автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Системная поддержка процессов проектирования в условиях неопределенности

^ Пермский государственный университет

*

«ь

ч

На правах рукописи

Никитина Елена Юрьевна

УДК 519.688:681.3

СИСТЕМНАЯ ПОДДЕРЖКА ПРОЦЕССОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ

05.13.11 - математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов, систем и сетей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Пермь - 1997

Работа выполнена на кафедре математического обеспечения вычислительных систем механико-математического факультета Пермского государственного университета.

Научный руководитель - доктор физико-математических наук,

профессор Миков Александр Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Ведущая организация - Санкт-Петербургский государственный университет

(кафедра математической теории микропроцессорных систем управления)

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале Пермского государственного университета.

профессор У слогов Михаил Николаевич кандидат физико-математических наук, доцент Девингталь Юрий Владимирович

/Л |997г

Автореферат разослан

и

1997г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат физико-математических наук, доцент

Лутманов С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время автоматизация проектирования - область, в которой ведутся весьма интенсивные работы. Однако, в большинстве своем, они не скоординированы, направлены на проектирование относительно простых конструкций, на решение частных задач. Ситуация осложняется еще и тем, что невозможно создать в настоящее время единую формализованную модель любой предметной области. Любая предметная область включает в себя, с одной стороны, огромное многообразие понятий, а с другой - их постоянное развитие.

Анализ задач проектирования, решаемых в настоящее время, показывает, что:

1. В ходе проектирования решается множество относительно мелких задач, каждую из которых нетрудно формализовать и решить на ЭВМ (Трудность - в большом разнообразии этих задач, в частности, в том, что нельзя заранее составить готовые "жесткие" программы для решения всех возможных задач);

2. Задача проектирования, рассматриваемая в целом, не поддается алгоритмизации;

3. Задачи проектирования в подавляющем большинстве случаев имеют нечеткую спецификацию, содержат неполные ненадежные, многозначные знания, включают недетерминированное управление процессом проектирования (Результаты многих расчетов обязательно умножаются на поправочный коэффициент, который определяется экспертным путем);

4. Объекты проектирования, как правило, хорошо структурированы (поэтому имея описание их компонент и связей, т.е. отношений между объектами, можно строить1 модели сколь угодно сложных объектов проектирования).

В таких условиях попытка масштабного применения для автоматизации проектирования таких стандартных программных инструментов, как традиционные языки программирования, файловые системы, СУБД сталкивается с серьезными трудностями:

1. необходимость в создании большого набора программ;

2. сложность описания условий применения конкретной программы м соотнесения этих условий с исследуемой ситуацией;

3. необходимость стыковки большого числа программ и работы с большими массивами данных делает программы достаточно сложными, громоздкими, для разработки таких программ требуются высококвалифицированные специалисты.

Все перечисленные выше проблемы заставляют ограничиваться более или менее простыми частными моделями.

Кроме того, характерная особенность современных САПР - проблемная ориентация. Такие системы, как правило, узкоспециализированы, трудны в расширении и пе-

ренастройке, слабо используют современные языковые средства и СУБД, требуют больших трудозатрат и сроков разработки. По этой причине они быстро устаревают и большинство из них не удовлетворяет современным требованиям пользователей.

Решение проблемы построения долгоживущих и высокоэффективных САПР - перевод разработок их программного обеспечения на промышленную основу.

Целью настоящей работы является создание инструментальной системы для построения САПР в различных предметных областях.

С этой целью были поставлены следующие задачи:

1. создание инструментальной системы, которая обеспечит построение САПР в различных предметных областях и функционирование построенных САПР в условиях неопределенности;

2. разработка методов хранения и обработки данных в условиях неопределенности;

3. разработка методов и алгоритмов для основных шагов процесса проектирования в условиях неопределенности;

4. формулировка условий применения инструментальной системы для построения САПР в конкретной предметной области и алгоритмов проектирования в условиях неопределенности.

Методы исследования. Поставленные задачи решаются с использованием теории автоматизированного проектирования, теории множеств, теории нечетких множеств, понятий и методов искусственного интеллекта, теории формальных языков и грамматик, методов трансляции, методов автоматического синтеза программ, объектно-ор иентированного програм м ирования.

Научная новизна.

