Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка аппарата формализации измерительных знаний Станкевич, Лариса Станиславовна

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Станкевич, Лариса Станиславовна. Разработка аппарата формализации измерительных знаний : диссертация ... доктора технических наук : 05.11.16.- Санкт-Петербург, 1998.- 326 с.: ил. РГБ ОД, 71 99-5/92-0

Введение к работе

Актуальность темы. Развитие измерительной техники в настоящее время определяется требованиями, вытекающими из задач метрологического обеспечения современных информационных технологий на базе применения новых материалов, компонент и технологий производства, что создает основу для автоматизации измерений.

Поскольку в реализации современных информационных технологий все большее место занимают интеллектуальные системы проектирования, интеллектуальные системы управления и т.п., назрела необходимость в создании интеллектуальных измерительных систем (ИнИС), как представителя интеллектуальных информационных систем. Под интеллектуальностью понимается способность технического средства принимать решения, основанные на знаниях.

В дальнейшем под ИнИС понимается средство, представляющее собой измерительную систему с алгоритмом работы, перестраиваемым в процессе измерения на основании базы измерительных знаний применительно к текущей ситуации.

Интерес к проблемам интеллектуализации измерений оформился в начале 80-х годов. Однако формирование концептуальных основ и необходимого метрологического математического обеспечения носят преимущественно описательный характер, что и определило отсутствие практических результатов в этой области.

Создание ИнИС предполагает наличие развитого измерительного математического обеспечения (ИМО). Работы в этом направлении проводились в рамках раздела теоретической метрологии, занимающейся математическими моделями объектов, процедур, средств и условий измерений, а также алгоритмическим обеспечением метрологического анализа и синтеза - в рамках раздела, называемого математической метрологией. Именно на базе формализации знаний из области математической метрологии возможно создание метрологического математического обеспечения ИнИС.

Под формализацией понимается представление понятий и методов предметной области в терминологии формальных систем.

Измерительное математическое обеспечение ИнИС включает в себя следующие три части: совокупность знаний, относящихся к

описанию моделей (МО) измерительных модулей, сигналов измерительной ситуации, метрологическому анализу (Iv метрологическому синтезу (МС). Каждая последующая чг предполагает использование результатов, сформированных предшествующих, а в совокупности они составляют измеритель математическое обеспечение ИнИС.

ИМО получило значительное развитие. Это касается, през всего, аппарата описания измерительных процедур и алгоритмическ обеспечения метрологического анализа. Получены интересі результаты в направлении измерений с коррекцией, адаптивны? статистических измерений.

Однако ИМО не доведено до необходимой полноты. В настояі. время создание ИнИС замедляется незавершенностью работ формированию ИМО и отсутствием отработанных принцш построения ИнИС. Практически не проводились работы формированию математического обеспечения, относящегося идентификации ситуаций. В области синтеза измерительных цепеі работах Э.И.Цветкова сформированы лишь базовые формализмы, наконец, имеющееся теоретическое обеспечение не систематизировс с позиций его применения в ИнИС и не имеет необходим формаїизованного описания.

Существующие методы математической метрологии позволяют выполнять метрологический анализ и синтез автоматическом режиме, поскольку использованные математическ модели не пригодны для представления в терминологии формальні систем. Дополнительная сложность заключается в том, что объект изучения является измерительная цепь, состоящая из сочетай программных и аппаратных, как аналоговых, так и цифровых модулей

Перечисленные проблемы связаны с текущим состояни предметной области.

В настоящее время отсутствует аппарат формализац; измерительных знаний, на основании которого было бы возможнь создание ИнИС, работающего в автоматическом режиме.

Актуальность работы определяется отсутствием аппара
формализации измерительных знаний, что не позволяет разрабатыва
конкретные интеллектуальные измерительные системы. В то же вреі
существующие методы проектирования оказывают

малоэффективными при решении современных задач, требующих для своего решения применения технологий искусственного интеллекта. С другой стороны, измерительная техника получила в настоящее время настолько широкое распространение, что возникла необходимость решать типовые измерительные задачи с помощью автоматических систем, не привлекая к их решению квалифицированных специалистов. Поэтому разработка аппарата формализации измерительных знаний для создания ИнИС является важной актуальной научно-технической проблемой.

