Автоматизация производственных систем (стр. 14 из 26)
Рис.1. Семантическая сеть изделий
Например, в табл.3 приведены примеры разновидностей сборочных единиц в соответствии с классификатором ЕСКД.
Как видно из примеров функций интерпретации в табл.2, пересечение множеств C1 и C2 не являются пустыми (C1ÇC2¹Æ). При определении понятия-разновидности всегда используют родовое понятие в совокупности с ограничивающими терминами. При этом ограничения должны быть построены так, чтобы выделенные подклассы не пересекались, то есть не имели общих экземпляров.
Таблица 3Классы сборочных единиц по ЕСКД
| N класса | Наименование класса |
| 06 | Оборудование гидромеханических, тепловых, массообменных процессов |
| 28 | Оснастка технологическая. Инструмент режущий |
| 29 | Оснастка технологическая, кроме инструмента режущего |
| 30 | Сборочные единицы общемашиностроительные |
| 31 | Подшипники качения |
| 38 | Двигатели (кроме электрических) |
| 48 | Оборудование подъемно-транспортное и погрузочно-разгрузочное |
| 52 | Машины электрические вращающиеся |
В связи с необходимостью эксплицитной (явной) спецификации процессов функционирования онтологии принято рассматривать онтологические системы. Под формальной моделью онтологической системыSo понимают [1] триплет вида:
So = <Ometa, {Od&f}, Xinf>,
где Ometa – онтология верхнего уровня (метаонтология); {Od&f}={Od}È{Of}– множество предметных онтологий и онтологий задач предметной области; Xinf – модель машины вывода, ассоциированной с онтологической системой So.
В модели So имеются три онтологические компоненты:
· метаонтология;
· предметная онтология;
· онтология задач.
Метаонотология оперирует общими концептами и отношениями, которые не зависят от конкретной предметной области. Метаонтология должна содержать концепты и отношения, необходимые как для предметной онтологии, так и для онтологии задач. Последние в совокупности должны обеспечивать построение операциональной модели M предметной области. На основе этой модели производится преобразование исходных данных In, необходимых для автоматизированного проектирования изделий и технологических процессов их изготовления, в выходные данные Out, содержащие модель результатов инженерного проектирования (рис.2).
Рис.2. Операциональная модель САПР в нотации IDEF0
Операциональная модель M представляет собой совокупность концептуальной структуры Sk, отражающей понятийную структуру предметной области, и функциональной структуры Sf, моделирующей функции преобразования входных данных In в выходные Out. Sk представляет собой синтаксический аспект предметной онтологии, содержащий описание семантики понятий, а Sf – синтаксический аспект онтологии задач, содержащий смысловое содержание этих задач.
M = (Sk, Sf)
Sk выступает как пассивная компонента, содержащая данные, а Sf – как активная компонента, преобразующая данные [1].
Метаонтологию как и другие виды онтологий целесообразно строить на основе стандартов, причем желательно международных. Компоненту метаонтологии, связанную с описанием концептуальной структуры, целесообразно строить на базе стандарта IDEF1X, а компоненту метаонтологии, связанную с функциональной структурой – на основе стандарта IDEF0.
При таком подходе взаимосвязь между компонентами онтологической системы выглядит, как это представлено на рис.3.
Предметная онтология Skсодержит понятия, описывающие конкретную предметную область и отношения между ними. Каждое понятие имеет полное имя, образуемое словом или словосочетанием естественного языка. В информационных технологиях принято помимо полного присваивать и короткое имя или идентификатор, содержащий не более 8 символов. Содержание понятия описывается с помощью его существенных свойств (атрибутов). Свойства, как и понятия, имеют полные и короткие имена, а также определенный тип данных. Различные понятия не могут иметь одинакового содержания.
Что касается связей между понятиями, то в онтологии инженерных знаний достаточно использовать отношения isa и partof, с помощью которых формируется понятийная метасистема.
На рис.4 представлен экран инструментального средства СПРУТ-технологии, предназначенного для описания предметной онтологии. Формирование имени и идентификатора понятия, а также его содержания производится в средней части экрана с помощью соответствующих панелей редактора. На рис.4 приведено описание родового понятия «Деталь». Содержание этого понятия формируют собственные атрибуты, присущие всем деталям (наименование, обозначение, марка материала, масса и т.п.).
Рис.3 Структура онтологической системы
Родовидовые отношения (isa)формируются с помощью свойства, именуемого дискриминатором. В данном случае это вид детали. Подвиды присоединяются с помощью правого окна. В этом окне перечислены групповые детали: вал, вал-шестерня, втулка, колесо зубчатое и т.п.