Для решения вышеперечисленных задач

1. введены понятия основных элементов процесса проектирования в условиях неопределенности;

2. разработаны алгоритмы проектирования, поиска и ранжирования аналогов объекта проектирования в условиях неопределенности;

3. разработаны методы оценки результатов проектирования в условиях неопределенности;

4. сформулированы критерии завершения проектирования в условиях неопределенности;

5. сформулированы условия применения предложенных методов и алгоритмов проектирования в условиях неопределенности.

Практическая ценность. Предложенные алгоритмы и методы были успешно реализованы в двух макетах инструментальной системы для построения параметрических

САПР (ИС ППС), которая имеет следующие характеристики:

1. Все указанные программные средства основываются на типизации знаний о проектируемых конструкциях. Любая конструкция или компонента конструкции является объектом некоторого класса. Описание класса с точки зрения ИС ППС включает в себя описание номенклатуры параметров, характеризующих объекты данного класса, описание возможной структуры объектов (с учетом всех факультативных и альтернативных компонент) и описание процедур предметной области, необходимых для проектирования объектов данного класса. Описание класса объектов - это та база, на основе которой автоматически строится алгоритм проектирования объектов данного класса;

2. Обеспечивается возможность добавления новых и замены существующих описаний классов объектов прямо во время процесса проектирования без перетрансляции и перекомпоновки работающей САПР (в частности, описания классов для компонент сложной конструкции могут быть добавлены уже после начала проектирования самой конструкции);

3. Предоставляется возможность проектирования конструкций сложной иерархической структуры, включающих в себя факультативные и/или альтернативные компоненты; компоненты конструкции, в свою очередь, также могут иметь сложную структуру;

4. Для выполнения расчетов любой степени сложности, работы с графикой, нестандартного представления результатов проектирования и т.д. предоставляется возможность подключения произвольных процедур предметной области, разработанных вне данной системы;

5. По желанию проектировщика часть параметров может в вычислениях не участвовать, часть компонент объекта может быть также исключена из проектирования;

6. Проектировщику предоставляется не только свободное определение порядка проектирования в целом, но и свободный порядок задания параметров, свободный порядок проектирования компонент, нет жесткого порядка вычислений параметров и жесткого деления параметров на задаваемые проектировщиком и вычисляемые;

7. Настройка САПР на предметную область производится заполнением базы знаниями о новой предметной области проектирования.

Разработанная инструментальная система для построения параметрических

САПР (ИС ППС) была успешно применена для создания системы автоматизированного

проектирования средств технологического оснащения (САПР СТО).

Приведенные в данной работе результаты могут быть использованы также при создании систем автоматизации проектирования в отраслях народного хозяйства, допускающих представление проектируемого объекта в виде совокупности параметров, иерархии функций и поддерживающих методику проектирования на основе аналога.

Агтобаиия результатов. Результаты докладывались и обсуждались на 1-ой региональной конференции "Технология программирования, инструментальное и системное программное обеспечение ЭВМ", Пермь, 1989; 46-й научной конференции молодых ученых КГУ, Киев, 1989; зональной конференции "Математические и программные методы проектирования информационных и управляющих систем", Пенза, 1990; 2-й Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы и перспективы автоматизации производства на предприятиях и в организациях приборо- и машиностроения", Пермь, 1990; Всесоюзной школе "Программное обеспечение САПР", Тверь, 1991; научно-практической конференции с международным участием "Проблемы информатики", Самара, 1991; 2-м межрегиональном семинаре "Объектно-ориентированное программирование", Минск, 1992; международном конгрессе "Computer Systems and Applied Mathematics CSAM'93", Санкт-Петербург, 1993; Всероссийской научно-методической конференции "Компьютерные технологии в высшем образовании", Санкт-Петербург, 1994; 5-й международной конференции "Human-Computer Interaction EWHCI'95", Москва, 1995; международной научной конференции "Интеллектуализация обработки информации ИОИ'96", Симферополь, 1996; ежегодных отчетных конференциях ПГУ.

Структура и объем диссертаиии. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения (содержит 135 страниц машинописного текста, 16 страниц иллюстративного материала) и списка литературы, включающего 137 наименований. К диссертации имеются приложения на 68 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении отмечается и обосновывается актуальность темы, формулируется цель работы, ставятся связанные с ней задачи, приводится краткая характеристика выполненной работы и основные ее результаты, выносимые на защиту.

