Системне автоматизоване проектування

Радиотехники,.

Електроніки і Автоматики.

Московський Державний Институт (Технический Университет).

С.А.Шишов.

Лекції по дисциплине:

«Системне автоматизоване проектирование».

ЛЕКЦІЯ (1.

Тема: «Системи автоматизованого проектування й процесс.

розробки радіоелектронної апаратури «.

МЕТА ЗАНЯТИЯ:

1. Ознайомити із основними поняттями системного автоматизованого проектування. Визначити місце систем автоматизованого проектування у процесі проектирования.

2. Вивчити структуру системи автоматизованого обеспечения.

Время: 2 часа Литература: Бутаков Е. А. та інших. Обробка зображень на ЕОМ. М.: Радіо і зв’язок, 1987, стор. 119−124.

СПІЛЬНІ ДАНІ Про ПРОЕКТИРОВАНИИ.

Попередньо зупинимося у низки понятий.

СИСТЕМА — цілісне освіту, що складається з взаємозалежних (взаємодіючих) компонент, (елементів, частин) і що має властивостями, не сводимыми до властивостями цих компонент і виведеними з них.

У наведеному визначенні зафіксовано основне властивість системи — її цілісність, єдність, достигаемое за посередництвом певних взаємозв'язків (взаємодій) елементів системи та що виявляється в виникненні нових властивостей, якими елементи системи що немає. Дане визначення включає найхарактерніші риси концепції системы.

Разом про те необхідно представляти, що реальні системи перебувають у просторі та у часі і отже, взаємодіють із оточуючої їх середовищем і характеризуються тими чи інші змінними в часу величинами.

Важливим кроком по дорозі від вербального до формального визначенню системи є визначення поняття моделі системы.

МОДЕЛЬ — (деякою вихідної системи) система, у якій відбиваються по певним законам ті чи інші боку вихідної системы.

Серед різних способів моделювання найважливіше його місце займає моделювання з допомогою коштів математики — математичне моделирование.

Формальне визначення системи з суті зводиться до визначення відповідної математичної модели.

У основу побудови математичних моделей систем може бути таке визначення системы:

СИСТЕМА — визначається завданням деякою сукупності базисних множин (елементів, компонент системи), пов’язаних між собою поруч відносин, які відповідають тим чи іншим правилам (аксіомам) поєднання як елементів множин, і самих отношений.

Останнє визначення містить необхідну основу для формалізації. У найпростіших обох випадках ці визначення описує систему як одне чи кілька взаємозалежних відносин, заданих однією чи навіть кількох безлічах. У той час це визначення припускає можливість кількох варіантів таких уявлень одній й тієї системи, і навіть використання їх композиції. Останнє має місце у разі потреби багатоаспектного моделювання системы.

ПРОЕКТУВАННЯ — комплекс праць з дослідження, розрахунках і конструювання нового вироби чи нового процесса.

У основі проектування — первинне опис — технічне задание.

Проектування називають АВТОМАТИЗОВАНИМ, якщо здійснюється перетворення первинного описи при взаємодії людини з ЕОМ, і автоматичним, коли всі перетворення виконуються до втручання державних людину тільки з допомогою ЭВМ.

СИСТЕМА АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ — организационно-техническая система, що є підрозділи проектної організації та комплекс коштів автоматизованого проектирования.

Автоматизація призводить до суттєвого зміни методів проектирования.

Разом про те, зберігаються багато положень та організаційні принципи традиційного проектування, такі як: — необхідність блочно-иерархического підходу, — розподіл процесу проектування на етапи, — розподіл на рівні уявлення про объектах.

ВЗАЄМОДІЯ РОЗРОБНИКІВ РАДІОЕЛЕКТРОННОЇ АППАРАТУРЫ.

З СИСТЕМОЮ АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

Проектування виробів радіоелектронної апаратури є многоэтапный процес (ітеративний). У результаті проектування послідовно уточнюється і деталізується опис майбутнього вироби. Цей процес відбувається припускає наявність багатьох рівнів описи. На мал.1 зображений процес проектування як сукупності основних етапів і переходів з-поміж них, показано основні види документації, одержувані і під час этапов.

Наприклад, ескізний проект є наслідком ескізного проектування. З іншого боку, ескізний проект служить вихідним документом для технічного проектування. Переходи від самих етапів проектування решти у бік згори донизу природні і відповідають нормальному ходу. Переходи в протилежних напрямах виникають, коли наступних стадіях проектування виявляється неможливість практичної реалізації рішень, узвичаєних попередніх етапах. Це змушує проектувальників переглядати раніше прийняті рішення. Іноді помилки виявляються на етапах виготовлення серійної продукції або навіть у ході эксплуатации.

Етапи Документация.

Мал.1. Етапи проектування й що виходить документация.

Послідовність проходження етапів розробки вироби, цілі й завдання, які стоять перед проектувальниками на окремих етапах, склад проектної документації й підвищити вимоги до неї регламентовані відповідними ГОСТами.

Коротко охарактеризуємо основні етапи проектирования.

ПІДГОТОВЧИЙ ЭТАП.

Основне завдання — вивчення призначення вироби, умов експлуатації і виробництв, у яких передбачається його виготовлення. Мета етапу — розробка технічного завдання (ТЗ), де міститься інформацію про призначенні, основних технічні характеристики, умовах експлуатації, транспортування і хранения.

ЭСКИЗНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ.

Основная завдання — можливості розробки вироби в відповідність вимогам ТЗ. У цьому визначають технічну основу вироби (фізичні елементи і деталі), орієнтовну оцінку складу і кількість устаткування, розробляють структуру, визначають технічні характеристики вироби і пристроїв, які входять у його состав.

У цьому може выявиться неможливість побудови вироби, відповідального вимогам ТЗ. І тут потрібно коригування ТЗ з наступним його твердженням замовником, або подальша розробка прекращается.

ТЕХНІЧНЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ.

Завдання :

— докладна розробка принципу роботи вироби всіх його складових блоков;

— уточнення технічних характеристик;

— розробка конструкції блоків, вузлів і лише изделия;

— отримання конструкторських характеристик;

— узгодження взаємодії всіх складових частин изделия;

— розробка технології їх изготовления;

— визначення технології складання й налагодження, методи і програмних испытаний.

Через війну має підготовлено виробництво досвідченого образца.

РОБОЧЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ.

Основне завдання — розробка технологічної оснастки і устаткування для серійного випуску изделия.

Впровадження систем автоматизованого проектування (САПР) не змінює суті процесу проектування. Проте, характер діяльності розробника із застосуванням САПР істотно змінюється, оскільки розробка вироби в автоматизованому варіанті передбачає узгоджене взаємодія оператора і ЕОМ. Це забезпечує підвищення продуктивність праці і підвищення якості проекта.

У процесі автоматизованого проектування на оператора покладаються творчі функції. Зазвичай, це пов’язано з вибором варіанти рішення, визначення структури, методу розрахунку ін. Ці функції важко формалізувати. Тут досвід минулого і талант конструктора, інженера визначають кінцевий результат.

ЕОМ доручають рутинну роботу. Перерахуємо її основні виды:

— збереження і накопичення в машинному архіві відомостей, необхідних разработчику;

— пошук і освоєння видача інформаційних довідок за запитами користувача (типові рішення, характеристики вузлів, рекомендації щодо застосування, відомості про рівень запасів комплектуючих матеріалів і др.);

— забезпечення редагування текстовій конструкторської документації, створюваної инженером;

— автоматичне креслення графічної документації (креслення деталей, схеми електричні і др.);

— рішення деяких приватних, добре алгоритмизированных завдань, які притаманні автоматизованого проектування певного класу виробів. Примененительно до розробки радіоелектронної апаратури добре алгоритмизированными завданнями є следующие:

— моделювання поведінки тієї чи іншої вузла за описом його принципової електричної схеми при заданому вхідному воздействии,.

— трасування сполук на етапі конструювання плати друкованого монтажа,.

— розрахунок теплових режимів вузлів аппаратуры,.

— побудова послідовності обходу точок свердління плати й на др.

.ПРОЦЕСС ПРОЕКТУВАННЯ ИЗДЕЛИЙ ЕЛЕКТРОННОЇ ТЕХНИКИ.

уровней),.

— виділення аспектів описи об'єкта проектирования.

Рівні абстрагування І РАДІОЕЛЕКТРОННОЇ АППАРАТУРЫ.

Розглянемо кілька подвопросов.

1. Рівні абстрагування і аспекти описів проектованих объектов.

Більшість видів електронної техніки і радіоелектронної апаратури, а також великі та надвеликі інтегральні схеми ставляться до найскладніших системам.

Дамо визначення складної системи. СКЛАДНА СИСТЕМА — система, що має, по крайнього заходу, однією з перелічених ознак: а) допускає розбивка на підсистеми, вивчення кожної у тому числі, з урахуванням впливу інших підсистем у межах поставленого завдання, має змістовний характер; б) функціонує за умов істотною невизначеності та вплив середовища її у обумовлює випадковий зміни її параметрів чи структури; в) здійснює цілеспрямований вибір свого поведения.

Процес їх проектування характеризується високої размерностью розв’язуваних завдань, наявністю значної частини можливих варіантів, необхідністю обліку різноманітних факторов.

У основі проектування складних систем блочно-иерархический підхід. Сутність блочно-иерархического полягає у зменшенні складності розв’язуваної проектної завдання. Це здійснюється за счет:

— виділення низки рівнів абстрагування (ієрархічних різняться ступенем деталізації уявлень про объекте.

Етапи спадного проектирования:

Компоненти об'єкта, аналізовані як елементи на деякому рівні за номером k, описуються як підсистеми на сусідньому рівні за номером k+1.

Щодо аспектів описи объекта.

Аспекти можуть быть:

— функциональные,.

— конструкторские,.

— технологічні. а) Функціональні аспекти можна розділити на:

— системный,.

— функціональнологический,.

— схемотехнический,.

— компонентный.

На системному рівні у ролі систем виділяють комплекси. Прикладами комплексів може бути ЕОМ, радіолокаційна станція. Як елементів виділяють блоки (устрою) апаратури процесор, модем, передатчик.

На функционально-логическом рівні це блоки розглядають як системи, які з елементів. Елементами є функціональні вузли — лічильники, дешифраторы, окремі тригери, вентилі, підсилювачі, модулятори і др.

На схемотехническом рівні функціональні вузли описуються як системи, які з елементів радіоелектронних схем — транзисторів, конденсаторів, резисторів і др.

На компонентном рівні розглядаються процеси, які мають місце у схемних компонентах. б) Конструкторському аспекту властива своя ієрархія компонент. Вона містить різні рівні описи рам, стійкий, панелей, типових елементів заміни, дискретних компонент і мікросхем, топологічних фрагментів функціональних осередків і окремих компонент в кристалах інтегральних микросхем.

2. Операції, процедури і етапи проектирования.

Процес проектування ділиться на этапы.

ЕТАП ПРОЕКТУВАННЯ — умовно виділена частина процесу проектування, що складається з одній або кількох проектних процедур. Зазвичай етап включає процедури, пов’язані із отриманням описи у межах одного аспекти однієї чи кількох рівнів абстрагування. Іноді у процесі проектування виділяють той чи інший послідовність процедур під назвою «маршрут проектування » .

Етапи, своєю чергою, діляться на процедури і операции.

ПРОЦЕДУРА — формалізована сукупність дій, виконання яких закінчується проектним решением.

ПРОЕКТНЕ РІШЕННЯ — проміжне чи остаточне опис об'єкта проектування, необхідну й достатню до розгляду та засобами визначення подальшого або остаточного проектирования.

Під час проектування можливі різні послідовності виконання процедур і этапов.

Розрізняють два способу проектування (два типу маршрутов):

— висхідний проектирование,.

— спадне проектирование.

Висхідний проектування (знизу вгору) має місце, якщо проектуються типові об'єкти, призначені від використання як елементи у об'єктах більш високих рівнях ієрархії (наприклад, серійні мікросхеми, стандартні осередки матричних великих інтегральних схем).

Спадне проектування охоплює ті рівні, у яких проектуються об'єкти, зорієнтовані використання кронштейна як елементів лише у конкретної системе.

Проектування властивий итерационный характер. У цьому наближення до остаточному варіанту здійснюється шляхом багаторазового виконання однієї й тією самою послідовності процедур з коригуванням вихідних даних. Ітерації можуть охоплювати різні частини проектування, які включають як кілька операцій, і кілька этапов.

