Харківський національний університет радіоелектроніки

Сорочан Михайло Володимирович

УДК 658.512.011.56

Інструментальні засоби автоматизації передпроектного аналізу

та ранніх етапів проектування

05.13.12 системи автоматизації проектувальних робіт

Автореферат

дисертації на здобуття наукового

ступеня кандидата технічних наук

Харків – 2005

Дисертацію є рукопис.

Робота виконана на кафедрі інформатики Харківського національного університету радіоелектроніки Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник – | кандидат технічних наук, доцент,

Кузьомін Олександр Якович,

Харківський національний університет радіоелектроніки,

професор кафедри Інформатики, керівник Інноваційно-маркетингового відділу. | Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор,

Додонов Олександр Георгійович,

заступник директора з наукової роботи Інституту проблем реєстрації інформації НАН України;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, Шкіль Олександр Сергійович,

Харківський національний університет радіоелектроніки, старший науковий співробітник кафедри автоматизації проектування обчислювальної техніки.

Провідна установа – | Інститут кібернетики ім. В.М.Глушкова НАН України (відділ теорії цифрових математичних машин та систем), м. Київ.

Захист відбудеться “ 18 ” жовтня 2005 р. о 15 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 64.052.02 у Харківському національному університеті радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, просп. Леніна, 14.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського національного університету радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, просп. Леніна, 14.

Автореферат розісланий “ 16 ” вересня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради |

Безкоровайний В.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Проектування автоматизованих робочих місць (АРМ) в системах оперативного прийняття рішень є складним процесом, до якого ставляться високі вимоги по строках та якості робіт. У теперішній час подібні АРМ вирішують все більш широке коло задач на боці замовника, і тому їх проектування з урахуванням підвищених вимог замовника можливо лише з допомогою комплексних систем автоматизації проектувальних робіт (САПР). САПР, що використовуються у проектних та конструкторських організаціях, є комплексом взаємопов'язаних CASE-засобів, які у вітчизняній термінології звуться інструментальними засобами. Кожен з таких засобів є програмно-методичним комплексом, що є сукупністю програмного, методичного та інформаційного забезпечення, яке необхідне для отримання закінчених проектних рішень за об'єктом проектування.

Проектні організації звичайно вирішують задачі з проектування певного класу технічних об'єктів, тому через деякий час відбувається накопичення ряду проектних рішень. Оскільки технічні об'єкти одного класу мають схожі якості, то виникає можливість частково або повністю повторно використати отримані раніше проектні рішення під час проведення проектувальних робіт для нових об'єктів. Це дозволяє скоротити час на синтез проектних рішень та підвищити їх якість. Однак при повторному використанні стає проблема пошуку придатного проектного рішення для поточної задачі. Ручний пошук отриманих раніше рішень може займати значний час та зводити нанівець економію часу на проектування. Для забезпечення ефективності повторне використання має стати невід'ємною частиною процесу проектування та бути складовою частиною інструментальних засобів у САПР.

Загальна проблема повторного використання досліджується у роботах Парка Д., Грієса М., ?????? ?., ?????? ?. Застосування повторного використання на ранніх етапах проектування проводились Цибульським Я. та Амблером С. Ситуаційне подання, подання знань досліджуються в роботах Гладуна В.П., Коваля В.М., Палагіна А.В.

У сучасних інструментальних засобах, що використовуються під час передпроектного аналізу та мають у своєму складі такі програмні продукти, як All Fusion Process Modeller, Rational Rose, Together CC, Enterprise Architect, тощо, відсутня можливість автоматизованого синтезу проектних рішень на основі вже наявних. Автоматизація повторного використання проектних моделей зведена в таких засобах до мінімуму та здійснюється у більшості випадків проектувальником самостійно й без участі засобів автоматизації проектних робіт.

????????????? ?????? ????????? ?????? ????????? ?????? ???????? ????????? ???????????? ?????? ??????????????? ?? ?????????? ?????? ???????????? ?? ??? ??? ??????????????? ??????? ?????? ?????????? ?????? ????????? ??????, ?? ????????????, ?? ??????????? ???? ?? ?? ?????????.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами, планами. Дисертаційна робота виконана відповідно до плану науково–дослідних робіт Харківського національного університету радіоелектроніки в межах держбюджетної теми “Розробка типової інформаційно-аналітичної системи “Університет”. Розділ розробка підсистеми “Наука” (№ держреєстрації 0103U001566), що виконувалась в інноваційно-маркетинговому відділі. У роботах за даною темою здобувач брав участь як виконавець.