Первая глава ("Обзор методов и алгоритмов проектирования, работающих в условиях неопределенности") посвящена анализу имеющихся в настоящее время моделей представления неопределенности, различных алгоритмов принятия решений, поиска, ранжирования аналогов, оценки результатов проектирования в условиях неопрелен-ности, вариантов применения методов искусственного интеллекта и реализации систем проектирвоания, работающих в условиях неопределенности.

В литературе встречается большое количество работ, посвященных принятию решений в условиях неопределенности. Однако наряду с приводимыми алгоритмами существует методическая проблема - разработка способов применения этих алгоритмов в конкретных задачах. Все рассмотренные алгоритмы принятия решений в условиях неопределенности имеют большую теоретическую ценность, однако почти все алгоритмы (в ряде случаев это подчеркивается авторами алгоритмов) сложны для реализации на практике.

Подробно рассмотрены три алгоритма, содержащих наибольшее количество нюансов, пригодных для реализации процессов проектирования в условиях неопределен- I ности: поиска аналога по ТЗ, выбора аналога для дальнейшего проектирования, оригинального проектирования объекта, наличие альтернативных вариантов объекта, перепроектирования объекта, выделения инвариантных частей проектирования и реализации их в виде некоторой системы, которая связывается с информационной базой проекта - описанием объектов в конкретной области проектирования. Практически все выделенные нюансы применены в настоящей работе.

Что касается работ по поиску и ранжированию аналогов в условиях неопределенности, то, к сожалению, все рассмотренные в первой главе алгоритмы носят теоретический характер и не содержат рекомендаций по их реализации на практике.

Проанализированы варианты оценки результатов проектирования в условиях неопределенности. В подавляющем большинстве разработчики САПР не предоставляют возможности оценки эффективности результатов. Предлагаемые в литературе методы базируются па экспертной оценке и могут быть применены через существенный промежуток времени после окончания проектирования и только специально подготовленными работниками.

Рассмотрен алгоритм, который может быть применен для оценки эффективности результата проектирования в любой предметной области.

Выделан набор методов искусственного интеллекта, который применяется в САПР и который использован в настоящей работе.

Проанализированы реализации систем проектирования, работающих в условиях неопределенности. Многие авторы склоняются к созданию мета-САПР для удовлетворения современных потребностей проектирования. Большое количество работ в области САПР под неопределенностью понимают только неопределенность по отношению к предметной области проектирования.

Сформулированы условия, которым должны удовлетворять системы, предназначенные для работы в условиях неопределенности.

Настоящая работа призвана сгладить выделенные недостатки алгоритмов принятия решений, поиска, ранжирования и оценки результатов в условиях неопределенности.

Во второй главе ("Методы и алгоритмы проектирования в условиях неопределенности в инструментальной системе для построения параметрических САПР (ИС ППС)") приведена постановка задачи исследования и предложены алгоритмы проектирования объектов, поиска и ранжирования аналогов объекта проектирования, критерии завершенности проектирвоания, методы формулировки задания на проектирвоание и определения эффективности объектов проектирвоания в условиях неопределенности, которые легко реализуются на практике.

В настоящей работе рассмотрена задача построения программной системы для автоматизации параметрического проектирования в условиях неопределенности и построения с помощью данной программной системы САПР для различных предметных областей. Рассуждения ведутся применительно к задаче проектирования изделий машиностроения в соответствии со стадиями проектирования изделия. В основе проектирования лежит функционально-модульный подход.

Предлагаемые алгоритмы основываются на понятии "класса объектов". Однако в данной работе этот термин имеет трактовку, несколько отличную от традиционной: • Классом К объектов проектирования назовем тройку {8,Р,С}, где 8={5],...,5П1} - совокупность функций, которые в дальнейшем будем также называть структурными компонентами; Р— {р1,...,рп} - совокупность параметров; С={с1,...,ск}, с^Р-^Р - совокупность вычислительных отношений. При этом множество Р не просто совокупность параметров, а множество параметров, характеризующих все объекты данного класса, множество Б - совокупность функций, выполняемых всеми объектами данного класса, множество С - совокупность вычислительных отношений, описывающих всевозможные действия над параметрами объектов данного класса. В общем случае в множестве С можно выделить два подмножества Я и V. Множество К={г1,...,п}, л:Р->Р есть совокупность отношений, описывающих способы получения значений одних параметров объектов проектирования данного класса через другие, которые в дальнейшем будем также называть расчетными отношениями. Множество У={у1,..,,у(}, \г.Р-»{0,1} - совокупность отношений, описывающих способы проверки согласованности значений групп параметров объектов проектирования данного класса, которые в дальнейшем будем также называть согласующими отношениями. При этом ЯиУ=С, но ЯпУ^С, поскольку возможны случаи использования расчетного отношения в качестве согласующего (эти случаи будут рассмотрены в главе 3).