ПРИКЛАД 1.

— системотехническое проектування (аналіз тактико-технічних вимог на проектований комплекс, визначення основних принципів функціонування, розробка структурних схем);

— схемотехническое проектування (розробка функціональних і принципових схем);

— конструкторське проектування (вибір форми, компонування і розміщення конструктивов, трасування межсоединений, виготовлення конструкторської документации);

— технологічне проектування (розробка маршрутної і операційній технології, визначення технологічної базы).

ПРИКЛАД 2.

Етапи вранішнього проектування БИС:

— приборно-технологическое проектування (вибір базової технології, вибір топології компонентів, розрахунок диффузионного профиля);

— схемотехническое проектування (синтез принципової електричної схеми, оптимізація параметрів елементів, статистичний аналіз стосовно типовим осередків БИС);

— функционально-логическое проектування (синтез комбінаційних схем, реалізація пам’яті, синтез контролюючих і діагностичних тестов);

— конструкторско-топологическое проектування (розміщення елементів, трасування міжсполук, перевірка відповідності топологічної і електричної схем, розшарування, креслення послойной технологии).

3. Класифікація параметрів проектованих объектов.

У описах проектованих об'єктів фігурують перемінні та його параметри. Серед змінних выделяют:

— фазові перемінні - характеризують фізичне чи інформаційне стан объекта.

Параметри поділяють на цілий ряд груп. До до їх числа можна віднести следующие:

— зовнішні параметри — характеризують властивості зовнішньої стосовно досліджуваного об'єкту Порівняння кількох полиномиальных і экспоненциальных функций.

Таблиця 1 дозволяє порівняти швидкості зростання кількох типових среды;

Полиномиальные алгоритми і труднорешаемые задачи Разные алгоритми мають різну тимчасову складність і з’ясування того, які алгоритми досить ефективні які не ефективні буде завжди залежати від конкретної історичної ситуації. Для вирішення цього завдання пропонується наступний підхід — вводяться поняття: полиномиальный алгоритм; експонентний алгоритм. Полиномиальный алгоритм (полиномиальной тимчасової складності) — це алгоритм, тимчасова складність визначається вираженням (((((((, де ((((- полиномиальная функція, (- вхідні довжина. Алгоритм, тимчасова складність якого піддається таку оцінку називається экспоненциальным.

Таблиця 1.

|Функция |Розмірність, (| |тимчасової| | |сложности|10 |20 |30 |40 |50 |60 | |(|10−5 з |2*10−5 з |3*10−5 з |4*10−5 з |5*10−5 з |6*10−5 з | |(2 |10−4 з |4*10−4 з |9*10−4 з |16*10−4 с|25*10−4 с|36*10−4 з| |(3 |10−3 з |8*10−3 з |27*10−3 с|64*10−3 с|125*10−3 |216*10−3 | | | | | | |з |з | |(5 |0,1 з |3,2 з |24,3 з |1,7 хв |5,2 хв |13,0 хв | |2(|0,001 з |1 з |17,9 хв |12,7 дней|35,7 років |366 | | | | | | | |століть | |3(|0,059 з |58 хв |6,5 років |3855 |2*108 |1,3* 1013| | | | | |століть |століть |століть |.

Быстродействие ЕОМ 1 000 000 операцій на секунду.

Таблиця 2. |Швидкодія ЕОМ | |106 |108 |109 | |(1 |100*(1 |1000*(1 | |(2 |10*(2 |31,6*(2 | |(3 |4,64*(3 |10*(3 | |(4 |2,5*(4 |3,9*(4 | |(5 |(5+6,64 |(5+9,97 | |(6 |(6+4,19 |(6+6,29 |.

|полиномиальных і | |экспоненциальных | |функцій. | |Різниця між | |типових | |полиномиальными і| |экспоненциальными| |алгоритмами | |проявляється більш| |переконливо, якщо| |проаналізувати | |вплив | |збільшення | |швидкодії | |ЕОМ тимчасово | |роботи алгоритму.| |Таблиця 2 | |показує, | |наскільки | |збільшиться розмір| |завдань, розв’язуваної | |протягом години, якщо | |швидкодія | |зросте у 100 і| |1000 раз. Очевидно, | |що з функції | |2(збільшення | |швидкості | |обчислень в 1000| |раз призводить лише| |до того що, що | |розмір завдання, | |розв'язуваної у ньому | |протягом години | |зросте на 10. | |Функція тимчасової| |складності | |(2 | |(2 | |(2 | |(2 | |2(| |3(|.

((-задачи.

Виділено 2 класу важко решаемости: 1. Для відшукання рішення потрібно експоненціальне час. 2. Дані рішення така велика, і що може бути представлено як вираз, довжина якого обмежена деяким полиномом. Ці завдання у курсі розглядатися не будут.

Перші результати про важко розв’язуваних завданнях отримано Тьюрингом. Він довів, деякі завдання «нерозв'язні» тому, що взагалі немає алгоритму розв’язання. Деякі завдання теорії автоматів, теорії формальних мов і культур математичної логіки є важко решаемыми.

((-повна завдання — це завдання, до котрої я зводиться за полиномиальной час будь-яка завдання з класу ((-завдань. Фундаментальні дослідження та теорію ((-завдань розробив С. Кук в 1971 року. Їм містять поняття сводимости за полиномиальное час. Якщо один завдання зводиться за полиномиальное час в іншу, будь-який полиномиальный алгоритм — рішення інший завдання то, можливо перетворений на полиномиальный алгоритм першої задачи.

Виділено клас завдань розпізнавання властивостей, які можна вирішені за полиномиальное час на недетерминированном обчислювальному устрої. Доведено, будь-яка завдання з класу ((-завдань то, можливо зведена до завданню здійсненним за полиномиальное время.

Існують 6 основних класів ((-повних задач:

1. Завдання выполнимости.

2. Тривимірний сочетание.

3. Верхове покрытие.

4. Пошук клики.

5. Гамільтонів цикл.

6. Разбиение.

— внутрішні параметри — характеризують властивості елементів ;

— вихідні параметри — характеризують властивості систем;

— обмеження вихідних параметров.

ПРИКЛАД 3.

Що стосується операційного підсилювачу: а) переменные.

— фазові перемінні - напруга й струми усіх гілок (розглядаються як функції часу, чи частоти); б) параметры.

— зовнішні параметри — напруги джерел харчування, параметри вхідних сигналів і навантаження, температура оточуючої среды;

— внутрішні параметри — номінали резисторів, бар'єрні ємності і теплові струми переходів в транзисторах, ємності конденсаторов;

— вихідні параметри — коефіцієнт посилення на середніх частотах, смуга пропускання, споживана потужність, динамічний диапазон;

— обмеження — верхня межа допустимих значень коефіцієнтів посилення, смуги пропускання, динамічного диапазона.

Що стосується обчислювальної системі: а) переменные.

— фазові перемінні - стан окремих пристроїв; б) параметры.

— зовнішні параметри — параметри вхідних джерел заявок;

— внутрішні параметри — ємності запам’ятовувальних пристроїв, швидкодія процесорів, число каналов;

— вихідні параметри — продуктивність системи, коефіцієнт завантаження устаткування, ймовірність рішення вступників завдань, середні довжини черг заявок на обслуживание;

— обмеження — нижні кордону допустимих діапазонів значень продуктивності, коефіцієнтів завантаження устаткування, ймовірності обслуговування заявок.

При блочно-иерархическом підході внутрішні параметри kго рівня є вихідними параметри (k+1) -го рівня. При многоаспектном розгляді систем, які включають фізично різнорідні підсистеми, роль зовнішніх змінних для даної підсистеми грають фазові перемінні інших підсистем. Вони на аналізовану подсистему.

Внутрішні параметри випадкові величинами через розкиду параметрів комплектуючих виробів, матеріалів та політичної нестабільності умов изговления. Вихідні параметри також мають випадковий слідство випадкових значень внутрішніх параметров.

4. Класифікація проектних процедур.

Класифікація проектних процедур приведено в табл.1.

ТАБЛИЦЯ 1. ПРОЕКТНІ ПРОЦЕДУРЫ.

|АНАЛИЗ |СИНТЕЗ | | | | |Одноваріантний |Параметричний | |Багатоваріантний |Структурний | | | | |Статики |Розрахунок внутрішніх | |Чутливості |параметрів | | | | |Динаміки |Оптимізація параметрів | |Статистичний | | | |Оптимізація допусків | |У приватному області | | |Розрахунок залежностей |Оптимізація технічних | |вихідних параметрів |вимог | |Стаціонарних режимів від | | |внутрішніх та зовнішніх | | |параметрів | | |Стійкості | |.

У процедурах аналізу оцінюються варіанти побудови об'єктів, а процедурах синтезу — разрабатываются.

Одноваріантний аналіз залежить від визначенні вектора вихідних параметрів Y при заданных:

— структурі системы,.

— значеннях векторів параметрів елементів X,.

— значеннях зовнішніх параметрів Q.

Структура системи задана, якщо задано перелік типів елементів і загальнодосяжний спосіб їхнього нерозривного зв’язку друг з одним у складі системи. По відомої структурі та значенням X і Q можна створити фізична чи математична моделі і за результатами дослідження моделі оцінені значення gпараметров вектора Y.

Прийнятність отриманих значень вихідних параметрів з вектора Y визначається шляхом зіставлення зі значеннями параметрів з вектора T, вказаних у технічному завданні (ТЗ). Необхідну по ТЗ співвідношення між значеннями параметрів yi і ti, i=1,n називають умовою працездатності за найважливішим параметром yi.

Умови працездатності можуть бути наступного вигляді: yi = t і, (2).

tнi yл) .

На рис. 12 приведено ілюстрація лівого перекосу изображения.

Рис. 12. Визначення відстані від крапки над ескізі шару топології до горизонтальній лінії координатної сетки.

Визначення номери горизонтальній лінії координатної сітки, до котрої я мусить бути прив’язана точка і з координатами хa і ya здійснюється за правилу близькості цієї точки до лінії координатної сетки.

При невеличкому перекосе зображення на ролі відстані від точки, а до лінії координатної сітки можна взяти довжину вертикального відрізка аb, де b — точка перетину вертикального відрізка з лінією координатної сітки. Крапка, а прив’язується до тієї лінії координатної сітки, расcтояние до якої минимально.

Суть прив’язки полягає у заміні ya на значення ординати, відповідної лінії координатної сетки.

Подібною здійснюється прив’язка довільній точки по осі абсцисс.

3) Виділення контактних площадок.

Виділення майданчиків круглої форми грунтується на виявленні коротких відрізків, входять до складу хреста. Хрест відповідає зображенню майданчики. Виявлення хреста ініціює процес вивчення сфери його розташування. У цьому знаходяться зображення точок, яких зазнають інформацію про типі контактної площадки.

4) Виділення довільних конфігурацій типу контуров.

Перебування довільних конфігурацій типу контурів є підвалинами вирішення завдань коригування становища вузловий крапки й виділення контактних майданчиків. Під час пошуку здійснюється обхід контуру. Виявлення контуру здійснюється тоді, коли повертаються до вихідному отрезку.

Для ідентифікації виявленого контуру треба зазначити, є він внутрішнім чи внешним.

Якщо за перегляді внутрішнього контуру зустрічається штрих, характерний для кордону області металізації, це є необхідною підставою щодо його идентификации.

Вивчення внутрішніх контурів також є підставою для відшукання кордонів бібліотечних групп.

При видаленні елементарних відрізків, входять до складу контактних майданчиків круглої форми, кордонів областей металізації і національних кордонів бібліотечних груп на зображенні залишаються лише друковані проводники.

Обробка цієї маленької частини інформації зводиться для виявлення покажчиків типу провідників в розривах трас друкованих провідників і ув’язування їхній області дії з отрезками.

5) Генерація завершального файла.

Становить собою процес створення записів, яких зазнають інформацію про знайдених обьектах, з подальшим включенням до файл.

ЛЕКЦІЯ (6.

Тема: «Основні проектні процедури в САПР».

Досить очевидно то стосовно експертного сопрождения підсистеми моделювання об'єкта проектирования.

Розглянемо безліч операцій, здійснені колектив проектантів над цієї подсистемой.

