авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский ...»

-- [ Страница 3 ] --

Если при структурном программировании декомпозиция задачи воспринимается как обычное разделение алгоритмов, то при объектно-ориентированном проектировании в качестве критерия декомпозиции системы выбирается принадлежность ее элементов к различным абстракциям предметной области. Как правильно расчленять сложную систему по алгоритмам или по объектам? И по алгоритмам, и по объектам. Опыт показывает, что полезнее сначала применить объектный подход. Это поможет лучше понять структуру будущей программной системы. Объектная декомпозиция уменьшает риск создания сверхсложных программных систем, так как она предполагает эволюционный путь развития системы на базе относительно небольших подсистем.

При автоматизации проектирования технических объектов в машиностроении использование объектно-ориентированного подхода кажется наиболее оправданным. Здесь исторически сложились такие понятия как деталь, узел, сборочная единица, которые могут служить прототипами объектов, используемых в автоматизированном проектировании.

Объектный подход применим при проектировании отдельных узлов из унифицированных конструктивных элементов - типовых решений на уровне узлов и деталей. В свою очередь, проектирование деталей также осуществляется из унифицированных конструктивно технологических элементов низшего уровня (отверстия, канавки и т.д.).

Для проектирования на основе объектно-ориентированного подхода в наибольшей степени подготовлено блочно-модульное проектирование изделий машиностроения. Это связано с тем, что такое проектирование в основном базируется на известных технических решениях, как правило, состоящих из типовых, нормализованных и стандартных деталей.

При этом для блочно-модульного проектирования характерны следующие моменты:

• наличие у объекта одного служебного назначения;

• ограниченное число вариантов технических условий и ограничений;

• использование типизированных правил выбора и расчетов функциональных элементов разных уровней иерархии;

• наличие единой функциональной структуры (или с минимальными изменениями), что в итоге ведет к ограниченности вариантов конструктивного исполнения;

• вариантность исполнения функциональных компоновочных решений, оформленных в виде параметрических рядов.

2.2. Системы автоматизированной поддержки информационных решений 2.2.1. Особенности решения задач в машиностроении Традиционно в машиностроении информация, используемая в процессе проектирова ния, сосредоточена в справочниках. К справочной информации обычно относятся часто используемые сведения о материалах, стандартных покупных изделиях (винты, штифты, подшипники и т.д.), описание типовых решений, методы расчета и т.д. Обычно такого типа информация содержится в общемашиностроительных или специализированных справоч никах конструктора. На основе стандартов, справочников и других нормативных материалов строятся специализированные выборки, которые получили название стандарты предприятия.

Конструкторско- технологический справочник представляет собой набор взаимо связанных базовых, функциональных зависимостей, применяемых пользователем при решении задач в предметной области. Базовые зависимости в справочнике разделены на объекты проектирования и строятся на единой понятийной основе, в единой системе единиц измерения и т.д. Здесь же обычно представлены таблицы с нормализованными значениями для типовых решений.

При решении конкретных задач пользователь в пределах своей профессиональной компетенции устанавливает последовательность применения зависимостей из справочника, организует "стыковку" отдельных зависимостей по параметрам, их значениям, единицам измерений в рамках текущей конструкции. Часть значений, полученных пользователем в ходе работы со справочником, сохраняется и включается в итоговый отчет. Другая часть значений, полученных пользователем в ходе работы, выступает в качестве промежуточных результатов для обращения к последующим зависимостям.

В качестве параметров для окончательной увязки отдельных элементов чертежа между собой в конструкции используются результаты расчетов или выбора из таблиц. Этим обеспечивается возможность применения параметризации базовых графических решений для конкретных условий применения.

Основные методы решения задач КТПП сложились задолго до появления средств вычислительной техники и имеют свою специфику, в которой можно выделить следующие характерные положения:

1. Для решения задач КТПП необходимо использование знаний и опыта специалиста предметной области (конструктора, технолога). В своей работе специалист оперирует самой разнообразной информацией - множеством признаков для классификации деталей, графическими изображениями, числовыми данными, правилами, отражающими опыт и интуицию экспертов, алгоритмами, неформальными процедурами.

2. В сложившейся нормативно-справочной среде (НСС) машиностроения (книги, ГОСТ, ОСТ, стандарты предприятий) функциональные зависимости между свойствами и объектами проектирования чаще всего представлены в виде таблиц, параметризованных графических образов, алгоритмов решений, номограмм и меньше в аналитической форме. Отсюда большинство решений достигается не в результате расчетов, а путем выбора пользователем из функциональных зависимостей, отвечающих заданным требованиям.

3. В ряде случаев решение задач достижимо при неполных, а иногда и противоречивых сведениях, отсутствие формальной организации НСС приводит к низкой эффективности поиска необходимых пользователю фактических сведений.

Справочная информация, помогающая принимать решения, разнородна и извлекается из разнообразных источников.

4. Часть решений задач реализуется по схеме: предположение - выбор ближайшего подходящего решения - поверочный расчет. Возможные решения многовариантны, критерии для их оценки далеко неоднозначны - пользователь принимает решения в зависимости от своего опыта, знаний и предпочтений.

5. Большой объем конструкторско-технологической документации представлен в алфавитно-цифровой и графической форме, оформление выходной документации регламентировано стандартами (ЕСКД, ЕСТД, ISO и т.д.).

6. Знания и опыт экспертов-проектировщиков, на основе которых формируется большая часть решений, доступны только в форме высказываний на языке деловой прозы. Это требование предполагает наличие определенной подготовки специалиста по работе со сложившейся справочной информацией и использование специализированного понятийного аппарата.

Наличие такой специфики определяется накопленным за многие десятилетия практическим опытом проектирования из параметризованных графических образов с соответствующими правилами принятия решений. За это время сложилась некоторая форма представления знаний по проектированию объектов машиностроения, которая прошла практическую обкатку специалистами в промышленности.

Большая часть этого опыта нашла свое отражение в отраслевых стандартах и справочниках. В этих материалах в явном виде отсутствуют алгоритмы и нет готовых рецептов решения задач. В материалах приведены некоторые правила и рекомендации, касающиеся отдельных примеров проектирования, использование которых защищает пользователя от серьезных просчетов. В этих рекомендациях в общем виде регламентирован достигнутый промышленный опыт: на уровне конструкций объектов в целом, на уровне отдельных узлов и деталей.

2.2.2. Проектирование на основе объектов При создании автоматизированной системы было бы желательно сохранить простоту использования, опыт и навыки конструктора по работе со справочником. Переход от хранения знаний в пассивном виде (книга) к активному их использованию в компьютерной среде представляет новые возможности для конструктора. В этом случае сведения из справочника доступны конструктору не только в виде обычных библиотек с символьными или графическими описаниями, но и в виде интеллектуального помощника, который следит за тем, что и как делает конструктор, дает советы по ходу работы, генерирует параметризованные фрагменты технических решений, при необходимости объясняет принятые решения. В этом случае конструктор оценивает предлагаемое ПЭВМ решение, при необходимости, их редактирует (как символьные значения, так и графические решения) и использует в своей практической деятельности. Вся эта практическая деятельность пользователя, протекает в условиях нехватки информации и многокритериальной оценки альтернатив.

Подход к организации деятельности конструктора в компьютерной среде реализован в рамках методологии создания систем автоматизированной поддержки информационных решений (САПИР). Одно из отличий САПИР от традиционных систем автоматизации проектирования (САПР), состоит в том, что конструктор может самостоятельно определить в привычной для него форме правила проектирования, сложившиеся в предметной области, и использовать их в повседневной работе.

Конструктор в своей деятельности вынужден учитывать многие источники информации и опираться на три важнейшие составляющие процесса проектирования:

понятийную модель, выполнение расчетов и графическое моделирование, которые составляют основу базы знаний объекта проектирования в машиностроении.

Функционально база знаний состоит из символьной и графической части (рис.2.3). В состав символьной части базы знаний входят система словарей и справочников (словарь понятий), блоки принятия решений (БПР) и таблицы нормативно- справочных данных (таблицы данных).

Представление объекта в компьютерной среде 1. Выделение существенно-значимых свойств объекта:

- именование свойств в форме словаря понятий предметной области;

- определение допустимых значений:

- для символьного типа - в форме списка допустимых значений;

- для цифрового типа - в форме интервала допустимых значений;

- определение для отдельных свойств значений по умолчанию;

2. Задание отношений и условий их применения, выраженные в форме:

Символьных представлений: Графических представлений:

- определения таблиц: - графические параметрические - исходных данных;

прототипы чертежей и фрагментов - результатов расчета;

для двухмерной или трехмерной - параметров графических модели;

прототипов;

- слайды технических решений.

- таблицы с нормативно-справочной информацией;

- блоки принятия решений;

- программы пользователя;

- макеты окон для диалога и т.д.;

3. Сценарий проектирования объекта:

- выбор данных из таблиц;

- выполнение расчетных процедур;

- передача параметров и оформление чертежей;

Рис. 2.3. Представление объекта в компьютерной среде Система словарей и справочников — это программно-методический комплекс, обеспечивающий ввод, хранение и использование системы терминов, понятий и данных в рамках единого информационного пространства предприятия. Она представляет собой программную среду для хранения и ведения в компьютерной форме понятийной модели о прикладной области.