• Объектом проектирования О класса К назовем тройку {81,Р1,С1}, где Э1 сгЭ, Р1сР, С1сС,

• Фактом называется объект, проектирование которого завершено.

• Аналогом объекта проектирования называется факт Р такой, что РеК, ОеК; И = {82,Р2}, 82=81*; Р2еР1", где *} - техническое задание на проектирование объекта О.

• Совокупность функций Б^ь-.-Аг.} выполняемых объектами класса К, можно представит!, в виде ЯоиЗаиБг, где множество Э» есть совокупность "обязательных" функций; множество 8г - совокупность "факультативных" функций; множество Эа -совокупность "альтернативных" функций. Функция веБ называется обязательной, если при ее исключении все объекты данного класса теряют свой смысл. Функция веБ называется факультативной, если она может присутствовать в объектах данного класса, а может и не присутствовать. Группа функций называется альтернативными, если в объектах данного класса должна присутствовать одна функция из этой ¡руппы.

В главе перечислены условия, которые возникают при проектировании в условиях неопределенности и которые отражены в предлагаемых алгоритмах:

• проектирование может быть начато в ситуации, когда определены еще не все описания классов;

• неизвестно, какую структуру объекта определит пользователь;

• неизвестно, по каким параметрам данного класса придется проектировать объект и в каком порядке они будут заданы;

• неизвестно, в каком порядке будут проектироваться составляющие функции объекта;

• способы преобразования объекта могут изменяться во время проектирования.

Для проектирования в условиях неопределенности предложен алгоритм, приведенный на рис.1.

Описание перечисленных выше этапов является содержанием данной главы.

Процесс проектирования организуется исходя из следующих принципов:

• запрещено бесконтрольное изменение значений параметров;

• отсутствует деление параметров на входные и вычисляемые (ИС ППС автоматически строит алгоритм для определения всех оставщихся параметров);

• порядок проектирования компонент, выбор варианта реализации компоненты, решение о включении факультативных компонент определяет пользователь.

Значения параметров объекта проектирования могут приходить из "верхнего объекта", задаваться пользователем, браться из аналога, приходить из "нижнего" объекта как результат расчета.

Рис. 1. Алгоритм проектирования для услофий неопределенности

Для вычисления и согласования значений различных параметров используются вычислительные отношения - формулы, таблицы или процедуры предметной области. Вычисление по формуле и выбор из таблицы являются действиями, наиболее часто применяемыми проектировщиком.

Вычисления по формуле записываются в виде: формула а-ав;

где а - обозначение вычисляемого параметра, ав - арифметическое выражение.

Задание на выбор значения из таблицы имеет следующий вид: . таблица ит ка * !иа1 .'... !иа„, зк, !зип !... !зи,„,

зкт !зип1 !.

где ит - имя (название) таблицы; ка - обозначение ключевого параметра, это параметр, значение которого определяет выбор строки таблицы; иа|, ... ,иап - обозначения искомых параметров, значения этих параметров будут выбраны из таблицы; зкь ... ,зкт -значения ключевого параметра; ЗИ11,... ,зитп - значения искомых параметров; * - один из знаков =,>,<•

Поиск по таблице организуется следующим образом: берется текущее значение ключевого атрибута и из таблицы выбирается строка, которая соответствует этому значению. Значения искомых атрибутов, стоящие в этой строке, присваиваются соответствующим атрибутам.

Процедура предметной области (ППО) - это некоторый алгоритм, написанный на одном из традиционных языков программирования. Это может быть какая-либо программа из стандартной библиотеки научно-технических расчетов, процедура для визуализации результатов расчетов и т.д.

