Моделі, методи і технологія інформаційної підтримки процесів проектування й модифікації технічної продукції

Размещено на http://www.allbest.ru/

Херсонський національний технічний університет

УДК 65.012.34:658.012.011.56

05.13.06 - інформаційні технології

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

МОДЕЛІ, МЕТОДИ І ТЕХНОЛОГІЯ ІНФОРМАЦІЙНОЇ ПІДТРИМКИ ПРОЦЕСІВ ПРОЕКТУВАННЯ Й МОДИФІКАЦІЇ ТЕХНІЧНОЇ ПРОДУКЦІЇ

Некрасов Олександр Борисович

Херсон - 2009



Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Херсонському національному технічному університету Міністерства науки і освіти України.

НАУКОВИЙ КЕРІВНИК:

доктор технічних наук, професор Соколова Надія Андріївна, Херсонський національний технічний університет, завідувач кафедри економічної кібернетики

ОФІЦІЙНІ ОПОНЕНТИ:

доктор технічних наук, професор Доровський Володимир Олексійович, Європейський університет, завідувач кафедри інформаційних систем та технологій;

доктор технічних наук, професор Малєєва Ольга Володимирівна, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, професор кафедри інформаційних управляючих систем.

Захист дисертації відбудеться " 23 " лютого 2009 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д67.052.01 у Херсонському національному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24, корпус №3, аудиторія 320.

З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці Херсонського національного технічного університету за адресою: 73008, м.Херсон, Бериславське шосе, 24.

Автореферат розіслано 20 січня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 67.052.01 А.В.Шеховцов



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дослідження. Конкурентна боротьба в ринковій економіці диктує необхідність постійного відновлення асортименту продукції, що випускається, відповідно до вимог попиту. Для збереження або розширення свого сектора на ринку виробник повинен розробляти зразки нової техніки в стислий термін і з мінімальними витратами. Досягнення цих цілей багато в чому залежить від ступеня використання в новому виробі технічних рішень попередніх розробок, оскільки останніми роками процеси проектування нової техніки в більшості випадків зводяться до модифікації існуючих зразків в області інновацій по окремих складових елементах. Аналіз предметної області показав, що останнім часом у всіх виробах, що створюються або модернізуються, використовується від 30 до 70 відсотків технічних рішень попередніх розробок. Тому для підвищення ефективності проектування нової техніки й модифікації існуючої доцільно використовувати інформацію про досвід створення аналогічних виробів.

Одним з аспектів використання інформації про досвід створення аналогічних виробів є накопичення в архіві підприємства стандартних, типових, тобто повторюваних, ситуацій і відповідних їм ефективних рішень. На жаль, поперед-ній досвід розробок часто втрачається через відсутність сучасної системи інформаційної підтримки процедур накопичення, зберігання й аналізу досвіду попередніх розробок, носієм якого є комплект технічної документації виробу. У роботі пропонується формалізація використання накопиченого досвіду науково-виробничого підприємства з метою автоматизації процесів формування й використання стандартних ефективних проектних рішень на основі методів прецедентів.

Узагальнення й використання накопиченого досвіду проектування обумовлює розроблення системи інформаційної підтримки проектно-конструкторського процесу. Для управління інформаційними ресурсами про накопичений досвід науково-технічних організацій необхідно використовувати технології управління знаннями, які підвищать ефективність їх використання у процесах проектування. Сьогодні відсутні розвинені засоби пошуку рішень на основі аналогій, які забезпечували б автоматизоване оброблення інформації на семантичному рівні. Крім того, досить відчутним є недолік вітчизняних програмних засобів інформаційної підтримки проектних рішень порівняно з закордонними системами.

У зв'язку з цим для створення інформаційних технологій, основаних на знаннях, є необхідним розроблення методів опису, формалізації, автоматизованого накопичення, зберігання й оброблення знань, що відносяться до системи ключових областей компетентності даного підприємства стосовно проектування нової техніки. Тому розроблення моделей, методів і комп'ютерних технологій інформаційної підтримки процесів проектування й модифікації технічної продукції на основі прецедентів проектних рішень є актуальною науково-прикладною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дане дослідження виконано у рамках НДР, проведених у 2003-2008 рр. у Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського «ХАІ» відповідно до планів держбюджетних НДР Міністерства науки і освіти України: «Системні та інформаційні технології формування та управління великомасштабними проектами та програмами» (ДР№0102В004181), «Системна методологія й інформаційні технології управління якістю проектів створення наукоємних зразків нової техніки» (ДР№0104М000835); на ДП “Харківський науково-дослідний інститут технології машинобудування”: НДР Міністерства Оборони України № 3996 «Інтеграція-ХУПС» (№0101U000439). Особистий внесок автора в зазначених НДР, як одного з виконавців, полягає в розробленні нових моделей і методів проектування зразків нової техніки з використанням аналогічних проектних рішень.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційного дослідження є підвищення ефективності процесів розроблення технічної документації при створенні зразків нової техніки за рахунок автоматизації процедур пошуку на основі науково-обгрунтованого використання інформації про аналогічну продукцію.

