автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Разработка САПР вакуумных систем на начальных этапах проектирования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЗЛШРОНШ'.И И МАТЕМАТИКИ (технически университет)

УДК 653.512:621.81

На прагах рукописи

Для служебного пользования

Экз. N

коттков Алексей итивт

РАЗРАБОТКА САПР ВАКУУШШ СИСТЕМ НА [ЦЧАЛЫМС ЭТАПАХ ПРОЕКгаРО!ШП<Я

Специальность 05,13.12. - Система автоматизации проектирования (в промшлеиносли)

АВТОРЕФЕРАТ диссергалии на соисклшо ученой степени кяндилэта технических ньук •

Моокт - 1994

Работа выполнена в Московском государственном институте электроники и математики.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доценг Б.Г. ЛЬВОВ

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор С.а! МИТРОФАНОВ кандидат технических наук, доцент О.Д. ГОНИХИН

Ведущее предприятие: НМИВТ им. С.А. Векшинского

Защита диссертации состоится "25 " октября 1994г. в 14 часов на заседании Диссертационного Совета К 063.68.01 Московского государственного института электроники и математики по адресу: 109028,.Москва, Б.Вузовский пер., 3/12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГИЭМ.

Автореферат разослан " 15 " сс"тя6ря 1994 г.

Ученый секретарь Диссертационного Соьета

к.т.н. доцент - В.А. СТАРЫХ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Широкое внедрение норнх вакуумных. технологий в различные отрасли промышленности, существенное повышение сложности вакуумного оборудования, а таже знл'штелъкъм рост объемов научно-технической информации ставят конструктора в ситуацию, когда он становится не в состоянии традиционными методами прорабатывать конструкции с учетом последних достижений технического прогресса. Эти противоречивые факторы заставляют применять автоматизированные методы к средства труда разработчика, поькеляюсше повысить не только производительность труда, но и качсстяо принимаемых конструктором проектных реыений.

В настоящее время известен ряд работ в области САПР вакуумных систем (ВС). Однако их эффективность иигка при решении задач структурно-параметрического синтеза ВС нотальнш: эгглое проектирования, для которых характерам большая ¡неопределенность исходных данных и знаний, необходимых для разработки ВС. Указанные ректоры служат серьезным препятствием осуществлен™ полкой формализации основных проектных процедур на верхних уровнях иерархического описания объекта, которым присущи, кпк правило, интуитивно-логические рассуждения и представление ситуадой на естестве.чном языке.

Указанные трудности могут Сыть успешно преодолены путем включения в структуру разрабатываемой САПР ВС экспертной подсистемы, способной реализовать трудяоформэлизуемке процедуры. При этом, обязательным требованием к экспертной компоненте является возможность автоматизированного формирования эвристической базы знаний высококвалифицированных конструкторов с последующим ее испольеова-нием в процессе эксплуатации САПР ВС пользователями невысокой квалификации.

Главной сложностью автоматизированного выявления знаний является слабая структуризация рассматриваемой предметной области, чю

вызывает необходимость проведения дополнительных исследований с

с

целью формирования классов принадлежности и выявления описаний основных функциональна* элементов ВС и отношений между ними.

При этом, корректный анализ исследуемой предметной области предполагает испольеоваиие системного подхода как метода, учитывающего многообразие сложны;; взаимных связей, всесторонне раскрывающего всо аспекты ВС и позволяющего сформировать системную модель ВС в виде георетшо-множественного описания.

Целью работ» является создание научно обоснованной методологии начальных этапов автоматизированного проектирования ВС и практическая реализация на ее основе информационно-программного комплекса, содер.Тьащего з своем составе экспертные компоненты поддержки основных процедур ядра САПР.

Задачи работы. Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих основных задач: проведение концептуального анализа ВС; разработка на его основе системной модели ВС как объекта проектирования; выявление основных процедур начальных стадий проектирования ВС и необходимого состава знаний их экспертной поддержи; выбор концептуальной модели знаний ВС, обеспечивающей эффективное формирование и манипулирование знаниями конструктора; проработка принципов и методики струкгурно-параметрическс^о синтеза ВС с использованием экспертной компонента; построение методики автоматизированного выявления экспертных знаний при формировании базы знаний конструирования САПР ВС; разработка математических моделей функционирования основных структурных элементов ВС; создание комплекса программных средств, обеспечивали автоматизацию начальных этапов проектирования ВС в соответствии с поставленными целями.