Блоки принятия решений представляют собой простую и удобную форму спецификации знаний, ориентированную на специалиста предметной области. Блоки принятия решений предназначены для создания расчетных процедур. Основой разработки и заполнения блоков принятия решений служит традиционная нормативно-справочная информация (справочники, ГОСТы, СТП и т.д.) представленная в виде формул и таблиц.

Таблицы данных являются еще одним способом представления знаний. Таблицы позволяют хранить достаточно большие объемы однородной информации. Методической основой для работы с таблицами являются базы данных. Исторически в машиностроении сложилось так, что многие зависимости можно задать в табличном виде. Очень часто деталь или сборочная единица не могут принимать произвольные размеры, а имеют стандартные, нормализованные размеры. Эти зависимости сведены в ГОСТы и стандарты предприятий. На основе таких зависимостей создаются расчетные подсистемы выбора данных из таблиц.

Одним из способов представления знаний в машиностроении является параметрический чертеж. В параметрический чертеж, в отличие от обычного чертежа, конструктором дополнительно закладываются геометрические и функциональные взаимосвязи, основанные на поименованных свойствах детали или узла.

Для сложного изделия в комплект входит несколько чертежей, которые имеют общий набор переменных параметров. При ручном способе изменения одних и тех же параметров в разных файлах чертежей возможны (и обязательно будут) ошибки. При создании объекта в САПИР создается словарь параметров объекта и список параметрических чертежей (3D моделей, выходных документов и т.д.).

При проектировании конкретного изделия значения параметров из словаря поступают во все необходимые чертежи по команде пользователя автоматически. Даже не включая в систему никаких расчетов можно получить эффект от автоматизации. Далее возможно включение в объект расчетных подсистем. Этот пример является только иллюстрацией того, что проверить и использовать разрабатываемые решения можно почти на любом этапе создания автоматизированной системы.

Состав информационно-понятийного обеспечения САПИР представлен статической информацией, которая функционирует по принципу "один раз создать и многократно использовать", которая остается неизменной при каждом новом выполнении процесса проектирования, и динамической информацией, которая создается непосредственно в процессе проектирования (рис. 2.4).

1. Статическая информация 2. Динамическая информация 1.1.Система словарей и справочников: 2.1.Таблицы исходных данных и - словарь понятий;

результатов расчета проектных процедур.

- описание отношений;

2.2.Таблицы значений параметров - описание структуры табличных графических прототипов.

отношений.

2.3.Таблицы базы данных, создаваемые в 1.2.Таблицы с нормативно-справочной процессе проектирования конкретного информацией: объекта.

- основные и вспомогательные 2.4.Графическая документация:

материалы;

-чертеж общего вида;

- оборудование;

-сборочные чертежи;

- стандартные изделия и т.д.

-чертежи деталей;

1.3.Параметрические графические -спецификация;

прототипы 2.5.Текстовые документы.

1.4.Расчетные программы 2.4.Протокол вычислений по 1.5.Сценарий проектирования вычислительной модели и т.д.

1.7.Слайды технических решений.

Рис.2.4. Состав информационно-понятийного обеспечения процесса проектирования 2.2.3. Повторное использование знаний Одно из крупных изменений в технологии автоматизированного проектирования, связанное с применением информационных технологий, основано на более высоком уровне повторного использования прежних проектных решений. Это значительно облегчает и ускоряет проведение проектных работ.

В САПИР принципиальным моментом является то, что эксперт по решению задач конструкторско- технологической подготовки производства является основным разработ чиком моделей объектов. Именно он отбирает типовые решения, формирует словари понятий, определяет действия в типовых ситуациях, создает графические прототипы чертежей для их многократного использования. При этом компоненты CASE-технологии, поставляемые вместе с САПИР, призваны облегчить пользователю сопровождение и адаптацию программной системы под свои цели.

Используя накопленные знания, разработчик с помощью имеющихся у него средств проектирования может создать описание своего изделия, оценить параметры и свойства изделия. Если описания изделия на различных уровнях проектирования содержат противоречия, то система автоматизированной поддержки инженерных решений позволит разработчику выявить их и устранить.

В системе проектирования предусмотрены эффективные средства повторного использования проектных решений. Проектные группы уменьшенной численности могут быстро разрабатывать надежные системы на основе существующих объектов, которые уже проверены и все характеристики которых достаточно хорошо известны. В этих условиях небольшие проектные группы могут успешно работать над созданием новых сложных изделий.

2.2.4. Инструментальные средства создания САПИР Набор инструментальных средств включает следующие основные компоненты (рис.2.5):

1. Инструментальная компьютерная среда (ИКС);

2. Интегрированная интеллектуальная система (ИнИС);

3. Параметрическая графическая система (T-FLEX CAD фирмы Топ Системы).

Эксплуатация Разработка готовой системы базы знаний Интегрированная Инструментальная интеллектуальная компьютерная среда – система – программная набор платформа для инструментальных управления средств для работы с Набор объектов взаимодействием между символьной базой проектирования объектами знаний База знаний объекта Графическая система Графическая система T-FLEX CAD - средство T-FLEX CAD – средство для оформления для работы с конструкторской графической базой документации знаний Рис.2.5. Компоненты автоматизированного рабочего места специалиста Для разработки и модернизации символьных баз знаний используются инструментальные средства, входящие в состав инструментальной компьютерной среды (ИКС).

Для разработки и модернизации графических баз знаний и оформления комплекта конструкторской документации на проектируемый объект используется система параметрического автоматизированного проектирования и черчения T-FLEX CAD.

Для 3D моделирования можно также использовать другие параметрические системы Pro/ENGINEER, SolidWorks, Inventor, Unigraphics, Mechanical Desktop. Оформление чертежей в иностранных системах 3D моделирования сильно ограничено.

Программной оболочкой, в рамках которой используется база знаний и реализованы средства для управления и отражения текущего состояния процесса проектирования, является интегрированная интеллектуальная система (ИнИС).

Место представления знаний в процессе создания автоматизированной системы показано на рис.2.6. Под представлением знаний будем понимать набор методик, формализованных специализированных языков представления знаний и инструментальные средства, которые позволяют специалистам предметной области определить способ решения требуемой задачи.

Конечный Заказчик пользователь Интегрированная интеллектуальная система Спецификация Программный Представление знаний требований продукт предметной области Инструментальная компьютерная среда Разработчик Программист (предметная область) (информатика) Рис.2.6. Место представления знаний в процессе создания САПИР Способы представления знаний ориентированы на описание предметной области, а не на программирование и предназначены для решения следующих задач:

1. Вовлечь специалистов предметной области в процесс разработки автоматизированной системы. Проектные процедуры создаются специалистами на специализированных языках представления знаний и с помощью инструментальных средств включаются в конечный программный продукт или преобразуются в программы на определенном языке программирования.

2. Языки представления знаний приближены к описанию предметной области, представленной в справочной литературе и стандартах предприятия и доступны для понимания специалистами предметной области. Это позволяет использовать их в качестве основы для документации на проектируемую систему.

3. В процессе работы происходит уяснение решаемой задачи и упрощается ее формализация. Формализованные знания накапливаются в доступной для повторного использования форме.

4. Представление знаний позволяет отделить прикладные задачи от разработки структуры системы и задач, связанных с программированием. Специалисты предметной области и программисты могут работать над созданием автоматизированной системы параллельно.

5. Упрощается сопровождение готовой автоматизированной системы проектирования.

Обычно, процесс разработки САПИР подразумевает следующие этапы (рис. 2.7).

На этапе идентификации экспертом предметной области (ПрО) формулируются цели и задачи разработки, выделяются показатели, которым должна удовлетворять разработка.

Определяются специалисты ПрО и категории пользователей САПИР. В результате выполнения работ на данной стадии формируются и фиксируются требования к разработке.

На этапе концептуализации проводится содержательный анализ предметной области, выделяются объекты и их взаимосвязи. Определяется перечень экспертных задач, очерчивается нормативно - справочная среда, используемая при решении выделенных задач, определяются методы решения задач. Результатом работ на данном этапе является перечень объектов проектирования и оценка объема нормативно справочных данных.

На стадии формализации определяются способы представления всех видов знаний на ЭВМ и их интерпретация. Выбирается структура данных, присущая предметной области, т.е.

происходит переход с ориентации на модель к ориентации на данные. На этой стадии строится формальная модель решения задачи, определяется последовательность проектных процедур для проектирования объектов. На основе этой модели оценивается адекватность целям системы зафиксированных понятий, методов решения и средств представления знаний. Результатом работ на данном этапе является понятийная модель, отражающая содержательный уровень решения задачи.