Для досягнення поставленої мети необхідно виконати такі задачі:

1. Провести аналіз існуючих підходів і методів пошуку й використання інформації про аналогічні проекти при розробленні нової техніки.

2. Структурувати і формалізувати вихідний опис розроблюваної технічної продукції у вигляді семантичної моделі.

3. Розробити методи виділення значущих елементів та інформативних ознак в описі зразків нової техніки.

4. Розробити формалізований опис процесу підбору й оцінювання аналогів зразків нової техніки.

5. Розробити метод оцінювання й класифікації множини аналогів попередніх проектних рішень.

6. Розробити автоматизовану систему інформаційної підтримки процесів проектування й модифікації зразків нової техніки з використанням бази прецедентів.

Об'єктом дослідження є процеси проектування й модифікації технічної продукції. інформація техніка зразок елемент

Предметом дослідження є моделі, методи й інформаційні технології управління процесом вибору й оцінювання аналогічних проектних рішень при розробленні зразків нової техніки.

Методи дослідження. Вибір методів дослідження обумовлено логікою й послідовністю дій, спрямованих на забезпечення інформаційної підтримки процесів проектування при створенні зразків нової техніки. Для формалізації предметної області використано онтологічний підхід в області побудови семантичних мереж опису технічної документації на розроблення зразків нової техніки. Для аналізу й оцінювання інформаційної забезпеченості процесів проектування використано методи «видобутку даних» - багатовимірного аналізу, методи експертних оцінок, теорія інформації. Для побудови процедури вибору й оцінювання якості інформації про аналогічні проектні рішення використано кваліметричний підхід. Для вибору й оцінювання подібності аналогів-прецедентів використано методи теорії прецедентів, кластерного аналізу. Для розроблення прикладної інформаційної технології підтримки процесів проектування на основі бази прецедентів застосовано моделі й методи формування баз даних і знань, методи об'єктно-орієнтованого програмування.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у такому:

Вперше розроблено метод відбору, оцінювання й класифікації множини аналогів технічної продукції, що на відміну від існуючих складається з двохетапної процедури аналізу аналогів і дозволяє шляхом оцінювання аналогів за загальнофункціональними вимогами і технічними характеристиками, які визначені у технічній документації, забезпечити повноту вихідної множини аналогів і близкість вибраних аналогів до характеристик, що вимагаються.

Удосконалено модель опису предметної області шляхом розроблення семантичної мережі змісту технічної документації, що дозволило структурувати знання про зразки технічної продукції з урахуванням семантичних зв'язків при формуванні бази прецедентів.

Дістало подальший розвиток інформаційні технології управління процесом вибору й оцінювання аналогічних проектних рішень шляхом розроблення підсистеми вибору й оцінювання аналогів технічної продукції на основі накопиченого досвіду, що дозволило ефективно використовувати інформаційну базу підприємства при розробленні проектної й конструкторської документації.

Практичне значення одержаних результатів полягає в підвищенні ефективності проектування й модифікації технічної продукції за рахунок автоматизованої системи інформаційної підтримки процесів проектування зразків нової техніки на основі бази прецедентів і її застосування для наукового обґрунтування й автоматизації використання інформації про аналогічну продукцію. Результати дисертаційної роботи впроваджено на підприємствах м.Харкова.

Науково-технічний ефект дисертаційної роботи полягає в автоматизації процедур використання інформації про аналогічну продукцію. Економічний ефект полягає в зменшенні часу й витрат на розроблення технічної документації при створенні зразків нової техніки. Соціальний ефект полягає в зручності виконуваних процедур проектувальниками й конструкторами при створенні зразків нової техніки.

Результати дисертаційної роботи впроваджено:

1) на ДП “Харківський науково-дослідний інститут технології машинобудування”,

2) на ДП “Науково-дослідний технологічний інститут приладобудування” (м. Харків),

3) у НТ СКБ “ПОЛІСВІТ” (м. Харків).

Особистий внесок здобувача. Всі основні наукові положення, висновки і рекомендації дисертаційної роботи отримано автором особисто.

У публікаціях, написаних у співавторстві, автору дисертації належать: класифікація робіт проектування на «ризикові» (нові) й ті, що припускають повторне використання минулого досвіду [2]; обґрунтування необхідності використання раніше накопиченого досвіду при проектуванні нової техніки [3]; семантична модель змісту технічного завдання [4]; метод відбору, оцінювання й класифікації множини аналогів технічної продукції [5]; інформаційна технологія проектування, що використовує компоненти повторного використання [7]; постановка задачі оцінювання можливості застосування компонент повторного використання при проектуванні нової техніки [8]; метод вибору варіантів структурного подання проектованих виробів складної техніки [9].