Иетодн !¡сследованкй. В процессе решения поставленных задач использованы методы теории сложных систем, теории графов и множеств, теории принятия решений, искусственного интеллекта и ¡/"те-

матического моделирования.

Научнач новизна.

1. Разработаны инвариантные относительно введенных уровней членения системные модели ВС как объекта проектирования, которые являются базой для создания методик выявления экспертных знаний, структурно-параметрического синтеза и математического моделирования ВС.

2. Предложена модель структурно-параметрического синтеза БС, представляющая собой упорядоченную последовательность действий конструктора над множеством структур ОС, необходима для реализации поставленных целей.

3. Сформирована концептуальная модель знаний ВС, обеспечивающая эффективное формирование и манипухиропание знаниями подсистемой экспертного сопровождения САПР.

4. Разработана методика автоматизированного выявления знаний непосредственно из высококвалифицированных экспертов, предусматривающая формирование базы знали,1 конструирования ВС в терминал описываемой предметной оПласти.

5. .Разработаны математические модели функционирования басовых структурных элементов ВС, являющиеся основой проведения имитационного моделирования протекают вакуумных процессов в ВС произволь-кой структуры.

Достоверность результатов. Достоверность проведенных теоретических исследований обеспечивается строгим научшы обоснованием предлагаемых подходов,и методов, а также.опытом эксплуатации разработанного программного обеспечения, лодтверкдаюдам экспериментальные данные натурного эксперимента. ; ■

Практическая ценность. На базе проведенных теоретических исследований создан комплекс протравных средств, обеспечивающих реализацию сформулированного подхода к автоматизации ссвовных этапов структурно-параметрического синтеза я Формирования баги знаний ГС

- б -

на начальных этапах проектирования.

Реализация результатов работы. Основные теоретические и практические результата исследований внедрены в НШЗТ им. С.А. Век-шинского (г. Москва), в НИИ точного машиностроения (г. Зеленоград) и в Московском государственном институте электроники и математики.

Апробация работа. Основные положения диссертационной работы . докладывались и обсуддались на Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация проектирования и конструирования в электронном машиностроении" (г. Москва, 1983), на XIV Московской городской научно-технической конференции, посвященной дню Радио (г. Москва, 1988), на отраслевой научно-технической конференции "Автоматизация конструкторской и технологической подготовки производства в условиях ГЛС" (г. Ужгород, 1988), на Всесоюзной научно-технической конференции "Информационное и программное обеспечение САПР" (г. Москва, 1989), на Всесоюзном совещании-семинаре молодых ученых и специалистов "Разработка и оптимизация САПР и ГАП изделий электронной техники на базе высокопроизводительных мини и микро ЗИЛ" (г. Воронеж, 1989), на Всесоюзном научно-техническом семинаре "САПР в машиностроении" (г. Ульяновск. 1990), на II Всесоюзном семинаре .молодых ученых и специалистов "Датчики, преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" (г. Гурзуф, 1990), на Всесоюзной научно-технический конференции "Информационное и программное обеспечение САПР" (г. Ужгород, 1990), на Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития вакуумной техники" ("Вакуум-91") (г. Казань, 1991), на Всесоюзном совещании-семинаре "Проектирование и эксплуатация баз дан-•ных и баз знаний" (г. Симферополь. 1991), на Всесоюзном семинаре "Пути повышения интеллектуализации САПР" (г. Симферополь, 1991), на научно-техническом конкурсе-конференции студентов, аспирантов и ыододых специалистов (г. Москва, 1994), на Второй Международной студенческой школе-ссминаре "Новые информационные технологии" (г.

Гурзуф, 1994).

Публикации. Основные практические и научные результаты диссертации опубликованы в 19 работах, в том числе 2 авторских свидетельствах.

На заидту выносятся: системная модель ВС как объекта проектирования; методика автоматизированного выявления конструкторских знаний при формировании базы экспертной поддержи САПР; методика структурно-параметрэтеского синтеза конструкций ВС верхних иерархических уровней описания; модель представления знаний в интеллектуальной САПР ВС; математические модели функциональных элементов ВС; структура интеллектуальной САПР ВС,. содержащей систему экспертной поддержки основных процедур проектирования; программные средства выявления знаний и экспертного сопровождения структурно-параметрического синтеза ВС на начальных этапах проектирования.

