автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Разработка средств когнитивной графики и системного моделирования для исследования датчиков механических величин

Санкт-Петербургский государственный технический университет'

па правах рукописи

МАТВЕЕВ Виктор Александрович-

РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ КОГНИТИВНОЙ ГРАФИКИ И СИСТЕМНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДАТЧИКОВ МЕХАНИЧЕСКИХ

велячин

Специальность 05.13.16 - применение вычислительной техники, катеиатического моделирования и математических методов ¡5 научных исследованиях

: Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук ;

.''Санкт-Петербург ' 1932'

•Работа "выполнена в Санкт - Петербургском государственно;«'

техническом чниверситете. Научный руководитель: Кандидат технических наук.

профессор ¡.'маков З.К. Официальные оппоненты: доктор технически;; наук.

профессор Черноруикий И.Г..

кандидат технических наук, заведуяши!-; лабораторией виброаккусткческо-' го контроля к средств обработки инюркацпи НПО ЦНИНТНаи (г.Москва) Цеханский К.Р5\ Ведчаай организация: Ка'учнС.-проиэводственное объединение • измерительной техники ( г. Калининград

. I Московской обл.). -Защита состоится Ч" ЦЧСН9к1992 года в чо часов на' .заседании спвцяол-лзярованного совета ¡¡063.38.il' в Санкт - . Петербургском государственном техническом университете пб адресу: 155251, Г. Санкт-ПетерСург. Политехническая ул.. 25. главное здание, а. 130.

' С диссертацией ыохно ознакомиться е- фундаментально:': библиотеке университета.

■ Автореферат разделан 1592 года.

Учены': секретарь специализированного совета,

кандидат технических наук, доцент • • • .-В.£.Назин

Актуальность работы. В области исследования датчиков механических величин (ДМВ) разработано достаточно больаое количество методик их компьютерного моделирования, что обусловлено спецзфикой ДМЗ как объектов моделирования. Каядая из методик дает возможность получить линь часть полезной информации о моделируемом датчике, и для обеспечения полноты представления об исследуемом ДМВ требуется применение нескольких методик. В токе время процессы подготовки и ввода данных в ЭВН для любого метода моделирования требуют значительных затрат времени, интеллектуального и ручного труда проектировщика. Все это приводит к тому, что суцестзуюцее компьютерное педалирование не удовлетворяет требованиям пользователя-конструктора ни по полноте, ни по доступности проведения 'исследований ДМВ. Иначе говоря, существующие методы Не обеспечивает системного коделирова-ннп и не могут бить инструментом, которой позволит качественно ■ изменить взаимодействие человек-компьютер при реиении проектных и исследовательских задач. В этой связи становится актуальной задача создания принципиально новой системы компьютерного моделирования, интегрируздей несколько методик моделирования и обладаюцей высокой степенью автоматизации процессов подготовки данных, их ввода в ЗВИ. а такге обработки результатов проведенного исследования. Такая система, обеспечит поддер5ку принятия проектно-конструкторекого ренения при проектировании и исследовании ДИВ.

Основой для создания подобной системы долгны выступать знания и спит специалистов-экспертов в области ревенка исследовательских задач. За длительный период использования компьютерной техник» в' сЗласти проектирования ДИВ накоплен значительный информационный материал, который мовно представить треца группами знаний; (I) знания по специфике конструкций ДУВ; (II) знания по методологии и применения компьютерного моделирования для исследования ДНВ: (111) знания, позволяющие описать весь диапазон целей компьютерного исследования . ДНВ. При реализации этих знаний на компьютере встает вопрос о Способах их представления и обработки в операционной среде ЭВН.

Отличительной особенности предлагаемого подхода к создания компьютерной система моделирования и исследования ДМВ является использование интеллектуальной технологии (ИИ-технологии) для рэали-. зации на ЗВУ указанных.знаний о методика вотирования ДНЗ.

Вторая отличительная особенность состоит в использовании ин-' теллектуалышх графических средств когнитивной компьютерной графика

I

(КГ), ьок наглядного и универсального способа представления и обработки знаний в области синтеза и анализа механических систем. Это нг>*о» перспективное избавление дзет возкоаность создания средства е^,!и».-ораз::огу представления к-нструкткзнвх схем для различных голов их моделирования.