В отличие от формул и таблиц процедуры предметной области уже реализованы на одном из имеющихся в распоряжении пользователя языков программирования (например, Паскаль, Си и т.д.) и оформлены в виде задачи (с точки зрения операционной системы). Формулы и таблицы также условно также называются "процедурами предметной области", однако текст их задается на языке, близком к естественному, а перевод его на язык программирования и оформление в виде задачи производится автоматически самой ИС ППС.

Любая процедура предметной области может иметь список входных и выходных параметров.

Порядок применения вычислительных отношений в процессе проектирвоания определяется автоматически по следующему алгоритму: просмотрев список всех процедур предметной области, необходимо определить, какие из ППО можно выполнять. Критерий определения возможности выполнения - процедура еще не выполнялась при проектировании данного объекта, все входные параметры процедуры имеют значение оформление ППО в виде задачи завершено (в базе знаний установлен соответствующий флаг). Если ППО пригодна для выполнения, то ей передаются значения входных параметров, запускается выполнение ППО, а по окончании принимаются значения выходных параметров и код завершения процедуры.

Техническое задание на проектирование состоит из двух частей: определение множества которые будут входить в данный объект; определение множества Р1* = {р ,бР | г1=ур,±(а,-, ро, 2 ¡е[Ь,г,]}, где ур; - значение параметра р-,, 1, и п - нижнее и верхнее

типовые ограничения соответственно, а, и Р| соответственно нижний и верхний допуски на значение параметра, 91 - фактор риска этого параметра, ^ - "вес параметра".

Поиск аналога заключается в применении приведенного выше определения аналога. Ранжирование аналогов включает в себя определение весов аналогов как разности весов совпадающих и несовпадающих параметров, а затем сортировке аналогов по степени близости к образцу (техническому заданию на проектирование). ИС ППС предусматривает возможность наличия произвольного числа процедур ранжирования и применения пользователем любой из них для ранжирования найденных аналогов либо отказ от ранжирования вообще.

В главе сформулирован и обоснован критерий завершенности проектирования в условиях неопределенности, который с точки зрения предложенного алгоритма проектирования может быть применен автоматически: реализация всех функций объекта, указанных в задании на проектирование.

Предлагаемый алгоритм проектирования поддерживает термин "степень полноты обеспечения функции" и позволяет по завершении проектирования дать оценку под-ногы реализации объекта проектирования. <

ИС ППС предполагает наличие списка процедур оценки эффективности конструкций, каждая из которых реализует какой-либо метод оценки. Если пользователя заинтересует оценка эффективности результатов его работы, он может выбрать любую из предложенных процедур оценки (а может быть несколько процедур) и произвести оценивание спроектированной конструкции.

Пользователь для каждого из указанных параметров может задать фактор риска (свою уверенность в значении этого параметра), тогда при определении эффективности в расчетах будут участвовать не непосредственные значения перечисленных параметров, а их значения, домпоженные на фактор риска. В результате получаем минимальную эффективность, которую можно достигнуть при производстве этого изделия, т.е. мы определим эффективность объекта проектирования "с точки зрения пессимиста".

Третья глава ("Программная поддержка проектирования в инструментальной системе для построения параметрических САПР") посвящена описанию реализаци предложенного во второй главе алгоритма проектирования в условиях неопределенности.

Предложенные во второй главе методы и алгоритмы проектирования в условиях неопределенности были последовательно реализованы в двух макетах ИС ППС.

В качестве первого макета предложен язык формального описания классов объектов (ФОК), который предназначен для параметрического описания 'классов проекти-

руемых изделий и их компонент. Пользователю предлагалось проектирование объектов любых классов описать с помощью программы на этом языке.

Проектируемый объект представляется совокупностью своих параметров (атрибутов). Все атрибуты объекта должны быть явно описаны. Атрибуты делятся на числовые и кодовые. Атрибут может представлять собой не одиночную изолированную величину, а группу величин имеющих общий смысл. Для каждого атрибута указывается вид: "запросный", "промежуточный", "сверху", "наверх".

