептуального моделирования в приложении к проектно-конструкторским задачам порождает громоздкие описания семантических и информационных конструкций в вычислительной среде и приводит к ошибкам и рассогласованиям.

Исходя из полученных результатов анализа используемых методов и применяемых САБЕ-средств при создании прикладных автоматизированных систем и учитывая особенности автоматизации проектно-конструкторской деятельности, был сделан вывод о необходимости применения такого подхода к автоматизации проектирования, который бы поддерживал промышленный способ создания автоматизированных систем и позволял интегрировать различные модельные представления в единое целое. Такой подход поддерживает методология автоматизации интеллектуального труда, разрабатываемая на кафедре "Информационные технологии и вычислительные системы" Московского Государственного Технологического университета "Станкин" под руководством член-корреспондента РАН Соломенцева Ю.М.

На сегодняшний день инструментальные средства поддержки отдельных этапов методологии позволяют формировать семантические и синтаксические модельные представления. Но у них отсутствует возможность последовательного формирования представлений, то есть нет прямого отображения семантических конструкций в информационно-алгоритмические.

Выявленные проблемы автоматизации создания САПР машиностроительного назначения, а также указанный подход к их решению позволили сформулировать цель работы и поставить научную задачу.

Глава 2. Уточнение метода отображения универсальных представлений концептуальных моделей в универсальные представления инфологических моделей.

В главе излагаются основные положения методологии автоматизации интеллектуального труда; структура и обоснование отображения концептуальных представлений в инфологические, что является основой для сопряжения модельных представлений; приводится детальное формальное описание отображения универсальных представлений с учетом ограничений, связей и закономерностей их формирования между элементами моделей.

Суть методологии (рис. 1) состоит в последовательном формировании модельных представлений предметной задачи при ее автоматизации -концептуальных, инфологических и даталогических. При этом концептуальное представление является основой для формирования двух других представлений и обеспечивает их смысловое единство. Инфологическое представление есть "конструкторский проект" автоматизированной процедуры, инвариантный к программно-технической среде реализации, а даталогическая модель это "технологический проект" этой же процедуры, ориентированный на конкретные Программно-технические среду и средства реализации. В соответствии с методологией автоматизации интеллектуального труда представлен процесс создания САПР машиностроительного назначения на рис. 2.

Каждый вид моделирования в рамках методологии автоматизации интеллектуального труда рассматривается как совокупность двух представлений: универсального и под предметную задачу.

Универсальные представления включают в себя модели трех уровней абстрагирования и формально могут быть представлены: ки = (К\,К2,КЪ), где К1 = (М,7Я;,Я) - для концептуального представления; 1Ш = (/¿1,112,113), где ДМ = (£;', ДЕ/, £>/, Хг) - для инфологического представления. При этом Мг,И - элементы моделей (категории и

дкм1 с

ЕЯ КМ2

*КМЗ

-в-ИЛМ1 -

-К ДЛМ1

ИЛМ2

ДЛМ2

ИЛМЗ

длмз-

•р

е. а л и з

а ц

и я

Рис. 1. Методология автоматизации интеллектуального труда, где КМ - концептуальная модель, ИЛМ - мифологическая модель, ДГ1М -даталогическая модель и индексы обозначают уровни абстрагирования: 1 - абстрактный, 2 - объектный, 3 - конкретный.

Процесс создания САПР

Рис. 2. Структура процесса создания САПР.

структурные единицы), Ш\ВЕ> - статические отношения на элементах, Я,£>1,XI - динамические и функциональные отношения.

Закономерность отображения концептуальных моделей в мифологические модели заключается в идентичности применения абстракций в процессе ■ порождения (формирования) связей для статических, динамических и функциональных составляющих моделей одного и того же уровня абстрагирования одного и того же вида представлений.

Отображение моделей универсальных представлений на каждом уровне абстрагирования выполняется по компонентам модели: Кг -> им-.

Мг -> и,

тт 0£с. 77 £>;', Нг £г, Яг В, ТЫ Пег,

Fг 0/: Я -> Я, ¿Гг 05/;

Л' -> ЛЯ: И ~Х1, Л-7 (Ш.

При этом статические отношения раскрываются как совокупность соответственно: бинарных и тернарных отношений на элементах, производных конструкций - схем элементов и их бинарных отношений.

Структура отображения концептуальных моделей в инфологические для всех представлений приведена на рис. 3.