Апробація результатів дисертації. Результати дослідження доповідалися й обговорювалися: на міжнародних науково-технічних конференціях «Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні IKTM-2005”, “IKTM-2006”, “IKTM-2008” (Харків, ХАІ, 2005-2008); міжнародній науково-практичній конференції «Дні науки - 2005» (Дніпропетровськ, 2005); LXVI міжнародній науково-практичній конференції «Проблеми й перспективи розвитку залізничного транспорту» (Донецьк, 2006).

Публікації. Результати досліджень опубліковані в 10 друкованих працях, з них 5 статей (3 у журналах і 2 у збірках наукових праць, які входять до переліку ВАК), а також 5 публікацій у матеріалах конференцій.

Структура роботи. Робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків і додатків. Обсяг основного тексту становить 147 сторінок, а також включено 6 рисунків на 6 окремих сторінках; 7 таблиць на 7 окремих сторінках, список використаної літератури із 106 найменувань на 11 сторінках; два додатки на 16 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі описано актуальність теми і наукової задачі; зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами; мету й задачі дослідження; об'єкт, предмет і методи дослідження; наукову новизну і практичне значення отриманих результатів; особистий внесок здобувача; інформацію про впровадження, апробацію і публікацію результатів.

У першому розділі проведено огляд задач, методів аналізу інформаційного забезпечення й існуючих інформаційних технологій, що застосовують при розробленні технічної продукції з елементами повторного використання.

Проведений огляд літератури показав, що нині існує значна кількість методів аналізу й використання накопиченого інформаційного забезпечення для проектування зразків нової техніки й модифікації існуючих. Так, застосування методу прецеденту для створення нових технічних об'єктів за аналогією з минулими розробками простежується в роботах Р. Шенка, Д. Колоднер, П. Р. Варшавського. Однак, інформація, що використовується для формування бази прецедентів, у більшості випадків не структурована, не формалізована. Крім того, відсутніми є методи, що дозволяють обробляти масиви технічної інформації: формувати базу прецедентів розроблюваної продукції, виділяти з неї множину аналогів для розроблюваного зразка, класифікувати аналоги за ступенем близькості до вимог зразка на основі технічної документації. Основні проблеми, які існують при вирішенні задач класифікації, - це незадовільна якість вихідних даних, у яких зустрічаються пропущені значення, різні типи атрибутів, атрибути різної значущості.

Проведено огляд існуючих інформаційних систем і технологій управління знаннями на підприємствах з використанням прецедентів (системи SMART, KATE TOOLS, CBR Express, Case Point, Apriori, DP Umbrella, програмні пакети SIDE, ODYSSEUS, система «APS-підприємство»). У результаті огляду зроблено такі висновки:

- більшість систем за суттю є інформаційними - надають недостатньо можливостей для аналітичного оброблення даних;

- в цих системах немає можливості використання неструктурованої інформації, не враховується контекст опису й зв'язки між елементами бази даних;

- в них відсутні розвинені засоби пошуку рішення на основі аналогій для інформаційних систем підтримки прийняття рішень.

Таким чином, вихідною технічною задачею для даного дисертаційного дослідження є відсутність методичного й інструментального забезпечення для оброблення й використання накопиченого досвіду підприємства у вигляді технічної документації при проектуванні й модифікації технічної продукції.

У другому розділі на основі аналізу вимог до структури й змісту технічної документації побудовано семантичну мережу змісту технічного завдання й ескізного проекту у вигляді текстової інформації; розроблено процедуру визначення вагових коефіцієнтів елементів семантичної мережі, запропоновано методи розрахунку коефіцієнтів документаційної й інформаційної забезпеченості розробок минулих років.

У даній роботі для вирішення задач структуризації й подальшої формалізації знань про предметну область застосовується модель, структурована у вигляді семантичної мережі. Обґрунтовано це тим, що для організації пошукового простору аналогічної продукції досить опису об'єкта у вигляді концептів і його властивостей.

Виходячи зі змісту технічного завдання (ТЗ) на проект розроблення складного радіоелектронного комплексу, виділено об'єкти опису ТЗ із визначенням їх властивостей. Семантична модель опису об'єктів технічної документації подається у вигляді спрямованого графа, вершини якого - елементи, дуги - відношення між ними, і містить опис атрибутів вузлів мережі й визначення видів зв'язків (рис. 1).