ПЕРЕФОРМУЛИРОВАНИЕ ПЕРЕПРОЕКТИРОВАНИЕ ИДЕНТИФИКАЦИЯ УТОЧНЕНИЕ КОНЦЕПТУАЛИЗАЦИЯ ФОРМАЛИЗАЦИЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ТРЕБОВАНИЯ ТЕСТИРОВАНИЕ Определение предметной области. ПОНЯТИЙНАЯ МОДЕЛЬ Разработка Определение технического объектов, задания. нормативно ФОРМАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ справочной Формальная литературы, спецификация КОМПЬЮТЕРНЫЕ методов знаний об БЗ+БД+ПО решения объектах, Накопление задач. перечень на ЭВМ баз проектных знаний и процедур. данных, Проверка реализация правильности проектных функциониро процедур. вания САПИР на ЭВМ.

Рис.2.7. Последовательность действий при разработке САПИР На стадии реализации происходит наполнение формальной модели знаниями и данными. На этой стадии осуществляется наполнение экспертом баз знаний и данных системы. В связи с тем, что основным источником мощности САПИР являются знания, данная стадия является наиболее важным (обычно и наиболее трудоемким) этапом проектирования автоматизированных систем. Процесс приобретения знаний разделяют на извлечение знаний, организацию знаний, обеспечивающую эффективную работу системы, и представление знаний в машиночитаемом и обрабатываемом виде. Эвристический характер знаний приводит к тому, что процесс их приобретения является весьма трудоемким.

Стадия тестирования (комплексная отладка) включает комбинирование и реорганизацию различных порций знаний с целью устранения неувязок между спецификациями, блоками принятия решений и базой данных.

Общая схема переноса знаний из традиционного бумажного представления в компьютерную модель представлена на рис.2.8.

Примерами компьютерных баз знаний, созданных с применением данной методики и инструментальных средств, являются системы проектирования штампов для листовой штамповки, гладких и резьбовых калибров, станочных приспособлений, проектирование электродвигателей и т.д. Опыт показывает, что создание баз знаний возможно только при участии в разработке специалистов предметной области. Примерные объемы и состав некоторых компьютерных баз знаний приведены в таблице 2.1.

Рис.2.8. Схема переноса нормативно-справочной информации предприятия в компьютерную модель В таблице "Расчеты" включают, как работу с таблицами данных (как правило, выбор из ГОСТов), так и расчеты с использованием блоков принятия решений (как правило, расчет по формулам и таблицам из справочников). Эти проектные подсистемы разрабатывались с помощью ИКС. "Программы" были написаны с использованием традиционных средств на языке программирования "С", "С++". Параметрические "Чертежи" создавались с использованием графической системы T-FLEX CAD.

Таблица 2.1: Примерные объемы и состав некоторых компьютерных баз знаний Типы файлов Кол-во Объем Относительный файлов (Мбайт) объем Штампы для листовой штамповки Все файлы 4198 35.4 1. Расчеты 3247 7.4 0. Программы 19 1.6 0. Чертежи 932 26.4 0. Калибры для упорной резьбы Все файлы 140 0.66 1. Расчеты 125 0.42 0. Чертежи 15 0.24 0. Процессы формализации и накопления знаний на предприятии не могут выполняться одномоментно. Поэтому в основу представленных методик и инструментальных средств были заложены методы и технологии, как для быстрой разработки программного продукта, так и для долговременного сопровождения созданных баз знаний. Набор инструментальных средств работы с символьными и графическими знаниями ориентирован в первую очередь на эксперта предметной области, а не на программиста. Представление знаний предметной области максимально приближено к традиционным формам в виде таблиц, формул и комментариев к ним на естественном языке. Это позволяет пользователю самостоятельно вводить и поддерживать в актуальном состоянии накопленные знания.

Представленная методика не исключает использования традиционных и других инструментальных средств при разработке автоматизированных систем, а именно, написание прикладных программ на языках С, С++, Visual Basic и т.д. Как показывает практика создания сложных систем, программу на одну страницу может написать любой человек с техническим образованием. Десять или сто таких отдельных программ не могут составить программный комплекс. Для создания сложной программной системы требуются специальные знания и методы проектирования. Представленные здесь методики разрабатывались для применения их специалистами предметной области с учетом этих специальных знаний, необходимых при создании и сопровождении сложных программных систем.

2.3. Система словарей - справочников данных 2.3.1. Словарь понятий предметной области При создании информационных систем у разработчиков возникает задача моделирования реального мира на ЭВМ, т.е. выбора способов именования объектов предметной области и отображения их свойств и взаимосвязей. Предметной областью будем называть совокупность объектов, предметов реального мира, рассматриваемых в рамках определенного контекста.

Полное исчерпывающее описание какой-либо предметной области при существующем уровне развития вычислительной техники – это практически неосуществимая задача, которая, по-видимому, не будет решена и в ближайшем обозримом будущем. Однако для решения возникающих в практической деятельности задач полное информационное описание предметной области и не требуется. Так как любая решаемая задача связана с достижением некоторой цели (или совокупности целей), то в предметной области всегда можно выделить ограниченную совокупность объектов, их свойств и взаимных связей, которые с точки зрения поставленных целей рассматриваются как существенные.

Практика показывает, что пользователь лишь тогда может осмысленно понять информационную систему, а значит и осознанно эксплуатировать ее в ходе производственной деятельности, когда для всех предметов реального мира существуют в абстрактном мире создаваемой информационной системы обозначения понятные для той и другой стороны. В данном контексте понимание пользователем информационной системы подразумевает в первую очередь ее функциональное понимание, т.е. что она делает, а не как она реализована.

В общем случае поставленная задача может быть сформулирована так:

- для организации взаимопонимания информационной системы с пользователем необходим подробный и знакомый обеим сторонам словарный запас.

Предметы в реальном мире имеют некоторый набор характеристик (длина, ширина, высота, температура и т.д.). Каждая отдельная характеристика, которая является существенной для решаемой задачи, абстрагируется как отдельный атрибут. Определение понятий предметной области подразумевает выявление атрибутов, являющихся свойствами объектов или процессов, которые необходимы для достижения поставленной цели. Атрибут это абстракция одной характеристики, которой обладают все абстрагированные объекты.

Каждый атрибут имеет уникальное имя (идентификатор), который обозначает этот атрибут в вычислительной среде, полное наименование атрибута для пользователя и набор допустимых значений.

Множество атрибутов, необходимых для решения поставленной задачи, определим как словарь понятий предметной области. Создание словаря понятий выполняется на этапе формализации решаемых задач. Словарь понятий включает набор атрибутов, характеризующих свойства объектов предметной области. Словарь понятий требуется для поддержания на ЭВМ понятийной модели проектируемого объекта. Физически словарь понятий реализован в виде таблицы, состоящей из трех колонок (рис 2.9):

1. Идентификатор (имя) атрибута.

2. Шаблон (формат) атрибута (табл.2.2).

3. Полное название атрибута.

Каждая строка словаря понятий содержит описание одного атрибута (термина, понятия, параметра) предметной области.

Имя Шаблон Наименование Dnom F9.4:[3,10.5) Номинальный контролируемый размер, мм E A5 Положение поля допуска K A5 Квалитет DOP F6.3 Допуск номинального размера, мм ES F9.4 Верхнее отклонение, мм EI F9.4 Нижнее отклонение, мм Dpr F8.4 Проходной размер, мм Dne F8.4 Непроходной размер, мм Dizn F8.4 Изношенный размер, мм Hkl F8.4 Допуск на изготовление калибра, мм OB S10 Обозначение скобы B F7.2 Ширина скобы, мм L F7.2 Длина скобы, мм d F7.2 Диаметр отверстия в скобе, мм l1 F7.2 Расстояние до центра 1-го отверстия, мм l2 F7.2 Расстояние до центра 2-го отверстия, мм M F7.2 Масса скобы, кг Рис.2.9. Пример словаря понятий для калибра-скобы Таблица 2.2. Определение шаблона атрибута Тип данных атрибута Шаблон Примеры Целый Iмаксимальное число символов I2, I4, I Вещественный Fмаксимальное число символов. F7.2, F8. число символов дробной части Символьный Aмаксимальное число символов A10, A20, A Sмаксимальное число символов S10, S20, S Число символов может принимать значение от 1 до При заполнении отдельных колонок словаря понятий следует учитывать следующее:

• идентификатор атрибута состоит из букв латинского алфавита или цифр и начинается с буквы.

• шаблон значений атрибута задает информацию о типе данных атрибута и формате представления значений атрибута в вычислительной среде.

Для цифровых данных максимальное число символов задает длину поля для записи числа со знаком. Знак плюс у числа не печатается. Например, шаблон F7.2 задает числа в интервале от -999.99 до 9999.99, а шаблон I4 — числа от -999 до 9999.

Если символьный атрибут в словаре понятий имеет тип данных 'A', то необходимо наличие специального списка значений, содержащего все допустимые символьные значения этого атрибута. Список значений представляется в форме таблицы, состоящей из двух колонок (рис. 2.10):

1. Номер значения (целое число);

2. Собственно символьное значение атрибута.

Номер Значение 11 h 12 js Рис.2.10. Пример списка значений атрибута "Положение поля допуска" В текущей версии САПИР словарь понятий хранится в текстовом файле. По умолчанию имя файла словаря — "slovar.txt". Списки значений хранятся в отдельных файлах.