Цс-ль раоути. Целью настоясей работа является создание средств кигнитисней г:окп1 стерной графики и систьнк обработки знаний на базе л;- с-г:л т<ч?кй игкусстмого интеллекта для синтеза конструктив-дл'чпксе механических величин и анализа их характеристик при системном моделировании. результата которого обеспечат возаон-несть 1.с«еи'.'екстЕ-.'?1:ть гехничег:ки'е характеристики ЛН5.

Дос; имение иес/лсденкой челн потребовало редения следувапх задач: ; : Структурирование и'представление значил о конструктивных л Л■{Б при гра;/,.че:Гг',он способе, их описания. 2) Разработка "-чдсте мткиткзноА графики на ' базе теории декларативных языков. 3; исходных положении и правил реализации на 35К гра$к-

ч'ч: к о: и способа преде таг леккя конструктивных схем ¿¡Н8. 4) Систека-и сгр-;кт!;р;:роеанке знаний па не годам наделиревпния ЛМЬ. Г Го ч/К" 1.р..г; а;:: п..и ^..^¡¡ийци» оазы знании (¡о методам моде-ДКС.г 0> Сис^илтизация и создание сазк знаний основных целей исследован;:;; Д";. ?) Развитие конечно-элеаентных методов моделирования ДНЬ на основе сулерэлеаен.ного кодхода В) Разработка концептуальной структура интеллектуально;"; системы моделирования 1ЙСМ). 3 5 Рагрлолнл структура представления знаний и способов 'их оСргС-отьк в сснуЕках недулдл ИСН: спецификаторе задачи выбора (СЭЗ д. блоке принятия реиения забора (БПРВ), планировцике числен-н.иго эксперимента (ПЧЗ). 10') Разработка подсистемы анализа результатов исследования. 11) Реализация интеллектуальной систеьш моделирования на ЗЕК тина IВИ-РС/ЛТ. 12) Исследование отдельных конструкции пьезоэлектрических датчиков ускорений с цельа подтверждения у..';".о::чостей предлагаемой системн исследования ДИЗ, а такке для получения практических рекомендации по совериенствоеанио их характеристик. 13) Проработка возкоккостей использования разработанной енсгемц е процессе подготовки инженеров по специальности ¡9.07.

'Ьтчдн исследования основаны на применении положений теории нскуостсекниги интеллекта, форйояьних систем, Фреймовых структур ;:-."дст«£>лензя и обработки знаний, теории измерительных преобразователен. элементов теории сопротивления материалов, теории колебаний.

9

Научная новизна. 1) Впервые з практика приборостроения применена идеолога!! когнитивной грасики для ревенкя проблеуа ргток&ткзэ-ции списания исследуемых объектов и подготовки задания ш модолкго-вание. 2) Разработан и практически реализован специализирован»::?, графический язык представления декларативных знлкий г ЭЬМ для синтеза и анализа конструктивных схем ¿¡43. 3) Систематизированы методы моделирования и разработана специализированная $а?а знаний, посво-яяввая ввлвчать новне нетода моделирования «MB.'4) Создана стриктура интеллектуальной системы моделирования с $-рейноЕвк споссСсн представления и обработки знаний, обеспечивавшая интеллектуальней интерфейс мегду проектировщиком-непрограммистом и 23Н при решении задач системного исследования ДКЗ. ■ 5) На основе полсзений иксники разработана методика подготовки исходных данных при моделировании методом конечных элементов и его модификациями

Отличительной оссбенносты: разработанной систены является простота представления в 35" объектоз моделирования и мирские -ззз-м02н0сти по их исследования, что позволяет элективно нспользорзтъ ее в учебном процессе при подготовке инкенс-ров по специальности 19.07. Предлоаеннке методы синтеза и анализа конструкций /¡''Г- с по-ноцьв графического языка легко распространяется как' на боле? слияние объекта, так и на объекты других областей приборостроении.

Практическая ценность работы. 1) Реализован на Э2М графический язык, использование которого позволило супественно сократить затраты, связанные с описанием объекта, вводом и подготовкой данных для его моделирования. 2) Создана база знаний методов моделирования, принцип систематизации которой дает возмогность включать в ИСМ новые методу моделирования для расширения возмояностей ИСМ по исследовании ЯМВ. 3) Разработана и реализована на ЭВМ -интеллектуальная система моделирования, структура знаний и механизм вывода которой позволяют организовать системное исследование датчика з автоматическом режиме с. применением различных методик моделирования Д!.'3. 4) Разработанная программная система ориентирована на конечного пользователя и не требует знаний по программировании, что позволяет использовать ее для-поддерзки лекционных и-практических занятий со студентами по ряду дисциплин в рамках специальности 19.07, а такае для курсового и дипломного проектирования. &5') Предлогенный подход к созданию ИСМ могет бить полоаен в основу систем моделирования в .других областях приборостроения:. .