Цель работы. Теоретическое обобщение, исследование известных л разработка новых элементов аппарата формализации измерительных шаний, составляющего теоретическую базу для создания интеллектуальных измерительных систем. Построение измерительного математического обеспечения интеллектуальных измерительных систем, которое заключается в разработке алгоритмов метрологического анализа и синтеза, обеспечивающих автоматическое юстроение оптимальной измерительной цепи в процессе выполнения метрологического эксперимента на основании описания измерительной :итуации и базы измерительных знаний.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

формализация измерительной информации для создания баз [змерительных знаний на основе избранных структур и методов іредставлення знаний;

разработка измерительного математического обеспечения для еализации автоматического метрологического анализа в нтеллектуальньгх измерительных системах;

- разработка измерительного математического обеспечения
втоматического метрологического синтеза измерительных цепей в
нтеллектуальньгх измерительных системах;

- разработка теоретических основ построения интеллектуальных
змерительных систем с особым акцентом на развитие
ігоритмического обеспечения.

Методы исследования. Результаты исследований, включенные в иссертацию, базируются на алгоритмической теории измерений, 5щей теории сложных систем, теории исследования операций, теории )чности, теории принятия решений, теории алгоритмов, на базовых

понятиях и методах математической логики и искусственног интеллекта, а так же на накопленном опыте и результатах в облает проектирования измерительных систем экологического мониторинга процессе работы на базе кафедры информационно-измерительно техники СПбГЭТУ, в ряде промышленных и инжиниринговы компаний: ТОО "Юнион Кард-Петро", ООО "Системы. Технологии Сопровождение", 000 "СтройИнформСервис", ЗАО "Кармона".

Научная новизна диссертационной работы определяется тем, чт автором дано обобщение и получены новые теоретические результаты области формализации измерительных знаний. Разработан аппара формализации измерительных знаний, основанный на избранны математических структурах и методах представления измерительны: знаний, который служит базой для создания интеллектуальны: измерительных систем. Определены принципы автоматическом формирования аналитического представления критерия качества характеристик погрешностей. На основании сформированное концептуальной основы баз измерительных знаний разработан мето; построения и анализа поля прототипов - метод синтеза измерительны? цепей. Все это составляет основу измерительного математической обеспечения интеллектуальных измерительных систем. Разработанньк принципы легли в основу создания алгоритмического обеспеченш интеллектуальной измерительной системы.

Совокупность полученных результатов создает основы новогс перспективного научного направления в теории и практике информационно-измерительных систем и формирует аппарат формализации измерительных знаний, который позволяет разработк) интеллектуальных измерительных систем.

На защиту выносятся:

  1. Теоретические основы формализации измерительных знаний v. манипулирования формализованными знаниями, создающие основу построения интеллектуальных измерительных систем, особое внимание уделено алгоритмическому обеспечению баз измерительных знаний.

  2. Измерительное математическое обеспечение интеллектуальных измерительных систем, которое включает в себя:

- метод автоматического метрологического анализа в рамках избранного формализованного представления измерительных знаний, позволяющий проведение анализа в автоматическом режиме с

формнрованием аналитического выражения критерия качества. Для двух представлений измерительных цепей - с использованием X,-исчисления и алгоритмического описания.

- метод автоматического метрологического синтеза в рамках
интеллектуальной измерительной системы, результатом которого
является измерительный алгоритм, описанный уравнением измерения.

3. При разработке метода метрологического анализа
алгоритмических описаний измерительных цепей впервые было
предложено использовать аппарат прослеживания слабейшего
предусловия, и разработаны следующие методы:

метод параллельного прослеживания слабейшего предусловия -п-метод, позволяющий проводить метрологический анализ алгоритмических описаний, сокращая рост предиката от экспоненциального к полиномиальному;

метод прослеживания слабейшего предусловия для циклических конструкций, который позволяет на базе уравнения измерений осуществлять метрологический анализ описаний с обратной связью;

метод прослеживания слабейшего предусловия для выполнения метрологического анализа описаний измерительных цепей, отражающих время с помощью временной логики, расширенной введением интервальных событий;

метод прослеживания слабейшего предусловия для выполнения метрологического анализа описаний измерительных цепей, отражающих структуру и позволяющих проводить метрологический анализ измерительных цепей, предназначенных для выполнения совместных измерений;

метод прослеживания слабейшего предусловия для выполнения метрологического анализа описаний измерительных цепей, использующих абстракцию модуля и позволяющих сводить вычисление ;лабейшего предусловия процедуры к вычислению слабейшего предусловия одного оператора присваивания.