Мета й задачі дослідження. Метою дослідження є підвищення ефективності автоматизації проектувальних робіт під час передпроектного аналізу та на ранніх етапах проектування складних технічних об'єктів за рахунок застосування інструментальних засобів придатних до повторного використання накопичених раніше проектних рішень.

Для вирішення поставленої проблеми необхідно розв'язати такі задачі: 

дослідити проблему опису проектних рішень у відповідності до задач, на вирішення яких вони направлені;– 

провести дослідження основних сучасних інструментальних засобів автоматизації проектувальних робіт з метою виявлення ступеня застосування повторного використання проектних рішень; 

розробити мовні засоби для побудови опису проектних рішень з метою подальшого їх використання та занесення в базу знань проектних рішень; 

розробити математичні засоби для порівняння описів проектних рішень з метою автоматизації процесу пошуку отриманих раніше проектних рішень для конкретної задачі; 

розробити структуру бази знань для збереження проектних рішень;– 

розробити методичні рекомендації з застосування повторного використання у діяльності проектних та конструкторських організацій .

Об'єктом дослідження є автоматизація проектувальних робіт під час передпроектного аналізу та на ранніх етапах проектування складних технічних об'єктів.

Предметом дослідження є інструментальні засоби автоматизації пошуку придатних до повторного використання проектних рішень.

Методи дослідження. Основним методом дослідження є системний аналіз предметної галузі середовища технічного об'єкта. В основу виявлення понять, що складають проблемні ситуації, покладені принципи природної класифікації. При побудові критерію подібності використано підходи кластерного аналізу до класифікації об'єктів.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Набули подальшого розвитку методи синтезу проектних рішень в інструментальних засобах на основі отриманого раніше досвіду. Запропоновано вирішення задачі пошуку проектних рішень, яке дозволяє автоматизувати пошук проектних рішень та перейти від задачі повного перебору до часткового при відборі отриманих раніше проектних рішень.

2. Удосконалено методи опису проектних рішень за допомогою використання ситуаційного подання, що дозволяє проводити пошук аналогічних проектних рішень шляхом порівняння ситуацій, які їх описують. Відмінністю від існуючих методів опису є формалізована природно-мовна структура описів, яка дає можливість автоматизації процесу побудови та пошуку ситуацій.

3. Набули подальшого розвитку методи порівняння складних об'єктів шляхом розробки критерію подібності. Цей критерій базується на контрастній моделі подібності та включає в себе коефіцієнт відсутньої частини для виразу ступеня подібності об'єктів, що порівнюються. Отриманий критерій дозволяє проводити порівняння об'єктів з декомпозицією на складові.

4. Вперше синтезовано мову подання ситуацій у природно-мовній формі, що заснована на уявленні “суб'єкт – керуюча дія – об'єкт”, яким оперує інтелект людини. Дане уявлення на відміну від існуючих дозволяє будувати опис ситуації без додаткової спеціальної підготовки й з використанням звичної термінології предметної галузі.

Практичне значення отриманих результатів.

1. Розроблені методичні й інструментальні засоби дозволяють використовувати повторно отримані раніше проектні рішення, що дає можливість скоротити життєвий цикл процесу проектування та підвищити його якість.

2. Узагальнено підходи до виявлення понять засновані на виділенні іменникових та дієслівних груп, які використовуються при розробці програмного забезпечення шляхом введення родовидової категоріальної класифікації та розробки алгоритму категорізації понять. Це дозволило підвищити ефективність процесу пошуку та виявлення понять під час передпроектного аналізу предметної галузі технічного об'єкта.

3. Розроблено мову подання ситуацій, яка дозволяє знизити витрати на побудову описів проектних рішень за рахунок використання конструкцій природною мовою.

4. Критерій подібності, розроблений для порівняння ситуацій та їхніх складових, дозволяє порівнювати різні об'єкти, що мають складну структуру. Порівняння проводиться шляхом виділення загальної частини об'єктів, що порівнюються, та підрахунку кількості якостей, які відсутні у цій частині.

5. Для зберігання проектних рішень розроблено структуру бази знань проектних рішень для використання в інструментальних засобах автоматизації проектувальних робіт.