Структура диссертации. Диссертация изложена на 133 страницах, включает 35 рисунков и 11 таблиц к состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы из 145 наименований и приложений на 40 страницах, содержащих обоснование экономической эффективности создаваемой САПР, информационный материал и акты, подтверждающие практическое использование результатов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, определен круг задач, подлежащих решению, сформулированы цель работы и основные положения,, выносимые на защиту.

В первой главе приведен анализ эволюционного развития вакуумного оборудования* выявивший тенденцию существеннто усложнения структуры, количественного и качественного состава элементной базы вакуумных систем. Сформулированы достоинства, недостатки и основные требования, предъявляемые к технологическому вакуумному обору-

до.заяяо. Показано, что стремление к швывеяию эффективности разработок и росту производительности труда конструктора требует пере-

о

хода к автоматизированному проектированию ВС.

Изучение вопросов, связанных с автоматизацией проектно-конструкторской деятельности показало, что проблемы создания конкретных прикладных САПР начальных этапов проектирования машиностроительных объектов, и в частности ВС, решены лишь для отдельных лег-коформатазуемих их аспектов.

Наиболее существенным недостатком существующих разработок является отсутствие системного подхода к проблеме проектирования ВС, предусматривающего проведение комплексного анализа ВС как неотъемлемой функциональной части конкретной технической системы, которая находится в непрерывном взаимодействии с факторами внешнего окружения. Практически полностью не проработанным является этап структурного синтеза, ' который на начальных стадиях проектирования во многом определяет качество будущего изделия.

Анализ существующих подходов к проблеме структурного синтеза позволил провести обобщенную классификацию методов генерации структур и основные принципы синтеза для начальных этапов проектирования ВС. ■

Отмечено, что синтез проектного решения не всегда осуществи,! чисто математическими методами, которые требуют полной определенности данных и знаний, что на стадиях предварительной разработки является весьма проблематичным. Выходом из мшившейся ситуации монет служить последовательная генерация структур поисковыми метода,«! с использованием эвристических празил синтеза.

Не менее актуальной является задача оценки работоспособности синтезируемой ВС. Известные подходы, позволяющие имитировать газовые процессы в системах практически хкзбой конфигурации, основываются на использовании метода Монте-Карло, а так:;е различных мзто-

дов трехмерного моделирования поведения молекул гззоёых компонентов. Однако, непосредственное использование подобных методик на начальных этапах проектирования весьма ограничено по ряду причин, наиболее существенными из которых являются большая неопределенность необходимых исходных данных и функциональных зависимостей, а также неприемлемо большие время получения результата и требуемые вычислительные ресурси, на что в диалоговых САПР накладываются сссбо десткие ограничения.

Проведенный детальный анализ накопленного спита п области автоматизации проектирования ВС позволил сделать вывод, что устранить недостатки, препятствующие созданию эффективной САПР, обеспечить структурно-параметрический синтез и математическое моделирование ВС произвольной структуры возиояно лишь создав интеллектуальную САПР ВС, содержащую в сборы составе экспертные компоненты поддержки основных процедур проектирования, позволяющие формально представить эмпирические знания высококвалифицированных специалистов вакуумного мааииостроения.

Вместе с тем, эффективная экспертная поддсрм-л невозмо.тла без выбора рационального способа представления инженерных знаний. Семантический анализ основных фор:.? традиционного представления конструкторских знаний показал, что многообразие и особенности различных видов инженерных знаний таковы, что невозможно Еыбрать единый способ представления.

Наиболее целесообразны! в данной ситуации является смешанный способ представления информация, гармонично сочетаний декларативную и процедурную формы знаний. Логичной с данной точки зрения представляется фреймовая модель знаний, построенная над семанти- ' ческой сетью, что позволяет сочетать преимущества р.- личных систем представления и учесть особенности всех форм конструкторских знаний.

Вторая посвяшсна концептуальному анализу ВС и ее струк-

турных составляющих, исследованию и разработке информационного обеспечения синтеза, анализа и формирования базы знаний начальных этапов проектирования ВС.

Концептуальный анализ ВС как объекта проектирования предполагает решение ряда задач, а именно: проведение декомпозиции ВС па типоше функциональные элементы и модули; выявление свойств выделенных элементов, а гаже параметров и признаков характеризующих; нахождение взаимосвязей свойств ВС и ее структурных элементов; построение на основе найденных зависимостей математических моделей функциональных модулей ВС, целей и критерии качества; ш-•явленке существенных для процесса извлечения знаний признаков и свойств описания объектов.