За підсумками цього аналізу є розумним встановити, наскільки піддається формалізації інженерна діяльність у середовищі системи автоматизованого проектування й може бути можливість спиратися якісь фундаментальні становища типу формула винаходи. Попутно доцільно узагальнити практичного досвіду у різних предметних областях і різними ієрархічних рівнях проектування й сформулювати вимоги до експертному супроводу процедур.

ОСНОВНА ЧАСТЬ.

якщо структура синтезованого об'єкта обумовлено або ТЗ, або єдиними умовами фізичної можливості бути реалізованим (єдиний фізичний принцип, який би виконання ТЗ). Через війну виконання завдання синтезу може виникнути счетное.

Нестрогая класифікаційна схема проектних процедур представлена на мал.1. На схемою показано основні проектні процедури, їх вибір продиктований такими соображениями.

Більшість об'єктів нижчим рівнем проектування вважатимуться компонентный.

Зрозуміло, що об'єкт проектування в таких межах має структурне і параметрическое описи. Композиція окремих компонент на схемотехническом рівні має також подвійне опис. Те ж саме спостерігати різних рівнях системи автоматизованого проектування. Будь-яка проектна процедура то, можливо класифікована на структурну і параметрическую.

Технічне завдання на об'єкт проектування — це некоректно поставлена завдання. Тому, за технології спадного проектування, навіть якщо можливо виконання процедури синтезу, проектних рішень завжди може більше одного структурою і значенням конструктивних параметров.

Уточнення ТЗ породжує необхідність виконання процедури аналізу. Зауважимо, що з висхідному проектуванні процедура аналізу тій чи іншій гипотехнической структури об'єкта проектування стає майже єдино возможной.

Якщо цю систему автоматизованого проектування побудована за принципом генерації проектних рішень, то процедура оптимізації є одним із основних. Навіть щодо низхідного проектування в САПР, допускає виконання синтезу по ТЗ без генерації варіантів, уточнення значень конструктивних параметрів здійснюється процедурами оптимизации.

Мал.1. Основні проектні процедури в САПР.

У процесі виконання проектних процедур доводиться завжди забезпечувати відповідність спосіб описи ТЗ, проектного рішення (яке часто є ТЗ ще низького рівня структури проектування) способу модельного уявлення об'єкта проектирования.

Перетворенню може піддаватись або ТЗ, або власне модельне представление.

Отже, процедура перетворення описів як структури і параметрів, є невід'ємною частиною будь-який САПР.

Багато проектні рішення приймає серед САПР в формалізованому вигляді, найчастіше метамовою системи. Тож перетворення описи проектного рішення (котрий іноді ТЗ) використовують процедуру ідентифікації проектного рішення (ТЗ).

Безліч розглянутих проектних процедур перестав бути замкнутим по номенклатурі та деталізацію описи. Однак точно можна стверджувати, що з аналізованих тут предметних областей вона занадто повно деталізує процес проектирования.

Останнє твердження грунтується, що у зазначених предметних областях існує у тій чи іншій мері адекватне модельне уявлення об'єкта проектування як деякого оператора:

La: X (Y; a (A, тут X і Y описують безліч вхідних і вихідних сигналів .

Дане співвідношення встановлює зв’язок між фазовыми перемінними над безліччю {A} конструктивних параметрів a.

Теоретико-множественный аналіз цього оператора та її відображення для модельного уявлення об'єкта проектування показав, що є рахункове безліч його перетворень, і навіть операцій з нього: декомпозиція і композиція (перетворення) синтез і аналіз. Операції над безліччю {A} пов’язані з її пошуком єдиного ai, яка визначає La .

Можливе також або визначення Y за певних La {} ,{A} і X, або La{} при заданих Y і X .

Оскільки Y і X найчастіше инвариантны до класу об'єктів проектування в даної САПР, неминуче перетворення описів (уявлень) Y, X, {A}. Формалізм уявлення La {} вимагає розв’язання завдання идентификации.

АНАЛІЗ ПРОЦЕДУР.

1. Процедура анализа.

Процедура аналізу тлумачать як процес уявлення вихідних характеристик об'єкта проектування при відомих вхідних впливах чи початкових умовах по якомусь опису об'єкта проектування (модельного уявленню). Одноваріантний аналіз здійснюється з метою встановлення відповідності вхідних характеристик вимогам ТЗ. Багатоваріантний аналіз спрямовано встановлення у явному, наочному вигляді зв’язок між вхідними даними, характеристиками і конструктивними параметрами.

2. Процедура синтеза.

Рішення завдання синтезу забезпечує отримання описи об'єкта проектування по ТЗ на об'єкт як структури та сукупності значень конструктивних параметрів. Параметричний синтез проводиться кінцеве безліч проектних рішень. Якщо рішення одне, синтезируемый об'єкт будемо називати «оптимальним по ТЗ ». Оптимізація конструктивних параметрів призводить до повного опису об'єкта проектирования.

Оптимізація допусків здійснюється з метою встановлення сукупності значень кожного конструктивного параметра по заданому теоретично обгрунтованого критерію. Оптимізація технічних вимог забезпечує призначення оптимальних (себто теоретично обгрунтованого критерію) вимог до вихідним характеристикам об'єкта проектирования.

3. Процедури преобразования.

Процедури перетворення здійснюються над безліччю лінгвістичних і математичних переменных.

Їх послідовність утворює запис або ТЗ, або проектного рішення, з єдиною метою: а) забезпечити уявлення ТЗ метамовою конкретної САПР, б) явити у формі, зрозумілою проектанту, ту чи іншу проектне рішення, сформульоване метамовою системи, в) забезпечити сумісність проектних процедур

Друга ж група перетворення виділено на окрему процедуру ідентифікації. Якщо перетворення здійснюється над неформальним описом, воно представимо мовою логіки предикатів першого порядка.

Наприклад, для безлічі лексем, їхнім виокремленням певну сукупність вимог технічного завдання Ln, і багатьох критеріїв проектних рішень Kp запровадити предикат Q (Ln, Kp), що означає факт однозначного відповідності L і K будь-який лексеми li з багатьох {L} однієї й лише однієї формальної записи критерію Ki p ({K}, то відповідна формула має вид:

((lin (Ln) ((Kip (Kp) (Q (Ln, Kp).

Якщо перетворення не реально за процедуру, а існують дві сумісні процедури і результати перетворення залежить від порядку їхнього застосування, то.

((lin (Ln, (Kip (Kp) (Q (Ln, Kp) Q (Ln-m, Kp).

Якщо ролі термінів, які входять у формулу, використовуються математичні перемінні, то операція перетворення записується математичної формулою, що реалізується алгоритмически.

Процедура перетворення, застосовуваний до того що чи іншому проектного рішенню, записаному як топології об'єкта проектування, може здійснюватися або об'єднанням (композицією), або декомпозицией. Під час перебування чергу, композиція проектних рішень має низку модифікованих уявлень, і їх безліч счетно.

Те ж саме сказати щодо декомпозиції проектного рішення. Тут відзначимо, що процедуру композиції й у вранішнього проектування, а декомпозиція — для нисходящего.

4. Процедура идентификации.

Процедура ідентифікації здійснюється або над безліччю даних (з бази даних) коли поставлено завдання перетворення проектного рішення, або над безліччю проектних рішень, коли поставлено завдання занесення їх у базу данных.

Зазначені завдання, розв’язувані відповідно до классифицируемыми процедурами, як, зроблено щодо об'єктів. Вона має опис як ланцюжків формульных залежностей (модельних уявлень, реалізованих алгоритмічно) або ланцюжків термов, лексем, лінгвістичних змінних). Тому можна припустити, що багато перелічених процедур факторизуется по класифікаційного ознакою, пов’язаного зі способом описи та її реалізації серед САПР.

КЛАСИФІКАЦІЯ ПРОЦЕДУР.

Кожна з вище перерахованих процедур може бути зарахована до жодного з трьох типів процедур:

— формальная,.

— формализуемая,.

— эвристическая.

Дамо кілька определений.

а) Формальна процедура — сукупність дій, яка породжує проективне (чи рахункове безліч проектних рішень) й без участі проектанта. І тут проектант лише формулює завдання: призначає вхідні дані і вказує критерій проектного рішення. б) Формализуемая процедура — процедура, яка може лише частково формально описуватися як будь-якого алгоритму, іноді навіть що реалізовуватиме чисельний метод, але вихідні дані нею вимагають перетворення, а умови його перебігу, критерії проектних рішень вимагають уточнення не під час переходу від однієї об'єкта проектування до іншого, а й процесі її выполнения.

Проектант впливає умови перебігу формализуемой і евристичної процедур, керуючись лише досвідом, інтуїцією, здоровий глузд, причому власним, і за вибором, і нагромадженим у даної САПР. в) Евристична процедура — процедура, яка піддається ніякому формальному опису, може бути описана ніяким алгоритмом і за певних умов не забезпечує прийняття проектного решения.

Наведемо приклади процедур.

а) Формальні процедуры:

— аналіз чутливості моделі проектування, застосовується у теорії автоматичного регулирования,.

— синтез оптимального фільтра (вирішення завдання Винера-Хопфа), коли критерій сформульований в ТЗ,.

— пошук безумовного экстремума цільової функції, сформульованої для завдання у ТЗ.

Перелічені процедури дозволяють оперувати із суворими математичними моделями, є реалізацією конкретно поставленої завдання й инвариантны до критерію проектного решения.

б) Формализуемые процедуры:

— одноваріантний аналіз об'єкта проектування на математичної моделі за відсутності повної інформації про характер вхідних впливів чи при нечітко певній галузі адекватности,.

— синтез структури об'єкта проектування, котра має аналогів і прототипів, здійснюваний з допомогою використання поєднання різних фізичних принципів, і компонент різною фізичної природи. «Сумарний «ефект перестав бути простий сумою окремих ефектів, виникаючих від використання тієї чи іншої фізичного принципа,.

— умовна оптимізація значень конструктивних параметрів з використанням багатовимірної цільової функції (багатокритерійну некоректно поставлена задача).

Суттєвою рисою перелічених формализуемых процедур був частиною їхнього «экстраполяционный «характер. В усіх життєвих зазначених сукупностях дій «передвіщається «поведінка об'єкта проектування з урахуванням гіпотетичної інформації при обмеженнях, що базуються на фундаментальних фізичних принципах (закон збереження енергії, не заперечність часу і т.д.).

Формализуемые процедури займають «проміжне «становище між формальними і эвристическими. З одного боку, вони використовують математичні моделі, з іншого боку, характер їх використання є экстраполяционным.

Наприклад, параметрическая оптимізація, здійснюється зі зміною методу оптимізації. Зміна методу відбувається внаслідок аналізу як цільової функції, і впливу обмежень на характер процесу оптимизации.

Очевидно, що проектна операція може лише формальної (по визначенню). Тому можна говорити, що формальна проектна процедура завжди складається з кінцевого числа проектних операций.

Евристична процедура зовсім позбавлений проектних операцій, а формализуемая складається з несумісних операцій. Їх запровадити у будь-який послідовності і у будь-якому поєднанні, чи його перетин не можна заздалегідь визначити (предсказать).

ЛЕКЦІЯ (7.

Тема: «Знання в обчислювальних системах (САПР).

Форми уявлення та способи кодирования.".

Серед перших узагальнень, що з штучним інтелектом в САПР, стала робота «Інтелектуальні системи автоматизованого проектування великих і надвеликих інтегральних схем» В. А. Мищенко, Л. Городецький і ін. Радіо і зв’язок, 1988. «.

У ньому викладаються концепції системи проектування, «имитирующей діяльність конструктора у частині накопичення інформацію про алгоритми проектованих схем, модифікації вихідних алгоритмів щоб одержати необхідних вимог технічного завдання, перебору наявних конструктивов для реалізації конкретної схеми, вирішення завдань оптимізації при синтезі, перевірки коректності вимог ТЗ у межах знань, закладених систему.

Зрозуміло, що сформувати вимоги до «інтелектуальним САПР «незалежно від предметної області досить трудно.

Передусім опікується цими питаннями привернули увагу розробників інтегральних схем. У цьому предметної області у значно краще можливо формалізоване уявлення об'єкта проектування, різних проектних процедур. Це справедливо, а про проектуванні алгоритмів, архітектури та функционально-логической структури інтегральних схем. Щойно ступінь деталізації описання об'єкта проектування сягає рівня, у якому потрібно оперувати фізичними величинами, і якщо йдеться про моделюванні умов перебігу фізичних процесів, то адекватне формалізоване опис об'єкту і процесу проектування стає дедалі затруднительным.