Имя файла, содержащего список значений, строится на базе имени идентификатора с добавлением расширения ".kod" (идентификатор атрибута.kod). Например, для атрибута "Положение поля допуска" список значений хранится в файле "e.kod".

2.3.2. Список таблиц и табличные зависимости Для задания связей между свойствами объектов атрибуты словаря понятий объединяются в различного рода зависимости. Исторически в машиностроении сложилось так, что многие зависимости можно представить в табличном виде. Очень часто деталь или сборочная единица не могут принимать произвольные размеры, а имеют стандартные, нормализованные размеры. Эти зависимости сведены в ГОСТы и стандарты предприятий. На основе таких зависимостей создаются таблицы данных. Таблицы позволяют хранить достаточно большие объемы однородной информации. Методической основой для работы с таблицами являются базы данных.

Реляционной базой данных называется связанная информация, представленная в виде двумерных таблиц. Таблица содержит строки и столбцы (колонки). Каждая строка таблицы (называется также записью) соответствует определенному объекту, каждая колонка содержит значение некоторого свойства объекта. Обычно, реляционная база данных состоит из нескольких взаимосвязанных таблиц.

Для обеспечения максимальной гибкости при работе с данными строки таблицы, по определению, никак не упорядочены. Строки таблицы предполагаются расположенными в произвольном порядке. Для пользователя данные могут быть упорядочены в наиболее удобном виде.

В отличие от строк, колонки таблицы (также называемые полями) упорядочены и поименованы. Это означает, что каждая колонка таблицы должна иметь имя, отличное от других имен, для того, чтобы не возникло путаницы. Все колонки следуют друг за другом в определенном порядке. Колонка или группа колонок, используемая для однозначной идентификации каждой строки, называется первичным ключом таблицы. Первичный ключ обеспечивает различие всех строк таблицы.

Сведения обо всех табличных зависимостях, используемых при описании предметной области, должны быть перечислены в списке таблиц и списке отношений. Список таблиц определяет имена таблиц и полные названия (комментарии) к ним. Список отношений задает имена, размер и расположение колонок таблицы. При этом имена колонок представляют собой атрибуты словаря понятий, на основе которого создана таблица. В текущей версии САПИР по умолчанию список таблиц размещается в файле "sptab.kat", а список отношений в файле "sptab.txt".

Таблицы с точки зрения хранимых в них данных неформально можно классифи цировать следующим образом:

• таблицы исходных данных проектной процедуры;

• таблицы результатов проектной процедуры;

• таблицы параметров прототипов чертежей;

• таблицы данных с нормативно – справочной информацией.

Таблица исходных данных обычно состоит из одной строки и включает в себя параметры необходимые для выполнения проектной процедуры. Здесь проектной процедурой может быть расчет или отбор строки (строк) из таблиц базы данных. Таблица результатов может состоять более чем из одной строки и включает в себя параметры, получаемые в результате выполнения проектной процедуры. Таблица параметров прототипа чертежа состоит из одной строки и включает в себя значения, необходимые для параметризации чертежа. Заполнение таблиц значениями параметров осуществляется на этапе эксплуатации САПИР.

2.3.3. Отбор строк из таблицы базы данных Одним из основных действий при работе с таблицами нормативно-справочных данных является поиск данных по запросу пользователя. В терминологии реляционной модели запрос на получение данных может быть представлен в виде композиции трех реляционных операций: селекции, проекции и соединения. Селекция – это выбор строк таблицы, удовлетворяющих заданным ограничениям. Проекция – это выбор только нужных колонок таблицы. Соединение – это формирование новой таблицы из нескольких исходных таблиц.

Поиск в таблицах данных выполняется программой "xsel.exe". Эта программа предназначена также для выполнения операций проекции и соединения таблиц. Командная строка запуска программы имеет следующий вид :

xsel [ключи] файл условия отбора входной файл выходной файл где ключи:

-dis - только различные записи;

-l[:файл листинга];

-p:файл параметров[:имя таблицы];

-s:список таблиц;

Входной файл, выходной файл и файл параметров являются таблицами и должны быть определены в списке таблиц. Если во входных файлах (файл условия отбора, входной файл и файл параметров) указан не полный путь, то поиск этих файлов выполняется вначале в текущем каталоге, а затем в том каталоге, где расположен список таблиц.

Формирование выходной таблицы осуществляется следующим образом (рис.2.11).

Файл условия отбора содержит логическое выражение, которое определяет, какие значения попадут в выходную таблицу. Значения из текущей строки входной таблицы и таблицы параметров составляют набор атрибутов, которые участвуют в записи логического выражения. Если логическое выражение – истина, то из данного набора значений атрибутов формируется строка выходной таблицы.

Операндами логического выражения могут быть целые, вещественные и символьные константы или имена колонок входной таблицы и таблицы параметров. Имени колонки может предшествовать имя таблицы, из которой подставляется значение в логическое выражение. Имя таблицы отделяется от имени колонки символом точка ('.'). Например:

12, 56, 0.25, 30.5, "текст", D, D1, R, A.D, b.r Таблица данных Набор значений Выходная Входная таблица атрибутов таблица Файл, содержащий логическое выражение условий отбора Рис. 2.11. Схема формирования выходной таблицы по запросу В выражении используются следующие операции:

1. Арифметические:

- унарный минус;

- сложение;

+ - вычитание;

- умножение;

* - деление;

/ - возведение в степень;

** 2. Сравнения:

- равно;

== - не равно;

!= - больше;

- больше или равно;

= - меньше;

- меньше или равно;

= 3. Логические:

- логическое “и” (конъюнкция);

&& - логическое “или” (дизъюнкция);

|| - отрицание.

!

В выражении используются следующие функции:

match(выражение,шаблон) - сравнение текстовых строк по шаблону.

Шаблон может содержать следующие специальные символы:

'?' - заменяет значение одного любого символа в конкретной позиции;

'*' - заменяет любую последовательность символов;

Заглавные и прописные буквы шаблона не различаются. Например:

"o*" - произвольный текст, начинающийся с 'o';

"*глу*" - произвольный текст, включающий набор символов "глу".

Условие отбора может записываться на нескольких строках. Наличие вначале строки двух точек ("..") означает, что данная строка является комментарием.

2.3.4. Пример проектной процедуры "Выбор параметров калибра" Приведем пример проектной процедуры для выбора параметров (размеров) калибра скобы двусторонней для диаметров от 3 до 10мм (ГОСТ 18360-93). Исполнительные размеры калибра считаются в другой проектной процедуре ("Расчет исполнительных размеров").

Исходными данными для выбора параметров калибра-скобы является номинальный диаметр вала (Dnom). Результатом выполнения проектной процедуры является набор размеров калибра-скобы. Конструкция и основные размеры двусторонних калибров-скоб приведены в ГОСТ 18360-93 на чертеже 2 и в таблицах 2 и 4.

Словарь параметров проектной процедуры и таблицы данных, созданные на основе таблиц 2 и 4 ГОСТ 18360-93 приведены на рис.2.12-2.14. Для создания запроса на выбор данных из таблиц исходные таблицы были преобразованы в таблицы базы данных, а именно, параметр Dnom из 1-й колонки заменен двумя параметрами Dmin, Dmax, которые определяют критерий для выбора строки таблицы: Dmin = Dnom && Dnom Dmax.

Имя Шаблон Наименование Dnom F8.4 Номинальный контролируемый размер, мм Dmin F7.2 Минимальный контролируемый размер, мм Dmax F7.2 Максимальный контролируемый размер, мм d F7.2 Диаметр отверстия в скобе, мм L F7.2 Длина скобы, мм l1 F7.2 Расстояние до центра 1-го отверстия, мм l2 F7.2 Расстояние до центра 2-го отверстия, мм B F7.2 Ширина скобы, мм M F7.2 Масса скобы, кг OB S10 Обозначение скобы Рис.2.12. Словарь понятий проектной процедуры "Выбор параметров калибра" Таблица P18360: Параметры скоб ГОСТ 18360-93, табл. Dmin Dmax d L l1 l2 B M 3.0 6.3 8 40 10 8 25 0. 6.3 10.5 12 50 12 10 32 0. Рис.2.13. Пример таблицы данных "Параметры калибров-скоб ГОСТ 18360-93" Таблица OBOZ: Обозначения скоб ГОСТ 18360-93, табл Dmin Dmax OB 3.0 3.2 8102- 3.2 3.4 8102- 3.4 3.5 8102-.........

9.0 9.5 8102- 9.5 10.0 8102- 10.0 10.5 8102- Рис.2.14. Пример таблицы данных "Обозначения калибров-скоб ГОСТ 18360-93" Набор исходных данных и результатов расчета задается в виде определений таблиц (рис.2.15). Следует отметить, что определения таблиц создаются системой автоматически посредством диалогового интерфейса и не видны для конечного пользователя.