Особистий внесок здобувача. Усі основні результати отримано автором особисто. У роботах, опублікованих зі співавторами, особистий внесок автора складає: у [1] розроблено структуру категорій та стратегію класифікації понять; у [2] вирішено задачу порівняння понять шляхом введення критерію подібності та розроблено мову подання ситуацій для опису й пошуку проектних рішень у базі знань; у [5] досліджено задачу пошуку альтернативного шляху для мереж, які зберігають бази знань проектних рішень; у [6] вирішено питання опису проектних рішень у вигляді ситуацій для пошуку рішення у базі знань; у [10] досліджено питання повторного використання під час створення ситуаційних центрів; у [10] запропоновано методи організації повторного використання під час проектувальної діяльності; у [13] досліджено використання накопичених проектних рішень у розробці веб-проектів.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, проведених у дисертаційній роботі, доповідалися й обговорювалися автором на: Міжнародному молодіжному форумі "Радиоэлектроника и молодежь в XXI столетии" (Харків, 2001, 2002 та 2003 рр.), 4-й Міжнародній науково-практичній конференції "Системный анализ и информационные технологии" (Київ, 2002 р.), Міжнародній конференції “Crystal Laser Physics” (Харків, 2002 р.), 2-й Міжнародній конференції “i.TECH” (Varna, Bulgaria, 2004 р.), Міжнародній науково-технічній конференції “Искусственный интеллект. Интеллектуальные и многопроцессорные системы” (Алушта, 2004 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 13 наукових праць (5 статей у виданнях, перелік яких затверджений ВАК України, 8 матеріалів та тез доповідей на наукових конференціях).

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатка загальним обсягом 132 с. Робота містить 26 ілюстрацій на 5 с., 7 таблиць на 2 с., список використаних джерел з 122 найменувань на 10 с., 1 додаток на 2 с.

ОСНОВНИЙ ЗміСТ роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета й задачі досліджень, показано зв'язок роботи з науковими темами, наукова новизна і практична значущість отриманих результатів.

У першому розділі проведено розгляд робіт, що проводяться під час передпроектного аналізу та на ранніх етапах проектування. Під час цих стадій проводиться дослідження необхідності у новому виробі, вирішуються призначення та основні принципи побудови нових технічних об'єктів. Також на цих етапах досліджується можливість використання наявних ресурсів – отриманих раніше проектних рішень. Між замовником та розробником проводиться діалог з метою узгодження термінів, дослідження предметного середовища та формулювання вимог.

Аналіз наявних досліджень в області проектування показав, що істотним резервом збільшення продуктивності проведення проектних робіт, синтезу рішень і підвищення їх якості є повторне використання отриманих раніше проектних рішень. Це дозволяє знизити вартість проектування, і прискорити процес розробки за рахунок економії часу шляхом адаптації отриманих раніше рішень під конкретну задачу. При цьому одним з основних недоліків повторного використання є слабкий розвиток інструментальних засобів методичної та автоматизованої підтримки пошуку накопичених рішень.

За наявності бази знань проектних рішень, завдання пошуку найбільш відповідного рішення покладається на проектувальника. Для ефективного вибору такого рішення необхідно орієнтуватися в просторі рішень, щоб мати можливість робити адекватний пошук, що за наявності великої кількості рішень видається складним завданням. Класифікація проектних рішень та надання їм текстових описів при великому об'ємі бази знань проектних рішень можуть все ще залишати велику кількість проектних рішень для перегляду проектувальником особисто.

На початкових стадіях проектування дуже важливим є те, наскільки правильно були формалізовані внутрішнє і зовнішнє середовища системи проектувальником перед постановкою задач синтезу. Організація, в якій використовуватиметься об'єкт, що проектується, розглядається як певна система. Ця система це сукупність елементів, що знаходяться у визначених відносинах один з одним та з середовищем. З урахуванням цього систему, як відображення проектувальником цільової організації, можна визначити в такому вигляді:

, ()

де елементи (компоненти, частини) системи ; відношення (зв'язки) між елементами системи; цілі системи; проектувальник системи; мова проектувальника (обраний метод моделювання).

Задача складного технічного об'єкту, що розробляється це задоволення цілей системи . На початкових стадіях проектування проектувальник за допомогою різних, у тому числі й мовних, засобів проводить дослідження цільової організації , щоб з'ясувати як співвідносяться пов'язані у вигляді між собою елементи для досягнення цілей системи .

Багато в чому успішність процесу проектування визначається здатністю мови найбільш повно і достовірно врахувати цілі системи і підібрати відповідне цим цілям рішення.

