Введение к работе
Актуальность теш диссертации.
Данное исследование актуально, поскольку построение баз знаний и автоматизация на их основе поиска инженерно-технических решений -- одна из наиболее острых проблем САПР. Назрела необходимость строить семантические базы знаний. В этом случае можно говорить о построении интеллектуальных систем автоматизированного проектирования инженерно-технических решений, с помощью которых на этапе структурного синтеза разрешаются такие проблемы, как:
правильная постановка технической задачи;
обеспечение полноты охвата области возможных решений задачи на абстрактном уровне, в частности, для поиска решений по аналогии;
формализация процедур поиска инженерно-технических решений.
Процедуры структурного синтеза относятся к наиболее труд-ноформализуемым в процессе проектирования. В то же время дальнейшее повышение степени автоматизации проектирования зависит в первую очередь от успехов в разработке методов и алгоритмов структурного синтеза.
Одной из важнейших процедур проектирования структурного синтеза является поиск инженерно-технических решений, выполняемый на ранних стадиях проектирования, обычно на стадиях научно-исследовательских работ (НИР).
В зависимости от возможностей формализации задачи синтеза делятся на несколько уровней сложности. Нас интересуют уровни, представляющие наибольшие трудности, такие как:
-
задачи поиска вариантов решения при известных принципах действия;
-
задачи поиска новых принципов действия технических объектов.
Решая такого рода задачи, нужно всегда помнить, что правильная постановка инженерной задачи -- это половина ее решения. Нередки случаи, когда решение задачи находят в процессе ее постановки.
Задачи поиска и выбора проектно-конструкторских решений имеют одно очень важное свойство. G повышением уровня абстрак-
2 ции решение задачи дает больший экономический эффект, вызывает более заметный технический прогресс в данной области и обеспечивает разработку изделий с большим сроком морального старения. Так, например, решение задачи по выбору параметров технического объекта и его элементов обычно улучшает интересующие технико-экономические показатели изделий на 10-15%, решение задачи выбора варианта технического решения из очень большого их числа -- на 20-30%, а поиск принципов технического решения на 30-50% (иногда в несколько раз).
Возможности формалиеации процедур структурного синтеза очень ограничены. Поэтому основной практический подход к решению задач структурного синтеза б современных САПР - использование типовых приемов синтеза в диалоговой работе с ЭВМ.
Задачи поиска инженерно-технических решений считаются изобретательскими.
Для решения изобретательских задач все большее развитие получают экспертные системы, построенные на знаниях высококвалифицированных специалистов в соответствующих предметных областях. Из этих знаний формируют базы знаний (БЗ), которые используют при решении поставленной задачи.
Построение БЗ -- сложный трудоемкий процесс, по существу определяющий эффективность функционирования системы. Формализация предметной области САПР фиксируется в словаре понятий, который описывает объекты САПР, определяет их семантическое значение и представление в системе.
Программное обеспечение экспертных систем служит для генерации вариантов структуры, т. е. вариантов решения и для связи пользователя с системой в режиме диалога.
Методы автоматизированной генерации решений повышают интеллектуальные возможности проектировщика.
Фактически, экспертная система - это интеллектуальная система (ИС), в которой формирование базы знаний зависит от выбираемой модели представления знаний, .(ПЗ).
Выбор надлежащего способа ПЗ позволяет избежать усложнений при разработке интеллектуальных систем автоматизированного поиска технических решений. Однако современные способы представления лишены возможности удовлетворить потребности разработчиков баз знаний интеллектуальных систем, поскольку по существу построены без учета семантики языка проектировщика.
Семантическое построение БЗ неосуществимо без использования соответствующего инструментального средства. В качестве такового предлагается Универсальный семантический код (УСК), превосходящий по своим возможностям известные на сегодняшний день модели ПЗ и удовлетворяющий основным к ним требованиям.
В компьютерных интеллектуальных системах для описания условий технических задач, с целью поиска алгоритма перехода от исходной ситуации к целевой (т.е. поиска решения) необходимо оперировать строго структурированными единицами представления знаний. Таковыми являются формулы УСК, имеющие единственный смысл, строго заданную длину и ограниченный набор переменных, требугоший его наполнения конкретными значениями. Непроизвольные наборы формул УСК определяют алгоритмы перехода, т. е. варианты решения технической задачи.
В связи с этим в диссертации средством построения семантической базы знаний служит УСК. На основе семантически структурированной КЗ строится метод семантический поиска инженерно-технических решений. Предлагаются способы решение проблем, связанных с поиском инженерно-технических решений на этапе структурного синтеза в САПР.
Связь работы с крупными научными программами, темами.
Диссертация связана с работой в соответствии с республиканской программой "Информатика" по теме 03.01.06.03. "Разработать проблемно-независимый естественноязыковой интеллектуальный интерфейс с использованием семантического кодирования, графового языка логического программирования, речевого ввода-вывода. Семантическое кодирование. "
Цель и задачи исследования.