Поставленные проблемы предполагает создание четко структурированного описания ВС в виде системной I,юдоли, всесторонне вскрывающей все необходимые для качественного проекп:рова:аи аспекты ВС.

С позиции поставленных задач скстеиазо описание БС . необходимое для выявления и раскрытия ее савзе&.&с хгра;д'ор::сгц;:. а чс::-же отношений ыежду нш1, ». зсоксимосзд от псса'аглеиг.оп целл (ояи-сание, анализ или синтез оог-оста) на качать: этапа-; проо::х;;?01«а-нкя шает быть двух вздоз: с;:сто:,;;:ал ¡.:о,ц;.гь, откахяяххзл ВС кгл объект проектирования (1); с:юте;.!::сл какздь ВС, «к; кеобмдася информация для процесса проекткрзза^п (2).

. При этом системная модель ош:ссл;:д ЕС» структур-

но-параметрическое (статйческсс-2) и ¿упсиопальпзе кое-Ф) описания.

| < = < к1,КР,кЗ,кП,кг,!;С >4, К«=0,1; 1=1,Пк > °° | < кФ' - < Ы^Л'вих.'^.'иЧт >*. ЫЗД; >

ВСп »

{ kLf , к-0.1; 1-1.лк >

{ кЕ1 - < kI.kF.kT0\kA.k0.kU.kn,kZ>kC.kW,kl >*,

к=0.1 : l=l,nk > (2)

< W - < Чк.Чых. <k+1«î1> .ks».kz*. ík+1Z*>,%.

k20.kR,T >', к-0.1; 1=1.Пк >

где индексу к «= 0,1 - соответственно нулевой или первый уровни членен!1.«, предотсглнгг,:;? DC iîtuî полое или на уровне ее функцио-кашик (СМ) ; 1 - i-Л ";.!, гходязий в ВС на первом уровне

членения; пк - число Ht на дглно'.» уровне членения (при к-о -Пк"1); 1 " 1.:яогсстйо ¡иен СМ; Г - множество функций 4M; S - множество структур; П - мначсстго признаков, опкашгмих компоненты системней надел:! на глчестсеиетл уровне; 7. - кнохество свойств; С - инагеегго отсс-енкЯ связи ВС (СМ) с оярулевием; W¡>x - входные деЛствля окружения ка СС (*М) ; - выходные действия системы

(СМ) яа окружение; - сосг.пнз СО (&!), опиемваэдее значения свойств сбг-eicra о дашшД ncv.ztn прополи: G - оператор выходов; H -оператор перехода; Т - грена; L - кю'естао целей проектирования DC (*7М) нл 1;-ем иерархи'ксксч ypowie; ТО" - множество известных ТО на k-o:$ урогно членения DC; Л - ицсгсстго гЛстрактвих Фунгашональ-!ни ^-.енентпа; G - >.глолеско гшптрглескш элементов, однозначно coorüCTCTBVTssK г-Зсграотп-ад; и - ».ягеглепо отношений мс-аду элементам;! (сд^доваяия. сзгместкаюти, вкгзчеккя и т.д.); У - инслество соохл€"ст1".!й. определ;пэг.:а урзякент сроскг.грогашш, конструирова-:пя ^упкционгро^шя; Q - ûhct/cïuo соответствий, оценив атак 1:{!сс:п'"руе!'ого оОъсетл; - нлеясство систем-

(.'ололой ф'/ш-дгатгрсизн:::! ¡¡л сл?дузт,см (к+1 - см) /ровне члене-ВС ('M); Sj, - отругггург процесса Функлу.Ск^роЕГцшя объекта; {•'MZ:) - кнслесткэ соотспнгЛ техтпёспи подсистем; 2с, - мнскест-r.o сгсйсп». .херакгернух для орсисссои фушецисчировпшп; Zo - «но-

жестго свойств окрузкащей среды эксплуатации; К - множество условий существования к прекращения процесса.

и

Отсутствие компоненты Б в соотяопеюш (2) показывает, что конкретная структура_ ВС является результатом создания, поиска и преобразования различных ее аспектов в процессе проектирования.

Рассмотрена каждая из системных характеристик в выражениях (1), (2). Сформированы множества базспых функций первого иерархического уровня <1Р0>, задающих принцип функционирования ВС, и основных вспомогательные функции ■С1РВ>, направленных на улучшение базовых.

