системологія - НОВА ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ Комп'ютеризація ІНЖЕНЕРНИХ ЗНАНЬ
Напрямки подальшого вдосконалення методів та засобів автоматизації інженерного праці пов'язані з необхідністю скорочення
трудомісткості створення, адаптації та супроводу прикладних програмних систем автоматизації, скорочення трудомісткості і підвищення якості проектування з
використанням цих систем, забезпечення можливостей накопичення та поширення досвіду найбільш кваліфікованих фахівців, інтеграції
процесів інженерного проектування. В забезпечення цих цілей необхідно розробити адекватні інформаційні технології.
Будь-яка проектується система складається з елементів і зв'язків між ними. Формально структуру системи (виробу або процесу) можна
представити у вигляді впорядкованої пари S =, де А є безліч елементів системи, а R - безліч відносин між цими елементами. Звідси
випливає, що класифікація проектованих систем може бути проведена з використанням одного з двох фундаментальних критеріїв відмінності: а) за типом
елементів, що утворюють систему; б) за типом відносин, що пов'язують ці елементи в систему [2]. Класифікаційні категорії а) і б) можна розглядати як
ортогональні, тобто незалежні. Прикладом використання критерію а) служить традиційний поділ науки і техніки на дисципліни та спеціальності, кожна
з яких займається певним типом елементів. Оскільки елементи різних типів вимагають різних експериментальних засобів для збору даних, класифікація
за критерієм а) має експериментальну основу.
Критерій б) дає зовсім іншу класифікацію
систем: клас задається певним типом відносин, а тип елементів, на яких визначені ці відносини, не фіксується. Така класифікація пов'язана з
обробкою даних, а не з їх збором, і основа її переважно теоретична.
Найбільшими класами систем за критерієм б)
є класи, які описують різні епістемологічні рівні, тобто рівні знання щодо розглянутих явищ [2].
Системна методологія являє собою сукупність методів вивчення властивостей різних класів систем і рішення
системних завдань, тобто завдань, що стосуються відносин в системах. Ядром системологія є класифікація систем з точки зору відносин. Головна
завдання системної методології - надання в розпорядження потенційних користувачів, що представляють різні дисципліни та предметні області,
методів вирішення усіх визначених типів системних завдань.
Каркасом ієрархічної класифікації систем в
системологія є ієрархія епістемологічних рівнів систем.
Самий нижній рівень в цій ієрархії,
що позначається як рівень 0, - це система, розрізняється дослідниками як система. На цьому рівні система визначається через безліч властивостей
(змінних), безліч потенційних станів (значень) цих властивостей і операційний спосіб опису сенсу цих станів у термінах значень,
відповідних атрибутів даної системи. Для окремих на цьому рівні систем використовується термін вихідна система. Іншими словами на рівні 0
розглядаються характеристики і взаємозв'язку між властивостями (змінними) використовуваної (проектованої) системи.
На більш високих рівнях епістемологічних системи відрізняються один від одного рівнем знань щодо змінних
відповідної вихідної системи. У системах більш високого рівня використовуються всі знання систем нижчих рівнів і, крім того, містяться додаткові
знання, доступні нижчим рівнями.
Після того як вихідна система доповнена даними, тобто фактично станами основних змінних при певному
наборі параметрів, розглядають нову систему (вихідну систему з даними) як певну на епістемологічної рівні 1 [2]. Системи цього рівня
називаються системами даних.
Рівень 2 стосовно задач автоматизації проектування являє собою рівень бази знань генерації значень
змінних, що визначають властивості виробів і технологічних процесів. На цьому рівні задаються інваріантні параметрами функціональні зв'язки основних
змінних, до числа яких входять змінні, які визначаються відповідної вихідної системою і, можливо, деякі додаткові. Кожне правило перетворення
бази знань на цьому рівні зазвичай є однозначну функцію, які присвоюють кожному елементу безліч змінних, що розглядаються в цьому
правилі в якості вихідного, єдине значення з безлічі припустимих.
Оскільки завданням створення властивостей є
реалізація процесу, при якому стану основних змінних можуть породжувати за багатьма параметрами за будь-яких значеннях або будь-яких умов, системи рівня
2 називаються породжують системами (generative system).
Стосовно до конструювання на рівні 2
розташовуються бази знань, пов'язаних з розрахунком конструкцій. Стосовно до проектування технологічних процесів на рівні 2 розташовуються бази знань
з вибору заготівель, формування набору переходів, розрахунку режимів обробки, розрахунку норм часу і т.п.
На епістемологічної рівні 3 системи, визначені як породжують системи (або іноді системи нижчого рівня)
називаються підсистемами загальної системи. Ці підсистеми можуть з'єднуватися в тому сенсі, що вони можуть мати деякі загальні змінні. Системи цього рівня
називаються структурованими системами (structure system). Стосовно до задачі автоматизації проектування це - рівень структурного синтезу.