SKINP: Исходные данные выбора калибра Имя Шаблон Начальная позиция Конечная позиция Dnom F8.4 2 SKPAR: Промежуточные данные выбора калибра Имя Шаблон Начальная позиция Конечная позиция Dnom F8.4 2 OB S10 12 SKOUT: Результаты выбора калибра Имя Шаблон Начальная позиция Конечная позиция d F7.2 2 L F7.2 10 l1 F7.2 18 l2 F7.2 26 B F7.2 34 M F7.2 42 OB S10 50 Рис.2.15. Пример определений таблиц данных В виду того, что выбор данных выполняется из 2-х таблиц данных требуется сохранить промежуточные результаты выбора из 1-й таблицы, т.е исходные данные (Dnom) и результат выбора обозначения калибра (OB) сохраняется в промежуточной таблице (таблица SKPAR). Таблица SKPAR является исходной для выбора остальных данных из таблицы P18360.

Командный файл, который выполняет выбор данных, приведен на рис.2.16. Текстовый файл "sk.sel" содержит логическое выражение с критерием выбора строк из таблиц, а именно, текст "Dmin = Dnom && Dnom Dmax".

@echo off rem Выбор параметров калибра rem %1 — каталог проектной процедуры xsel -s:%1sptab -p:skinp sk.sel OBOZ skpar xsel -s:%1sptab -p:skpar sk.sel P18360 skout del skpar.tab Рис.2.16. Пример командного файла для выбора данных из 2-х таблиц Выше был рассмотрен процесс создания проектной процедуры (этап разработки). При проектировании калибра-скобы (этап эксплуатации) конструктор проверяет (вводит) исходные данные (рис.2.17), нажимает кнопку для выполнения и проверяет (изменяет) результаты расчета (рис.2.18).

Рис.2.17. Пример исходных данных проектной процедуры Рис.2.18. Пример результатов расчета проектной процедуры 2.4. Блоки принятия решений 2.4.1. Возможности блоков принятия решений Блок принятия решений (БПР) представляет собой удобную и простую форму спецификации знаний пользователя о предметной области. Основой для заполнения БПР является традиционная нормативно - справочная информация. БПР построены так, чтобы они могли использоваться в качестве документации на созданные с их помощью программные продукты.

Для примера рассмотрим расчет толщины прямоугольной матрицы при холодной листовой штамповке [Справочник конструктора штампов: Листовая штамповка/Под общ.

ред. Л.И. Рудмана.-М.:Машиностроение, 1988.-496 с. (стр.75-79) ]. Описание расчета приведено близко к исходному тексту из справочника Рудмана.

Рис. 2.19. Размеры прямоугольной матрицы Толщину прямоугольной матрицы Hm определяют из следующей эмпирической зависимости, мм:

Hm=S + Km Ap+ Bp+ 7, (1) где S – толщина штампуемого материала, мм;

Ap и Bp – размеры рабочей зоны матрицы, мм;

Km – коэффициент;

В*, МПа До 120 Св.120 Св.200 Св.300 Св.500 Св. до 200 до 300 до 500 до Km 0,5 0,6 0,8 1,0 1,3 1,5-2, * Временное сопротивление штампуемого материала Дополнительно по эмпирической формуле можно проверить достаточность толщины матрицы, мм:

Hm= 100 P, (2) где P – требуемое технологическое усилие штамповки, кН.

После этого следует принять большее из значений Hm, полученных по формулам (1) и (2). Найденное таким образом значение Hm необходимо округлить до ближайшего большего числа из следующего ряда чисел: 8, 10, 12, 16, 20, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 71, 80.

Для преобразования этого расчета к компьютерному виду необходимо зафиксировать используемые в расчете параметры в виде словаря понятий (рис.2.20). Формулы, таблицы и словесное описание фиксируются в виде БПР. Рекомендуется одну формулу записывать в один блок для удобства отладки. При возникновении ошибки известно в какой формуле возникла ошибка. В один блок можно записать только одну таблицу. Таким образом, для формализации расчета следует создать следующие блоки (рис.2.21-2.24):

• расчет предварительной толщины матрицы по формуле (1);

• расчет минимальной толщины матрицы по формуле (2);

• выбор коэффициента для формулы (1) из таблицы;

• рассчитать максимум из 2-х толщин и выполнить нормирование по ряду чисел.

Имя Шаблон Наименование Ap F7.2 Длина рабочей зоны, мм Bp F7.2 Ширина рабочей зоны, мм Gb F6.0 Временное сопротивление при растяжении, МПа H1m F7.2 Предварительная толщина матрицы, мм Hr F7.2 Расчетная толщина матрицы, мм Hmin F7.2 Минимальная толщина матрицы, мм Km F4.3 Коэффициент расчета толщины матрицы Pmt F8.0 Технологическое усилие, воспринимаемое матрицей, Н S F5.2 Толщина штампуемого материала, мм mmH F7.2 Толщина матрицы, мм Рис. 2.20. Словарь понятий для расчета толщины матрицы Блок: bmm Наименование: Коэффициент расчета толщины матрицы Источник информации:

Справочник конструктора штампов: Листовая штамповка/Под общ.

ред. Л.И. Рудмана.-М.:Машиностроение, 1988.-496 с. (стр.76) ---------------------------------------------------------------- | Наименование параметра | Значение | Имя | ---------------------------------------------------------------- | 1. Временное сопротивление | | | | при растяжении, МПа | | | ---------------------------------------------------------------- | 2. Коэффициент расчета толщины матрицы | | | ---------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------- | Временное сопротивление | Коэффициент расчета толщины матрицы | | при растяжении, МПа | | ---------------------------------------------------------------- | (0.,120.] | 0.5 | |-------------------------|-------------------------------------| | (120.,200.] | 0.6 | |-------------------------|-------------------------------------| | (200.,300.] | 0.8 | |-------------------------|-------------------------------------| | (300.,500.] | 1.0 | |-------------------------|-------------------------------------| | (500.,1000.] | 1.3 | |-------------------------|-------------------------------------| | (1000.,) | 1.8 | ---------------------------------------------------------------- Рис. 2.21. БПР для выбора коэффициента для формулы (1) Блок: bmm Наименование: Расчет толщины прямоугольной матрицы Источник информации:

Справочник конструктора штампов: Листовая штамповка/Под общ.

ред. Л.И. Рудмана.-М.:Машиностроение,1988,-496с.,(стр.76,79) ---------------------------------------------------------------- | Наименование параметра | Значение | Имя | ---------------------------------------------------------------- | 1. Длина рабочей зоны, мм | | Ap | | 2. Ширина рабочей зоны, мм | | Bp | | 3. Толщина штампуемого материала, мм | |S | | 4. Коэффициент расчета толщины матрицы | | Km | ---------------------------------------------------------------- | 5. Предварительная толщина матрицы, мм | | | ---------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------- | Ширина | Длина рабочей зоны, мм | | рабочей зоны, мм |------------------------------------------| | | (0,) | ---------------------------------------------------------------- | (0,) | 7.+S+Km*sqrt(Ap+Bp) | ---------------------------------------------------------------- Рис. 2.22. БПР для расчета толщины матрицы по формуле (1) Блок: bmm Наименование: Расчет минимальной толщины матрицы Источник информации:

Справочник конструктора штампов: Листовая штамповка/Под общ.

ред. Л.И. Рудмана.-М.:Машиностроение,1988,-496с.,(стр.76,79) ---------------------------------------------------------------- | Наименование параметра | Значение | Имя | ---------------------------------------------------------------- | 1. Технологическое усилие, | | Pmt | | воспринимаемое матрицей, Н | | | ---------------------------------------------------------------- | 2. Минимальная толщина матрицы, мм| pow(0.1*Pmt,1./3.) | | ---------------------------------------------------------------- Рис. 2.23. БПР для расчета толщины матрицы по формуле (2) Блок: Bmm Наименование: Расчет толщины матрицы Источник информации:

Справочник конструктора штампов: Листовая штамповка/Под общ.

ред. Л.И. Рудмана.-М.:Машиностроение, 1988.-496 с. (стр.79) ---------------------------------------------------------------- | Наименование параметра | Значение | Имя | ---------------------------------------------------------------- | 1. Предварительная толщина матрицы, мм | | H1m | | 2. Минимальная толщина матрицы, мм | | Hmin | ---------------------------------------------------------------- | 3. Расчетная толщина матрицы, мм | max(H1m,Hmin) | | | 4. Толщина матрицы, мм | | | ---------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------- | Расчетная толщина | Толщина матрицы, мм | | матрицы, мм | | --------------------------------------------------------- | (0,4] | 4 | |--------------------|-----------------------------------| | (0,6] | 6 | |--------------------|-----------------------------------| | (0,8] | 8 | |--------------------|-----------------------------------| | (8,10] | 10 | |--------------------|-----------------------------------| | (10,12] | 12 | |--------------------|-----------------------------------| | (12,16] | 16 | |--------------------|-----------------------------------|...

|--------------------|-----------------------------------| | (56,63] | 63 | |--------------------|-----------------------------------| | (63,71] | 71 | |--------------------|-----------------------------------| | (71,80] | 80 | --------------------------------------------------------- Рис. 2.24. БПР для расчета максимума из 2-х толщин и нормирования Основные преимущества представления знаний в форме блоков принятия решений перед традиционным программированием приведены ниже:

1. Представления знаний в форме "условие - действие" наиболее полно соответствует способу, с помощью которого пользователь выражает и фиксирует свои навыки и умения.