В основе формального обоснования взаимосвязей концептуальных и инфологических моделей универсального представления лежит аппарат реляционной алгебры: допустимые структуры инфологических моделей формируются на основе применения операции естественного соединения к отношениям, описывающим уточнение элементов составляющих моделей и соответствующую концептуальную структуру-

На основе этого детально разработаны правила перехода от концептуальных моделей к мифологическим для универсального представления на трех уровнях абстрагирования, учитывающие ограничения, связи и закономерности их формирования между элементами соответствующих структур.

Глава 3. Разработка метода формирования инфологической модели на основе автоматического отображения для предметных задач.

В данной главе изложена детальная проработка формального описания отображения концептуальных представлений в инфологические для проектно-конструкторских задач с учетом ограничений, накладываемых универсальными представлениями.

Для п-ой предметной задачи концептуальное и инфологическое представления включают модели двух уровней абстрагирования и формально описываются следующим образом:

КР(п)^(КР2(п),КР2(п)), где КРЦп) = (М1(п),ТН1(п),П{п)) - для концептуального представления;

1£Р(п) = {ИР2(п),ТГРЗ,{п)), где ¡и%п) = (Щп), ОЕНп), д/(п), ХЦп)) - для инфологического представления. При этом М1(п),Щп) - элементы моделей (предметные категории и именованные структурные единицы), Ш/(и), £>£/(«) - статические отношения на элементах, Л(«),£?/(«), - динамические и функциональные отношения.

Отображение моделей для представлений предметных задач на каждом уровне абстрагирования выполняется по-компонентно КРЦп) 1ЬР1(п):

1 М1,ТН1 ^

Абстрактный уровень

Р1

-Н XI

-И_01 _Н

Объектный уровень

Конкретный уровень

Концептуальная структура

Система зависимостей

Мифологическая структура

Система манипуляций

Система доступов

Рис. 3. Структура отображения концептуальных представлений в инфологические представления для предметных задач.

Mi(n) Li{n),

THi(n) DEi(n)-. Ti{n) -» Di(n), Hi(n) -> EUn), Tli(n) -> £i(n), Tiu(n) Dei(n);

Fi(n) -> Qi(n): Vi(n) Si(n), FVi{n) -> QSi(n);

Fi{n)-+Xi{ri)\ Vi(n) -> Ji(ri), FVi{n) -> QXi(n).

Аналогично обоснованы взаимосвязи концептуальных и мифологических моделей представления для предметных задач.

С учетом изложенного детально разработаны правила перехода от концептуальных моделей к мифологическим, учитывающие ограничения и связи между элементами соответствующих структур, а также ограничения, накладываемые отображением универсальных представлений, для представления предметных задач на двух уровнях абстрагирования -объектном и конкретном.

Поскольку объектный уровень отражает специфику предметной области, то правила перехода для объектного уровня сопрягают свойства системы знаний предметной области, представленной в виде понятийных конструкций и системы ограничений на них, со свойствами вербального знакового представления автоматизируемой задачи.

В силу законов цикличности для семантических и синтаксических конструкций и с учетом закономерности отображения моделей при формировании инфологических моделей наблюдается двойственность. При этом отображение универсальных представлений накладывает ограничения на отображение представлений предметных задач и формально на объектном уровне описывается следующим образом:

1. Для элементов моделей: А2(п)С2(п), где А2{п) = \а^},С2(п) = {cfk},

при этом свойства именованных структурных единиц (ИСЕ), такие как тип и уровень сложности информационных конструкций обусловлены следующими свойствами предметных категорий (ПК): роль ПК в тернарной связи; класс ПК; возможная бинарная связь между структурной и контекстуальной ПК, или структурной и монадической ПК:

a) контекстуальная предметная категория (ПК) определяет именованную структурную единицу (ИСЕ) типа "информационная сущность" (q), при этом класс этой ПК (i) обуславливает уровень сложности информационных конструкций, что формально описывается следующим образом:

аа->4,еСЛИ аи&(аи,ам,акп)-,

b) бинарные связи 6»й,в;у) между контекстуальными ПК также

определяют особую ИСЕ типа "информационная сущность" (q), при этом класс предметных категорий (¡) обуславливает дополнительный уровень сложности информационных конструкций (i +1):