Тому є розумним зіставити можливості суворого і формалізованого підходів до. Він залежить від «жорсткої «організації програмного забезпечення САПР, і такі суто евристичного підходу, що у експертних системах, що функціонують або на основі нечіткою логіки, або на стохастичних методах обучения.

У радиоэлектронном приладобудуванні використовуються поєднання різноманітних фізичних ефектів. У цій сфері як й у оптичному приладобудуванні і автоматики поширені системи автоматизованого проектування з традиційної організацією програмного забезпечення. Це було пов’язано, колись всього, зі значними труднощами створення однорідної математичного описи систем, сочетающих різко відмінні по фізичну природу компоненты.

У цьому лекції ми звертаємо увагу до ті проблеми, які доцільно вирішувати з допомогою використання «жорстких «і «м'яких «компонент програмного забезпечення САПР.

Звернуто увагу до пошук спільних позицій формалізованих і евристичних підходів з урахуванням аналізу основних принципів організації та функціонування таких систем стосовно завдань исследования.

Слабкі місця у формалізованому підході і шляхи їх посилення з допомогою використання експертні оцінки, визначальних як характер і послідовність їх застосування разом із модельним поданням різних об'єктів проектування, також будуть рассмотрены.

Передбачається проаналізувати способів модельного уявлення об'єктів проектування, що дають досить сувору формалізацію описи різноманітних предметних областей. У цьому зроблено акцент на цю проблему адекватного описания.

СПІЛЬНІ СВЕДЕНИЯ.

Найпоширенішим визначенням експертної системи є твердження у тому, що це обчислювальна система, оперирующая знаннями фахівців у певної предметної області й спроможна приймати рішення лише на рівні цих специалистов.

У цьому вся визначенні залишається загадкою, що можна розуміти під терміном «знання «І що означає здатність приймати рішення обчислювальної системою. Ця неясність виникає, якщо він досить суворо поставитися до терміну «обчислювальна система » .

Якщо на те її як особливим способом організовану сукупність програмно-апаратних коштів, то здатність ЕОМ приймати рішення представляється спорной.

Експертна система, як всяка обчислювальна система, в жодній момент її створення і функціонування невіддільні від користувача і разработчика.

Перший суттєвий ознака, дозволяє розглядати експертну систему як клас обчислювальних систем, залежить від тому, що вони повинні морально устаревать.

Більшість робіт, присвячених експертним системам, свідчить про тому, що основу їх архітектури становить запас знання конкретної предметної області. У цьому знання розуміються як сукупність правил, визначальних характер обробки даних, у результаті застосування яких може формуватися нова сукупність правил.

У наведених визначеннях використовуються поняття дані і. а) ДАНІ в обчислювальних системах — закодовані образи об'єктів реального світу, мають кількісну міру. Наявність кількісної заходи говорить про можливість зіставлення объектов.

Відповідно до прийнятим визначенням надалі термін «дані «і похідні від цього («база даних », «управління базою даних «та інших.) буде використовуватися для позначення будь-яких констант (включаючи логічні, строковые), змінних і державних функцій, і навіть множин, їх що об'єднує. б) Маючи визначення даних, можна сформулювати визначення терміна «знання » .

Необхідно відзнач, йдеться про знаннях в обчислювальних системах, а щодо знаннях вообще.

Якщо вимірність об'єктів реального світу випливає із можливості їх зіставлення, тобто. встановлення відносин з-поміж них, але серед цих відносин можна виділити підмножина, що об'єднує закономірності. Така можливість зовсім дозволяє надалі оперувати терміном «знання «себто образів відносин між вимірними об'єктами реального мира.

Якщо співвіднести тепер визначення даних, і знань, стає ясним, що ці є приватним випадком знань. У насправді, вимірність об'єкта, тобто. існування даних об'єкт передбачає його порівнянність з жодним іншим. Він умовно прийнято за еталон. Це зіставлення дозволяє визначити відносини між об'єктами (наприклад, одно, більше, однаково за змістом та т.п.).

Ставлення, своєю чергою, то, можливо закодовано представлене в обчислювальної системі. Якщо результат цього зіставлення кодується константами, перемінними або функціями, то йдеться про надання данных.

Якщо ж у обчислювальної системі представляють (кодують) спосіб мислення та результат зіставлення і сутністю цієї інформації є ставлення між даними, яка також може кодуватимуть константами, перемінними і функціями, то що така дані надалі слід називати ЗНАНИЯМИ.

Найпоширенішими формами уявлення знань є логічні, семантичні і продукционные моделі. Проведемо аналіз цих форм у порівнянні з неформальним описом знань, що є основою інженерної діяльності. У цьому будемо розрізняти формализуемые і евристичні способи побудови моделей.

У інженерній діяльності використовують формалізоване опис об'єктів проектування й проектних процедур. З появою САПР — це використовується в багатьох формалізованих проектних процедур і моделей об'єктів проектирования.

Об'єкти проектування у поєднанні із суворими методами оптимізації утворюють жорстку структуру, зміни якої здійснюються розробниками чи спеціальними особами, що адмініструють інформаційну компоненту і що супроводжують систему автоматизованого проектування. Вони є фахівцями у цій предметної области.

ЛОГІЧНІ МЕТОДИ УЯВЛЕННЯ ЗНАНИЙ.

Попередньо зупинимося на викладі деяких понять формальної теорії. Формальна теорія задана, якщо визначено чотири безлічі B, F, A, R: P. S = {B, F, A, R}, где.

B — рахункове безліч базових символів (алфавіт) теорії P. S ;

F — підмножина висловів теорії P. S (формули теорії);

A — виділений безліч формул, який утворює аксіоми теорії P. S (безліч апріорно істинних формул);

R — кінцеве безліч відносин між формулами (правила вывода).

Формальна теорія P. S називається МОЖЛИВО РОЗВ’ЯЗАТИ, якщо знайдеться єдина процедура, що дозволяє дізнатися для будь-який даної формули, існує її висновок в S.

Формальна теорія P. S називається НЕСУПЕРЕЧЛИВОЇ, а то й існує такий формули ai (A, щоб ai і (ai були виведені в S.

Теорія обчислення предикатів такими множествами:

АЛФАВІТ: знаки пунктуації (,).; пропозициональные зв’язки (, (,(, (знаки кванторів (, (символи змінних хk, k=1,2,…, n символи функціональних літер fkn символи предикатных літер Pk.

ВИСЛОВЛЮВАННЯ: безлічі висловів будуються над безліччю символів алфавіту з допомогою термов і елементарних формул.

ТЕРМИ: символи перемінної чи константи, наприклад X1, X2, …, Xn чи fk (X1,X2, …, Xn).

ЕЛЕМЕНТАРНІ ФОРМУЛИ: сукупність предикатных літер, термов і знаків пунктуації, например,.

Pk (X1,…, Xn).

ПРАВИЛЬНО ПОБУДОВАНІ ФОРМУЛИ: сукупність елементарних формул і пропозициональных зв’язок, например:

Pk (X1 ,…, Xn) = P1 (X1,…, Xn).

З допомогою висловлювання ((X)D (A) позначається область дії квантора загальності. Це означає: нічого для будь-якого X з D існує правильно побудована формула A.

З допомогою висловлювання ((X)D (A) встановлюється існування такого X з D, котрій справедлива правильно побудована формула.

Області значень правильно побудованих формул кодуються таблицями істинності. Вони встановлюють значення 0 або 1 («брехня «або «істина ») формулам:

(A, A (B, A (B.

НЕЧІТКЕ СТАВЛЕННЯ визначається оператором R і операцією «(«: R (A = B, де A — вхідний нечітке безліч, B — вихідний нечітке множество.

Не розкриватимемо цю запис лише на рівні системи алгебраїчних уравнений.

Якщо істинність позначена всім наборів інтерпретацій, його називають загальнозначущої, інакше вона невыполнима.

Кажуть, що формула A логічно випливає з формул B1, B2,…, Bi тоді навіть тільки тоді ми, коли інтерпретація формули B1, B2,…, Bi збігаються з інтерпретацією A. (B1,B2,…, Bi (A).

І тут B1,…, Bi — посилки, а A — висновок логічного следования.

У вузьке формі цей показник позначається як B1, B2,…, Bi => A.

Насправді має значення теорема дедукції, за якою A є логічним наслідком B1,…, Bi тоді й тільки тоді коли формула B1, B2,…, Bi общезначима.

Відомо використання обчислення предикатів як доказ теорем. Методи докази теорем грунтуються у тому, що й формула обчислення предикатів общезначима, то можлива перевірка її общезначимости з урахуванням обчислення предикатов.

Елементи обчислення предикатів йдуть на кодування аксіоматики тієї чи іншої математичного апарату. Це дозволяє вживати їх у технологічних додатках для записи специфікацій програм, тож як слідство для аналітичного перетворення формул, модельного уявлення об'єктів проектування й описи проектних процедур, а також і перевірки на коректність й повноти програмних реалізацій систем аналітичних вычислений.

НЕЧІТКІ БЕЗЛІЧІ І НЕЧІТКА ЛОГИКА.

Багато продукционные моделі уявлення знань спираються на апарат нечітких множин і нечіткою логіки Л. Заде з лінґвістичними, а чи не числовими значеннями истинности.

Розглянемо деякі, основні понятия.

Встановлено, що нечіткість виникає тоді, коли елемент w (W має деяким властивістю А, у яких суб'єктивну забарвлення (на думку різних экспертов).

Функція приналежності (A () сприймається як функція речовинного аргументу. Вона визначено на інтервалі [0,1].

Можна вважати, що (A: u -> [0,1] ставить за відповідність кожному u число (A (u) з інтервалу [0,1], характеристическую ступінь приналежності u подмножеству A. Нечітке безліч, А позначатися як объединение.

А = ((A (ui) / ui, або, А = {(1 / u1 + …+ (n / u n}.

Що стосується, коли безліч безупинно A = ((A (u) / u.

Визначимо поняття безлічі рівня (.

БЕЗЛІЧ РІВНЯ (це чітке безліч A (елементів універсального безлічі U, ступінь приналежності яких безлічі А більше або дорівнює (:

A (= {u / (A (u) > (}, де (- у випадку то, можливо нечіткою константой.

ОБ'ЄДНАННЯ множин по (.

((A = (((A (.

Операція ДОПОЛНЕНИЕ.

(A = (u (1- (A (u))/u.

Операція ОБЪЕДИНЕНИЕ.

A (B = (u ((A (u) ((B (u)) /u.

Операція ПЕРЕСЕЧЕНИЕ.

A (B = (u ((A (u) ((B (u)) /u.

Апарат, побудований на моделях нечітких операндов, широко використовується в процедурних засобах уявлення знань. З його допомогою ми здійснюється, переважно, евристичне уявлення. Конкретні форми, у яких вона реалізується, залежать і південь від обчислювальної середовища, СУБД, від концептуальної моделі бази знань і зажадав від загальної концепції проекту тій чи іншій системы.

СЕМАНТИЧНІ СЕТИ.

Семантичні мережі будуються з допомогою орієнтованих графів. Вершини мережі відповідають об'єктах, а дуги семантичним отношениям.

Серед об'єктів виділяють поняття, властивості і события.

Семантичні відносини можна умовно розділити на лінгвістичні, логічні, теоретико-множинні і квантифицированные. Що стосується завданням організації обчислювальної середовища САПР лінгвістичні відносини ставляться до засобів доступу. До логічним відносинам ставляться відносини типу: диз’юнкція, сполучення і отрицание.

Теоретико-множинні відносини розглядаються як вияв категорій частини й цілого, зачіпають ієрархічну структуру тій чи іншій САПР загалом. Приклад такий мережі наведено на рис. 1.

Семантичні мережі умовно класифікують на интенсиональные і экстенсиональные.

ИНТЕНСИОНАЛЬНАЯ мережу встановлює ті відносини між об'єктами, які відрізняються об'єктивністю і повторяемостью.

ЭКСТЕНСИОНАЛЬНАЯ мережу кодує відносини між конкретними фактами, об'єктами й небуденними подіями, тобто. між данными.

Найбільшого поширення набула семантичні мережі отримали концептуальних моделях баз даних, і тому мають поширення САПР.