2. Анализ традиционно сложившейся нормативно - справочной среды в машиностроении показывает, что БПР являются наиболее массовой и естественной формой представления знаний предметной области.

3. Использование БПР позволяет разработчику выполнить функциональное структурирование знаний. При этом выполняется подбор нормативно-справочной литературы и выполняется уяснение решаемой задачи.

4. Предложенный формат БПР обладает уровнем формализации, достаточным для реали зации таких знаний на ЭВМ. При этом значительно снижаются требования к уровню специальной подготовки пользователей в области программирования.

5. Для пользователей использование БПР позволяет автоматизировать получение исходного текста программ и сократить затраты на поддержание текущей версии документации на программную разработку.

6. При использовании программы планировщика на базе множества БПР может быть создана специализированная экспертная система без дополнительного программиро вания.

Использование БПР позволяет специалистам ПрО самостоятельно (без привлечения программистов) выполнять формализацию нормативно - справочных данных и накопленных на предприятии технических решений. При этом представление знаний в ЭВМ максимально приближено к традиционным формам, используемым в справочниках, т.е. в виде таблиц, формул и комментариев к ним на естественном языке.

При использовании БПР существенно снижаются требования к программной подготовке специалистов, участвующих в разработке программного обеспечения.

Фактически специалисту необходимо иметь простейшие навыки работы с клавиатурой и уметь пользоваться одним из текстовых редакторов.

2.4.2. Язык спецификации блоков принятия решений Исходные тексты на языке спецификации БПР хранятся в текстовых файлах с расширением “.bpr”. Блок принятия решений состоит из 3 частей (рис. 2.25):

1. Заголовок блока принятия решений;

2. Таблица условий применения;

3. Таблица решений.

Заголовок блока содержит справочные сведения, которые включают имя блока, фамилию разработчика, развернутое наименование содержимого блока, область применения и источник информации для создания блока. Сведения из заголовка используются как комментарий. Заголовок начинается со слова "Блок:", за которым следует имя блока. Имя блока состоит из латинских букв и цифр и начинается с буквы. Имя блока должно совпадать с именем файла для этого блока. В настоящей версии имя блока не должно превышать символов. Рекомендуется имя блока начинать с буквы ‘B’, за которой следует номер блока (например, B1, B2 и т.д.) или условное обозначение.

Таблица условий применения блока содержательно разделена четырьмя горизонталь ными линиями на три части:

1. Шапка таблицы;

2. Определение входных атрибутов;

3. Определение выходных атрибутов.

Заголовок блока Блок: имя блока Разработчик:

Наименование:

Область применения:

Источник информации:

Таблица условий применения ---------------------------------------------------- | Наименование атрибута | Значение | Имя | ---------------------------------------------------- |1. | | | |2. Описание входных атрибутов и | | |... ограничений на допустимые значения | | |N. | | | ---------------------------------------------------- |N+1. Описание выходных атрибутов | | |... | | | ---------------------------------------------------- Таблица решений ---------------------------------------------------- | | | | Наименование входного | | | | | атрибута K | | | | |-------------------------| | | | | Интервалы значений | | | | | входного атрибута K | | Наимено- | Наимено- |...| | | | вание | вание | |-------------------------| | входного | входного | | Наименование входного | | атрибута | атрибута | | атрибута L | | i | j | |-------------------------| | | | | Интервалы значений | | | | | входного атрибута L | | | | | | | | | | | | |-------------------------| | | | |... | ---------------------------------------------------- | | | | | | | | |----------|----------|---|-------------------------| | Интервалы значений | | значения | | |--- входных атрибутов --|------- выходных -----| | | | атрибутов | | |----------|----------|---|-------------------------| | | | | | | | | ---------------------------------------------------- Рис.2.25. Структура блока принятия решений Число позиций, отводимых под эти горизонтальные линии, определяет ширину таблицы условий применения и не должно превышать 254 символа. Все четыре горизонтальные линии должны быть равны между собой. Обычно для горизонтального разделителя используется символ '-' (минус), а для вертикального - '|' (код 124). Содержимое шапки таблицы условий применения блока играет справочную роль при чтении БПР.

По вертикали таблица условий применения блока принятия решений разбита на три колонки. Первая колонка содержит список наименований входных и выходных атрибутов блока. Пользователю следует обратить внимание на то, что наименования атрибутов в БПР должны в точности совпадать с наименованиями соответствующих атрибутов в словаре понятий. Это связано с тем, что часть букв русского и латинского алфавитов визуально не различаются. Это не относится к разделяющим пробелам между отдельными словами и к написанию больших и малых букв русского и латинского алфавита. Входные и выходные атрибуты в таблице условий применения БПР имеют единую, сквозную нумерацию целыми числами, начиная с единицы. Номер отделяется от наименования атрибута точкой.

Вторая колонка может содержать ограничения на допустимую область определения значений для каждого из входных атрибутов блока принятия решений. Область определения входного атрибута может быть записана в виде последовательности констант или интервалов, разделенных запятыми. Константа может соответствовать целому, вещественному или символьному типу данных.

Для атрибутов, имеющих целый или вещественный тип данных, могут использоваться цифры 0...9 (следует отличать букву О от цифры 0), а также символы минус (-) и точка (.).

Символьные данные имеют тип 'A' (список значений) и допускают любые символы кроме символа ',' (запятая). Например, отдельные значения целого, вещественного или символьного типа:

8, 36.5, Быстрорежущая сталь.

Интервал допустимых значений записывается в виде двух чисел, разделенных между собой запятой и заключенных в круглые или квадратные скобки. При этом первое число соответствует нижней границе интервала, а второе - верхней. Квадратная скобка означает, что числовое значение включается в интервал, а круглая скобка указывает на то, что данное числовое значение в интервал не включается. Отсутствие значения на месте нижней или верхней границы интервала указывает на использование неограниченного с одной стороны интервала. Например:

1. Ограниченные с двух сторон интервалы: [5.,20.6], (1,9), (15,100], [-2.,40.).

2. Неограниченные с одной стороны интервалы: [10,), (,12], (6,).

Если значение какого-либо входного атрибута не принадлежит соответствующей области определения, то считается, что блок принятия решений не применим к данной совокупности значений входных атрибутов. Если для входного атрибута область определения не указана, то считается, что блок принятия решений применим при любых значениях этого атрибута.

Для выходных атрибутов блока принятия решений вторая колонка может содержать значения атрибутов, записанные в виде констант или формул.

В третьей колонке указывается имя (идентификатор) атрибута. Ее заполнение необязательно. Эту колонку необходимо использовать тогда, когда связь между входными и выходными атрибутами задается аналитически (в виде формулы).

Таблица решений составляется пользователем на основе справочных сведений или на основе аналитических зависимостей, сложившихся в предметной области. Форма таблицы решений представляет собой прямоугольник, разделенный на четыре области горизонтальными и вертикальными линиями:

------------------------- | 1 | 2 | ------------------------- | 3 | 4 | ------------------------- Длина горизонтальных линий определяет размер таблицы решений и не должна превышать 254 символа. Все три горизонтальные линии должны быть равны между собой.

Все входные атрибуты таблицы решений условно разбиты на две группы. Первая группа входных атрибутов записывается сверху от матрицы значений выходных атрибутов (область 2), а вторая группа - слева (области 1 и 3). Запись атрибутов включает их наименование и интервалы значений. Выходные значения таблицы решений записаны в виде матрицы и располагаются в правом нижнем углу таблицы решений (область 4).

Работа с таблицей решений построена по следующему алгоритму. Для нахождения значений выходных атрибутов необходимо проверить принадлежность значений двух групп входных атрибутов определенным интервалам, записанным в таблице решений сверху по горизонтали и слева по вертикали. Наименование и интервалы первой группы атрибутов расположены в верхних горизонтальных строках таблицы (область 2). Наименование и интервалы второй группы атрибутов расположены в левой части таблицы по вертикали (область 1 - для наименований, область 3 - для интервалов). Поиск значений выходных атрибутов по таблице решений предусматривает определение принадлежности значений входных атрибутов заданным интервалам и нахождение на пересечении соответствующего столбца и строки клетки со списком значений выходных атрибутов.

Пользователю следует помнить о том, что интервалы входных атрибутов не должны пересекаться. Так как при поиске решений значения будут выдаваться всегда из первого обнаруженного интервала.

Например, если два интервала заданы следующим образом:

| [1, 10] | (5, 25] |, то к первой колонке всегда будет обращение при задании входного параметра в интервале от 1 до 10. Ко второй колонке будет обращение при задании входного параметра от 10 до 25. Для данного примера правильно записанные интервалы должны иметь вид:

| [1, 10] | (10, 25] |.