(aa,a.f) cj.+1);, если (а.,,fl[/ )&(«,,,а jm,а ы)&(a.f,ajt,ам);

c) структурная ПК определяет ИСЕ типа ПК "информационный атрибут" (г), причем класс этой ПК (j) обуславливает предыдущий уровень сложности (j-1=i) с учетом существования бинарной связи между контекстуальной и структурной ПК:

ajm-*c{j-\)m' еСЛИ ajm&^aiVajm>&^l'ajm'akn)'

d) структурная ПК определяет ИСЕ типа "информационный модуль" (р), причем класс этой ПК (j) обуславливает следующий уровень сложности

0+1=к) с учетом существования бинарной связи между структурной и монадической ПК:

2. Для бинарных отношений на элементах моделей: Т2{п) В2(п). Двойственность при отображении элементов модели обусловливает

дополнительную дифференциацию бинарных связей. При этом связность предметных категорий определяет связность соответствующих именованных структурных единиц, причем при отображении сохраняется тип связи.

- бинарные связи контекстуальных предметных категорий определяют бинарные связи именованных структурных единиц типа "информационная сущность (ИС)":

1) V = I, если (0^&(й./)аут)&(«7,^.т,%))&(а./&(а./,аут,а/Ы)), то есть

уровни сложности ИСЕ, образующих связь определяются классами ПК в соответствии с условиями а) и с);

2) у = I + 1, если

(а]т& (а, в]т)&(ап,а]т,^))&((а,ау)&(афа]т,)&(а;/,,)), ТО есть

уровни сложности ИСЕ, образующих связь определяются классами ПК в соответствии с условиями Ь) и с);

- бинарные связи структурных предметных категорий определяют бинарные связи именованных структурных единиц типа "информационный модуль":

^■т'акп^(си+\)тЛп). где

1> к> ест (а}т&(а]т'акп >&(-аИ'ат>)&{ап&(аИ>а]т>акп»' то есть уровни сложности ИСЕ, образующих связь определяются классами ПК в соответствии с условиями а) и с)); 2) V/ = к + 1, если

(а]т & ^рп • ''% ' V>а]т >акп)&{а1/>а>акс1])> то еСТЬ

уровни сложности ИСЕ, образующих связь определяются классами ПК в соответствии с условиями Ь) и с1).

Графическая иллюстрация отображения концептуальной структуры на предметных категориях в мифологическую структуру на именованных структурных единицах приведена на рис. 4.

3. Для тернарных отношений на элементах моделей: Н2(п) Е2(п). Триада ПК отображается в триаду ИСЕ с учетом сдвига между

цепочками триад, обусловленного закономерностью отображения.

4. Для схем элементов:

Схема ПК идентифицируется контекстуальной ПК, а схема ИСЕ идентифицируется парой элементов: "информационный модуль" и "информационная сущность". При отображении схем ПК в схемы ИСЕ также учитывается сдвиг между конструкциями.

Графическая иллюстрация закономерности отображения схем элементов на объектном уровне для предметных задач приведена на рис. 5.

Концептуальная структура Инфологическая структура

на предметных категориях на именованных структурных единицах

^ имя СЕ-"ИА"=имя СЕ-"ИМ"-1-(с£)

уточнение уточнение

а д

пр.цикл-(а^)=пр.цикл-(а^) с—„ь * имя СЕ-"ИС"-1-(с^) декомпозиция декомпозиция

пр.процесс-(а^) —§-» имя СЕ-"ИА"-1-(с[;._1>и)=имя СЕ-"ИМ"-3-(^-+1)м)

уточнение уточнение

пр.задача-(д^)=пр.задача-(д^) " ^ имя СЕ-"ИС"-3-(с|^) .

декомпозиция декомпозиция ^

пр.компонентЧа^с) -%-£ имя СЕ-"ИА"-3-(с^_1)х)=имя СЕ-"ИМ"-5-(с^+1);е)

уточнение уточнение

С1■ а

пр.объскт-(а^)-пр.объект-(а^)с=:=>- . ь » имя СЕ-"ИС-5-(с^)

декомпозиция с декомпозиция

пр.признак- {<*Ьс) <* » имя СЕ-"ИА-5-(с^_^с)=...

уточнение пр.значение-(а^)= ...

Рис. 4. Отображение концептуальных структур на элементах в инфологимеские структуры для предметных задач на

объектном уровне.