Описаны принципы генерации пространства возможных функциональных описаний ВС и анализа качественного описания существующих объектов. Сформировано иерархическое дерево функций ВС как необходимого средства для поиска и анализа потенциальных технических решений.

Описано «тожество возможных структур ВС, представимое в виде: Б - < Б", иэ >,

где Б* - множество структур откачяых модулей ВС (структурных единиц); и® - множество отношений связи (временных и/или пространственных) откачных модулей.'

Б* в свою очередь имеет семь аспектов описания:

Б* = < Эс), 3®, Ба, 5»» Эд, £>г >, (3)

где За, 3®, Ба, Бм, За, Зп. Бг - соответственно структура действий, функциональная, абстрактная, морфологическая, вариантная, пространственная и геометрическая структуры.

Показано, что начальные стадии проектирования ВС, предполагающие конкретизацию системной модели ВС ((1),(2)) первых двух иерархических уровней членения, подразумевают последовательный синтез и преобразование структур Б:

< ^ — % — *5а — Чс — ^ — — ^г. к-0,1 У. (4)

На основе проведенных исследований разработаны функциональ-

но-структурные модели ВС и ее ЯМ, представленные в виде графов 6 (У,11), где V - множество вершин графа (функции, элементы), а I) - множество дуг, описывгдяш отношения между ними.

Разработаны правила синтеза структур ВС, описывающие отношения следования структурных составляющие, а также отношения их совместимости по функциональным параметрам. Приведен анализ свойств, присущих ВС и ее структурным составлнющим, описываемых четверкой: г * < г2, г>7., к1 >. (5)

где {1, р1, уЗ- - функциональные, эксплуатационные, производственные и конструктивные свойства ВС (ЙО соответственно.

В соответствии с (5) сформированы множества свойств, характеризующих ВС и ее основные 5СМ. полученные на основе исследования их связей с окружением. Моделями, отражающими множественный характер взаимосвязей свойств ВС' и ее 4М, служат разработанные графы и таблицы взаимосвязей свойств, позволившие решить задачи формирования концептуальной модели ВС для формализации процессов выявления и манипулирования знаниями экспертными компонентами САПР ВС.

Движущим фактором процесса проектирования является его цель, вытекающая из анализа конкретного ТЗ на разработку ВС. В работе рассмотрено понятие цели при проектировании ВС. Выделены потребительские цели 1.1 » < Т, И > ( где Т - множество параметров ВС. не удовлетворяющих ТЗ, И - множество отнопений типа "изменить") и проектные цели - < и > (где Э - множество синтезируемых структур ВС).

На основе анализа разработанных таблиц связей параметров сеойств ВС генерируется дерево целей проектирования ВС. Путь на дереве до выбранной подцели определяет исходные задачи проектирования.

Показано, что сопоставление элементов дерева функций с видовым множеством структур ВС позволяет построить концептуальную модель знаний, адекватно представляющую имеющиеся знания об объекте

проектирования, его структуре, свойствах, а таш? отнояешшх к?, характеризующих.

Сформирована концептуальная модель знаний о предметной области, представляющая собой иерархию фреймов, построенных над семантической сеть» взаимосвязей свойств.

Описание любого объекта (структурного элемента) пне зависимости от положения в структуре знаний представляется в виде характеризующего его фрейма свойств.

Мелуровиевые связи свойств объектов, кмеадие весьма различный вид представления (формула, тгйлицу, сенацткчесие и логически« утверждения и т.п.) объединены с отдельный фрейм, предусматривал тем салым возможность подключения процедур обработаг соответствующего типа отношений.

Третья глава посвящена разработка методологических основ начальных этапов проектирования всыгуушцд систем, подразумевавши углубленную теоретическую, методологическую и 4орыаш:уй прсрабог-ку основных проектных процедур синтеза, формхровамш/ЧзСрсботки базы знаний и матемаимеского моделирования в интеллектуальной САПР ВС.

Приведено укрупненное описание процесса синтеза ВС, формально представляющего собой последовательный го;::;:, создание и преобразование различных видов структур. Ллгориги. описшзагцлй осиошшз зтапи и информацшшиз спяан процесса СушасюнлроЕания подсисту синтеза ВС, представлен па рис. 1.