4. При разработке метода метрологического синтеза были
іредложеньї следующие методы:

- метод структурного синтеза на базе метода генетических
ілгоритмов, который позволяет осуществлять одновременное
гостроение и поиск в поле решений - поле измерительных алгоритмов;

метод структурно-параметрического синтеза на ба; аналитического выражения критерия качества, который позволж определять потенциальную точность синтезируемых алгоритмов аналитическом виде.

Практическая ценность. Практическая ценность результате работы заключается в том, что:

разработанные теоретические основы формализаци измерительных знаний позволяют создавать базы измерительны знаний рассматриваемого типа;

- разработанные методы составляют основу автоматически
методов метрологического анализа и синтеза измерительных процеду
в составе интеллектуальных измерительных систем рассматриваемог
типа.

Разработанное измерительное математическое обеспечени интеллектуальной измерительной системы создает основ качественного изменения проектируемых систем:

позволяет решать задачи, требующие для своего решени применения технологий искусственного интеллекта;

позволяет осуществлять автоматическое изменение алгоритм измерения в процессе проведения метрологического эксперимента н основе базы измерительных знаний и знания метрологическоі ситуации.

Результаты теоретических исследований легли в основ; конкретных программных разработок, внедренных как в рамках работі на кафедре ИИТ СПбГЭТУ, так и на промышленных предприятиях.

Реализация результатов. Реализация результатов заключается в» внедрении их при непосредственном участии автора:

при создании программной системы "Интеллектуальна измерительная система", применение которой дает возможност автоматизировать процесс экологического мониторинга (СПбГЭТ! НИР «Методы и методики измерения, моделирования прогнозирования параметров окружающей среды. Программно обеспечение автоматизированной системы экологическог мониторинга» N гос. per. 01960011414, г. Санкт-Петербург);

при создании научной разработки "Алгоритмы обработки знани; и приведения их к формализованному виду" для систематизаци;

технологических процессов настройки банковского оборудования (ООО «Системы. Технологии. Сопровождение.» г. Санкт-Петербург);

при создании пакета программ "Алгоритмы системы принятия решений базы знаний" для обследования транзакционного потока пропессингового центра (ТОО «Юнион Кард-Петро» г. Санкт-Петербург);

при создании научной разработки "Алгоритмы обработки знаний и приведения их к формализованному виду" использованной при создании информационно-технической базы знаний "Строительство и архитектура" для формализации результатов испытаний на прочность различных сочетаний конструктивных элементов (000 "СтройИнформСервис" г. Москва);

при создании пакета программ "Интеллектуальная измерительная система для контроля технологического процесса" для модернизации производственной линии (ЗАО "Кармона" г. Москва).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на:

- XIV всемирный конгресс IMECO (Тампере, Финляндия, 1997г);

- Межвузовской научно-технической конференции "Динамика
нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем/
(Чебоксары, 1995г.);

- Международном симпозиуме "Методы и средства мониторинга
состояния окружающей среды МСОС-95" (Санкт-Петербург, 1995г);

VIII Всесоюзной научно-технической конференции 'Перспективы развития и применения средств вычислительной техники для моделирования и автоматизированного исследования" 'Москва, 1991);

Международной научно-технической конференции 'Актуальные проблемы фундаментальных наук" (Москва, 1991);

- 46-й научно-технической конференции "Актуальные проблемы
эазвития радиотехники, электроники, связи (Ленинград, 1991 г), а
также на ряде других конференций, семинаров и совещаний.

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 28 іечатньїх работ, включая монографию, 18 статей, 8 тезисов докладов и іетодические указания.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения семи глав, заключения, списка литературы, включающего 23 наименование, и приложения. Основная часть работы изложена на 23< страницах машинописного текста. Работа содержит 31 рисунок и \ таблицы.