На епістемологічних рівнях 4 і вище системи складаються з набору систем, визначених на більш низькому рівні, і деякої
інваріантної параметрами метахарактерістікі (правила, відносини, процедури), що описують зміни в системах більш низького рівня. Потрібно, щоб системи
нижчого рівня мали одну й ту саму вихідну систему і були визначені на рівні 1, 2 або 3. Це - рівні, необхідні для формування концептуальних
І/АБО графів.
Як було зазначено вище будь-яка проектується система складається з елементів і зв'язків між ними і формально може бути
представлена у вигляді впорядкованої пари S =, де А - безліч елементів системи, а R - безліч відносин між ними. Якщо виключити
тривіальні випадки типового проектування, коли склад і структура системи незмінна і задача зводиться до розрахунку змінної, а також пошукове
проектування, коли невідомі елементи, що реалізує потребу функції, то в переважній більшості випадків оригінальному проектування воно зводиться до
з'єднанню між собою відомих елементів А для отримання нової технічної системи з заданими функціональними можливостями, характеристики якої
задовольняють технічним вимогам. Т.ч. на концептуальному рівні необхідно визначити: 1) моделі елементів, 2) методику побудови з них системи.
В основі методики побудови структури технічних систем лежать концептуальні І/АБО графи. Як елементи,
що представляють собою узагальнені будівельні блоки різних рівнів абстракції, доцільно використовувати системні компоненти (СК). СК представляє
собою фізично реалізовані елементи технічних систем. Вони є узагальненими в тому сенсі, що кожен компонент може мати безліч
реалізацій.
Формально системний компонент у загальному вигляді являє собою п'ятірку:
a, (1)
де P - основна властивість (найменування та/або функція), S - вихідна система, D
- Система даних, F - породжує система, Str - структура системи.
породжує система може складатися з двох
підсистем:
F =, (2)
де Fb - знання про характеристики, Fg - геометричні знання
(параметризрвані образ).
Індекс а - визначає рівень абстрагування:
а = (функціональний, принциповий, конструктивний, робочий).
Деякі складові моделі СК можуть бути відсутні. Мінімально необхідний набір включає пару. D --
відсутній при описі оригінальних компонент, але необхідний при описі стандартних, нормалізованих, типових, уніфікованих і покупних елементів. Fg
- Відсутня у компонент, що не мають геометричного подання. Str - відсутня для неподільних елементів і агрегатів нижчого рівня.
Системний компонент є фундаментальним модулем для побудови інтегрованих інтелектуальних систем проектування.
Рис. 1. Ось гладка
Для ілюстрації введених понять розглянемо найпростішу машинобудівну деталь - вісь (рис. 1). Найменування осі - «вісь
гладка »; функція полягає в базування елементів кінематичного пари зі сприйняттям згинальних моментів. У якості основи використовуємо групу деталей типу
«Вісь», що є на даному виробництві. У даному випадку база являє собою декартовій твір двох параметрів b1 і b2 (табл. 1). Параметр b1 --
найменування деталі. Конкретний параметр b2 може бути задано за допомогою будь-якої взаємно однозначної функції, яка кожної деталі ставить у відповідність
унікальний ідентифікатор, наприклад, як це прийнято в ЕСКД, тризначний реєстраційний номер. У якості узагальненого параметра тут зручно прийняти
цілочисельний порядковий номер осі, під яким вона буде записуватися до бази даних. Відповідно до термінології баз даних найменування деталі й номер є
складовим ключем реляційного відносини, що описує ось як систему.
Таблиця 1. Словник
Ідентифікатор
Тип
Назва
a1
F5.2
Діаметр осі стандартної, мм
a2
F5.2
Довжина осі стандартна, мм
a3
F5.2
Ширина фаски, мм
a8
A20
Марка матеріалу
b1
A14
Найменування деталі
b2
I6
Номер деталі
Щоб уявити характеристики реальної деталі в ЕОМ, ми повинні використовувати змінні різних типів. У табл. 1 типи
змінних мають наступні позначення: цілий - I, речовий - F, символьний - A. Змінні розглядаються як операційні подання характеристик, а
параметри - бази. У словнику кожні мінлива і параметр мають ім'я, ідентифікатор і тип.
Повернемося до описаних вище характеристикам деталі. З точки зору користувача вихідними змінними є: найменування
деталі, діаметр осі вихідний, мм; довжина осі вихідна, мм; марка матеріалу; вигинає момент, N * мм.
Вихідні розміри осі задаються конструктивно, матеріал призначається конструктором, а вигинає момент визначається на більш
високому рівні абстрагування (принциповому).
Вихідні характеристики осі: 1) геометричні:
а1 - діаметр осі стандартний, мм; а2 - довжина осі стандартна, мм; а3 - ширина фаски, мм; 2) не геометричні: точність діаметру; знак шорсткості;
величина шорсткості, мкм; знак твердості; величина твердості; вид термообробки; вид покриття.
Вихідна система S деталі «вісь гладка» являє собою реляційне відношення (табл. 2).