Начальный этап сшгеза предусматривает поиск анало-

гов ВС, полностью паи частичпо удс-илстворяизяс сфориарозш!ЫК требованиям 13. При вймжл<;шп: г.спустлго множества аналогов процесс проектировать зассрсаетсп процедурой оптимизации, обсспечиваоцей выбор рационального в&рижгз ш:стру»вш ВС.

отсутствие аналогов сизцсжт исо5>од;а.ссп1 выполнения згалов собственно проектировщик. При этом виз пленные цели проектированид

| Формирование ТЗ на —£ Вакуумный тех. процесс, окру.-он|

—о—>

^сс:.;иро2&Ш9 потребятеяьскоЛ 1 полг. псое;сг!:розаннл |

:..... . ". ", I-

--9-

Ссржровслнэ ачгеритма бупк-шюшгоозаяиз ВС

-г-10_

С:мтез струлгури действ'й ВС

-11-

----и

С;:::?гз с5с-;рг.:г:п;:1 структуры ЕС |

Р::с. 1. лягсрхтц сахсза структурц ОС.

позволяют на основе сформированных правил реализовать последовательный синтез необходимых структурных описаний ВС. согласно выражению (4).

Выделены основные инвариантные задачи начальных стадий проектирования ВС, предусматривающие определение потребительски цели проектирования, структурно-параметрический синтез объектов, анализ и оптимально-компромиссный выбор, пространственную компоновку объектов, моделирование функционирования ВС произвольной структуры. Определен состав необходимых экспертных знаний их поддержки.

Наличие большого числа экспертных процедур на каждом этапе синтеза, а также требования гибкого изменения содержания базы знаний под каждое конкретное окружение, обусловили необходимость включения в структуру разрабатываемой САПР ВС специализированного модуля формирования и выявления экспертных знаний, взаимодействующего с пользователем в терминах описываемой предметной области.

Указано, что решение проблемы приобретения знаний является одним из узких мест разработки любой интеллектуальной системы, поскольку существующие подходы предусматривают, как правило, формирование базы знаний на основе заранее сформулированных цепочек логических рассуждений, что с одной стороны, требует привлечения инженера по знаниям, а с другой - эксперту приходится решать не свойственные для него задачи синтеза собственных знаний.

Сделан вывод, что выявление экспертных энаний из конструктора предпочтительно выполнять в привычной для него декларативной форме, обеспечив возможность последующей автоматической трансформации полученных знаний к процедурному виду.

Методика приобретения знаний любого уровня иерархии подразумевает последовательное выполнение следующих основных этапов:

- определение множеств структурных элементов объекта рассматриваемого уровня иерархии;

- определение состава свойств каждого структурного элемента и

его окружения;

- формирование множеств отношений между свойствами и выявление истинных отношений.

Последовательное выполнение трех вышеописанных этапов для каждого уровня иерархического членения объекта формирует багу знаний предметной области в виде декларативной модели ЕС.

Отмечено, что поскольку на начальных этапах проектирования строгое математическое моделлровачие процессов функционирования исследуемого объекта практически не применимо, целесообразном является использование системы кжташотюго моделирования. В работе использован достаточно известный объектно-ориентированный подход 1: моделированию, наилучшим образом соотЕетстьуклдий выбранному способу представления конструкторских знаний.

Проблема неопределенности математического описания моделей функциональных элементов ВС решается при помощи аппаратов дисперсионного и регрессионного анализа эмпирических знаний конструктора, доопределяя тем сашм упрощенные аналитические зависимости традиционного ручного проектирования.

Разработаны математические модели функциональных элементов первого уровня иерархии, описываемых системами дифференциальных уравнений первого порядка.

В четвертой главе представлены созданные программные средства, реализукше разработанные методики синтеза, выявления конструкторских знаний и моделирования. Описана структура разработанной интеллектуальной САПР ВС (рис. 2), содер.Гиащей формализуемые и эвристические программные процедуры. Показано информационное взаимодействие разрабатываемой экспертной компоненты с традиционными подсистемами САПР. :

Укрупнен!» описано функционирование подсистем структурно-параметрического синтеза и анализа, процесс функционирования которых реализует вытеопксанкый алгоритм синтеза ВС. Представлена логичес-

Ядро САПР

Формирование цели проектир.

Анализ и выбор объектов

Моделирование функциониров.

Синтез объектов

Оптимизация

Пространственная компон.■

Экспертная компонента

—7—

Выявление экспертных знаний

-8-1

Формирование процедурных знаний

|

т/т

к

Сервис

-11-

Диалоговый интерфейс

Система I управления!