З використанням в САПР семантичні мережі застосовують у семантичному аналізі з організацією діалогу на матеріальному мові. Цей аналіз проводиться після морфологічного і синтаксичного розбору. Далі використовується або пряме перетворення синтаксичних взаємин у семантичні із застосуванням вбудованих правил (фільтрів), або перетворення складає основі відповідностей, вказаних у моделях управления.

Мал.1. Приклад мережі, використовуваної до подання відносин між моделями і макромоделями об'єкта проектування в САПР.

Проте, якщо предметна область САПР полягає в описі природних об'єктів, то розмірність семантичної мережі стає неозорої. У цьому вся разі краще використання подання у вигляді фреймов.

ФРЕЙМЫ.

Наведемо визначення фрейма.

ФРЕЙМ — пойменована семантична мережу, яка є елементом безлічі, побудованого для операцій зв’язку з допомогою однієї чи кількох узлов.

Таке визначення який суперечить з трактуванням фрейму як структури даних, формалізована отображающей объектно-субъективные відносини декларативним або процедурним способом мислення й що містить постійну частину або зміну. Про останню говорять про сукупності слотів (змінна частина фрейму).

Така структура утворюється безліччю трійок вида:

{ F, (S1, GS1, PS1), …, (Si, GSi, PSi), …, (Sl, GSl, PSl) }, де F — ім'я фрейму, Si — ім'я слота, GSi — значення слота, PSi — процедура, пов’язана з слотом.

Працюючи з фреймами скажімо будь-який рівень вкладень, оскільки значенням слота деякого фрейму може бути будь-яка ім'я фрейма.

Мережа фреймів реалізує модель об'єкта проектування з урахуванням фрейму «перетворення «б і відбиває властивість об'єкта проектування загалом та її окремих компонент (вузлів, ланок, макромоделей — сукупності ланок). Порядок ініціалізації процедур для перетворення даних визначається слотами параметрів моделей.

На рис. 2 приведено мережу фреймів, реалізує модель об'єкта проектирования.

Рис. 2. Мережа фреймів, реалізує модель об'єкта проектування в відповідність до ієрархією, відображеній на рис. 1.

Для інженерної діяльності характерні специфічні форми уявлення знання. Це з такими обставинами: 1) з необхідністю описи послідовності прийняття проектних рішень у вигляді, зручною до подання в ЕОМ. 2) з ототожненням ТЗ на об'єкт проектування з тим чи іншого послідовністю дій проектанта. 3) з оцінкою коректності ТЗ і адекватності моделей об'єкта проектирования.

Першу вимогу виникає, якщо САПР будується повністю з урахуванням бази знань не дозволяє оперувати суворим математичними моделями об'єктів проектування. такий шлях припускає використання експертних систем для нагромадження знань інженерів високій кваліфікації і наступного їх «тиражування «в обчислювальних системах.

Друге вимога також притаманно використання властивостей експертних систем повному обсязі, і навіть для САПР, званих «інтелектуальними » .

Третє вимога виникає за необхідності побудувати САПР, адаптирующиеся до користувача і що розвиваються проектантами.

Найцікавіший додатком для інтелектуальних САПР є побудова учнів моніторів, званих інтелектуальними планировщиками. Такі монітори реалізовані з допомогою апарату мереж Петрі (які ми не рассматриваем).

МЕТОДИ КОДИРОВАНИЯ.

Розглянуті способи уявлення знань може мати саму різну програмну реалізацію в обчислювальних системах. Багато в чому ці способи залежить від характеру відносин між даними, які моделюються знаниями.

У інженерній практиці історично склалося два способу документування проектних рішень — текстовий і графический.

Найцікавіше представляє графічний спосіб документирования.

Технологічні і користувальні аспекти обробки графічної інформацією системах проектування й конструювання вивчені досить глубоко.

Дворівневий характер кодування таких зображень, як креслення, графіки дозволяє зводити їх опис до лексичним примітивам (лінія, коло, точка тощо.). Отже, уявлення знань з допомогою таких «кодів «однак зводиться до способів, вже розглянутим ранее.

Особливе його місце займає графічна інформація, кодируемая полутоновыми багаторівневими зображеннями реальних і штучних об'єктів. Найбільш потужним арсеналом програмно-апаратних коштів обробки, збереження і уявлення таких зображень має цифрова голография.

Використання цих коштів дозволяє як виконувати завдання препарування зображень і розпізнавання образів, а й будувати обучаемые обчислювальні системы.

ЛЕКЦІЯ (8.

Тема: «Експертна система для автоматизованого проектирования».

Експертна система вирішення завдань автоматизованого проектування є, своєю чергою, обчислювальної системой.

Вона має задовольняти наступним вимогам: 1. Прийняті з допомогою системи рішення мають відповідати рівню эксперта-профессионала. 2. Cпособы прийняття рішень (метарассуждения) будь-якої миті часу повинні відтворюється у вигляді, зрозумілою як експерту, і користувачеві. 3. Система повинна адаптуватися до користувача з допомогою можливості змінювати як формулювання запитів і завдань, і послідовність їх виникненню. 4. Cистема повинна також мати можливість використовувати, отримувати й зберігати загальні та приватні схеми міркування, побудовані цілком достовірних даних, і символьних перетвореннях. 5. У процесі життєвого циклу система повинна мати властивістю ревізії даних, і схем рассуждений.

ЗАВДАННЯ, РОЗВ’ЯЗУВАНІ ЕКСПЕРТНОЇ СИСТЕМОЙ.

Перерахуємо завдання, які здатна вирішувати експертна система: 1. Завдання що неспроможні мати числової інтерпретації. 2. Цілі, що досягаються за її рішенні, неможливо знайти представлені у вигляді цільової функції. 3. Комбінаторні методи перебору невозможны.

СТРУКТУРНА СХЕМА УЗАГАЛЬНЕНОЇ ЕКСПЕРТНОЇ СИСТЕМЫ.

Перерахуємо основні компоненти такої системи. До до їх числа ставляться такі: 1. Лінгвістичний процесор 2. Підсистема логічного висновку. 3. База знань. 4. Підсистема ревізії знань. 5. Робоча память.

На мал.1 показано структурна схема узагальненої експертної системы.

Мал.1. Структура узагальненої експертної системы.

Лінгвістичний процесор здійснює зв’язок інших компонент з користувачем чи експертом на алгоритмическом языке.

Підсистема логічного висновку забезпечує побудова тієї чи тієї схеми рассуждения.

База знань варта збереження і обробки знань, представлених логічними, продукционными або семантичними моделями.

Підсистема ревізії знань дозволяє користувачеві або експерту втручатися у процес підготовки прийняття рішень з допомогою пояснення (відображення) проміжних дій в системе.

Робоча пам’ять забезпечує зберігання проміжних даних, і їх обмін між компонентами системы.

У деяких працях з штучного інтелекту можна зустріти дещо інша уявлення узагальненої експертної системи, причому, принциповим відзнакою в змозі з’явитися його присутність серед структурі підсистеми придбання і інтерпретації знань. Однак у таких системах, як EURISKO, роль такий підсистеми виконує підсистема логічного висновку що з підсистемою ревізії знань, а системі MYSIN її неможливо виділити як окреме програмне засіб. У системах, побудованих за технологією «prototyping «- ИНТЕРЭКСПЕРТ (GURU), ЕКСПЕРТИЗА, тобто. з урахуванням оболонок, також важко такий програмний модуль, який би придбання знаний.

Розглянемо докладніше структурні компоненти експертної системы.

КОМПОНЕНТИ ЭКСПЕРНОЙ СИСТЕМЫ.

ЛІНГВІСТИЧНИЙ ПРОЦЕССОР.

Лінгвістичний процесор забезпечує взаємодія користувача або експерта з програмно-апаратної частиною експертної системи з допомогою перетворення (трансляції, конвертування, інтерпретації) пропозицій на проблемно-ориентированном (частіше природному) мові в пропозиції на внутрішньому мові (метаязыке) і наоборот.

На мал.1 не показано, що у цих перетвореннях бере участь база знань, оскільки у багатьох експертних системах лінгвістичні процесори реалізуються окремим модулем, у яких програмно-апаратний вид.

Досить під назвою цієї структурної одиниці дозволяє розглядати під цією назвою найрізноманітніші програмні і програмноапаратні реалізації. Вони незалежні від способу кодування повідомлення: мовної введення, введення з алфавітно-цифровий клавіатури, з сенсорного пристрої і т.д.

У кожному разі вважається, що вхідними даними лінгвістичного процесора є ланцюжка символів, поданих у внутрішньому коді системи, а вихідними — або ланцюжка, синтезовані мовою ділової прози в людини, або ланцюжка метамовою системы.

Перетворення лексичних одиниць природному мові можливе процедурної, декларативної чи змішаної формі. Для декларативної форми характерно існування деякого словника і морфологічний аналіз зводиться до зіставленню відповідних лексем.

Процедурний спосіб морфологічного аналізу полягає в визначенні послідовності операцій, які треба здійснити визначення значень морфологічних параметрів. У цьому під морфологією розуміється система правил породження слов.

База знань, з якої будується лінгвістичний процесор, містить словник, безліч фільтруючих процедур і семантичну мережу. З допомогою словника здійснюється уявлення знання словах (лексемах).

Фільтруючі процедури реалізують правила аналізу та синтезу лексем, а семантичні мережі кодують смислові структури предметної области.

Структура більшості лінгвістичного процесора і зміцнити взаємодію його елементів умовно представлені на рис. 2.

Рис. 2. Структура лінгвістичного процессора.

У процесі аналізу повідомлення користувача виділяються коріння слів, ідентифікується сукупність коренів по словника, що зберігається у робочої пам’яті, проводиться морфологічний розбір і після семантичного розбору породжується повідомлення метамовою системы.

При синтезі повідомлення найчастіше використовується безліч формальних шаблонів, які вибираються відповідно до семантикою повідомлення й заповнюються відповідно до його морфологією і синтаксисом.

Лінгвістичний процесор систем ИНТЕРЭКСПЕРТ, ЕКСПЕРТИЗА дозволяє здійснювати зв’язок природному мовою й вміщує розпізнавання до 500 слів і команд. Процес формування інтерфейсу реалізується з допомогою меню. Воно пропонується користувачеві щоразу, коли запроваджене пропозицію природному мові містить слова, не содержаржащиеся у Словнику процессора.

Меню пропонує користувачеві варіанти типу: — «тимчасове зміна » , — «постійна зміна » , — «більш довга фраза » , — «ігнорувати слово » , — «зняти запит » .

У першому режимі складається тимчасове визначення, яке зберігається до наступного запиту. У цьому нераспознанное слово автоматично наводиться в семантична відповідність до синонімом з словника протягом поточного запиту. експертної системі дозволяє згодом знімати розмежування в функціях експерта та пользователя.

Можливості найпоширеніших нині експертних систем у сфері ревізії знань поки обмежені. Здебільшого, користувачеві пояснюють причини запитів і розкривають У другому режимі проводиться постійне доопределение словника відповідним синонимом.

У третьому режимі синоніми вводяться не окремих слів, а словосочетаний.

Четвертий режим дозволяє користувачеві понизити надмірність в повідомленні, якщо якесь слово в фразі, яка кодує запит, нераспознано процесором, а п’ятий дозволяє припинити марні спроби роз’яснити принципово неопознанную фразу запроса.

Лінгвістичний процесор ИНТЕРЭКСПОРТ розширено галузь графічного уявлення даних як таблиць і графиков.

ПІДСИСТЕМА ЛОГІЧНОГО ВЫВОДА.

Підсистема логічного висновку, призначена для генерації рекомендацій у вирішенні прикладної завдання з урахуванням інформації, яка перебуває у базі знань, будується з урахуванням теорії машини Поста.

На структурної схемою, показаної на рис. 3, визначено зв’язок між компонентами цієї підсистеми відповідно до принципами функціонування машини Посту. Відповідно до найменуванням, підсистема породжує правило з урахуванням імплікації вида:

Ri: Ii (Ri', де Ri — правило продукції, извлекаемое з убозівської бази знань, Ii — умова застосування правила Ri,.

R' - що породжується правило, що може бути вміщено або вміщено в базу знаний.

Рис. 3. Структура і принцип функціонування интерпретатора.