Реализация результатов работ. Основные результаты диссертационной работ« использовани при выполнении научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре информационно-измерительной техники СПбГТУ, реализованы в научных и практических разработках четырех . научно-исследовательских организаций и предприятий страны: НПО ИТ Сг.Москва), НПО ЦНИИ технологии ыазнностроения Сг.Москва), НИСИ -(г.Москва). ЛМЗ (г.Санкт-Петербург), а также используется в учебной процессе при подготовке инзенеров по специальности 19.0?. Основные положения, выносимые на завиту:

- основы методологии системного исследования средств измерений для решения проектных и конструкторских задач; I

- кетод когнитивного графического представления в Э8Ы конструктивных схем ДМВ, включающее в себя элементы обработки знаний;

- методика автоматизированного построения математического описания ДМВ, соответствугцего задачан исследования и основанного на представлении датчика средствами когнитиз.чой графики;

- структура интеллектуальной систеки исследования ДИВ как системы-обработки знаний при выборе метода моделирования, организации вычислительного эксперимента и анализа результатов исследования.

Йлрсйзцг.г р^Соти. .Основные результаты работ докладывались на следивших конференция* и семинарах: ЯеЕДународная конференция с выставкой "НЕРй-'-Г (г.Косква, 195! г. ), Иегдународный секинар "»!н-Оориационно-изу.еригелькые системы" (Гемнитц, Германия, 1391 г.): Всосоезных научно-технических конференциях "Измерительные" информационные системы ИНС-91" (Ульяновск, 1991 г.), "Разработка и внедрение СйПР и ЙСТПП в насиностроенил" (Инезск, 1990 г.), "Никроэлек-тронные датчики в касиностроении" (Ульяновск, 1990 г.), "Нетоды и средства измерения кеханических параметров в.системах контроля и управления" (Пенза, 1392 г.); Семинарах "Вибрационная техника" (1990 г.). "Теория и практика реиения изобретательских задач" (Ленинград, 1990, 1991' гг.); научно-техническом семинаре кафедры ИИТ СПбГТУ.

о Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных трудов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы,и прилозений. Работа содержит 101 страницу ыаиинописного текста, 82 рисунка, 4 таблицы, список литературы 104-наиыенования.■ 4

ОСНОВНОЕ COÜEPZfiHüZ РАБОТ!!

Зо взедении обоснована актуальность теми диссертационной работа, се ор:;улирозанк es цель л ззд.гчи исследования, ссковнае положения, Еыносимые на зациту, приведены данные по: структура работа, апробации и реализации полученных результатов.

3 первой главе провезен анализ состсанип кокпъзтег-ного козелв-розаннл ДЙЗ. Специфика Д!!3, как устройств, изнеияецах природу но-.и-теля сигнала и ксподьзувцкх для этого зсезосмзгна» физические з;-i£KTU, не позволяет создать унк-зрсальнда катензтическуз кодгль для их исследования. Это привело к- созданию больного количества .методик моделирования Д"3, авторами которых является: Осадчий Е.П., Цехакский K.P., Гмзков 3.11., 3er?: да П.Л. .Александров Э.К., Нвяскиков В.Е., Кзкзроз A.B., Полотков С.В.'и др. Пекэгано, что прилагаемое конкретные методики .моделирования позволяли исследовать лизь часть технических характеристик датчика. Расширение набора технических характеристик, такге как и усложнение конструкции УЗ. Еьшугдало пользоваться более слог.таии методами моделирования, трс-бузппми значительных затрат ручного и интеллектуального труд?, проектировщика при построении математического описания ;:сс-едуе^гп датчика.

S отличие от такого подхода предлагается использовать системное моделирование, основанное на соответствии■сложности конструкции ДМВ, набора моделируемых характеристик датчика и методов его математического описания. Для реализации системного моделирования необходимо создать такой инструмент, который будет способен реализовать различные методики моделирования и'предоставит возкогность управлять процессом исследования, что качественно изменит взаимодействие человек-компьптер при резенли проектных задач.