С точки зрения ФОКа проектирование объектов состоит в вычислении значений их атрибутов. Вычисления по формуле и поиск по таблице - это стандартные способы определения значения атрибута, они будут полезны в большинстве проектов. Именно поэтому они встроены в ФОК. Кроме того, каждый проект может потребовать своих вычислений, необходимых для построения объектов именно этого класса. Вычисления могут быть любой степени сложности. Варианты встраивания в ФОК всех возможностей в виде отдельных конструкций и/или требования от пользователя разложения нужных ему действий на имеющиеся в ФОКе не устраивают проектировщика. Поэтому все нестандартные действия в ФОКе представлены в виде подпрограмм на одном из существующих языков программирования - так называемых процедур предметной области. Подключение процедур предметной области производится по принципу "родитель-потомок".

Любая конструкция представляется в виде иерархии (дерева) объектов. Алгоритм проектирования объекта может включать в себя задание на проектирование "низших" объектов (подобъектов). Низший объект проектируется не сам по себе, а как компонента "верхнего" объекта. Связь "нижних" и "верхних" объектов осуществляется посредством параметров. Возможны такие варианты генерации подобъектов как факультативное проектирование (проектировщик сам решает, нужен ли ему этот подобъект), обязательное (подобьект проектируется всегда без вмешательства пользователя) и альтернативное проектирование (проектировщик выбирает один вариант из нескольких предложенных).

В языке ФОК атрибуты трактуются как характеристики проектируемого объекта, которые должны быть определены в ходе проектирования, т.е. получение атрибутом значения означает принятие некоторого проектного решения; замена значения означает изменение этого решения. Значения различных атрибутов объекта могут быть взаимосвязаны, находиться в определенных отношениях. Нарушение согласованности вызывает откат на один из предыдущих шагов проектирования.

Описания классов независимы друг от друга. Объект любого класса может входить в любую проектируемую конструкцию.

В главе приведен обзор языка и реализация конструкций языка. Приведены примеры ФОК-программ и кода, порождаемого при обработке этих программ. Расшифровывается понятие файла-таблицы, файла-схемы, файла-объекта, файла-пробы.

В основу второго макета И С ППС легли так называемые "табличные формы". (Второй макет получил название "табличных форм" из-за широкого применения таблиц для представления информации пользователю.)

Второй макет ИС ППС имеет две подсистемы: подсистему сбора знаний и подсистему проектирования, которые взаимодействуют через общую базу знаний. Подсистема сбора знаний осуществляет диалог с экспертом, в ходе которого получает знания о классах объектов проектирования. Подсистема проектирования осуществляет в диалоге с проектировщиком проектирование объекта одного их внесенных в базу знаний классов. Программно второй макет ИС ППС реализован как три независимые задачи (с точки зрения операционной системы).

Второй макет ИС ППС включает в себя ряд универсальных механизмов и средства ведения (сбора, накопления и обработки) баз знаний о конкретных предметных областях. Конкретная САПР получается при заполнении базы знаний о конкретной предметной области. При этом все получаемые при помощи данной инструментальной системы САПР обладают следующими свойствами: дружественность; открытость (способность к наращиванию возможностей и настройке на конкретную предметную область); интеллектуальность (автоматическое выполнение действий, о которых известно, в какой ситуации и для чего они применяются и сохранение за пользователем творческой работы по принятию решений); накопление опыта проектирования в виде типовых проектных процедур и спроектированных конструкций.

Реализация второго макета описана с точки зрения основных разделов систем, основанных на знаниях: представление, приобретение и обработка знаний.

Приведена система представления знаний о любых объектах проектирования. Основной единицей хранения информации в базе знаний является описание некоторого класса конструкций. Это описание задается в виде совокупности трех моделей: параметрической, структурной и процедурной. Параметрическая модель описывает номенклатуру параметров объектов этого класса, структурная модель - структуру объекта, расчленение его на составные части, процедурная модель - все возможные процессы проектирования объектов данного класса.

На основе знаний, включенных в эти три модели, инструментальная система автоматически строит типовую проектную процедуру для проектирования конструкций данного класса. Выполнение этой процедуры в диалоге с пользователем представляет собой процесс проектирования в разработанной с помощью инструментальной системы САПР и приводит к порождению описания конкретной конструкции.

Рассмотрен механизм приобретения знаний, реализованный в подсистеме сбора знаний ИС ППС. Приобретение знаний осуществляется подсистемой сбора знаний ИС ППС. В режиме сбора знаний ИС ППС поддерживает следующие функции: диалоговый сбор информации о новых классах объектов, частичная проверка ее взаимной согласованности; накопление информации об имеющихся классах объектов, ее просмотр. Из полученной информации формируется база знаний о конкретной предметной области.