У процесі рішення тій чи іншій завдання у підсистемі виробляється інтерпретація (означивание) тієї чи іншої правил і виконання дій, визначених це правило. Вибір (ідентифікація) тієї чи іншої правила грунтується на зіставленні умов Ii і взагалі разі призводить до кільком правилам одночасно. У цьому можливо породження породжується конфліктного набора.

Дозвіл конфліктного набору здійснюється спеціальної процедурою, званої селектор. У селекторі закладено певна стратегия.

Для оперативного зберігання проміжних даних із умовам Ii, у багатьох системах передбачається РОБОЧА ПАМЯТЬ.

Наприклад, у системі ИНТЕРЭКСПЕРТ, а точніше, у її інструментальної середовищі, логічний висновок здійснюється або з допомогою процедур, розроблених на рівні мови структурного програмування, або з допомогою эвристик, реалізованих у среде.

Розрізняють пряму і зворотний аргументацию.

У першому випадку кожне правило, занесене з допомогою коштів, обробляється в послідовності від посилки до висновку. Якщо пропозицію, реалізує посилку, істинно, то правило ініціюється і відбувається перехід до висновку. Інакше відновлюється перевірка істинності досі, коли всі правила ні исчерпаны.

У другий випадок в машині логічного висновку розпізнається то правило, в укладанні якого є найбільш близький до проблемі решение.

Якщо посилка правила не визначено, виробляється перебір невідомих змінних в посилці правила стосовно нових умов. Операції повторюються циклічно до знаходження рішення або до визначення нерозв’язності задачи.

Посилки до правил формуються з допомогою нечітких множин, причому припускається використання нечітких чисел і лінгвістичних змінних. У інструментальної середовищі ИНТЕРЭКСПЕРТ уводять у розгляд «чинники впевненості «. Їх визначено шкала буде в діапазоні від 0 до 100. Допускається формулювання посилок чіткими перемінними, полями бази даних, статистичними перемінними, перемінними з индексами.

Доступ до машини логічного висновку здійснюється двома основними шляхами: шляхом пропозиції правил і шляхом запиту на консультацию.

Перший шлях реалізується пропозицією, у яких форму: правило: «ім'я правила «.

ЯКЩО: < предложение>

ТОДІ: < висновок >

Пропозиція реалізується вираженням, яке пов’язує операнды і операції логічних відносин. Укладання будується із будь-якої числа операндов, до складу яких входять перемінні і коди операций.

Правило ініціюється тільки тоді, як буде встановлено значення всіх змінних, входять до складу операндов і операций.

Отже, структура набору правил утворюється пропозиціями: описи типів використовуваних змінних, правил, консультацій, пояснень правил (які, власне кажучи, не обов’язкові), завершення набору і завершення тексту набору правил.

З допомогою спеціального редактора набору правил здійснюється побудова, зміна складу і структури та компіляція набору правил. Після компіляції утворюється исполнимая експертна система, породжена в оболонці системи. Програмування машини логічного висновку, таким чином, формально мало чому відрізняється від звичайного програмування. Відмінність виникає при оперуванні з нечіткими перемінними і нечіткими условиями.

Основні типи змінних, певні серед: символьні, числові, логічні невідомі. Основні види: осередки, поля, робочі перемінні, фіксовані перемінні среды.

Окремий вид становлять нечіткі перемінні, зумовлені в аналізованої середовищі як і які змінюються набору. Останні мають нечіткі підмножини значень будь-якого поєднання перелічених типів. Кожне значення нечіткою константи визначається відповідним значенням функції приналежності, визначальним серед як «чинник упевненості «.

Наприклад, змінна набора.

Y = {1/0.5; 2/0.5; 3/0.5} в інструментальної середовищі записується таким образом:

Y = {1 cf50, 2cf50, 3cf50}.

З використанням чинників впевненості здійснюється процес формування набору правил. Облік цих факторів виконується шляхом введення чинників впевненості: посилки, ув’язнення й перемінної заключения.

Основні оператори, прийняті інструментальної середовищі оператори відносин: — = - перевірка на рівність , — - перевірка на нерівність, — >= - перевірка на перевищення чи рівність, — < - перевірка на перевищення, — - перевірка на перевищення, — IN — перевірка щодо відповідності одного елемента другому.

Операції в машині логічного висновку можуть описуватися у висловлюваннях, використовують дії над функціями приналежності. Це може бути: — операція «І «і группируемые навколо нее.

min (a, b), ab, (ab+ min (a, b)/2), ab (2-max (a, b)) — або операція «АБО «і группируемые навколо нее.

max (a, b), (a+b-ab), (max (a, b (a+b-ab))/2).

Отже, в інструментальної середовищі можна реалізовувати арифметику нечітких чисел і алгебру нечітких высказываний.

Так здійснюється функціонування машини логічного виведення й у системі ЭКСПЕРТИЗА.

ПІДСИСТЕМА РЕВІЗІЇ ЗНАНИЙ.

Підсистема ревізії знань є частиною будь-який експертної системи, так як забезпечує адаптацію користувача до обчислювальної системі. Оскільки всяка САПР однак пов’язані з обчислювальної системою, то властивість эксперной системи з відображенню проміжних і остаточних рішень дозволяє експерту змінювати склад продукционных правил, а користувачеві склад парламенту й зміст запитів. Це властивість допомагає дозволити багато проблем, які стоять перед розробниками САПР і проектантами.

Завдяки такій підсистемі в розвинених експертних системах (наприклад, в EURISKO) з’являється можливість проводити базу знань і стратегію управління продукционной системи, реалізованої машині логічного вывода.

У інженерній діяльності проектні рішення вибираються з урахуванням глибинних причинно-наслідкових зв’язків. Вони які завжди мають формальне чи якесь формалізоване уявлення. Тому розуміння проектантом ходу міркувань у процесі консультації в вміст бази знаний.

Кілька слів стосовно складу та призначення бази знаний.

БАЗА ЗНАНИЙ.

У експертних системах знання можуть представлятися в декларативної, процедурної, керуючої форми і як метазнаний.

Декларативні знання видаються як факти, формовані користувачами, процедурні - як правила, представлені експертами. Управляючі знання — набір стратегій, визначальних функціонування підсистеми логічного висновку. Метазнания видаються користувачеві й експерту у процесі функціонування експертної системи. З їхньою допомогою розкривається неї, структура і схема міркування. Метазнания — основне джерело розвитку експертної системы.

ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ САПР.

За підсумками проведеного аналізу структури эксперной системи, можна стверджувати, що ця обчислювальна середовище прямо застосування інженерної діяльності як автоматизації проектних робіт, якщо проектування тягнеться з прототипу, за висхідною технології чи вищих ієрархічних рівнях тій чи іншій системи проектирования.

Проте, якщо об'єкт проектування можна формально описати, виникає потреба, з одного боку, використовувати прийоми, характерні для інженерної діяльності, з другого — залучити знання математиків для використання формальних методів прийняття решения.

З іншого боку, розвиток САПР, на думку багатьох розробників, має йти шляхом створення обчислювальних систем, які «лояльні «до користувачеві, легко тиражуються й володіють властивістю развития.

У найближчим часом при побудові САПР необхідно забезпечити рішення наступних завдань: — навчання користувача, яке зводиться до навчання вхідним мовам, уявленню довідкової інформації, адаптованої до характеру запиту, діагностиці помилок, і супроводу користувача у процесі проектування; - навчання САПР, яка передбачає настроювання системи на конкретну предметну область чи клас проектних процедур; - організація діалогу у процесі проектування із єдиною метою описи об'єкта проектування, технологічного завдання й завдань виконання проектних процедур; - виготовлення проектної і довідкової документації, оформляющей проектні рішення; - контролю над функціонуванням системи та відображення статистичних даних про кількість та якість проектних решений.

Перелічені завдання під що свідчить збігаються з вимогами, які висуваються до узагальненої эксперной системе.

Додатково можна сформулювати два завдання: — забезпечення можливості розвитку САПР у частині вдосконалення методів моделювання об'єктів проектування й розширення числа проектних процедур, заснованих на виключно формалізованих методах; - забезпечення можливості накопичення та обміну досвідом проектантів у єдиній обчислювальної среде.

Ці завдання що неспроможні вирішуватися серед експертної системи, структуру якої ми розглянули. Зрозуміло, що її орієнтація на обробку не формализуемых, евристичних даних, визначальна структуру та принципи функціонування, Демшевського не дозволяє використовувати її в обробці моделей об'єктів проектування, побудованих на суворої і навіть наближеною математичної основе.

ВЫВОДЫ.

1. Основне властивість обчислювальних систем, званих експертними — змінювати своєї слабкості і вміст у процесі функціонування — відповідає основному вимозі, висунутій до САПР — можливості адаптуватися до характеру проектних робіт. Принцип навченості эксперных систем з допомогою змін структури та змісту повинен сполучатися з принципом незмінною сукупності формалізованих процедур, у якому будуються САПР з детермінованою структурою. 2. Реалізація САПР, побудованих на концепції розвитку з допомогою проектантів, можлива з урахуванням урахування їхніх думок й європейського досвіду, нагромадженого у процесі проектних робіт із застосуванням технологічних принципів, використовуваних розробки експертних систем. Способи обліку експертні оцінки проектантів, методи поєднання формализуемых і евристичних алгоритмів пов’язані з предметної областю САПР у частині моделювання об'єктів проектування, організації діалогу й прийняття рішень. 3. Залежно від рівня деталізації описи об'єкта проектування змінюється поєднання евристичних і формалізованих способів уявлення знань. Що ієрархічний рівень САПР, тим, у більшою мірою необхідно використовувати як інструментальних коштів обчислювальні системи класу експертних. На рівнях, припускають сувору формалізацію в модельному поданні об'єкта проектування, структура програмного забезпечення може виконуватися на основі чітких алгоритмів. Якщо об'єкт проектування який завжди має адекватне модельне уявлення певному ієрархічним рівні, структура відповідної САПР має поєднувати чіткі та нечіткі алгоритми. 4. Напрями з розробки САПР: — використання експертних систем безпосередньо для автоматизації проектних робіт, які чинять спротив формалізованому опису (зазвичай, на вищих ієрархічних рівнях); - використання окремих структурних компонент експертної системи для інтелектуалізації САПР з метою забезпечення більшої лояльність до користувачеві; - розробка САПР з експертними компонентами з урахуванням поєднання формалізованих і евристичних уявлень знань з метою забезпечення їх розвитку користувачами і експертам й без участі розробників САПР.

ЛЕКЦІЯ (10.

Тема: «Процес проектування технологічних операций».

1. Класифікація моделей об'єктів проектирования.

ОБ'ЄКТ інженерного проектування — матеріальний об'єкт штучної природи, що має бути створено до розв’язання певної проблеми, виникає чи виділеної у одному з фрагментів действительности.

У машинобудуванні як об'єкт інженерного проектування виступають технологічні операції певних классов.

Сукупність ВЛАСТИВОСТЕЙ об'єкта проектування ділиться на зовнішні Y і внутрішні Х свойства.

ЗОВНІШНІ властивості об'єкта проектування поділяються на два подмножества:

— суттєві (функціональні чи властивості призначення) Yн, які підлягають безпосередньої реалізації під час використання об'єкта за прямим назначению,.

— утилітарні (нефункциональные) — Yу, властиві кожному реальному об'єкту (обсяг, маса, вартість будівництва і др.).

Справедливо співвідношення: Y = Yн U Yу.

ВНУТРІШНІ властивості проектування характеризують фізичний, хімічний та інших. процеси, і навіть технічну форму його реалізації як основу дії цього об'єкта проектирования.

МОДЕЛЬ ОБ'ЄКТИ M (О) — близьке опис будь-якого класу явищ, виражене з допомогою математичної символики.

Моделі об'єктів проектування класифікують за низкою признаков:

— способу построения,.

— ступеня повноти відображення аналізованих сторін объекта,.

— ступеня спільності у ставленні до объекту,.

— придатності з метою прогнозирования,.

— назначению.

Розглянемо коротко кожну з груп моделей.

А. По способу побудови розрізняють моделі семіотичні (знакові) і матеріальні (предметні).

Семіотичні моделі призначені для відображення з допомогою знаків об'єктів різної природи, властивостей цих об'єктів, і навіть різних відносин між об'єктами властивостями і значеннями свойств.

Матеріальні (предметні) моделі включають натурні (експериментальні, лабораторні, дослідні зразки об'єктів); геометрично подібні (просторові макети); фізично подібні (моделі, які мають механічним, кинематическим, динамічним та інші видами фізичного подоби з об'єктом); предметно-математические (що за допомогою ЭВМ).