а)

б)

aj i-

а

к\-

Концептуальная структура на схемах предметных категорий

схема предметного цикла-А^ —

декомпозиция _

схема предметной задачи-л|я —

декомпозиция _

схема предметного объекта- А^-

Инфологическая структура на схемах именованных СЕ

-*» схема именованной СЕ-"ИМ-ИС" -е2$иц декомпозиция

-к схема именованной СЕ-"ИМ-ИС" декомпозиция

схема именованной СЕ-"ИМ-ИС"

jm

ukn

{hajmkn]=ha

ьsu

cil

{elml(j-l)m ]~eiuil

cU-X)V'-c(J-\)m .c(y+l)m схема ИСЕ

схема ПК

I1

Я!'

a^x

aty

® ^kngxty ® ^kn

Lkn

(j+l)mkngx * e(j+l)mkn

схема ПК

suil

ьty

Рис, 5. Отображение схем элементов на объектном уровне для предметных задач: а) отображение структур на схемах элементов; б) графическая интерпретация отображения схем.

я.

-/Г-

5. Для бинарных отношений на схемах элементов: П2(п) -> Ог2(и). Связность схем предметных категорий обусловливает связность соответствующих схем именованных структурных единиц. В силу двойственности отображения контекстуальных ПК получается двойственность отображения и для схем:

- бинарные связи схем предметных категорий определяют бинарные связи схем именованных структурных единиц (или вложенность уровней сложности с учетом степени разнообразия семантического представления определяет вложенность уровней сложности с учетом степени разнообразия знаковых конструкций):

3 е1иИат е е]ш1' где <с Учетом а) А2{п) С2(л)) а = } -1,

3 е1ткп^ е е1тЫ ' ГДе <С УчеТ0М Ь) А2(я) -> С2(п)) а = } +1.

- схема предметных категорий с учетом ее бинарных связей отображается в дополнительную схему именованных СЕ, которая предназначена для знакового описания бинарных связей контекстуальной предметной категории, входящей в данную семантическую конструкцию:

Структура предметных зависимостей однозначно отображается и в структуру предметных манипуляций и в структуру предметных доступов.

6. Для функциональных отношений: Р2{п) Х2(п).

Предметная зависимость определяет предметную манипуляцию с сохранением ее статуса и степени формализации:

-> , где 6 Щп), еХ2(и).

7. Для бинарных отношений: РГ2(п) -> дХ2(п).

Связность предметных зависимостей обусловливает связность соответствующих предметных манипуляций. При этом сохраняется тип связи.

-> ■

8. Для динамических отношений: Р2(п) -> (У2{п).

Предметная зависимость определяет предметный доступ, необходимый для реализации предметной манипуляции, с сохранением ее статуса:

^ ^, где еГ(л) , г5 е К(п).

9. Для бинарных отношений ограничений: РУ2(я) -> 0У2(л).

Связность предметных зависимостей обусловливает связность

предметных доступов. При отображении бинарных связей сохраняется тип связи.

Сформулированные ограничения, связи и закономерности их формирования при отображении концептуальных представлений предметных задач в инфологические позволяют: - однозначно отобразить смысловые конструкции в вербальные знаковые; - обеспечить связность этих знаковых конструкций.

-Л5-

Таким образом, правила перехода, учитывающие эти связи и ограничения позволили сформулировать методические приемы формирования инфологических моделей на основе автоматического отображения при автоматизации проектно-конструкторских задач.

Глава 4. Методика формирования мифологической модели на основе автоматического отображения.

В данной главе излагается методика формирования инфологической модели на основе автоматического отображения для проектно-конструкторских задач. Данная методика предназначена для разработчиков САПР, специализирующихся в области представления и моделирования информации и знаний.

Исходной информацией для рассматриваемого этапа является описание концептуальной модели объектного уровня для проектно-конструкторской задачи в виде спецификаций, а результатом -инфологическая модель объектного уровня для этой же задачи в виде спецификаций.

Методика включает описание процесса формирования инфологической модели на основе автоматического отображения (объектный уровень), правил выполнения его процедур, описание форм представления исходной и результирующей информации для каждой процедуры.

Формирование инфологической модели на основе автоматического отображения для проектно-конструкторской задачи (рис. 6) состоит из процедур формирования: инфологической структуры, системы предметных манипуляций, системы предметных доступов, инфологической модели в целом.

Процедура формирования инфологической структуры на основе автоматического отображения заключается в: формировании кодов и описаний именованных структурных единиц (ИСЕ) на основе кодов и описаний предметных категорий (ПК) с учетом выявленных ограничений и связей, формировании кодов бинарных связей ИСЕ на основе описаний бинарных связей ПК. А также формировании на основе бинарных связей ИСЕ производных знаковых конструкций: тернарных связей ИСЕ, схем ИСЕ и бинарных связей схем ИСЕ. Коды и описания схем ИСЕ и их бинарных связей формируются на основе полученных кодов ИСЕ и соответствующих семантических конструкций.