Значения выходных атрибутов могут быть представлены в виде констант или выражений. Константы могут относиться к числовому или символьному типу данных.


Операндами выражения являются целые, вещественные константы, имена атрибутов из таблицы условий и функции.

В выражениях допустимы следующие операции:

• арифметические:

- – унарный минус;

* – умножение;

/ – деление;

+ – сложение;

- – вычитание;

• сравнения:

== – равно;

!= – не равно;

– больше;

= – больше или равно;

– меньше;

= – меньше или равно;

• логические:

! – отрицание;

&& – логическое "и" (конъюнкция);

|| – логическое "или" (дизъюнкция);

В выражениях допустимы следующие стандартные функции:

abs(x) – абсолютное значение числа;

acos(x) – arc-косинус;

asin(x) – arc-синус;

atan(x) – arc-тангенс;

ceil(x) – ближайшее большее целое;

cos(x) – косинус угла;

cosh(x) – гиперболический косинус;

– экспонента (ex);

exp(x) fabs(x) – абсолютное значение числа;

floor(x) – ближайшее меньшее целое;

fmod(x, y) – остаток от деления x/y;

hypot(x, y) – длина вектора;

int(x) – целая часть числа;

log(x) – логарифм по основанию 2;

log10(x) – десятичный логарифм;

max(a, b) – максимум двух чисел;

min(a, b) – максимум двух чисел;

pow(x, y) – возведение в степень (xy);

sign(x) – знак числа sin(x) – синус угла;

sinh(x) – гиперболический синус;

sqrt(x) – квадратный корень;

tan(x) – тангенс угла;

tanh(x) – гиперболический тангенс;

При вычислении арифметического выражения операции одного приоритета выполняются последовательно слева направо. Если необходимо изменить порядок выполнения операций, то следует использовать круглые скобки. В арифметических выражениях могут использоваться функции как стандартные, так и специальные.

Число и порядок записи выходных значений в таблице решений определяется числом и порядком их записи в таблице условий применения блока. Разделителем отдельных выходных значений выступает символ ',' (запятая).

Выходные значения могут присутствовать не во всех клетках таблицы решений, т.е.

таблица решений может быть заполнена не полностью. Если выходных атрибутов в блоке принятия решений несколько, то таблица решений должна быть заполнена таким образом, чтобы всем выходным атрибутам в одной клетке значения либо присваивались, либо нет.

Интервалы в условиях выбора выходных атрибутов и возможность заполнения не всех клеток таблицы решений, по сути, является уточнением области определения блока принятия решений. Если возникает ситуация обращения к незаполненной клетке таблицы решений, то вызвавшему этот блок принятия решений модулю будет сообщено о выходе за допустимую область определения.

2.4.3. Соглашения о связи БПР с языком программирования Си Формально каждый блок принятия решений - это функция, обращение к которой на языке программирования Си можно записать следующим образом:

int имя_блока(вх.атрибут 1,..., вх.атрибут N, вых.атрибут N+1,..., вых.атрибут Z) Входные атрибуты передаются по значению, выходные – по ссылке. Атрибуты целого типа соответствуют типу данных "int". Атрибуты вещественного типа соответствуют типу данных "double".

Функция возвращает следующие значения:

0 - успешное окончание блока;

1 - значения параметров не соответствуют ограничениям в таблице условий применения блока;

2,3 - значения параметров не соответствуют ограничениям в таблице решений для первой или второй группы входных атрибутов;

4 - решение отсутствует для данного набора входных значений (обращение к пустой клетке таблицы решений).

2.4.4. Вычислительные модели Решение задач автоматизации проектирования опирается на отображение знаний, накопленных в предметной области, в программную среду. В нашем случае единицей представления знаний предметной области выступает блок принятия решений. В совокупности множество БПР представляет собой описание предметной области, которое с большей или меньшей степенью детализации охватывает проблему.

Набор БПР, который предназначен для решения определенной задачи, будем называть вычислительной моделью (рис.2.26). Поиск решений на основе вычислительной модели выполняет специальная программа-планировщик. Работа планировщика строится на следующих предпосылках:

1. Имеется словарь понятий, отражающий свойства объектов предметной области:

{A1, A2,..., An}.

2. Имеется набор БПР, в которых зафиксированы взаимосвязи между отдельными свойствами объектов предметной области:

(Ai,…Aj) = Bk(Al,…Am), … 3. Для каждого блока принятия решений известно его имя, список входных и выходных параметров, условия применения. Последние три компонента определяются в терминах словаря понятий.

4. Постановка задачи для планировщика формулируется в терминах, что 'ДАНО' и что 'ТРЕБУЕТСЯ ПОЛУЧИТЬ' и осуществляется в виде набора входных и выходных атрибутов словаря понятий. Эти наборы атрибутов представляются для планировщика в виде входной и выходной таблицы. При этом входная таблица содержит необходимые значения, которые являются исходными данными для расчета, а выходная таблица представляет результаты расчетов.

H F7.2 Высота вытянутого стакана, мм Упорядоченные по алфавиту *** атрибуты словаря понятий, входящие в вычислительную Hdel F7.2 Припуск на обрезку по высоте, мммодель bvh H ds Hds Hdel Имя блока, в котором Hds F7.2 Отношение H/ds, мм определяется значение атрибута bvh H ds Hds Hdel Входные параметры Km F5.3 Коэффициент свойств материала вычислительной модели (имя *** блока отсутствует) Mmn F5.3 Наименьший коэффициент операции вытяжки bvt Входные параметры блока TPO PR Nv a1 (атрибуты помечены уголком) Mmn bvt TPO PR Nv a Выходные параметры блока Mmn Рис. 2.26. Фрагмент содержимого вычислительной модели На основе указанных пользователем исходных данных и параметров, которые требуется определить, планировщик автоматически строит план действий в виде последовательности блоков вычислительной модели, которые следует выполнить для достижения поставленной цели (рис.2.27).

Планировщик автоматически реализует составленный план действий и сохраняет значения результатов вычислений в выходной таблице. Если результата достигнуть не удается, то планировщик позволяет получить информацию о полноте накопленных знаний и последовательности применяемых БПР при решении задачи. Эта информация доступна пользователю после работы планировщика в форме протокола вычислений.

Использование планировщика дает следующие преимущества в разработке систем:

1. Разработчики прикладных систем могут сосредоточиться на существе решаемых задач и формализации знаний предметной области, а не на программировании.

2. В 5 - 10 раз сокращается время создания прикладной системы потому, что отпадают проблемы составления алгоритмов и написания программ, упрощается отладка и подготовка документации.

3. Значительно облегчается сопровождение созданных систем. Для внесения изменений в систему достаточно изменить БПР, составляющие вычислительную модель, а не исправлять и вновь отлаживать программы.

Входная таблица Выходная таблица Вычислительная модель A A B1 B5 A A A1 A B2 B6 B A A B3 B7 B A A A2 B Рис. 2.27. Пример схемы расчета по вычислительной модели 2.4.5. Программы планировщик и планировщик действий Программа планировщик "pln" предназначена для выполнения расчета с использованием вычислительной модели. Синтаксис командной строки:

pln [ключи] имя_модели вх.таблица вых.таблица где ключи:

-l[:файл] - протокол работы планировщика;

-s:файл - список таблиц (по умолчанию "sptab.txt");

-t - имя модели выбирается по таблице;

Исходные данные и результаты расчета планировщика представляются в виде входной и выходной таблицы. По умолчанию таблицы будут иметь расширение ".tab". Входная и выходная таблицы могут содержать несколько строк данных. Определение таблиц должно содержаться в списке таблиц. Протокол работы планировщика может быть сохранен в текстовом файле (ключ -l) для дальнейшего анализа. По умолчанию протокол будет иметь расширение ".lst". Например, командная строка pln -l:s s inp out выполняет поиск решений по вычислительной модели "s.mod". Входные параметры содержатся в таблице "inp.tab". Выходные параметры записываются в таблицу "out.tab".

Описание таблиц содержится в списке таблиц (файлы "sptab.kat" и "sptab.txt"). Протокол работы планировщика выводится в файл "s.lst".

Применение ключа -t в командной строке позволяет выполнить расчет с исполь зованием группы однотипных вычислительных моделей. Ключ -t изменяет способ поиска вычислительной модели. В этом случае вместо файла вычислительной модели в командной строке указывается файл таблицы, состоящей из двух колонок:

1. Имя вычислительной модели;

2. Символьный атрибут, содержащийся во входной таблице.

Полное имя модели получается в результате соединения каталога, в котором находится эта таблица, и имени вычислительной модели из первой колонки таблицы. Вторая колонка является ключевым атрибутом, по которому осуществляется выбор строки таблицы с требуемым именем модели. Определение таблицы должно содержаться в списке таблиц.

Табличный способ доступа к модели ускоряет работу планировщика при работе со сложными базами знаний.