Б. За рівнем повноти відображення (уявлення) об'єкта моделі може бути повними — M (O); неповними (різного рівня неповноти за змістом чи обсягу) — M «(O), M «(O),…, Mn (O).

B. За рівнем спільності у ставленні до оригіналу виділяють моделі описи Mo (O) (відбивають характерні боку об'єктів); модели-интерпретаторы Mi (O) (представляють окремі об'єкти, що входять до склад деякого класу і враховують особливості їхньою приватною реалізації); моделі - аналоги Ma (O) (різні формою уявлення, але рівні між собою ступеня спільності в відношенні оригинала).

Г. За характером відтворювальних сторін об'єкта проектування виділяють субстанциональные моделі SbM (O) (характеризують простір можливих станів об'єкта, приклади: довідники, описи типових проектних рішень, технологічних операцій); функціональні моделі FnM (O) (в на відміну від моделей SbM (O) характеризують об'єкт лише у аспекті певних його відносин із середовищем чи іншими об'єктами. Відбивають поведінка об'єкта, його пристосованість до визначених впливам); структурні моделі StrM (O) (характеризують внутрішню організацію об'єктів); змішані модели.

Д. По придатності з метою прогнозування моделі ставляться до придатним і непригодным.

Е. За призначенням моделі може бути цільовими і продуктивными.

Цільові моделі Mц (O) покликані в явною формі відображати Мети створення, призначення об'єкта проектирования.

Продуктивні моделі Mпр (O), під ними розуміється сукупність технічної документації на объект.

2. Модельне уявлення технологічних операций.

По способу побудови розрізняють моделі семіотичні (знакові) і матеріальні (предметные).

Семіотичні моделі призначені для відображення з допомогою знаків об'єктів різної природи, властивостей цих об'єктів, і навіть різних відносин між об'єктами, властивостями і значеннями властивостей. Вони діляться на мовні (логико-лингвистические — символьні структури, що входять до деяку систему, логіко-математичні - впорядковані знакові ланцюжка); неязыковые (наглядно-образные, наприклад, схеми, ескізи, чертежи).

Матеріальні моделі включают:

— натурні (експериментальні, лабораторні, дослідні зразки объектов);

— геометрично подібні (просторові макети);

— фізично подібні (моделі, які мають механічним, кинематическим, динамічним та інші видами фізичного подоби з объектом;

— предметно-математические, створені з урахуванням ЕОМ і що відтворюють об'єкти у певному масштабі часу й реалізують подобу объектов.

Розглянемо логіко-математичні модели.

Логіко-математичні моделі будь-яких об'єктів M (O) зазвичай визначаються як безлічі (М1,M2,…, Mk) із наперед заданими наборами відносин (r1,r2,…, rm). У цьому справедливо таке выражение:

M (O) = .

(Під сигнатурою розуміється набір ідентифікаторів (імен) відносин, входять до складу моделі, із їхніх арности.

Моделлю Mk (О) в сигнатуре Om називають пару, де M = {Mik} - базове безліч моделі, (- инъективное відображення, яке зіставляє кожне назва (унікальне ім'я, ідентифікатор) з ставленням Rn з сигнатури Om.

У моделях технологічних операцій M (TO) будемо кваліфікувати безлічі (M1,M2,…, Mk) як базові, якщо значення це елементів може бути безпосередньо інтерпретовані як значення зовнішніх чи внутрішніх властивостей технологічних операцій, значення властивостей середовища операції чи властивостей предметів последней.

Координатами елементів відносин (r1,r2,…, rm), які входять у M (TO), можуть бути як елементи базових множин, і елементи незалежно визначених, вкладених отношений.

Для описи схем зв’язків координат у взаєминах в M (TO), може бути використані передавальні функції, диференціальні, разностные, регресивні рівняння, табличні чи словесні описания.

На мал.1. показаний спрощений образ реальних технологічних операцій. Серед технологічних операцій, що характеризується вектором Z, враховувати окрестностные умови Z0 і його зовнішні умови Zy. Тоді справедливо вираз виду Z = Z0 (Zy.

У окрестностных умовах середовища технологічних операцій выделим:

— предмети (матеріали, напівфабрикати, заготівлі), статки характеризується складом і значеннями низки властивостей (у випадку як зовнішніх, і внутрішніх) тобто. вектором Z (0; результати технологічних операцій, статки характеризується вектором Z ((0.

трудомісткості, матеріаломісткості, енергоємності, фондоємності операції); Y ((у — показники ступеня екологічної безопасности.

Як внутрішніх властивостей технологічної операції X будемо рассматривать:

Рис. 1.1. Наочна модель технологічної операції, і її среды.

Зовнішні умови середовища, описувані вектором Zy, відбивають умови функціонування коштів технологічного оснащення (устаткування, оснастки), що реалізує цю технологічну операцію, умови, у яких перебувають предмети й одержують результати технологічних операцій (температура, вологість, запиленість довкілля, кваліфікація робочих), і навіть тип виробництва, у якому використовується дана технологічна операція (масове, серійне, одиничне, опытное).

Як зовнішніх властивостей технологічних операцій, характеризуемых вектором Y, виступають: а) властивості призначення чи функціональні Yн, у тому числі Y (н — головне властивість — здатність перетворювати предмети технологічної операції у її результат, тобто. Y (н: Z (0 -> Z ((0; Y ((0 — параметри продуктивності технологічної операції (оцінюється показниками середнього значення й дисперсії відсотка виходу, циклу операції, ритму випуску, такту випуску, числа одночасно виготовлених одиниць та інших.). б) утилітарні властивості Yу, у тому числі Y (у параметри ресурсоємності технологічної операції синтезирован.

Відомо, що Str-FnM (O) відображає внутрішні властивості Х об'єкта на зовнішні Y (склад елементів об'єкта, склад парламенту й схему внутрішніх зв’язків, і навіть властивості цих елементів і зв’язків на зовнішні властивості объекта.

Модель Str-FnMo (O) характеризує простір можливих станів об'єктів певного класу у межах своєї застосовності всім що допускаються даної моделлю значень X і Y.

Рішення завдання проектування у разі залежить від формуванні Str-FnMi (O) проектованого об'єкта. Це зводиться у виборі значень низки параметрів, що є найкращими себто виконання умов завдання проектування пересування у просторі допустимих значень параметрів X і Y в.

Str-FnMo (O). Рішення завдання проектування під час використання уявлень (оцінюється показниками — параметри, що характеризують природний процес (фізичний, хімічний, фізико-хімічний) Xп і технічну форму чи спосіб цього Хф, виступають на ролі принципу построения/действия даної технологічної операции,.

— режими функціонування технологічного устаткування X0, реалізують цю операцію. У цьому справедливо X = Xп (Xф (Xо.

У випадку внутрішні властивості технологічних операцій можуть описуватися в термінах, лише побічно характеризуючих природний процесс.

ФУНКЦІОНАЛЬНІ моделі ТO можуть бути описами базових множин, характеризуючих найважливіші властивості предметів, результатів і найбільш технологічної операції, і навіть описом відносини відображення предмета ТЕ їхньому результат у вигляді передавальної функции:

FnM (ТЕ) (Y (Z, y (Yп, z (Zо.

СТРУКТУРНІ моделі ТЕ видаються описами базових множин, характеризуючих лише виділені внутрішні властивості операції X = Xп (Xф (Xо.

Для відображення взаємозв'язку внутрішніх властивостей ТЕ зазвичай використовуються терміни і умовні позначення тієї предметної області, до якої належить природний процес, що у ролі принципу дії чи побудови технологічної операции.

ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТРУКТУРНЫЕ моделі ТЕ видаються описами базових множин. Вони характеризують найважливіші властивості результату, предметів, властивості призначення і внутрішні властивості самої ТЕ. Також використовуються табличні чи словесні описи відносини відповідності «результат — предмети ТЕ «парі «природний процес — технічна форма реалізації процесу » :

Fn — StrM (ТЕ): Y x Z -> X, y (Yн, z (Zо, x (Xп .

Cтруктурно-функциональные моделі ТЕ видаються з допомогою описів базових множин, характеризуючих все виділені зовнішні та внутрішні властивості ТЕ, властивості її, предметів, середовища реалізації, і навіть описами відбиття внутрішніх властивостей ТЕ, властивостей предметів і зовнішніх умов середовища на зовнішні властивості ТЕ її результата.

Зазвичай відносини, що входять до склад моделі Str — FnM (ТО), представлені вектор — функціями, що відображають залежність свойств:

— результату ТЕ Z «про від внутрішніх властивостей ТЕ X, властивостей предметів операцій Z «про і зовнішніх умов середовища ТЕ Zу ;

— самої ТЕ Y = Yн (Yу від внутрішніх властивостей операції X = Xп U Xф U Xо і властивостей середовища Z = Zо (Zу; тоді справедливо выражение:

Z «про = f (X, Z «про, Zу) ;

Str — FnM (ТО) = { Y = f (X, Z); z (Z, y (Y, x (X.

Продуктивна модель ТЕ — операційна карта по ГОСТ ЕСТД. 3. Завдання проектування технологічних операцій на узагальненої постановке.

Попередньо визначимо мета проектування. Її можна в наступному виде:

< Da, D*тр, Dусл >, де (1.1) — Dа — предмет завдання проектування, — D*тр — бажане стан цього, — Dусл — умови, обмеження, що їх виконані процесі перекладу предмета завдання з його вихідного стану в требуемое.

Стосовно завданню проектування компоненти інтерпретуються так: — Dа — заявка на об'єкт проектування. Цю заявку в завданню проектування представляє цільова модель об'єкта проектування — M (O)ц; - D*тр — продукционная модель об'єкта проектування; - M (O)пр — комплект технічної документації виготовлення чи використання об'єкта в виробничих умовах, що відповідає вимогам певних стандартів (ЕСКД, ЕСТД чи ін.); - Dусл — умови реалізації завдання, чи обмеження на тимчасові, трудові, матеріальні ресурси Q, які виділяються вирішення даної задачі проектирования.

Під ЗАВДАННЯМ ПРОЕКТУВАННЯ будь-яких об'єктів, зокрема технологічних операцій, розуміється завдання побудови моделі об'єкта M (O)пр, котрій визначено цільова модель M (О)ц й установлено тепер умови чи ресурси рішення завдання. У узагальненої постановці завдання проектування то, можливо представленій у виде:

ЗП = < M (O)ц, M (O)пр, Q > =, M (О)пр, Q >, (1.2) де компоненти Z ", Y ", X ", G є у загальному разі векторами.

Вимоги до функціональним властивостями об'єкта проектування визначено у вигляді моделі Fn M (O) Yн (Z.

Вимоги до місцевих умов функціонування об'єкта проектування Z «задаються припустимими областями безлічі можливих станів середовища (зовнішніх Zy чи окрестностных умов), і навіть тривалістю функціонування Yн ». Вимоги до властивостями об'єкта проектування крім Fn M (O) обмежують: a) дозволену сферу безлічі можливих значень зовнішніх властивостей об'єкта проектування Y «всім z (Z; b) дозволену сферу безлічі можливих значень внутрішніх властивостей об'єкта Х «які характеризують принципи його действия.

Кордони припустимою області безлічі значень властивостей об'єкта X «часто визначаються ресурсами, необхідні виготовлення чи використання об'єкта проектирования.

Умови виконання завдання проектування задаються припустимою областю значень ресурсів Q, виділених від використання у процесі проектування об'єкта. Як таких ресурсів зазвичай розглядаються тривалість рішення, загальна трудомісткість, повна вартість рішення завдання проектування. У цьому вартість проектування може виражатися у вигляді грошових витрат, а й у кількості дефіцитних матеріалів, часу використання унікального устаткування й др.

Умови переваги в припустимою області безлічі можливих рішень завдання проектування визначаються: 1. Критерієм ефективності, функцією цінності чи якості об'єктів G, які узагальнено характеризують даний об'єкт проектування, і навіть параметрів функціонування (Y ", X ", Z "). 2. Оцінної функцією M, яка співвідносить зовнішні та внутрішні властивості об'єкта проектування при z (Z до витрат (ресурсами), необхідні реалізації процесу проектування. Загалом случае.