Проведенный анализ применения методик моделирования для исследования ДУВ позволил определить круг задач, связанных с достинением поставленной цели. Показано, что основу для реализации системного исследования ДИВ долгий составлять знания по методам моделирования ДМВ. Рассмотрение основных тенденций развития современных компьютерная систем, определило выбор интеллектуальной технологии для реализации средства системного исследования ДУВ и позволило конкретизировать осковкае научные'задачи, .

' -5

{риггекг сксплатлзохзз; ockoi.k; »атогсэ ноагсзсгсгея Я2*

Таелкл 1.

.сл.'оглоотл

То'га

К-лглглнт ислглл

лиллок? грлзл^зи

3

'^ПИЛиЛЛ эт-зсл

лпге£г. ллл

РсЗЖТЗТ Р'^'Ы'Л кл>г.>л:;нтк. ургг:л-}:;!л

П'ЗМХЗЗ К

X2F гчтсл кг.л-ам *5~

tj'-:-;!

Kaóop

глзт.-к. ПОЛУЧШЕ CóKllíl

кгтсгс.ч о

Козхлклнт

чс-ггкз саггл к;; з>::-тл: КОЖНЙГЙЮГ© 3£52Н?КП

кс?:лклл-гг !¡ охсразовзн/я;!

слекка

ccäctk.ikcii

частота

Р

УТЛ

Г.::: лук-

il

1.

г-лг а::.1'лгл. г. •зккс.г.гкг-нал í:;xüí!-леалл с:ллг 3. йзлзаг.т-яг-коя золла

злслллсл

заллисП огм* и л лтл--л-л.:л

Алгебр.

кг-сх? KÎSC

r.iFíMcDC-'fSH

узла it

чесглл свлзл из катала race л юъ-тнл глс-тк-стел

коз>:;ккьт

пмобмззга-зи"

Юрзальки;. частота

*i лллсглглс-злглп; :

.л'ллллг оллдл

Л.КЛЛ

ггг,-•л^чл; уз v. а.

\. :

;зл

;r>"{.У тл

; -Л.. : - Л чЛг:'.*;

«x¡; и т. г:. )

ïtrcp

Л.ЛЛЧЛ'-

2. СУГ:0?-

злл^пкл; nF-.v-CT^f:'::'? i;aVMr>> 5. залела r<:c-Vi KaKTÄTCKi £ EXi ixv:o<a;o-зллллггнел ЛСЛСЛЬ^

Слтла yp-^'.-r.z-u'.

:с::;з;ллгги здйгаэдг-ааа-

£ЛЗЛСГСЛ

yïiSiC-ICiï

АППГЖЯЗ-ВИЗЧ

елл и пжлз-глл-л г.о •телу ГО ЛПЛКЛЖЗДИЯ пс. ir-vo-cjaaiw--зк.ч/ эллинг/.

KâïKjKrCKU? • ЕДЛ-j

пзз'.чтал-гг

тснзср лэлл-пзллл и

елгжхй ь i-злал

злллктсв

Акалзз т;кзс?а его

ссстаалл.е;*

КОЗХЛЗЗЛНГ

К-сг?.?дгле:з:о л S

ю. ;

ддшидке газлллз ¡мтслоз кзаэламегея

2

3 ссазтсрстче с Зеп/дой П.Д., Зиаксзцм З.л, и Учкэрсрка Й.З. зрозеденз систематизация основных методов водг.-ирорзакя £43, №г-чента которой пр-.шеденз з таблиц» 3 оснсзу скстгузту^ци;! поло-ген подход к представления кокструвцкй датчика в гзтгхаппсску.1 модели в соответствии со степенью декоклоз:;ди;'. его конструктирнеЯ схеки: от простейзего пргдстгзлснкл Се эиде йзт^ркллья^й точки), до лргдстаглекия объекта {ггколг-иш число» -»л'ущ-ог. Такой подход позволяет охгатить как {¡гг езсестгуггие кзтсдикн мгделирсген::-л ,'НБ. так а новые, которые будут подзляться при ргззитии »одег.фпзаниа.