Визначено семантичні типи (SemanticType): найменування (Name), властивість (Qva), число (Num), стан (State), предмет (Item), дія (Act), а також типи зв'язків (Relation): атрибут(Atr), залежність (Corr), агрегування (Agr). Розроблена модель є основою для структуризації записів у базі прецедентів.

Аналогічним чином було проведено аналіз елементів опису і їхніх взаємозв'язків для ескізного проекту, сформовано структуру мережі й розроблено відповідну семантичну модель.

Для оцінювання повноти інформаційного забезпечення розробок минулих років необхідно проаналізувати відповідність складу документації нормативним вимогам і спеціальним вимогам замовника. Позначимо: N - кількість фактографічних джерел, що задовольняють нормативні вимоги; M - кількість документів, необхідних з погляду замовника; L - кількість наявних фактографічних джерел за нормативними вимогами; Q - кількість наявних джерел за вимогами замовника; T - кількість додаткових (накопичених) документів та інших інформаційних джерел.

Якщо нормативні вимоги до документації не виконуються, тобто то інформаційне забезпечення недостатнє. Якщо можна зробити висновок, що є достатня кількість інформаційних джерел, якщо - інформаційне забезпечення повне.

Для оцінювання рівня інформаційної забезпеченості окремого документа, структурованого у вигляді семантичної мережі, запропоновано коефіцієнт:

В роботі запропоновано експертну процедуру розрахунку коефіцієнтів важливості елементів семантичної мережі, що полягає у такому.

1. Побудова узагальненої таблиці залежностей з елементами zij = , де p - кількість експертів, що висловилися за існування залежності між елементами xi і xj; kl - коефіцієнти компетентності експертів.

2. Аналіз погодженості думок експертів - обчислюються коефіцієнти конкордації по рядках Wi і стовпцях Wj.

3. Оцінювання неузгодженості - «похибки» для кожного zij :

4. Одержання таблиці скоректованих значень zij' з урахуванням :

5. Обчислення вагових коефіцієнтів, що характеризують значущість елементів xj :

6. Вилучення залежних змінних з урахуванням результатів рангування. Змінні підлягають вилученню у міру збільшення vj . Для кожного xj , що вилучається, перераховуються значення Wi , при цьому перевіряється умова:

Для елементів «значення атрибута» визначається ступінь інформативності значень з використанням ентропійної міри інформативності. Найбільш інформативними будуть ознаки, значення яких близькі до можливих граничних значень. Отримані вагові коефіцієнти і значення інформативності потім будуть ураховуватися при розрахунку ступеня близькості аналогів.

У третьому розділі на основі кваліметричної моделі й теорії прецедентів розроблено метод оцінювання й класифікації множини аналогів технічної продукції, що складається з двохетапної процедури аналізу аналогів і дозволяє зробити оцінювання за загальнофункціональними вимогами (ЗФВ) і технічними характеристиками (ТХ), які визначено в технічній документації.

Для формалізованого подання процедури підбору й оцінювання аналогів сформовано кваліметричну модель, у якій мірою якості об'єкта (аналога) є його подібність до розроблюваного зразка нової техніки. Оцінка подібності об'єкта R , описаного множиною властивостей {ri} , подається величиною О - «подібність за вимогами до розроблюваного зразка»: R{ri}О - з використанням операції згортки. Семантична міра подібності s: О Se визначає множину лігвістичних одиниць: Se1 - «подібність значна», Se2 - «подібність за найбільш важливими ознаками», Se3 - «подібність помірна», Se4 - «подібність незначна». Лінгвістичній множині відповідають інтервальні оцінки подібності з гранічними значеннями W1 , W2 і W3

Для відображення ієрархії елементів і їхніх взаємозв'язків у процедурі підбору й оцінювання аналогів сформовано ієрархічну структуру моделі (рис.2). Система оцінювання описує елементи моделі і їхню декомпозицію.

Процедура підбору й оцінювання множини аналогів використовує вихідну інформацію про досягнуті результати і про процес проектування в цілому, що зберігається у вигляді бази прецедентів.

Аналіз прецедентів і кластеризація вихідної множини аналогів відбувається шляхом виявлення спільних (найбільш близьких) ознак у технічному завданні. Розроблено метод оцінювання й класифікації множини аналогів технічної продукції, що припускає два етапи.

