МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ технический университет На правах рукописи УДК 658.512 621.81 Для служебного пользования Экз. N 1КОЖЕВНИКОВ АЛЕКСЕЙ ИВАНОВИЧ 2РАЗРАБОТКА САПР ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ НА НАЧАЛЬНЫХ ЭТАПАХ 2ПРОЕКТИРОВАНИЯ Специальность 05.13.12 Системы автоматизации проектирования в промышленности Д и с с е р т а ц и я на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Львов Борис Глебович Москва - 1994 2 - СОДЕРЖАНИЕ Введение 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ 1. Вакуумные системы в технологическом оборудовании 2. Анализ работ по структурному синтезу 3. Анализ работ по автоматизации проектирования ВС 4. Анализ способов представления конструкторских знаний. 32 Выводы 2. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ 1. Системная модель ВС 2. Функции и структуры ВС 45 2.3. Свойства и признаки ВС и ее структурных составляющих. 4. Цели проектирования ВС 5. Концептуальная модель знаний ВС 71 Выводы 3. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ 1. Структура основных проектных процедур САПР ВС 2. Методика синтеза ВС 3. Экспертная поддержка основных проектных процедур 92 3.4. Методика извлечения знаний 5. Моделирование функционирования ВС 102 Выводы 4. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ 1. Структура программных средств САПР ВС 2. Программные средства синтеза и анализа ВС 3. Подсистема выявления экспертных знаний 117 - 3 - 4. Подсистема моделирования функционирования ВС 121 Выводы 124 Заключение 126 Литература 128 Приложения 144 4 - ВВЕДЕНИЕ Необходимость всесторонней интенсификации экономики неразрыв- но связана с ускорением научно-технического прогресса, важнейшими направлениями которого являются создание и освоение принципиально новой техники и технологии, автоматизация и механизация производс- тва. Выполнение этих задач требует, в частности, развития вакуум- ной техники, оказывающей определяющее влияние на создание и произ- водство изделий практически всех отраслей промышленности.
Широкое внедрение новых вакуумных технологий в различные от- расли промышленности предъявило к вакуумному оборудованию ВО разнообразный диапазон требований, который непрерывно расширяется и ужесточается.
Наряду с этим существенное повышение сложности ВО, значительный рост объемов научно-технической информации ставят конструктора в ситуацию, когда он становится не в состоянии тради- ционными методами прорабатывать конструкции с учетом последних достижений технического прогресса, что в конечном итоге приводит к несоответствию принимаемых им проектных решений уровню лучших ми- ровых образцов.
Эти противоречивые факторы заставляют применять новые методы и средства труда конструктора, позволяющие повысить не только производительность труда разработчика, но и качество принимаемых проектных решений. Наиболее перспективным выходом из рассматриваемой ситуации представляется автоматизация процесса проектирования ВО на всех стадиях разработки от технического предложения до выпуска рабочей документации.
В настоящее время известен ряд работ в области САПР ва- куумных систем ВС . Но они малоэффективны при решении задач структурно-параметрического синтеза на начальных этапах проектиро 5 - вания, для которых характерны большая неопределенность исходных данных и знаний, необходимых для разработки ВС, а также слабая структуризация рассматриваемой предметной области.
В связи с этим невозможна полная формализация основных процедур проектирования, которым на верхних уровнях абстракции иерархического описания объ- екта присущи интуитивно-логические рассуждения и представление си- туаций на естественном языке.
Решение поставленной проблемы осуществляется путем использо- вания в разрабатываемой САПР ВС подсистемы экспертной поддержки, реализующей не поддающиеся формализации процедуры творческого про- цесса проектирования.
При этом экспертная компонента САПР ВС поз- воляет автоматизировать процесс выявления знаний непосредственно из высококвалифицированных конструкторов с возможностью последую- щего использования полученных знаний при эксплуатации САПР пользо- вателями невысокой квалификации.
Главная сложность здесь заключается в том, что конструирова- ние ВС является слабоструктурированной проблемой. В связи с этим для ее решения необходима структуризация ВС и ее элементов, заклю- чающаяся в определении классов их принадлежности и нахождении опи- сывающих предметную область множеств признаков, свойств и их шкал. Решение поставленной проблемы требует разработки системной модели ВС как объекта проектирования.
Введение такого высокого уровня абстракции модели связано с необходимостью предварительного структурирования предметной области с использованием системного подхода как метода, учитывающего многообразие сложных взаимных связей и всесторонне раскрывающего все аспекты ВС, рассмотрение которых является необходимым и достаточным для реализации процесса проектирования.
Изложенное определило цель настоящей работы, предусматриваю 6 - щей проработку научно обоснованной методологии автоматизированного проектирования ВС с использованием экспертных компонент поддержки, предусматривающих формирование базы знаний непосредственным извле- чением знаний из экспертов вакуумного машиностроения.
Всесторонний анализ показал, что поставленные проблемы вызы- вают необходимость решения следующих исследовательских задач - проведение концептуального анализа ВС - разработка системной модели ВС как объекта проектирования - выбор модели представления знаний о ВС, обеспечивающей эф- фективное формирование и манипулирование знаниями конструктора рассматриваемой предметной области - выявление основных процедур начальных стадий проектирования ВС и необходимого состава знаний их экспертной поддержки - разработка принципов и методики структурно-параметрического синтеза ВС с использованием экспертной компоненты - построение концептуальной модели процесса выявления экс- пертных конструкторских знаний при формировании базы знаний интел- лектуальной САПР ВС - разработка математических моделей функционирования основных структурных элементов ВС - создание комплекса программных средств автоматизации на- чальных этапов проектирования ВС, реализующих указанные принципы организации интеллектуальной САПР. На защиту выносятся - системная модель ВС как объекта проектирования - концептуальная модель процесса автоматизированного выявле- ния конструкторских знаний при наполнении базы экспертной поддерж- ки САПР - методика структурно-параметрического синтеза конструкций - 7 - ВС верхних иерархических уровней описания - концептуальная модель знаний в интеллектуальной САПР ВС - математические модели функциональных элементов ВС - структура интеллектуальной САПР ВС с системой экспертной поддержки основных процедур проектирования - программные средства выявления знаний и экспертного сопро- вождения структурно-параметрического синтеза ВС на начальных эта- пах проектирования 8 - 1.
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ 1.1.
L L Атомная техника 750 760 Пищевая промышлен. L L Физика эл. Таким образом, динамика развития вакуумного оборудования предполагает ... Г. Основными элементами любой ВС, определяющими принадлежность ВС к тому ... Лишь у 30 от общего числа установок предусмотрена возможность комплект...
Однако, реализация известных методов поиска для сложных структур с 21 ... проведение структурно-параметри 24 - ческой оптимизации. Задачи структ... Разнообразие систем искусственного интеллекта, используемых в САПР, в ... Требования первой группы предпо- лагают универсальность, целостность и... Проанализированы характерные области и условия применения ВС в различн...
Проведение целенаправленного рационального синтеза ВС, являю- щейся сл... КМ - это абстрактное обобщение частных КМ различных разработчиков одно... Системная модель, представляющая информацию о ВС, необходимую для проц... Задача структурно-параметрического синтеза ВС относится к начальным эт... .
Функции и структуры ВС. Функции ВС. Основным компонентом, являющимся ядром системной модели ВС см. выражение 2.1 и характеризующим назначение технического объекта любого... Потребительская функция F4п 0- это производимое ТО действие, приводяще...