Основная цель исследования заключается в разработке метода семантического поиска инженерно-технических решений на основе семантически структурированной средствами УСК базы знаний с дальнейшей реализацией метода в виде компьютерной системы семантического поиска, упрощающей, ускоряющей и обеспечивающей полноту поискового процесса на этапе структурного синтеза в САПР.
В задачи исследования входило:
семантическая корректировка формулировки целевой технической функции при постановке технической задачи;
установление семантических зависимостей в очередности
4 применения технических функций для получения инженерно-технических решений в САПР;
построение последовательностей семантических формул технических функций в виде семантического графа;
разработка семантического графа технических функций как основы для построения семантически структурированной базы знаний;
разработка пакета прикладных программ семантического поиска шшенерно-технических решений на этапе структурного синтеза в САПР с целью упрощения, ускорения и обеспечения полноты поискового процесса при решении технической задачи.
Научная новизна полученных результатов.
Впервые построена семантически структурированная средствами УСК база знаний в виде семантического графа и разработан семантический метод поиска инженерно-технических решений, а также реализована компьютерная семантическая система поиска инженерно-технических решений, позволяющая упростить, ускорить и обеспечить полноту поискового процесса на этапе структурного синтеза в САПР.
Это позволяет считать семантическую систему структурного синтеза инженерно-технических решений, построенную на основе семантического метода, более эффективной, чем традиционные системы, построенные на основе эвристик.
Компьютерная семантическая система представляется наиболее перспективной в практическом прилозкении, по сравнению с существующими пакетами программ, реализующими традиционные методы поиска инженерно-технических решений.
Практическая значимость полученных результатов.
Результаты проведенных исследований непосредственно использованы в пакете прикладных программ семантического поиска инженерно-технических решений, который прошел практическую проверку и внедрен б Научно-исследовательской лаборатории Изобретающих машин (НЙЛИМ).
Данный пакет после соответствующей адаптации рекомендуется использовать на предприятиях, сталкиваюпдахся с проблемами поиска инженерно-технических решений.
Диссертация также может служить:
1) материалом для проведения учебных занятий по семантическому поиску инженерно-технических решений;
-
основой для построения семейства компьютерных систем семантического поиска инженерно-технических решений в САПР;
-
средством формирования собственного классификатора патентов Республики Беларусь, где ключевыми понятиями должны являться технические функции.
Экономическая значимость полученных результатов.
Пакет прикладных программ, реализующий семантический метод поиска инженерно-технических решений может быть доведен до промышленного образца и использован в качестве интеллектуального коммерческого продукта для широкого распространения среди заинтересованных потребителей.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
постановка технической задачи семантическими средствами обеспечивает корректность формулировки целевой технической функции;
технические функции технических процессов, разрабатываемых в САПР, семантически строго скоррелированы между собой посредством УСК-формул;
единичной технической функции может предшествовать или за ней может следовать одна либо несколько технических функций, количество которых жестко ограничено;
каждая совокупность семантически скоррелированных УСК-формул технических функций является способом решения некоторой инженерно-технической задачи;
семантический метод поиска инженерно-технических решений, построенный на базе семантически скоррелированных УСК-формул технических функций упрощает, ускоряет и обеспечивает полноту охвата области возможных решений семантически корректно поставленной задачи эффективнее, чем традиционные методы, построенные на базе эвристик.
Личный вклад соискателя.
Семантический граф и построенный на его основе семантический метод поиска инженерно-технических решений полностью разработаны автором диссертации. Работы в соавторстве касаются теоретических проблем представления знаний при построении компьютерных интеллектуальных систем.
Апробация работы.
Диссертация обсуждалась на заседаниях и семинарах Научно-исследовательского центра "Семантика" Минского государственно-
го лингвистического университета.
Результаты исследований, включенные в диссертацию докладывались на Всесоюзных научно-практических конференциях: "Проблемы развития научного и технического творчества трудящихся" (Тбилиси, 1987), "Методологические проблемы научно-технического творчества" (Рига,1988), "Искусственный интеллект в автоматизированном управлении технологическими процессами" (Москва, 1989), на конференции "Диалог "Чєлоеєк - ЭВМ" (Свердловск, 1989), на Всесоюзном научно-техническом совещании "Программное обеспечение новой информационной технологии" (Калинин, 1989), на международном симпозиуме "ИНФ089" (Минек, 1989), на Всесоюзном семинаре "Формы представления знаний и творческое мышление" (Новосибирск, 1989), на Всесоюзной конференции "Интеллектуальные системы и творчество" (Новосибирск, 1990), на 2-ой Всесоюзной конференции "искусственный интеллект" (Минск, 1990), на 2-ом и 3-ем научных семинарах по проекту "Изобретающая машина" (Минск, 1991, 1992).
Опубликованность результатов.
Результаты диссертации опубликованы в виде двух статей в научных журналах и в виде тезисов к 11-ти научным конференциям.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа изложена на 118 страницах включал введение, четыре главы, список использованных источников и приложения. Приложения включают таблицы последовательностей семантических формул технических функций (29 страниц) и акт о внедрении результатов работы.