Процедура формирования системы предметных манипуляций на основе автоматического отображения заключается в формировании кодов и описаний предметных манипуляций (ПМ) и бинарных связей ПМ на основе системы предметных зависимостей (ПЗ).

Система предметных доступов формируется аналогично на основе системы предметных зависимостей.

Инфологическая модель в целом представляет собой взаимоувязанные структуру ИСЕ и совокупность систем предметных манипуляций, предметных доступов и формируется на основе взаимоувязанных системы предметных зависимостей и структуры ПК. При этом учитываются выявленные ограничения и связи при формировании описаний и кодов соответствующих элементов: - предметных манипуляций на основе предметных зависимостей, предметных доступов на основе предметных манипуляций, ИСЕ на основе ПК с учетом ролевых, структурных и объемных свойств в функциональном отношении. В результате полученные спецификации на инфологическую модель в целом отражают структуру действий, которая включает: - манипулирование данными, -

Рис. 6. Декомпозиция задачи "Формирование инфологической модели на основе автоматического

отображения"

доступ к информации (чтение аргументов, запись функций), - определение принадлежности данных к таблице и базе данных.

Результатом применения методики инфологического моделирования на основе автоматического отображения к проектно-конструкторским задачам является описание мифологических моделей этих задач в виде спецификаций.

Глава 5, Разработка программных средств поддержки формирования инфологической модели проектно-конструкторских задач на основе автоматического отображения.

В главе дана характеристика средств поддержки инфологического моделирования на основе автоматического отображения предметных задач: описание процесса разработки автоматизированной подсистемы формирования инфологических моделей на основе автоматического отображения, состав и структура ее программно-технического комплекса, описание процесса его функционирования и результаты применения методики и инструментальных средств к задаче "Формирование инфологической модели на основе автоматического отображения".

Разработка средств поддержки инфологического моделирования в виде автоматизированной подсистемы выполнялась на основе самой методологии автоматизации интеллектуального труда в соответствии с процессом создания САПР, представленным на рис. 2.

На этапе предпроектного обследования было определено место задачи "Формирование инфологической модели проектно-конструкторской задачи на основе автоматического отображения" в общей структуре задач инфологического моделирования, выполнена классификация информации и детальная декомпозиция данной процедуры. Результаты данного этапа оформлялись в виде структурных диаграмм системы предметных действий и спецификаций на них.

На этапе концептуального моделирования была описана система знаний данной задачи в виде концептуальной модели, увязывающей семантические и синтаксические конструкции проектно-конструкторских задач. В результате было сформировано концептуальное представление в виде диаграмм и спецификаций.

На основе полученной концептуальной модели на этапе инфологического моделирования было сформировано "проектное" описание автоматизируемой задачи в виде спецификаций информационно-алгоритмических конструкций, которое является инвариантным представлением к программно-техническим средствам реализации.

В качестве средств реализации выбраны СУБД "Paradox" 5-й версии для Windows и язык реализации - объектно-ориентированный язык программирования ObjectPAL. По "проектным" спецификациям с учетом выбранных средств были сформированы "технологические" спецификации.

Реализация автоматизированной подсистемы включала организацию вычислительной среды - выделение необходимых таблиц, содержащих описание концептуальной модели и соответствующих таблиц для формируемой инфологической модели, а также формы интерфейса, обеспечивающие взаимодействие пользователя с подсистемой и набор объектно-ориентированных методов, реализующих описанные выше процедуры. Таким образом был создан прототипный вариант подсистемы поддержки формирования инфологических моделей на основе автоматического отображения для проектно-конструкторских задач.

Применение разработанной методики и средств поддержки при автоматизации задач проектирования коробок передач обеспечило: -

уменьшение времени на формирование спецификаций инфологических моделей этих задач; - исключение ошибок и некорректных описаний в данных спецификациях.

Данная методика и средства были применены также при реорганизации ранее разработанной автоматизированной подсистемы "Поиск полных аналогов при проектировании технологической оснастки" для ОАО им. И. Румянцева с целью адаптации ее к новым программно-техническим средствам. Графическая иллюстрация фрагмента отображения концептуальной модели в инфологическую модель для указанной задачи приведена на рис. 7.