Пзказзчо, что по.-кйо зк-;к;:Л о '.'зтодзх кеделкроезнкя для организаций систеканх иссдсдогзний £1{Э необходима знания о способах организации вычислительного эксперимента или условиях нсгледо-ьо'Шй. Их программна рзаяизгииг з ?иде баз знания будет состд: ;кть информационна,1) С'онд ИС!' для роздкия задач выбора нитодз у-'ти:'; :н-ческого отсаинч Д!!3 и сргзнкзгцкя аггастельногэ. эксперимент*«.

Создание баз знаний предполагает структур:*?:?*::'? :; ?•: соба 'Прздстззленкя знаний. 3 оск?зз стятуркре: знс.к:м на систематизация оснозннх котодоз коделкрсс2 ¡{.-•••.мт* «хь '-ннх признаков структурирования вкбран набор уг.д'-чг.'Р'; :ич;, характеристик датчика (столбец 5 таблицы 1), пс.-к^лькк г;:.' • 1-:. • моделирования зависит на только г специфики кгчгтрчк .'•'• к от цели исследования. Показано, что г«5ран:?згг и р:.-..".из:?:-•.::::-• • г ■ Срейаовоа представлении структур". знгииД сбк,п?ч;ч:;,"Т ис-

следование днз.

Вторая глаза посвяаека разработке срег;зтг.: представления конструктивных схем Д!!о для рзз&пиих ?«атлд:;п . гироваяия. Показано, что этот трудко^рколнзче'н;;'! лр.ач'сг ..'■". :т в себя но только описание' констрш"4*>'и д^г^кч: тспо.гтйчосг-г структуру, физические характеристики конструкт«:« '.¡'.л ^лочоктез, *:;; геометрические разнеря к т.п., ни и построение чз 1 ^ иатического описания конструктивной схемы датчика езглззч^ гс-.р кой методике.

Зперзае в практике реаеяяя задач ксследозтга г.л к-япюп -рэ предлозено использование когнитивного гра$ачег;шга сичгзза подставления 'конструкции датчика з -яиде эскиза, гшшшюогс г.1 лам построения чертега. Когнитивная ф§н»Г;ия • гра{::ческсг1 спосоСз внразена в отображении внутренних свойств пнгкиии д'-З с г.зкзчч;: 'элементов черчения; тип отриховки -» сигические :<зпгктзрпст;:"ч

риала, обозначение резьбу - способ крепления конструктивных олеыен-т о и и т. п.

¿ля реализации графического способа представления конструктивных схем £!!В разработан кокпыетерияй графический язык деклараткзно-го типа. £ качестве области для теоретической проработки и практического использования графического языка выбран класс датчиков осе-синыетричных конструкций.

Рассмотрение принципов создания компьютерных языков декларативного типа позволило ьаделить осноенве полохенкя для реализации графического языка. Показано,, что введение алфавита и правил сло-ззовамия декларативных языков в рамках полозений теории формальных систем, позволяет обеспечить их обработку на канлы'тере. Се^-чтнкз декларативного языка определяется той предметней область?, для описан;;:! проблем которой этот, язык создается.

У,о основе полученных положений разработан елфавит и правила словообразования графического языка, позвояавцие описывать конструктивные элементы пьезезкеглерокетрев осесаккегричнвх конструкций, йнлякз спа*л1 ::!ки квиструктиргвх сх?1 ■ г??20стг2ил сезыс^пгсгь рчд акскок (тавтологий), необходимых для -реализации .операционного здхакигеа графического языка.

Зееденнке прегила индуктивных выездов из слое графического языка, составь".:,.х ссноау его операционного ь'еханиэна, позволяет ИСМ получать .и.^чгниз 0 специфике конструктивной схеин датчика для построен.и: его математического опк'саииз в ранках лзбой из уето-дкк моделирования, рзализуеиой в ИСН,

Показано, что программная реализация графического языка в виде подсистемы анализа графического изображения (ПЙГИ) стала возыонна Олегсдарл когнктквним свойствам графического языка как средства работы с графическим представлением и имзецим способы перехода ог него к текстовому представлению. Так на рис.1 показана работа графо-си.чтезагора ПйГИ при'описании корпуса датчика. Рис.2 иллвстрирует оснсьяае этапы по описания всей конструкции датчика. На рис.3 представлена полностью построенная фраза на графической языке. Когнитивные свойства иллюстрирует рис.4, где показано составленное пользователем слово графического языка, олисивавцее корпус датчика, и адекватное еку символьное представление, с которым оперирует компьютер,

Показано, что графический способ представления-конструкций ДУВ

1

е-

1

1

I 2 3 Л 5

Рис.! По^агсзи:': синтез корпуса льезоакселграметра.