Программа планировщик действий "pla" выполняет поиск последовательности решений (действий) с использованием вычислительной модели. Синтаксис командной строки:

pla [ключи] имя_модели вх.таблица вых.таблица где ключи:

-b - сохранение результатов в обратном порядке;

-l[:файл] - протокол работы планировщика;

-s:файл - список таблиц (по умолчанию "sptab.txt");

-t - имя модели выбирается по таблице;

В расчете с использование планировщика действий участвуют следующие группы атрибутов (рис. 2.28, 2.29):

1. Входные атрибуты, которые являются исходными данными расчета.

2. Выходные атрибуты, которые подменяют входные атрибуты на следующем цикле расчета.

3. Собственно выходные атрибуты.

4. Выходной атрибут, являющийся признаком окончания цикла. Этот атрибут принимает следующие значения:

0 - продолжить поиск решений;

1 - закончить поиск решений.

Считать строку входной таблицы Выполнить расчет Записать строку 2 3 выходной таблицы … Рис.2.28. Схема процесса работы планировщика действий без ключа -b;

Считать строку входной таблицы Выполнить расчет Записать строку 1 3 4 выходной таблицы Исходные данные 2 следующего цикла … Рис.2.29. Схема процесса работы планировщика действий при наличии ключа -b;

Исходные данные и результаты расчета представляются в виде входной и выходной таблицы. Входная таблица может содержать несколько строк данных. Определение таблиц должно содержаться в списке таблиц. Протокол работы планировщика может быть сохранен в текстовом файле (ключ -l) для дальнейшего анализа.

Например, командная строка pla -l:s s inp out выполняет поиск решений по модели "s.mod". Входные параметры содержатся в таблице "inp.tab". Выходные параметры записываются в таблицу "out.tab". Описание таблиц содержится в списке таблиц (файлы "sptab.kat" и "sptab.txt"). Протокол работы планировщика выводится в файл "s.lst".

По окончании работы планировщики возвращают следующие коды ошибок:

-1 - системная ошибка при запуске блока (нет такого блока или не хватает памяти для запуска блока);

0 - успешное окончание работы;

1 - значения параметров не соответствуют ограничениям в таблице условий применения блока;

2,3 - значения параметров не соответствуют ограничениям в таблице решений для первой или второй группы входных атрибутов;

4 - решение отсутствует для данного набора входных значений (обращение к пустой клетке таблицы решений);

5 - неполный набор исходных данных;

11 - ошибка в командной строке;

12 - ошибка при открытии входных файлов;

13 - различные ошибки.

2.5. Графическое параметрическое моделирование 2.5.1. Параметрические прототипы чертежей и 3D-моделей В машиностроении большой объем знаний накоплен в виде параметрических графических образов. Это нормализованные детали и узлы различного функционального назначения, зафиксированные в стандартах (ГОСТ, СТП) и других справочниках. Как правило, эта информация представлена в виде параметрических чертежей и эскизов.

Пользователи автоматизированных систем нуждаются в графическом документировании различных этапов проектирования объекта. Графическая база знаний является важной составляющей САПИР, которая обеспечивает конструкторско-чертежную поддержку проектирования. Правильно созданная графическая база знаний призвана сократить до минимума время проектирования путем многократного использования типовых графических заготовок, оформленных в виде параметрических моделей (чертежей, 3D моделей деталей, сборок или их фрагментов).

Параметрической графической моделью будем называть набор взаимосвязанных графических элементов, состав, размеры и расположение которых управляются списком переменных параметров. Таблица переменных параметров является частью параметрической графической модели. В современных графических системах (T-FLEX CAD, Pro/ENGINEER, SolidWorks, Unigraphics), как правило, основными колонками таблицы переменных являются:

- имя/идентификатор переменной;

- выражение для переменной (в частном случае, константа);

- значение переменной, вычисленное по выражению;

- комментарий, полное название переменной.

Одной из основных особенностей графической системы является возможность создания параметрических моделей без участия программистов. Пользователь- конструктор должен иметь возможность самостоятельно средствами графической системы создать параметрическую модель.

Практически во всех графических системах старого поколения предусмотрена возможность написания программ, которые по определенному алгоритму формируют чертежи. Для этого в рамках графической системы создаются специальные языки программирования с расширенными графическими возможностями. Опыт показал, что использование языка программирования не может служить основным средством для получения чертежей. Специализированные языки программирования являются дополнительным средством, которое дает возможность программистам использовать данную графическую систему в автоматизированном проектировании.

Графические системы нового поколения содержат специальные средства, которые без явного программирования позволяют пользователям определять взаимосвязи между отдельными элементами модели и создавать параметрическую модель изделия.

В отличие от конкретного чертежа или 3D-модели параметрическая графическая модель предназначена для создания многих чертежей или 3D-моделей в зависимости от конкретного набора параметров, полученных при проектировании конкретного изделия.

Параметрическую графическую модель, расположенную в графической базе знаний, будем называть прототипом чертежа или 3D-модели.

Рис. 2.30. Реализация графических зависимостей на основе параметрического прототипа Работа с графическими прототипами осуществляется следующим образом (рис. 2.30):

1. На этапе создания САПИР:

• на основе нормативно-справочной информации создается параметрическая модель издения;

• параметры модели заносятся в словарь понятий. Для расчета параметров модели создаются проектные процедуры.

2. На этапе эксплуатации:

• выполняется расчет значений параметров проектируемого объекта;

• значения параметров вместе с выбранным графическим прототипом передаются в графическую систему, которая выполняет параметризацию и создает конкретный чертеж или графический фрагмент;

• при необходимости полученный чертеж проектируемого изделия редактируется (дорабатывается) и выводится на печать. Полученный графический фрагмент может быть нанесен в определенное место другого чертежа.

2.5.2. Различные варианты исполнения деталей В машиностроении для придания дополнительной функциональности детали или узлу используются различные варианты исполнения. Например, дополнительное отверстие в хвостовике требуется для размещения толкателя системы выталкивания в совмещенных штампах (рис.2.31).

Для реализации различных вариантов исполнения удобно использовать логические переменные или выражения. В зависимости от значения переменной соответствующие графические элементы либо включаются, либо исключаются из модели. Логическое выражение может строиться на основе переменных, которые определяют конкретное исполнение. Это может быть либо номер исполнения (целая переменная со значениями 1, 2, и т.д.), либо название исполнения (например, "с отверстием под толкатель", "без отверстия под толкатель"). При использовании названий исполнения необходимо применять текстовую переменную, значения которой заданы перечислением вариантов. В этом случае, пользователь не вводит текстовое значение с клавиатуры, а выбирает его из списка возможных вариантов.

Рис.2.31. Пример хвостовика с отверстием под толкатель Дополнительные графические элементы (конструктивные элементы) хранятся внутри файла модели. Это усложняет создание и модификацию параметрической модели. При наличии большого числа вариантов исполнения параметрическая модель становится слишком сложной. В этом случае имеет смысл говорить не о вариантах исполнения, а о наличии различных конструкций одного функционального назначения.

Если в случае различных вариантов исполнения дополнительные конструктивные элементы параметрической модели хранились внутри одного файла, то различные конструкции сохраняются в разных файлах. Это упрощает создание и модификацию параметрической модели. Четкая граница между этими вариантами отсутствует. Эти два варианта параметризации дополняют друг друга.

2.5.3. Использование внешних фрагментов в графических моделях Графический прототип может быть оформлен как чертеж или как фрагмент чертежа.

Чертеж имеет форматку, а фрагмент чертежа не имеет форматки. Основное отличие между фрагментом и чертежом состоит в том, что фрагмент имеет локальную систему координат и точки (способ) привязки, и может быть многократно встроен в чертеж или другой фрагмент.

Аналогично, фрагмент 3D-модели имеет способ привязки и может быть многократно встроен в другую 3D-модель.

В трехмерном моделировании имеются модели деталей и сборок. Как правило, каждая 3D-модель сохраняется в отдельном файле. Файл с 3D-моделью сборки ссылается на файлы 3D-моделей деталей. Таким образом, модели деталей, которые составляют модель сборки являются фрагментами. Однако, в данной ситуации понятие фрагмента не используется.

Понятие фрагмента в трехмерном моделировании можно применять к моделям, которые не являются деталями или сборками из деталей. Фрагментом можно считать часть модели детали или сборки, которая не является отдельной деталью или сборкой из деталей.

Поясним понятие фрагмента на примере хвостовиков, применяемых в штампах холодной листовой штамповки (ХЛШ) (рис.2.32).

а. Хвостовик с буртиком б. Хвостовик с резьбой Рис.2.32. Варианты конструкций хвостовиков штампов При проектировании штампов в компьютерной базе знаний имеется 5 типов хвостовиков. Каждый хвостовик оформлен в виде отдельного объекта и имеет словарь понятий, сценарий проектирования и набор параметрических графических прототипов.

Крепление хвостовика к верхней плите зависит от типа хвостовика. Поэтому, набор графических прототипов для хвостовика должен содержать следующие графические файлы:

• модель детали "Хвостовик..." (чертеж, 3D-модель);

• фрагмент отверстий для крепления хвостовика в верхней плите:

• фрагмент отверстий для модели верхней плиты;

• фрагмент сборки верхней плиты с хвостовиком для сборки штампа;



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.