В приложениях приводятся диаграммы и спецификации анализа и модельных представлений задачи "Формирование инфологической модели проектно-конструкторской задачи на основе автоматического отображения" и задачи "Поиск полных аналогов при проектировании технологической оснастки (на примере трехкулачкового самоцентрирующего патрона)", что позволяет с минимальными затратами перенастраивать автоматизированные подсистемы на новую программно-техническую среду реализации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ:

Выполненные исследования и практическая работа позволили получить следующие выводы и результаты:

1. Получено новое решение актуальной научной задачи, состоящее в разработке метода автоматического отображения концептуальных представлений в инфологические представления для проектно-конструкторских задач, обеспечивающего повышение эффективности при проектировании САПР машиностроительного назначения.

2. Установлены связи с учетом ограничений между свойствами семантических и синтаксических конструкций, обеспечивающие их прямое отображение при формировании "проектного" описания лроектно-конструкторской задачи, не зависящего от программно-технических средств реализации.

3. Выполнено детальное формальное описание отображения модельных представлений с учетом выявленных связей и свойств семантических и синтаксических конструкций для универсальных представлений и представлений предметных задач на соответствующих уровнях абстрагирования, которое позволяет установить однозначное соответствие между элементами и конструкциями этих моделей.

4. На основе полученного детального формального описания для представлений предметных задач разработана методика формирования инфологической модели на основе автоматического отображения для проектно-конструкторских задач.

5. Разработана автоматизированная подсистема поддержки формирования инфологической модели на основе автоматического отображения для проектно-конструкторских задач и доказана его эффективность при решении практических задач.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1.Новоселова О.В. Отображение концептуальных структур в инфологические структуры при создании прикладных автоматизированных систем. // Материалы 3-его Международного конгресса "Конструкторско-технологическая информатика" - КТЙ-96, 22-24 мая, Москва, 1996 г., с 101102;

2.Волкова Г.Д., Новоселова О.В. Отображение концептуального представления в инфологическое для предметных задач при создании САПР

Имя СЕ-"ИМ"="Процесс изготовления детапи"-3д

Имя СЕ-"ИС"=- Задача - технологический переход "Закрепление изделия в патроне"- Зи

ИмяИА= "Средства"-3у ИмяИА= "Объект" - Зу ИмяИА = "Процесс"-3\«

---__

Имя СЕ-"ИМ"= "Средства~-5у

Имя СЕ-"ИМ"= "Объект"-5у

Имя СЕ-"ИС"= "Деталь"-5Ь

Имя СЕ-"ИС"= "Сборочная единица (приспособление)"^

ИмяИА

»"Код

детали"

-51

^ ----

ИмяИА ="Код СЕ"- 5е ... ИмяИА ="Тип кулачков"-5у ИмяИА= "Назначение приспособления" -59

«Г:-.....<■■>.< V — г ИСП.1 кг'-

--- ' ■

Предм. манипуляция: а45.1 "Определение типа кулачков по детали"

Имя СЕ-"ИС"="Обрабатываемая> деталь"-5Ь

ИмяИА ""Код детали"-

51

я1'

ИмяИА = "Толщина

стенки втулки"-5Ь

:: 4.0

ИмяИА -"Вид детали" -5к

ВТУЛК£%

Имя СЕ-"ИМ"=

Имя СЕ-"ИС"= "О6работка"-5с

ИмяИА —"Код ' обработки 1 "-53 ИмяИА ="Вид обработки "-50

ТОКлфмая

---—-

функция

аргумент аргумент

Предм. доступ: а45.2

ключ

запись

ключ

чтение

Рис.7. Графическая иллюстрация фрагмента отображения концептуальной модели в мифологическую на конкретном уровне для задачи "Поиск аналогов при проектировании технологической оснастки (на примере

трехкулачкового самоцентрирующего патрона)"

машиностроительного назначения. // Сборник научных трудов "Проектирование технологических машин". / Под ред. чл.-корр. РАН Ю.М. Соломенцева - М.: МГТУ "Станкин", 1997 г. - выпуск 7, с. 11-19.

3. Волкова Г.Д., Новоселова О.В. Основы взаимосвязей концептуальных и инфологических моделей при создании прикладных автоматизированных систем (в печати). Ц Материалы совещания-семинара "Математическое обеспечение информационных технологий в технике, медицине и образовании" - Воронеж, ВГТУ, 28 - 31 мая 1997 г.