Рис.2 Фрагменты построения срази.

?;:с.3 Полностьа построенная фраза, опис:'32'"'Для ¿Ц-З.

1 2 1 1 0.0

2.1 10.0 10.11 5.0

Л.З 15.0 15.!) 5.0

2.0 3,0 3.0 2.9

3.3 3.0 3.0 4.3

Рис.4 Изображение корпуса и его блок данных

¡| коипьвтернце устройства ввода-вывода ( и о н ii т о V

карта "Цель исследов.

с з з

а1

П Ч Э

Препроцессор

пап;

сзв

бпр

пчэ

оа

пга

аля

идя

продесго:?-1 Условнее обозначении нодулел на схеке :

Постпроцессор

т.

П. )

подсистема анализа ггаягческсго и:оора:«н;:я сиеттсзтор залами рыоорз блок принятия ресгкия плакирсзглк численного зксг.ог:'..ме ктг сбЕаз с:;на дашшх цострснтель ¡¡атематичессп ¡-одел;: администратор и¿тематического моделирования г.:к о г мавдс аао-<шалата «екни нсдол ь

БЗ - база знаний; ГЯ - графический язык г.со - модуль статистической обработки их - метрологические характеристики ачх - амплнтудно-частотная характеристика йьУ - картина распределения деформаций и

усилил по оси х кпд - картина распределения напряжении и дс-4-:рнааиа по конструктивна элемента«

Рис. 5 структура ютелл -г.туальноп системы поделирозания.

хороао согласуется с предлагаемый развитием конечно-элементных ме-тодоз моделирования Д\!3 на основе суперэлементногс подхода. П Я Г И реализует процесс разбиения конструкции моделируемого датчика на сз'иерзлеаента. По подготовленным данным сорнирузтся граялчнае матрица аестаостей (К) и зектора граничных сил (г). Урарнзнне рлрнозе-сиа каздого супзрзлемента имеет вид: Г'У

г •-: 1 и и к

с 1)

К! г" "г Г г г

КГГ_ /г

.где Кгв, Кгг, Кгв, Кгг внутренними, (в) узлами, нах и внутренних узлов; га и Рг - вектора действующих в узлах Лспользуя правила преобразования блс-нах матриц получаем си (1)з виде:

- матрицы аесткостей кехдд гранична:«! (г) и 2в и Iг - относительназ перемещения гззниа-

¿му

ЗЕ'З1

-Е

ьЕ „-1

(2)

, где: Е = :!гг - КГ;; Кгз Кгг , 3= Кзг 1(гг

Уравнение £2) определяет связь меаду перенесениям:! и силами для оуперэлемс-нта. Ревекпе этого уравнения дает возможность получить картину распределения механических, теплозах и ДР. лелей ь датчиае и рассчитать его характеристик!!,

3 третьей главе проведена теоретические исследования, с^зан-ккг с созданием структура интеллектуальной система моделирования СЛСН) а реализацией ее оснознах модулей. Пред::2гге?:аи структурЙСН приведена на рис.5.

Показано,что аснользсзанно ПГ.ги и карта "цель исслодовлчг.я" пззголяет осуществить лостзнсзку задачи исследгзен:« Д."3 на тчгл, доступном праектирепцику: списание конструктивней сх;;ма Д!1В из греепческоа лзаке, цель исследования - на ес/оспеннси.

Показано, что фреймогай'способ прздетагленил и обработки ;кз-н:(й позволяет аффективно организовать информационнее связи не::.*,у модулям:! ИСМ при реаэнии задачи системного исследования ЛИЗ.

Разработана оснсзнао модул;; препроцессора ПСУ: спецификатор задачи выбора ССЗЗ), блок принятия реаения (БПР), планирована численного эксперимента (ПЧЗ), адкинветратор катеизгического моделирования (ЛУН). Основные функции препроцессора: (1) анализ поставленной задачи исследования ДИВ; (2) выбор' метедоз моделирования Д".а

И

реализации исследования; (3) составление программы- вычислительного эксперимента по исследование ДО. Показаны методы и способы реае-нкя основных задач препроцессора.