1. Побудова рангово-класифікаційної шкали подібності для впорядкування вихідної множини аналогів за всіма значущими ознаками, визначеними в технічному завданні. Алгоритм процедури:

1) рангове шкалірування аналогів за кожним оціночним показником: , - сукупність рангових оцінок за показниками

2) обчислення сум рангів, отриманих за кожним аналогом на множині показників (m показників, n аналогів):

3) вторинне рангування проектів-аналогів за сумарними рангами:

4) розбиття аналогів на два класи на основі застосування лінійних рангових дискримінаторів: 5) матриці рангів переводяться в буліву матрицю на основі предиката , де «1» одержують ранги, що перевищили 50% максимального рангу: ;

6) операційне згортання предикатів за оціночними показниками: де m1 - кількість показників; згортка визначає частку від усієї множини оціночних показників подібності t-го аналога, ранги яких більше ;

7) дискримінація множини аналогів на два класи K1 і K2 відповідно до лінійного дескриптора

8) формування категорій подібності:

- кращі ранги в першому ранговому класі,

- середні ранги в першому ранговому класі,

- середні ранги в другому ранговому класі,

- гірші ранги в другому ранговому класі.

2. Для більш ретельного аналізу множини аналогів з метою підвищення вірогідності результатів проектування слід використовувати додаткову інформацію - опис елементів семантичної мережі ескізного проекту.

А) Для оцінки подібності зразка й аналогів за загальнофункціональними вимогами (ЗФВ) розроблено методику оцінювання ступеню невідповідності:

- визначення варіанта зіставлення зразка й аналога з використанням візуального подання у вигляді діаграм Вена;

- корекція візуального подання зразка за допомогою “розширення” або “звуження” на основі відповідної функції належності (рис.3);

оцінювання коефіцієнта невідповідності за ЗФВ:

Б) Для оцінювання подібності зразка й аналогів за технічними характеристиками запропоновано методику обчислення зваженої «відстані» з використанням алгоритму кластерного аналізу - методу К-середніх з евклідовою метрикою й максимізацією відстаней між кластерами. При цьому враховується ступінь недостатності опису аналогів. Алгоритм методики:

1) зіставлення характеристик - формування матриці зв'язків;

2) аналіз матриці зв'язків, за якого можливі варіанти:

- однозначна відповідність ТХ зразка й аналога - оцінюється експертами у візуальній шкалі з використанням діаграм Вена;

- ТХ аналога не має відповідності в зразку - вона не враховується;

кілька ТХ зразка відповідають одній ТХ аналога - характеристики зразка поєднуються з підсумовуванням значущостей:

3) обчислення узагальненої оцінки відповідності за всіма ТХ:

4) переведення характеристик в універсальну шкалу:

К [0,9, 1] - обчислюються нормовані відмінності характеристик

, (12)

де - значення i-ї ТХ аналога, - значення i-ї ТХ в описі зразка; ; ;

- К [0,7, 0,9) - застосовується експертна процедура визначення значень характеристик аналога;

- К [0,5, 0,7) - застосовується експертна процедура оцінювання близькості характеристик у якісній шкалі;

- ТХ із К 0,5 в обчисленні узагальненої відстані не враховуються;

5) обчислення відстані:

де Vi - значущість i-ї характеристики; Дhi - відмінність i-ї ТХ аналога й зразка;

6) обчислення узагальненого коефіцієнта невідповідності аналога й розроблюваного зразка:

. (14)

Існує можливість оцінити подібність як за окремими типами показників, так і за всіма показниками комплексно. Запропоновано метод формування узагальненої міри, що використовує ітераційну процедуру нормалізації мір подібності за двома критеріями. Для аналога, визначеного як найбільш близький, здійснюється вибір відповідної технічної документації з бази прецедентів. Ця інформація може використовуватися при розробленні зразка нової техніки у вигляді цілого документа з невеликими модифікаціями, але частіше як певний вид документа.

У четвертому розділі наведено опис розробленої автоматизованої системи інформаційної підтримки процесів проектування зразків нової техніки й проведено апробацію запропонованих моделей і методів у рамках підсистеми «Аналог».

Було здійснено експериментальну експлуатацію підсистеми «Аналог» у складі програмного комплексу “Автоматизована система інформаційного забезпечення процесу проектування” - «Проект2М» (рис. 4). Підсистема «Аналог», розширюючи можливості «Проект2М», впроваджувалася з метою розвитку базової системи. Підсистема використовує інформаційну базу комплексу в частині інформаційно-довідкової й технічної документації колишніх розробок. Модуль пошуку аналогів за заданими вимогами дозволяє знайти аналогічні розробки в минулому для залучення їх до вирішення задач проектування. Модуль пошуку інформації про проектування дозволяє з досвіду минулих розробок вибрати частину документації про розробки, близькі до задачі, що вирішується.

Програмно-алгоритмічну основу інформаційно-пошукової системи “Аналог” складають методики, розроблені на основі моделей і методів, запропонованих у дисертаційному дослідженні, що дозволяє автоматизувати роботу зі зберігання, пошуку, оброблення, аналізу й відображення необхідної інформації про характеристики технічної продукції і її властивості з оцінюванням відповідності вимогам нормативної документації.