-12-1

Графические средства

—9-1 Манипулирование знаниями и данными

-10-1

Формирование моделей объектов

ш

--13—,

Средства документир.

Ваза знаний / ханша

С У Б 3

-14-

-1—16-,

Метазнания о процессе проекткр.

□

1

СУБД

-1—17-|

БЗ

предметной, области.

п

-18-,

БЗ экспертного сопровождения проектных процедур

База данных

-19-1

Рис. 2. Структура программных средств САПР ВС..

кая структура программного модуля выявления экспертных знаний. Показана работа программных средств имитационного моделирования.

Определены основные принципы функционирования САПР ВС и диалогового взаимодействия с пользователем.

Описано назначение, возможности и содержание информационного обеспечения программных модулей. Отмечена инвариантность части разработанного программного обеспечения и возможность его использования в других предметных областях при создании соответствующего информационного обеспечения.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ -

Выполненный комплекс теоретических, исследовательских и практических работ и полученные на их основе результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. На основе анализа требований и эволюции вакуумного технологического оборудования выявлена потребность автоматизации начальных этапов проектирования ВС. Показана необходимость применения новых подходов к построению САПР, предусматривающих включение экспертных компонент поддержки основных проектных процедур структурно-параметрического синтеза ВС.

2. Проведен концептуальный анализ ВС, позволивший сформировать инвариантные относительно введенных уровней членения системные модели ВС как обгекта проектирования, которые являются основой создания методики выявления экспертных внаний, структурно-параметрического синтеза и моделирования ВС. На основе системных моделей выполнена структуризация предметной области, позволившая сформировать классы принадлежности объектов, выделить описывающие их множества свойств и отношения между ниш.

3. Предложена модель структурно-параметрического синтеза ВС, предсгаЕдшкаа собой упорядоченную последовательность действий коистругаорз над множеством структур, необходимых для реализации поставленных целей.

4. Сформирована концептуальная модель знаний, обеспечивающая эффективное (формирование и обработку знаний подсистемой экспертного сопровождения СА1Р ВС.

5. Разработала методика автоматизированного выявления знаний непосредственно из высококвалифицированных экспертов, предусматривающая формирование базы знаний конструирования ВС в терминах рассматриваемой предметной области.

6. Выявлена основные проектные процедуры начальных стадий проектирования ВС, а также состав необходимых для эффективного функционирования САПР экспертных знаний их поддержи.

7. Предложена логическая структура интеллектуальной САПР ВС, позволяющая реализовать основные трудноформализуемые процедуры путем использования в системе экспертных компонент поддержки.

8. Разработаны математические7модели функционирования базовых структурных элементов ВС, являющиеся основой проведения имитационного моделирования протекающих вакуумных процессов в ВС произвольной структуры.

9. Создан комплекс программных средств, обеспечивающих реализацию используемого подхода к автоматизации основных этапов структурно-параметрического синтеза и формирования базы 8наний ВС на начальных этапах проектирования.

Результаты работы внедрены в НИИВГ им. С.А. Векшинского (г. Москва), в НИИ точного машиностроения (г. Зеленоград) и в Московском государственном институте электроники и математики.

Основное содержание диссертации отражено в счедующих работах:

1. Кожевников А.И., ЛьвозБ.Г., Батраков В.Б. Интеллектуали-зацил САПР вакуумных систем. / Вакуумная техника и технология, 1993, №l, Т. 3, с. 19 - 23.

2. Кожевников А.И. , Батраков В.В., Баражова Г.Н. 'Гормнрова-ние концептуальных моделей объекта в САПР вакуумной кс:.-мутацией-но-регулирующей аппаратуры. / Тезисы доклада ЕНТС "САПР в ¡!згл;т-ностроении". - Ульяновск: 1990г. - с. 59.

3. Кожевников А.П., Батраков В.Б., Львов Б.Г. Структурно-параметрический синтез вакуумных систем технологического оборудования. / Тезисы доклада ВНГК "Состояние и перспективы развития вакуумной техники" ("Вакуум-91"), ч.1. - Казань: 1991. - с. ЬЗ - 51.

4. Кожевников А.И., Львов Б.Г., Батра'сов В.Б. Построение базы знаний проектирования вакуумного оборудования. / Тезисы доклада ВСС "Проектирование и эксплуатация баз данных и баз знаний". -Симферополь: 1991. - с. 43.