Алгоритм функционирования препроцессора состоит из следукцих основных этапов: С38 формирует фрейм-задание по введенным пользователем данный о цели исследования и заключениям модуля анализа конструктивных схем ДУВ СПАГИ) ; БПР используя знания из баз "методы моделирования" и "условия исследования" выбирает метод согласно фрей.чд-задакии; одновременно с ьыбороы происходит заполнение орей-кз-эксперикента, куда заносится и*я методики моделирования; ПЧЗ завершает формирование фрейка-эксперимзнта в виде программы вычислительного эксперимента сВЗ >: каидый слот фрЕйма-зксперикента является формулой, содержащей иия построителя математической модели и набор операций по ее исследование; АНЯ реализует программу ВЗ.

Процессор ИСИ разработан в виде обцих пин по обмену данными с препроцессором и постпроцессорах и набора'программных модулей построителей математических моделей (ПйМ). Запуск программны;. модилей иси„сстьлчет н:'У согласно прсгрс^-с СЗ.

Для анализа, обработки и визуализации результатов исследования ДМВ разработан постпроцессор ИСК, состояний из информационно-аналитического модуля (ИйН), модуля статистической обработки (МСО) и стек-базы "объект моделирования". Предлоаен способ накопления информации о результатах исследования в специализированной стек-базе. Такой подход позволяет организовать подготовку и составление технического отчета о результатах исследования,- содергакего практические рекомендации по совершенствовании конструкции датчика. Показано, что зги рекомендации могут быть половены в основу проектно-конс-трукторского резения.

В четвертой главе приведены практические рекомендации по использовании основных результатов работы. На базе графического языка разработан когнитивный альбом конструктивных элементов пьезоакселе-роиетров и пьезоманоыетров. Показано, что программную реализация когнитивного альбома в' виде подсистемы сборки конструкций'ДЫБ'цело-сообразно использовать как для рекения конструкторских задач при проектировании ДИВ, так и в учебном процессе при подготовке ингене-ров по специальности 19.07.

Приведена' иллветрация процесса автоматизированного построения математического описания ДМВ в ИСИ для "нескольких иетодик ноделира-12

4

1 1 ; / Г (

| 1

-! - 1

-

') - песЬатса! иеек агеа ?

Рлс.Б Выделение опасных зон в КЗ.

*2зпзШиНу СУ): .840 рОд О ЗспэШоНч (XV): 5.077 рС/д -

Рис.7 Эскиз оптимальной конструкции датчика, выполненный ИСй по результатам исследования (чувствительность равна 5.377 пКл/д)

13

вания, доказывающая значимость полученных результатов по создании средства системного исследования ДНВ. Автоматизация построения математического описания освоо'оадает пользователя-проектировщика от затрат ручного и интеллектуального труда, связанных с подготовкой исходных данных для процесса моделирования,

Приведены результаты исследований конструкций пьезоакселеро-ыетров, выполненных совместно с НПО измерительной техники (г.Москва) у НПО ЦНИКТехнологии машиностроения (г.Москва). На рис.6 приведен результат исследования прочности КЗ акселерометра - выделение наиболее опасных зон (всзаогное разрушение). На рис.7 показан эскиз оптимальной конструкции датчика, выполненный ИСМ по результатам исследования. Таблица 2 иллвстрирует точность воспроизведения основных характеристик ЛМВ в ИСМ, что доказывает эффективность использования ИСМ для реаения проектных и исследовательских задач.

Таблица 2.

Сравнение значений основных характеристик пьезоакселергметра, полученных ИСМ, с экспериментальными данными.

! 1! п/п [ Наименование характеристики 3 и а ч е н и е

И С м Эксперимент

1 Чувствительность, пКл/в 5.88 6.0 •

с Собственная частота, кГц 5.0 6.0

3 Максимальное значение амплитуды внешнего воздействия, д 1500 1800 •

Заключение.

Основные результаты исследований, выполненных в предлагаем* работе, могут быть сформулированы следующим образом: 1. Разработаны основы решения задачи 'системного исследования ДМЕ 14 : '

как проблемы представления моделируемого объекта, выбора способа его математического описания и составления программы вычислительного эксперимента.

2. Разработаны концептуальные модели и базы знаний, кспользунаир фреймовый способ представления и обработки, по методам моделирования и условиям исследования ДНЗ.