Для задания структуры, определяемой отношением partof, используется левое верхнее окно. В нем перечислены комплексные конструкторско-технологические элементы, из которых может состоять деталь: отверстия, элементы осесимметричные и призматические. Кроме того, с помощью этого отношения с деталью соединяются данные ее заготовки, покрытий и термообработки. Описываемое понятие может наследовать свойства других понятий, расположенных выше по иерархии partof. Это наследование задается с помощью левого нижнего окна экрана.
Рис.4 Экран формирования предметной онтологии
Онтология задач Of содержит функции, с помощью которых производится преобразование входных данных In операциональной модели M в выходные Out. Каждая функция, также как и понятие имеет полное и короткие имена. Полное имя в соответствии со стандартом IDEF0 формируется в виде словосочетания, состоящего из отглагольного существительного, описывающего действие, выполняемое функцией (расчет, определение, формирование и т.п.), существительного, указывающего предмет, на который направлено действие, и дополнительных слов, содержащих описание ограничений. Короткое имя представляет собой идентификатор. Подобно свойствам понятия каждая функция имеет набор входных, выходных и управляющих (C) переменных (рис.2). В онтологии инженерных знаний достаточно использовать переменные трех типов: целые и действительные числа и, а также символьные переменные. Переменные имеют полные и короткие имена.
Рис.5 Экран формирования онтологии задач
На рис.5 представлен экран инструментального средства СПРУТ-технологии, предназначенного для формирования онтологии задач. Имена входных, выходных и управляющих переменных выбираются из общего словаря. В качестве неделимого элемента онтологии задач в СПРУТ-технологии принят модуль инженерных знаний (МИЗ), соответствующий функциональному блоку стандарта IDEF0 (рис.2). В качестве механизмов (Mc) реализации функций в МИЗ могут использоваться формулы (рис.5), таблицы, выбор из баз данных, программные модули и т.п. На основе выбранной совокупности МИЗ производится генерация метода.
Каждое понятие связывается с определенным методом, представляющим собой подсистему онтологии задач. Такая пара носит название агент. Машина вывода Xinfонтологической системы инженерных знаний опирается на сетевое представление агентов, образующих метасистему. Функционирование ее связано с двумя процессами: структурным синтезом и синтезом параметрическим. Структурный синтез обеспечивает выбор и активизацию одного из разновидностей понятий во всех родовидовых отношениях. Параметрический синтез формирует экземпляры выбранных понятий путем вычисления выходных переменных с помощью метода и приравнивая их значения свойствам понятия.
Практическое применение инструментальных средств СПРУТ-технологиии, разработанных в соответствии с описанными теоретическими положениями, показало их истинность и высокую эффективность. На основе этой информационной технологии были созданы интеллектуальные системы автоматизированного конструирования (редукторы, электродвигатели) и проектирования технологических процессов (механообработка). При этом в десятки раз по сравнению с традиционными информационными технологиями была сокращена как трудоемкость создания специализированных прикладных систем, так и трудоемкость проектирования с их помощью.
7. Методы и программные средства автматизации конструирования
Согласно наиболее обобщенной модели системы, модели "черного ящика", система автоматизированного конструирования изделий представляет собой средство преобразования входной информации в выходную (рис.7.1). Процесс разработки проекта изделия складывается из двух основных этапов: этапа проектирования, на котором изделие представляется как формальная система с оформлением соответствующих схем и эскизной проектной документации, и собственно конструирования с формированием данных общих видов и рабочей документации. Входной информацией этого процесса является дескриптивное описание проектируемого объекта, которое обычно содержится в техническом задании. Выходная информация в соответствии с функциональным назначением системы определяет конструктивное описание проектируемого объекта, общепринятой формой представления которого является проектная и конструкторская документация, а компьютерной формой ¾. графические модели, текстовые документы, реляционная и графическая базы данных. Сама система автоматизированного конструирования реализует с помощью технических и программных средств вычислительной техники процесс преобразования входной информации в выходную. Управляет процессом преобразования информации ¾ пользователь. Отсюда следует, что первыми шагами системного анализа данной проблемной ситуации является системологическое исследование двух основных компонент: проектируемых объектов и процессов проектирования. Исследование первых двух компонент относится к проблематике анализа проектируемых объектов и форм их представления, а последняя – к проблематике анализа собственно проектных действий.