Отже основна мета роботи полягає у розробці інструментальних засобів, які б дозволяли підвищити ефективність роботи проектувальника на ранніх етапах проектування під час передпроектного аналізу шляхом використання отриманих раніше проектних рішень. Задача полягає у переході від алгоритмів повного перебору наявних проектних рішень до часткового, звужуючи інтервал пошуку шляхом відбору проектних рішень за схожими описами.

В основі розробленого підходу лежить взаємозв'язок цілей системи, для якої проводиться розробка складного технічного об'єкту, із станом зовнішнього і внутрішнього середовища цієї системи, представленим як ситуація. З такою ситуацією пов'язується одне чи кілька проектних рішень, що підходять для даної ситуації. Пошук рішень здійснюється шляхом опису поточної ситуації мовою подання ситуацій й здійсненням вибору найбільш близької ситуації з бази проектних рішень за розробленим критерієм подібності.

У другому розділі наведено основні складові ситуаційного подання та розроблені методи порівняння ситуацій та їхніх частин.

Економія часу за рахунок повторного використання є різницею між часом на створення нового проектного рішення та часом на отримання рішення завдяки повторному використанню – , яка виглядає таким чином:

, ()

де  – час, що витрачається на створення нового проектного рішення;  – час налагодження отриманого нового проектного рішення;  – час, що витрачається на пошук проектного рішення для повторного використання; – час, що витрачається на адаптацію проектного рішення; – час налагодження отриманого проектного рішення при повторному використанні.

Ефективність повторного використання полягає в тому, що час пошуку та адаптації отриманого раніше рішення менше за час створення нового проектного рішення – . А також за рахунок того, що отримане раніше проектне рішення вже проходило процес налагодження, очікується зниження часу на налагодження отриманого за допомогою модифікації нового проектного рішення – .

Метою дослідження є підвищення шляхом зменшення часу .

Сутність методу опису проектних рішень полягає в побудові зв'язку між ситуацією, що описує зовнішнє і внутрішнє середовище цільової організації, і проектним рішенням. Опис ситуації містить у собі подання елементів системи, що моделюється. Ці елементи визначають стан системи і деяким чином беруть участь у досягненні визначеної мети даної системи.

Ситуація включає множину понять, кожне з яких подано в будь-якій з характеристичних категорій. Такі категорії можуть відображати: процеси і діяльності, ресурси і товари, організаційну структуру, структуру продукту і вимоги, якість, вартість і т.д.

Категорія подається у вигляді ієрархії понять за допомогою орієнтованого графа, побудованого за родовою ознакою, де– множина вершин графа понять та множина дуг графу, що виражають відношення спадкування між двома поняттями в напрямку від спадкоємця до предка. Поняття є первинним поняттям категорії , що визначає найзагальніший елемент в ієрархії.

Категорії поєднуються за групами. З урахуванням практичного досвіду моделювання статичної й динамічної структури організації, категорії були згруповані в такі розділи: зовнішнє середовище, організаційна структура, регулятивні правила, засоби виробництва, продукція, фінансові ресурси.

Ситуація подається як сукупність з мікроситуацій :

, ()

де частина ситуації, яка описується парою , зветься мікроси-туацією поняття.

Поняття зветься центральним поняттям мікроситуації, множина є контекстом центрального поняття . Центральним є поняття, що є центральною значеннєвою одиницею, навколо якої базується дана мікроситуація. Множинаскладається з понять, що виражають відношення центрального поняття з іншими другорядними поняттями, що беруть участь у даній мікроситуації.

Порівняння ситуацій здійснюється за допомогою критерію подібності шляхом розрахунку відстаней між мікроситуаціями. Відстань містить у собі підрахунок коефіцієнта подібності для понять, що входять у дану мікроситуацію.

Загальний принцип розрахунку відстаней між поняттями, мікроситуаціями й ситуаціями – це виділення загальної частини порівнюваних об'єктів та обчислення того, наскільки кожний з них відрізняється від загальної частини. Схематично сутність підрахунку відстані зображена на рис. 1.