3. Разработано средство когнитивного представления конструкций ДМ5, гклкчзкдее & себя элементы обработки знаний.

4. Создана методика выбора метода математического описания С'З, соответствующего задаче исследования,

г). Разработана структура и реализованы на ЭВМ основные 5локи интеллектуальной системы моделирования для исследования ДМВ.

¡5. Программная реализация графического языка и отдельных модулей ¡!C.f используется для подготовки инженеров в СПбГТУ по специальности 13.07, а такзе при рабочем проектировании и для повышения уровня подготовки специалистов на предприятиях.

7. Значимость эффективность оспазных результатов подтверждена практическими результатами: опытом их использования в проектных и научно-исследовательских организациях.

Публикации по теме диссертации.

1. Зегзда П.Д.. Матвеев В.Д., Молотков С.З. Исследование датчимоз методом конечных элементов // Зибрационная техника: Материалы семинара. - М.:ЫДНТП. 1390.- с.153-155.

2. Матвеев В.П., Молотков C.B. Графический редактор для проектирования с поморья метода конечных элементов // Разработка и внедрение СЯПР и АСТПП в машиностроении: Тез.докл. научно-технической конференции. - Игевск, 1330. - с.38.

3. Зегзда П.Л.. Матвеев В.А., Молотков C.B. Автоматизированный синтез конструктивной схемы датчиков механических величин // Методы и средства измерения механических п*рзкетров в системах контроля и управления: Тезисы докл. НТС. - Пенза: ПЛНТП. 1930,- с.

4. Матвеев В.Я., Уолоткоз С.З. Метод, конечных элементов и инструмент автоматизации задач поискового конструирования // Теория и'практика реиения изобретательских задач с использованием методов активизации и поваиения эффективности творческого

мызлсния: Материалы семинара. - Л.:ЛДНТП, 1990..- с.60-02.

5. Матвеев В.А., Молотков-C.B. Графический редактор для проектирования датчиков с помощью метода конечных элементов // Микроэлектронные датчики в машиностроении: Тез. докл. ВНТК. - Ульяновск, 1990. - с.55. ' , '

6. Макаров A.B., Матвеев В.А., Шмаков Э.М. Интеллектуальная система моделирования датчиков механических величину/ Международная конференция "МЕРД-91": Тез. докл. - М.:,1991. - с.11-12.

7. Матвеев В.Д., Молотков C.B., Еиаков З.М.Система конструирования и исследования датчиков механических величин // Приборы и системы управления, 1991, К 5. - с.22-24,

8. Матвгев В.А., Молотков C.B., Шмаков З.М, Моделирование и исследование характеристик датчиков давления методом конечных элементов // Датчики систем измерения, контроля и управления: Меавуз.сб.научн.тр. Пенза: Пенз.политехи.ин-т.. 1991. - с.37, .

9. Матвеев В.А., Молотков C.B. Планировщик эксперимента интеллектуальной системы проектирования ДМВ // Теория и практика регв-ния изобретательских зг£ач: Материалы семинара. — Л.:ЛДНТП, 1931. - с.46-48.

10. Матвеев В.А., Молотков C.B. Способ представления геометрии Объекта при моделировании на IBM PC //Автоматизация проектирования техноценозов.: Тезисы докл.ВНТК - М.: 1991, с.7?.

П.- Матвеев В.А., Молотков C.B.. Имаков З.М. Система моделирования и оптимизации чувствительных элементов пьезоакселерометров // Вибрационная техника: Материалы семинара. - М.; НДНТП. 1991. с.44-45.

12. Матвеев Б.А., Молотков C.B. Планировок эксперимента интеллектуальной системы моделирования датчиков механической величины // Измерительные информационные системы (ИИС-91): Тезисы докл. внтк. - л. : лднтп, 1991. - с.

13. Матвеев В.А., Молотков C.B. К вопросу применения стандартных пакетов МКЭ для моделирования характеристик.ДИВ // Методы и средства измерения механических параметров в системах контроля и управления: Тезисы докл.ВНТК. - Пенза: ПДНТП, 1992. - с.;

14. Schaakov E.H., Matveev U.fl. Mechanical values sensors sifiula-ion systea // HesslnforBationssystene:faeunß - Cheonltz, Deutschland. 1991, - s.