Приобретение знаний в ИС ППС ведется в технике структурированного опроса, когда сразу "извлекается информация о корнях и листьях". С точки зрения ИС ППС это означает, что пользователю предлагается ввести полностью всю информацию об одном параметре, структурной компоненте или процедуре предметной области.

В режиме проектирования ЙС ППС поддерживает следующие функции: проектирование конструкций, представленных в виде совокупности числовых и кодовых параметров; проектирование конструкций сложной структуры, включающих в себя факультативные и/или альтернативные компоненты; поиск объектов, аналогичных проектируемому, среди ранее спроектированных объектов данного класса; оценка близости аналогов к проектируемому объекту, их упорядочивание по степени близости; организация процесса параметрического проектирования объекта заданного класса; проектирование может быть оригинальным или базироваться на выбранном аналоге; поддержка календарного характера процесса проектирования, возможность приостановки процесса проектирования в любое время и возобновление его с момента останова в любое другое время; поддержка поэтапной детализации проекта (проектируемая конструкция рассматривается как иерархия частей, принадлежащим различным класса); накопление и использование фонда ранее спроектированных конструкций; поддержка диалога с пользователем в процессе проектирования.

В процессе проектирования могут возникать конфликтные ситуации. Реакция на конфликтную ситуацию определяется в диалоге с пользователем. При возникновении конфликтной ситуации осуществляется откат на более ранние действия по проектированию с последующим перепроектированием с точки отката. Рекомендаций о том, как изменить ранее принятые проектные решения при перепроектировании система не дает,

но позволяет пользователю перед принятием нового решения проанализировать ситуацию по имеющейся в базе знаний информации.

В любой момент проектирования пользователь может ознакомиться со знаниями о классе объектов, в котором ведется проектирование. Просмотр знаний о классе в ИС ППС получил название "визуализации знаний". Знания могут быть представлены пользователю в любом удобном для него виде. Однако поскольку предметная область заранее неизвестка, то неизвестно, в какой именно форме должны быть представлены знания. В связи с этим в ИС ППС принято решение: в системе всегда имеется один способ визуализации - системный - представление знаний в виде совокупности таблиц. Но ИС ППС не исключает возможности других способов визуализации.

В обработке знаний во время проектирования особо выделены монитор действий, задача которого - организация выполнения пользовательских действий (выполнение пользовательского действия - это выполнение действий по проектированию структурной компоненты); планировщик процедур предметной области, который определяет порядок выполнения процедур во время очередного пользовательского действия (процедуры предметной области могут быть написаны как администратором базы знаний так и самим пользователем и оформлены в виде задачи с точки зрения операционной системы; взаимодействие ИС ППС и задач предметной области происходит по принципу "родитель-потомок" (роль "родителя" играет инструментальная система, роль "потомка" - задача, содержащая процедуру предметной области).) и механизм создания нескольких вариантов объекта проектирования, в состав которого входят механизм бэктрекинга, подсистема работы с копиями и подсистема объяснений. * В заключении сформулированы основные результаты работы.

1. Сформулированы недостатки имеющихся алгоритмов в области проектирования в условиях неопределенности.

2. Приведены описания предложенных автором алгоритмов и методов проектирвоания в условиях неопределенности.

3. Разработаны и реализованы два варианта сформулированных алгоритмов и методов. Эти варианты есть первый и второй макеты инструментальной системы для построения параметрических САПР (ИС ППС), разработанной автором.

4. Приведен обзор языка и реализация его конструкций. Приведены примеры ФОК-

программ и кода, порождаемого при обработке этих программ.

5. Реализация второго макета описана с точки зрения основных разделов систем, основанных на знаниях: представление, приобретение и обработка знаний.

В приложениях приведены описание языка ФОК, структура базы знаний ИС

ППС, а также описана созданная с помощью ИС ППС система автоматизированного

проектирования средств технологического оснащения (САПР СТО).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Никитина ЕЛО. Использование инструментальной системы для построения параметрических САПР при подготовке студентов по специальностям "Прикладная математика" и "Технология машиностроения" // Тез. докл. Всероссийской научно-методической конференции "Компьютерные технологии в высшем образовании" -СПб, 1994.-сХ>19-Ш0.