У процесі практичної апробації запропонованих моделей і методів вирішувалася задача пошуку аналогів для розроблення вторинних джерел живлення блоків електронної апаратури середньої потужності. З технічного завдання на розроблення зразка нової техніки за допомогою групи експертів були виділені значущі характеристики розроблюваного виробу. При цьому визначено їхній рівень інформативності. Як вихідна множина аналогів було вибрано двадцять п'ять виробів. Зроблено нормування значень характеристик і розраховано оцінки відстані аналогів і розроблюваного зразка. З урахуванням коефіцієнтів інформативності були отримані скоректовані оцінки відстані. У другому випадку розрахунок міри подібності відбувався з урахуванням важливості характеристик. У результаті виділено множину аналогів із «середнім» ступенем подібності; аналогів із значним ступенем подібності серед виробів, що розглядались, немає. Вірогідність отриманих результатів підтверджено методами кластерного аналізу.



Рис. 4. Структура програмного комплексу інформаційного забезпечення процесів розроблення нової техніки



ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішено актуальну науково-прикладну задачу розроблення моделей, методів і комп'ютерних технологій інформаційної підтримки процесів проектування й модифікації технічної продукції на основі прецедентів проектних рішень.

Основні наукові й практичні результати, отримані в роботі, полягають у такому.

1. Проведено огляд і системологічний аналіз методів використання накопиченого досвіду для проектування зразків нової техніки й модифікації існуючих. Зроблено висновок про необхідність розроблення методів, що дозволяють обробляти масиви технічної інформації: формувати базу прецедентів розроблюваної продукції, виділяти з неї множину аналогів для розроблюваного зразка, визначати найбільш близькі аналоги на основі технічної документації. У результаті були сформульовані технічна проблема, мета й задачі дослідження.

2. Розроблено семантичну мережу опису основних об'єктів технічного завдання, що дозволила структурувати вихідну інформацію, описати атрибути вузлів мережі й види зв'язків. Аналогічним чином було зроблено аналіз елементів опису і їхніх взаємозв'язків для ескізного проекту, сформовано структуру й розроблено відповідну семантичну мережу.

3. Проаналізовано нормативні вимоги до структури й змісту технічної документації. Запропоновано розраховувати коефіцієнти документаційної та інформаційної забезпеченості, які дозволять оцінити відповідність документації на розроблення зразка нової техніки вимогам проекту і зробити висновки про повноту інформації.

4. Запропоновано експертну процедуру визначення вагових коефіцієнтів елементів семантичної мережі, що дозволяє вилучити з подальшого розгляду найменш важливі елементи. Розроблено метод оцінювання інформативності значень технічних характристик з використанням ентропійної міри. Отримані вагові коефіцієнти (у прямій залежності) і значення інформативності (у зворотній залежності) потім ураховуються при оцінюванні ступеня подібності аналогів.

5. Розроблено кваліметричну модель, що дозволила формалізовано описати процедуру підбору й оцінювання аналогів на основі загальнофункціональних вимог і технічних характеристик.

6. Розроблено метод відбору, оцінювання й класифікації множини аналогів технічної продукції, що на відміну від існуючих складається з двохетапної процедури аналізу аналогів і дозволяє оцінити аналоги за загальнофункціональними вимогами і технічними характеристиками, які визначені у технічній документації.

7. Шляхом побудови рангово-класифікаційної шкали на основі таксонометричного підходу здійснено розбиття множини аналогів на чотири класи за значущими ознаками, визначеними в технічному завданні .

8. Розроблено метод класифікації технічної продукції на основі проектної документації, який дозволив виконати аналіз прецедентів і кластеризацію вихідної множини аналогів. Обґрунтовано використання алгоритму кластерного аналізу - методу К-середніх з евклідовою метрикою й максимізацією відстаней між кластерами.

9. Для оцінювання подібності зразка й аналогів за технічними характеристиками, визначеними в ескізному проекті, запропоновано методику, що крім зваженої «відстані» дозволяє врахувати ступінь недостатності опису аналогів. Запропоновано метод формування узагальненої міри подібності, що використовує ітераційну процедуру нормалізації мір подібності за двома критеріями.

10. Розроблено інформаційно-пошукову підсистему “Аналог” у складі програмного комплексу планування й управління процесами проектування зразків нової техніки. Програмно-алгоритмічну основу підсистеми складають методики, розроблені на основі моделей і методів, запропонованих у дисертаційному дослідженні, що дозволяє автоматизувати роботу зі зберігання, пошуку, оброблення, аналізу й відображення необхідної інформації про характеристики технічної продукції і її властивості з оціненням відповідності вимогам нормативної документації.

11. Зроблено апробацію запропонованих моделей, методів та інформаційної технології на прикладі аналізу множини аналогів для розроблення вторинних джерел живлення блоків електронної апаратури середньої потужності.