5. Кожевников А.И. Автоматизированное выявление знаний в САПР вакуумных систем. / Тезисы доклада П МСШС "Новые информационные технологии". - Гурзуф: 1994. - с. 6?.

6. Кожевников А.И. Автоматизированное выявление знаний в САПР вакуумных систем. / Тезисы доклада НТКК студентов,- аспирантов и молодых специалистов. - М.: ¡лГИЗМ (ТУ), 1994. - с. 7.

7. Кожевников А.И., Львов Б.Г., Батраков В.Б., Витушкпн П.И. САПР вакуумных систем оборудования производства изделий электронной техники. / Тезисы даслада ВССМУС "Разработка и оптимизация САПР и ГАП изделий электронной техники на базе высокопроизводительных мини и шкро ЭВМ". - Воронеж: 1989. - с. 176.

8. Кожевников А.И., ЛьвозБ.Г., Батраков В.Б. Кнфссмацион-

но-программное обеспечение автоматизации проектирования вакуумных енотом. / Тезисы доклада ВН7К "Информационное и программное обеспечение САШ3". - Ужгород: 1990. с. 16 - 17.

9. Кожевников А. И.., Батраков В.Б., Львов Б.Г. Автоматизированный выбор элементной базы вакуумных систем. /' Тезисы доклада отраслевой НТК "Автоматизация конструкторской и технологической подготовки производства в условиях ГШ". - Ужгород: 1988. - с. 19 - 26,

10. Кожевников А.К., Львов Б.Г., Шиленко Е.С. Автоматизированный выбор Еыссковакуумных насосов. - М.: МИЭМ, 1988. - 20 с.

11. Кожевников А.И., Батраков В.Б., Львов Б.Г. Формализация проектирования вакуумных манометров-на этапе выбора ФГЩ. / Тезисы доклада П ВС№иС "Датчики, преобразователи информации систем измерения, контроля и управления". - Гурзуф: 1990. - с. 36.

12. Кожевников А.И. Формализация выбора вакуумных шлюзовых систем. / Тезисы доклада ВН'ГК "Состояние и перспективы развития вакуумной техники" ("Вакуум-91"), ч.2. - Казак*.: 1991. - с. 82 -83.

13. Кожевников А.И., Л.ьвов Б^Г., Батраков В.Б. Моделирование функционирования вакуумных систем произвольной структуры. // Межвузовский сб. научных трудов "Автоматическое оборудование и технология производства изделий электронной техники". - М.: МИЭМ, 1991.

- с. 48 - 51.

14. Кожевников А.И., Львов Б.Г.. Батраков В.Б. Автоматизация моделирования функционирования вакуумных систем произвольной структуры. / Тезисы доклада ВШС "Пути повышения интеллектуализации САПР". - Симферополь: 1991. - с. 50.

15. Кожевников А.И., Львов Б.Г., Батраков В.Б., Павлова Т.С. Автоматизация конструкторских работ при проектировании ВКРА. / Тезисы доклада ВНТК "Информационное и программное обеспечение САПР".

- М.: 1989. - с. 101.

16. Кожевников А.И.. Батраков В.В., Киг/глслн п.И. Автоматизированная система графического игоОраления принципиальных с: м. / Тезисы доклада XIV МГНТК. посвященной дня Радио. Союз liliO СССР. -М.: 1983.

17. Кожевников А.И., Батраков В.Б. и др. Программные средства отображения принципиальных схем вакуумных систем с использовгшием графопостроителей. / Тезисы доклада ВСНТК "Автоматизация проектирования и конструирования в электронном машиностроении". - М.:

1988. с. 38 - 39. ДСП. -

18. A.c. №1514038 (СССР). Сзеривисоковачур/яий затвор с электромеханическим приводом. / Кожевников Д. Я.. Езграков В.В., Львов Б.Р., Павлова Т.С., Самойлов Ю.С. -Опубл. в Б.И. №38,

1989.

19. A.c. №1566156 (СССР). Сверх высокое асуумннй затвор./ Кожевников А.И., Батраков В.Б., Варашкова Р.Н., Львов Б.Г. - Опубл. В Б. И. №19. 1990.

Подписано к печати 29.07.9А. Зак. 2. Тир. 100. Г''5ъем 1.0 п.л.

МГИЭИ, Москва, М. Пионерская, 12.