M: (Y (Х (Z) (Q, і оцінна функція M характеризує витрати, зумовлені у різноманітних ресурсів (тимчасових, трудових, потребує матеріальних та т.п.), створення об'єкта з цим набором властивостей. Перевагу можуть надати проектного рішенню з такою набором зовнішніх y (Yи внутрішніх x (X властивостей, реалізованих при z (Z, що M ((у,(х,(z) (M (y, x, z) всім допустимих y (Y, x (X, z (Z.

Отже, розмаїття завдань проектування будь-яких об'єктів проектування зводиться до двох: a) максимізувати ефективність G проектованого об'єкта (допустимі видатки процес проектування Q задаються як обмежень); b) мінімізувати витрати Q (тимчасові, трудові, матеріальні), необхідних реалізації процесу проектування (вимоги до зовнішніх Y, внутрішнім Х властивостями й умовам функціонування Z об'єкта проектування задаються як ограничений).

4. Модель процесу проектування технологічних операций.

Зазвичай під час вирішення людиною тій чи іншій завдання звертають уваги на вміння знайти таку ясну думку, коли він його виконання є досить простым.

Одне з шляхів побудови такий «ясною погляду «на аналізовану завдання грунтується на використанні методу вибору уявлень на вирішення завдання. Такий підхід передбачає існування упорядкованого і щодо стійкого відносини переваги тим часом, що розуміється під типами уявлень вирішення завдань, з одного боку, і класами (наборами) методів вирішення завдань, з другой.

Усі безліч уявлень вирішення завдань інженерного проектування може бути віднесене до трьох основним типам: — вибору з перерахувань, — визначенню у просторі станів, — відома завдання до подзадачам.

Розглянемо кожен із типів уявлень. Використання уявлень з урахуванням вибрати з перерахувань можливо, за наявності безлічі готових, раніше спроектованих об'єктів (систем, пристроїв, складальних одиниць, технологічних операцій), описи що у формі SbMi (O) чи FnMi (O) доступні проектировщикам.

Рішення завдання проектування під час використання уявлень на кшталт вибрати з перерахувань реалізується за такою схемою: — пошук чи побудова перерахувань як упорядкованих множин {SbMi (O)}, {FnMi (O)} готових проектних рішень, відповідних тим об'єктах, що є предмет завдання проектування; - виділення на безлічах потенційно можливих рішень {SbMi (O)} чи {FnMi (O)} підмножини допустимих і доцільних рішень; - вибір однієї з існуючих раніше, готових об'єктів у найбільш предпочтительного вирішення даної задачі проектирования.

Існуючі об'єкти є вирішення інших, раніше поставлених завдань проектування з іншими умовами реалізації, обмеженнями та інших. Це дозволяє припустити, що використання уявлень з урахуванням вибрати з перерахувань має пріоритет у його випадках, коли у вимогах до властивостями об'єкта проектування задаються в вигляді обмежень. У цьому цільова орієнтація завдання проектування спрямовано мінімізацію тимчасових, трудових, матеріальних ресурсів, що реалізуються процесі створення нової вироби і (чи) освоєння їх у производстве.

Уявлення з урахуванням вибрати з перерахувань широко використовується при рішенні завдань проектування об'єктів низьких рівнів: матеріал, деталь, проста складальна одиниця, проста технологічна операція і ланцюжок технологічних операций.

Використання уявлень з урахуванням визначення у просторі станів припускає наявність чи можливість побудови повної StrFnMo (O) об'єктів того класу, якого можна віднести конкретний об'єкт даного завдання проектування, і навіть існування готових раніше спроектованих компонентів і (чи) елементів, у тому числі даний об'єкт проектування то, можливо на кшталт визначення у просторі станів реалізується за такою схемою: — запозичення чи побудова безлічі моделей {Str-FnMo (O)}, котрі потенційно придатні на формування приватних Str-FnMi (O), які відбивають окремі структури конкретного об'єкта; - вибір або синтез повної, отображающей все виділені структури, StrFnMo (O), найкращою себто конкретного об'єкта, умов реалізації та даного завдання проектування; - побудова моделі Str-FnMi (O) проектованого объекта.

Использование уявлень з урахуванням відомості завдання до подзадачам передбачає розбивка завдання на сукупність подзадач. Їх рішення наводить до виконання вихідної завдання. Процес застосовують рекурсивно для породження подзадач, до того часу наразі їх рішення стане тривиальным.

Рішення завдання проектування у разі реалізується за такою схемою: — запозичення чи побудова безлічі моделей {Str-FnMo (O)}, потенційно придатних на формування Str-FnMi (O) конкретного об'єкта, що становить предмет даного завдання проектування (формування безлічі можливих варіантів декомпозиції об'єкта проектування на подобъекты); - вибір моделі Str-FnMo (O), найкращою себто можливості побудови відповідної Str-FnMi (O) об'єкта даного завдання проектування з урахуванням особливостей умов реалізації завдання й обмежень; - побудова StrFnMi (O) проектованого об'єкта — параметризация, інтерпретація Srt-FnMo (O), найкраща себто умов даного завдання проектирования.

Уявлення з урахуванням відомості завдання до подзадачам використовуються тоді, коли за високих рівнів складності проектованих об'єктів чи то з відсутності необхідних методів і коштів завдання проектування неспроможна стати вирішеною з урахуванням інших типів уявлень. Їх використовують й у випадках, коли цільова орієнтація завдання проектування передбачає максимізацію рівні використання готових проектних решений.

Слід зазначити, що загалом разі різних стадіях рішення кожної конкретного завдання проектування можна використовувати різні типи уявлень: — на рівні рішення щодо типу відомості завдання до подзадачам; - лише на рівні складових одиниць — на кшталт визначення у просторі станів; - лише на рівні елементів — на кшталт вибрати з перерахувань і т.п.

При варіантному проектуванні може бути «конкурс «типів уявлень, коли сама й той самий завдання проектування даного рівня вирішується паралельно, з урахуванням різних типів уявлень, а остаточне виведення варіанта виготовляють рівні зіставлення результатів отриманих решений.

Під ПРОЦЕСОМ РІШЕННЯ завдання проектування усвідомимо сукупність послідовно мінливих станів завдання, отже, і моделей об'єкта проектирования.

Класифікація моделей об'єкта проектування дозволяє відобразити предметну бік структури процесу проектування (при реалізації по одному варіанту рішення і розгляді у лінійної проекції не враховуючи можливих итераций).

І тут процес проектування то, можливо представлено наступному виде:

M (TO)ц ({Fn — StrM (O)} ({StrMok (O)} ({Str Mik (O)} (.

({Str — FnM (O)} (Str — FnMi (O)G (SbM «i (O) (SbMi (O) (M (O)пр.

———————————;

Технічне задание.

Документація на готове изделие.

Эксплуатация.

Виготовлення серійної продукции.

Робочий проект.

Робоча проектирование.

Технічний проект.

Виготовлення досвідченого образца.

Технічне проектирование.

Ескізний проект.

Эскизное проектирование.

Підготовчий этап да нет да да нет.

да.

Формування чи коригування ТЗ.

Виконано вимоги ТЗ.

Змінювати параметри элементов.

Змінювати структуру.

Синтез варіанта структуры.

Зміна параметрів X.

АНАЛИЗ нет.

Вибір вихідних значень параметров.

IBM-370.

DMS-2.

DMS-2.

DMS-2.

DMS-2.

.. .

.. .

УС.

ГАП.

МПК.

ПК.

ЕС.

ПК.

М.

Т.

ПК.

Д.

ГП.

ГД.

КЭВМ.

МПК.

Т.

М.

ПК.

Д.

ГП.

ГД.

КЭВМ.

НМД.

ОЗУ.

НМЛ.

РМ.

РМ.

К.

А.

Н.

А.

Л.

Процесор мини-ЭВМ.

Машинописні і перфоленточные устрою вывода.

К.

А.

Н.

А.

Л.

Інші ЭВМ.

Інші САПР.

Інші АРМ.

Символьна печать.

Функціональна клавиатура.

Графопостроитель.

Кодировщик.

Графічний дисплей.

Символьний дисплей.

Накопичувачі на магнітних дисках.

Процесор микро-ЭВМ.

Накопичувачі на магнітної ленте.

Оперативне запам’ятовуючий устройство.

АРМ1.

АРМ3.

АРМ2.

б).

ЭВМ.

РМ.

РМ.

РМ.

а).

ЕОМ ЦВК.

ГУС.

ИУС.

АРМ.

ИУС.

АРМ.

ИУС.

АРМ.

ИУС.

АРМ.

…

в).

ЕОМ ЦВК.

ГУС.

ИУС.

АПД.

АРМ.

ГУС.

АПД.

ИУС.

АРМ.

ИУС.

АРМ.

ИУС.

АРМ.

ИУС.

АРМ.

ИУС.

АРМ.

ИУС.

АРМ.

ИУС.

АРМ.

…

г).

а).

б).

... .

... .

|Тип |Номер вузла | |Номер вузла |.

0 2 3 31.

a b.

a b.

c d.

c d.

a b.

a b.

c d.

c d.

a b.

a b.

c d.

c d.

a).

a b.

a b.

c d.

c d.

б) Минимальный охоплюючий прямоугольник.

c.

a.

b.

b'.

d.

yп.

yл.

yа.

y.

xл xа xп x.

Тактирование Распараллеливание Смешанная Конвеерная Последовательная Каскадная Параллельная Технических требований Допусков Параметров.

Параметрическое.

Структурное.

Композиция.

Декомпозиция.

Параметричес-кий.

Структурный.

Идентификация.

Преобразова-ние.

Параметричес-кая.

Структурная.

Многовариант-ный.

Одновариант-ный.

Оптимизация.

Синтез.

Анализ.

Алгоритмов.

Параметров.

Структуры.

Проектні процедуры.

Модель об'єкта проектирования.

…

…

Модель підсистеми однієї фізичної природы.

Модель підсистеми однієї фізичної природы.

Модель компоненты.

Модель компоненты.

|Модель об'єкта | |проектування | |Ланка 1 | | |Ланка 2 | | |. | | |. | | |. | | |Ланка N | | |Макромоде| | |ль 1 | | |Макромоде| | |ль 2 | | |. | | |. | | |. | | |Вузол 1 | | |Вузол 2 | | |. | | |. | | |. | | |Назначени| | |е | |.

|Модель | | |ланки | | |Ім'я | | |Тип | | |Парамет| | |р 1 | | |Парамет| | |р 2 | |.

|Макромо| | |дель | | |Ім'я | | |Тип | | |Парамет| | |р 1 | | |Парамет| | |р 2 | |.

|Модель | | |вузла | | |Ім'я | | |Тип | | |Кількість | | |входів | |.

Ім'я модели.

Тип.

Параметр

Параметр

|Прототип | |моделі ланки| |Ім'я| | |Тип| | | | |.

Лінгвістичний процессор

Підсистема логічного вывода.

Селектор

Интерпретатор

База знаний.

Підсистема ревізії знаний.

Робоча память.

Входное.

сообщение.

|Анализ повідомлень | |Морфологиче|Синтаксичес|Семантическ| |ський |київ |ий |.

Внутрішнє представление.

|Словарь | |Аффик|Морфо|Синта|Семан| |сы |ло-ги|к-сис|-тика| | |я | | |.

|Модель предметної| |області | |Структур|Структур| |а данных|а правил|.

Програма диалога.

Що Виходить сообщение.

|Набор шаблонів | |Шаблону вхідних | |повідомлень |.

|Морфологичес|Семантико-си| |київ |нтаксический| |Синтез повідомлень |.

…

…

Робоча память.

Выбор

Сопоставление.

Дозвіл конфликтов.

Зміна робочої памяти.

База знаний.

Активний набір даних, і правил.

Конфліктний набір зазначених правил (модулей).

Узятий цей самий модуль.

Технологічна операция.

Параметри, що характеризують природний процес, обраний як принципу побудови чи дії ТЕ, Хп.

Параметри, що характеризують технічну форму реалізації природного процесу у ТЕ, Хф.

Параметри коштів технологічного оснащення, Хо.

Внутрішні властивості ТО.

Предмет ТО.

Продукт ТО.

Zy — умови функціонування ТО.

Z (о — властивості предметів ТО.

Z ((о — властивості предметів ТО.

Зовнішні властивості ТЕ Y = Yн (Yу.

Середовище технологічної операції Z = Zy (Z (о (Z ((о.