12. Результати дисертаційного дослідження впроваджено на науково-виробничих підприємствах м. Харкова.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Некрасов А. Б. Оптимизация алгоритма предельно плоского графа минимального веса / А.Б. Некрасов // Радіоелектронні і комп'ютерні системи. - Х.: Нац. аерокосм. ун-т “ХАІ”. - 2004. - Вип. 4(8). - С. 71 - 74.

2. Некрасов А.Б. Анализ и расчет рисков в проектах создания информаци-онных систем управления железнодорожным транспортом, основанных на ком-понентах многократного использования / О. Е. Федорович, А. Б. Некрасов, С. С. Плохов // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - Х.: Вид. Укр. держ. академії залізничного транспорту. - 2006. - №1(57). - С. 9 - 11.

3. Некрасов А. Б. Применение компонент многократного использования в управлении проектами разработки новой техники / О. Е. Федорович, А. Б. Некрасов, С. С. Плохов // Радіоелектронні і комп'ютерні системи. - Х.: Нац. аерокосм. ун-т “ХАІ”. - 2005.-Вип. 2(10). - С. 107 - 109.

4. Некрасов А. Б. Семантическая модель онтологии технической документации для разработки научно-технической продукции / А. Б. Некрасов, Н. А. Соколова, Д. Э. Лысенко // Системи управління, навігації та зв'язку: зб. наук. праць Центр. наук.-досл. ін-ту навігації і управління. - К.: ЦНДІНУ, 2008. - Вип. 2(6). - С. 96 - 101.

5. Некрасов А. Б. Метод кластеризации и оценки множества аналогов проектных решений / А. Б. Некрасов, Н. А. Соколова, Д. Э. Лысенко // Зб. наук. праць Харк. ун-ту Повітряних Сил. - Х.: ХУПС, 2008. - Вип. 2(17). - С. 141 - 145.

6. Некрасов А. Б. Анализ рисков в проектах, основанных на компонентах многократного использования / А.Б. Некрасов // Матеріали міжнар. наук.-техн. конф. “Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні ІКТМ-2005”. - Х.: Нац. аерокосм. ун-т "ХАІ", 2005. - С. 168.

7. Некрасов А. Б. Разработка технологии проектирования, основанной на многократном использовании компонент / О. Е. Федорович, А. Б. Некрасов // Материалы VIII Междунар. науч.-практ. конф. "Наука и образование 2005”. Т. 37. - Днепропетровск: Наука и образование, 2005.- С. 68.

8. Некрасов А. Б. Компонентный подход к управлению проектами создания новой техники / О. Е. Федорович, А. Б. Некрасов, С. С. Плохов // Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта - Тез. LXVI Междунар. науч.-практ. конф.- Донецк: ДИИТ, 2006. - С. 307.

9. Некрасов А. Б. Инновации в проектах создания и модернизации сложных технических систем / А. Б. Некрасов, С. С. Плохов // Матеріали міжнар. наук.-техн. конф. “Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні ІКТМ-2006”. - Х.: Нац. аерокосм. ун-т "ХАІ", 2006. - С. 178.

10. Некрасов А. Б. Метод кластеризации множества возможных аналогов при проектировании новой техники / А.Б. Некрасов // Матеріали міжнар. наук.-техн. конф. “Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні ІКТМ-2008”. - Х.: Нац. аерокосм. ун-т "ХАІ", 2008. - С. 73.



АНОТАЦІЯ

Некрасов О.Б. Моделі, методи і технологія інформаційної підтримки процесів проектування й модифікації технічної продукції. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - інформаційні технології. - Херсонський національний технічний університет, Херсон, 2008.

Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної задачі, пов'язаної з розробленням методичного й інструментального забезпечення для оброблення та використання накопиченого досвіду підприємства у вигляді технічної документації при проектуванні і модифікації технічної продукції. Розроблено семантичну мережу опису основних об'єктів технічної документації, яка дозволила структурувати вихідну інформацію. Запропоновано коефіцієнти документаційної та інформаційної забезпеченості, які дозволять зробити висновки про повноту інформації. Розроблено експертну процедуру визначення вагових коефіцієнтів елементів семантичної мережі, що дозволяє вилучити з подальшого розгляду найменш важливі елементи. Сформовано кваліметричну модель, яка описує процедуру підбору і оцінювання аналогів на основі загальнофункціональних вимог і технічних характеристик. Шляхом побудови рангово-класифікаційної шкали здійснено розбиття множини аналогів на класи за всіма значущими ознаками. Для оцінки подібності зразка і аналогів за технічними характеристиками запропонована процедура, яка окрім зваженої «відстані» дозволяє врахувати міру недостатності опису аналогів. Розроблено інформаційно-пошукову підсистему “Аналог” у складі програмного комплексу планування і управління процесами проектування зразків нової техніки.