2. Никитина Е.Ю. Об одном подходе к построению систем автоматизированного проектирования в условиях неопределенности. //Вестник Пермского университета. Вып.1. Математика. - Пермь, 1994 - с.89-96.

3. Никитина Е.Ю. Поддержка процессов проектирования в условиях неопределенности. Варианты решения //Деп. в ВИНИТИ 4.10.94, деп. N 2297-В94.

4. Никитина Е.Ю. Процедуры предметной области в системе "Сапропостроитель". II Депонировано в ВИНИТИ 14.05.96, деп. N 1529-В96.

5. Никитина Е.Ю. Процедуры предметной области как инструмент "интеллектуального проектирования" в условиях неопределенности // Интеллектуализация обработки информации. Междупар.науч.конф. ИОИ'96. Тез.докл. и сообщ. - Симферополь: Крымская Академия наук, 1996. - с.22-23.

6. Никитина Е.Ю. Система автоматизированного'проектирования средств технологического оснащения // Материалы II Межрегионального семинара "ООП" - Минск, 1992. - С .42-44.

7. Никитина Е.Ю. Совместное обучение студентов по специальностям "Прикладная математика" и "Технология машиностроения" обеспечения. !/ Вестник Пермского уни-черситета - Пермь, 1997. - Вып.1- в печати.

8. Никитина Е.Ю., Никулин Д.В. Использование процедур предметной области для вы-' полнения нетривиальных расчетов и форм представления информации при проектировании средств технологического оснащения II Материалы школы "Программное обеспечение САПР" - Тверь, 1991. - с.34-35.

9. Никитина Е.Ю., Плаксин М,А. Автоматизация проектирования в условиях неопределенности II Интеллектуализация обработки информации. Междупар.науч.конф. ИОИ'96. Тез.докл. и сообщ. - Симферополь: Крымская Академия наук, 1996. - с.23-24.

Ю.Никитина Е.Ю., Плаксин М.А. База знаний для проектирования в условиях неопределенности // Интеллектуализация обработки информации. Междунар.науч.конф. , ИОИ'96. Тез.докл. и сообщ. - Симферополь:Крымская Академия наук, 1996. - с.24.

11.Никитина Е.Ю., Плаксин М.А. База знаний системы "Сапропостроителъ". II Депонировано в ВИНИТИ 14.05.96, деп. N 1528-В96.

12.Никитина Е.Ю., Плаксин М.А. Инструментальная система "Сапропостроитель" и ее применение к разработке САПР средств технологического оснащения // Материалы школы "Программное обеспечение САПР" - Тверь, 1991. - с.33-34.

1 З.Никитина Е.Ю., Плаксин М.А. Инструментальная система для построения параметрических САПР "Сапропостроитель" // Депонировано в ВИНИТИ 14.05.96, деп. N 1530-В96.

14.Никитина Е.Ю., Плаксин М.А. Обработка знаний в САПР средств технологического оснащения. // Тез. докл. II Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы и перспективы автоматизации производства на предприятиях и в организациях при-боро- и машиностроения", в 4-х кн. Кн. 3. - Пермь,1990. - с.9-10.

15.Никитина Е.Ю., Плаксин М.А. Представление знаний в реализации языка параметрического проектирования ФОК. // Тез. докл. I региональной конференции "Технология, программирование, инструментальное и системное программное обеспечение ЭВМ" - Пермь,1989 - с.29-30.

16.Никитина Е.Ю., Плаксин М.А. Представление знаний в языке параметрического проектирования ФОК. // Тез. докл. зональной конференции "Математические и программные методы проектирования информационных и управляющих систем" - Пенза,1990 -с.83-85.

17.Nikitina Е. A knowledge base as a Basis of Interface in Computer-Aided Design in uncertainty conditions II Human-Computer Interaction. The 5th International Conference EWHCI'95. Moscow, July 4-7, 1995. Vol.1, pp. 122-125.

18.Nikitina E., Plaksin M. An application of artificial intellegence methods in computer-aided design in uncertainty conditions U International Congress on Computer Systems and Applied Mathematics CSAM'93. Abstracts - St-Peterburg,1993,p.211. 'f