Система даних D в даному випадку зберігає доступний набір геометричних змінних «діаметр осі стандартний, мм» і «ширина фаски,
мм »(табл. 3). Змінна «довжина осі стандартна, мм» визначається в породжує системі Fb за стандартним діаметром і вихідної довжині. На рис. 2
дано зовнішнє представлення блоку прийняття рішень, що реалізує елементарну що породжує систему для визначення стандартної довжини осі. Такий блок
визначає собою продукційні правило з таблицями умов (верхня) і значень (нижня). Сукупність блоків, об'єднана в обчислювальну модель утворює
базу знань, яка функціонує під управлінням планувальника, що виконує функції логічного висновку.
Таблиця 2Табліца OS: Ось гладка
Ім'я поля
Формат
Найменування
b2
I6
Номер деталі
a1
F5.2
Діаметр осі стандартної, мм
a2
F5.2
Довжина осі стандартна, мм
a3
F5.2
Ширина фаски, мм
Таблиця 3.Отношеніе: Ось гладка
a1
a3
8
0.6
10
1.0
12
1.0
13
1.0
14
1.6
Блок: r5.
Розробник: Євдокимов С.А.
Найменування: Визначення стандартної довжини.
Джерело інформації: Ануров В.І. Довідник конструктора, т. 2
Назва параметру
Значення
Назва
1. Найменування деталі
ось гладка, ось з буртиком
2. Діаметр осі стандартної, мм
(0,18]
3. Довжина осі вихідна, мм
(0,20]
4. Довжина осі стандартна, мм
Довжина осі вихідна, мм
Діаметр осі стандартний, мм
5
6
8
10
12
14
16,18
(0,12]
12
(12,14]
14
14
(14,16]
16
16
16
(16,18]
18
18
18
18
(18,20]
20
20
20
20
20
Рис. 2. Блок значення стандартної довжини осі.
В породжує системі Fb системної компоненти «вісь гладка», окрім значень про геометричній характеристиці зберігаються також
міцності, точності і технологічні значення. Як приклад елемента таких значень на рис. 3 наведено блок розрахунку діаметра осі.
Блок: r1. Розробник: Євген Г.Б.
Найменування: Розрахунок діаметра осі.
Джерело інформації: Ануров В.І. Довідник конструктора, т. 2
Назва параметру
Значення
Назва
1. Найменування деталі
ось гладка, ось з буртиком
2. Згинальних моментів, N * мм
(0., 95000)
A9
3. Допустимі напруги вигину, МПа
[0.6,0.95]
A10
4. Діаметр осі розрахунковий, мм
Наменованіе деталі
Згинальних моментів, N * мм
(0., 95000)
ось гладка, ось з буртиком
(А9/(0.1 * А10 ))**( 1./3.)
Рис. 3. Блок розрахунку діаметра осі.
Інженерне значення, що зберігається у породжує системі Fb доцільно представляти в непроцедурного формі за допомогою
реляційних баз даних і продукційних баз знань, як це було показано вище. Геометричні значення Fg представляються у формі параметрезованих образів,
описуваних через формальні параметри з допомогу підпрограм на геометричних мовах процедурного типу. Приклад такої програми на мові СПРУТ наведено нижче.
! Ось гладка
SUB AXCIL;
SYSTEM GPS; SYSTEM SGR; SYSTEM SGM;
SYSTEM SDB; SYSTEM SETS; SYSTEM DOG
GROUT 1; GRMODE 1; WINDOW -50, -25, 50, 25
OPENBASE "Parts"
TABLE "OS"
GET D = "a1"; L = "a2"; F = "a3"
P1 = X (0), Y (0); P2 = X (0), Y (D/2-F); P3 = X (F), Y (D/2);
P4 = X (LF), Y (D/2); P5 = X (L), Y (D/2-F); P6 = X (L), Y (0)
K1 = P1, P2, P3, P4, P5, P6, P1
DRAW K1
TOSET (1) = K1
P3D1 = 0,0,0; P3D2 = 0, L, 0,
SOLID 1 = ROT, P3D1, P3D2, SET [1], P2, m (0.1)
NEWBASE "Proj1"
MKSEGM "Axcil"
OUTKONT K1
SUBEND
! Підготовка виводу на монітор
! Відкриття бази даних
! Вибір таблиці
! Зчитування параметрів
! Формування точок контуру
! Контур що утворює
! Висновок контуру на монітор
! Точки на осі обертання
! Твердотільна модель деталі
! Створення графічної бази
! Створення графічного сегмента
! Висновок що утворює в графічну базу
Описана методологія була використана при створенні інтелектуальних систем автоматизованого конструювання і
проектування одиничних технологічних процесів.
Досвід показав, що трудомісткість створення та
експлуатації таких систем була зменшена на порядок.
ЛІТЕРАТУРА:
1. Евгенов Г.Б., Євдокимов С.А., Рибаков А.В. Інтегрована інтелектуальна система для інженерів// Вісник МГТУ. Сер. Машинобудування. - 1995. - N 3. - С.
35 - 42.
2. Клір Дж. системологія. Автоматизація рішення системних завдань: Пер. З англ ..
- М.: Радіо і зв'язок, 1990. - 544 с.