Ключові слова: технічна документація, аналогічна продукція, база прецедентів, міра подібності, семантична модель, інформаційна підтримка, кластеризація.

АННОТАЦИЯ

Некрасов А.Б. Модели, методы и технология информационной поддержки процессов проектирования и модификации технической продукции. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - информационные технологии. - Херсонский национальный технический университет, Херсон, 2008.

Диссертация посвящена решению актуальной научно-прикладной задачи, связанной с разработкой методического и инструментального обеспечения для обработки и использования накопленного опыта предприятия в виде технической документации при проектировании и модификации технической продукции.

Для решения задачи структуризации и дальнейшей формализации знаний о предметной области использовалась модель онтологии, структурированная в виде семантической сети. На основе анализа элементов сети и их взаимосвязей сформирована структура семантической сети технического задания и эскизного проекта.

Степень удовлетворения требований к полноте информации отражает коэффициент документационной обеспеченности. Уровень информационной обеспеченности предыдущей разработки определяется коэффициентом информационной обеспеченности. Степень важности основных характеристик разрабатываемого образца устанавливается экспертами с помощью коэффициентов весомости. Производится также оценка информативности элементов семантической сети.

Разработана квалиметрическая модель, описывающая процедуру подбора и оценки аналогов на основе общефункциональных требований и технических характеристик. Принятие решения об использовании аналогов для проектирования осуществляется в соответствии с правилами вывода по прецедентам.

Классификация технической продукции на основе проектной документации производится с целью выделения возможных аналогов разрабатываемого образца на основе информационных признаков. Процедура построения рангово-классификационной шкалы позволяет упорядочить по мере сходства аналоги исходного множества.

Анализ прецедентов и кластеризация исходного множества аналогов происходит путем обнаружения наиболее близких признаков в техническом задании. При этом используется алгоритм кластерного анализа - метод К-средних с евклидовой метрикой и максимизацией расстояний между кластерами.

Программно-алгоритмическую основу разработанной информационно-поисковой системы “Аналог” составляют методики на основе моделей и методов, предложенных в диссертационном исследовании, что позволяет автоматизировать работу по хранению, поиску, обработке, анализу и отображению необходимой информации по характеристикам технической продукции и ее свойствам с оценкой соответствия требованиям новой разработки.

В работе получены следующие основные научные результаты:

- впервые разработан метод оценки и классификации множества аналогов технической продукции, который в отличие от существующих предполагает двухэтапную процедуру анализа аналогов и позволяет оценить аналоги по общефункциональным требованиям и техническим характеристикам, определенным в технической документации;

- усовершенствована модель описания предметной области путем разработки семантической сети содержания технической документации, что позволило структурировать знания об образцах технической продукции с учетом семантических связей при формировании базы прецедентов;

- получили дальнейшее развитие информационные технологии управления знаниями предприятия путем разработки подсистемы выбора и оценки аналогов технической продукции на основе накопленного опыта, что позволило эффективно использовать информационную базу предприятия при разработке проектной и конструкторской документации.

Полученные научные результаты можно использовать для информационной поддержки процессов проектирования в приборостроительной, аэрокосмической, энергомашиностроительной и других отраслях народного хозяйства Украины.

Ключевые слова: техническая документация, аналогичная продукция, база прецедентов, мера сходства, семантическая модель, информационная поддержка, кластеризация.



ABSTRACT

Nekrasov A. B. Models, methods and technology of informational support of processes of designing and modification of technical production. - Manuscript.

Dissertation for obtaining candidate scientific degree on speciality 05.13.06 -information technologies. - Kherson National Technic University, Kherson, 2008.

The work is devoted solution of the actual scientifically-applied task linked to development of methodical and tool support for processing and usage of stored experience of enterprise in the form of engineering specifications at designing and modification of technical production.

The semantic net of the description of basic elements of engineering specifications which has allowed to structure the initial information is developed. Coefficients of documentation and informational security which will allow to draw outputs on entirety of the information are offered. Expert procedure of definition of weight coefficients of semantic net units which allows to eliminate the least important units from further consideration is developed. The qualimetric model describing procedure of selection and an estimation of analogues on a basis functional requirements and technical characteristics is developed. By construction of a rank-classification scale splitting of set of analogues into classes to all significant signs is carried out. For an estimation of similarity of the sample and analogues on technical characteristics the except technique which weighed "distance" allows to consider a measure of insufficiency of the description of analogues is offered. The information subsystem "Analogue" as a part of a program complex of planning and management of processes of designing of samples of new technics is developed.

Key words: the engineering specifications, similar production, base of precedents, a similarity measure, semantic model, information support, clasterisation.

Размещено на Allbest.ru

...