Порівнюються дві множини еталонна та проблемна. Відомо, що ці множини мають загальну частину. Вважатимемо, що з еталонною множиною пов'язане деяке рішенняй необхідно обчислити, наскільки відповідають одна одній множини та , щоб застосувати це рішення для множини . Ступінь відповідності визначається часткою множини в кожній з порівнюваних. Однак тут слід врахувати те, що рішення пов'язане з елементами множиний у випадкуопирається на відсутню частину –, яка відсутня у множині . Це знижує ступінь застосовності рішення для проблемної множини. У той же час множина визначає, для якої частини проблемної множини може бути застосовано дане рішення . Виходить, що ступінь відповідності еталонної й проблемної множину загальному вигляді є часткою множини в об'єднанні , однак тут враховується додаткова вага відсутньої частини, що додатково послаблює.

Нехай потужність деякої множини визначається як . Тоді ступінь відповідності у загальному вигляді виражається в такий спосіб:

, ()

де – це коефіцієнт підсилення ваги відсутньої частини, прямо пропорційний частці множини у множині .

Видно, що розрахована в такий спосіб відповідність є асиметричною і тому не може бути метрикою, однак, у контексті розглянутої проблеми це є доцільним.

Коефіцієнт підсилення ваги відсутньої частини присутній у всіх подальших формулах розрахунку відстані для ситуацій, мікроситуацій і понять.

Якщо розглядати ситуацію як множину з мікроситуацій, відстань між еталонною і проблемною ситуацією буде виглядатиме в такий спосіб:

()

де та – кількість мікроситуацій для ситуацій та відповідно; – відстань між мікроситуаціямиі; – розміщення з груп порядкових номерів мікроситуацій з елементів по , ; кожен елементскладається з ряду номерів мікроситуацій .

Значення функції лежить в інтервалі, що характеризує розкид віддаленостей ситуацій від абсолютно різних до однакових.

Знаходження максимальної суми відстаней це задача, розв'язувана методом перебору можливих відстаней .

Відстань між мікроситуаціями визначається за формулою:

()

де і – центральні поняття мікроситуацій і відповідно; і – поняття мікроситуацій і , що представляють властивості та відношення; і – другорядні поняття; і – кількість понять, що беруть участь у відношеннях і ; – розміщення з груп порядкових номерів понять з елементів по , , кожен елемент складається з множини номерів мікро ситуацій ; – відстань між поняттями і .

Алгоритм розрахунку максимуму суми відстаней між поняттями аналогічний розрахунку максимуму суми відстаней для мікроситуацій.

Поняття порівнюються тільки всередині категорії. Відстань між поняттями з різних категорій вважається рівною нулю.

Еталонне поняття – це поняття, розташоване в розглянутій категорії. Проблемне поняття – це поняття, що бере участь в описі поточної ситуації. Відстань між порівнюваними поняттями визначається як ступінь відповідності їх ознак з ознаками найближчого батьківського поняття (НБП) та їхня віддаленість від НБП у категорії понять. Відстань між еталонним і проблемним поняттями виглядає таким чином:

, ()

де кількість ознак НБП; кількість ознак еталонного поняття; кількість ознак проблемного поняття.

Відстань між поняттями визначається відрізком. Відстань між двома поняттями дорівнює одиниці, якщо порівнювані поняття рівні. Значення в інтервалі визначає ступінь близькості понять від абсолютно різних до однакових.

У третьому розділі проведено аналіз вимог до мовних засобів, що застосовуються при постановці задачі, та розроблена мова подання ситуацій. Також наведено розроблені методичні засоби повторного використання проектних рішень та етапи впровадження розроблених методів.

Етапи пошуку проектних рішень складаються з таких пунктів:

1.Опис поточної ситуації предметної галузі у вигляді оповідального тексту.

2. Виявлення з отриманого опису понять з наявних категорій.

3. Побудова опису мовою подання ситуацій.

4. Пошук еталонної ситуації, близької за структурою до проблемного, у межах заданого інтервалу близькості.

5. Звуження пошуку шляхом включення в пошук обліку атрибутів об'єктів понять.

Позначимо текстовий опис ситуації, отриманий від експерта, як . Поняття предметної галузі з первинного текстового зображення , а поняття, виражене в термінах наявних категорій . Процес виявлення понять з тексту є функцією, що відображає текст на ряд понять:

, ()

де функція виявлення поняття; виявлені поняття,.

Також у розділі проведений аналіз класичних методів виявлення понять шляхом аналізу текстового подання проблеми, отриманого від експертів предметної галузі.

Описи ситуацій, відображені мовою подання ситуацій, підкоряються визначеним правилам, зображеним у вигляді аксіом структури подання виразів.

Виявлення понять для створення ситуації починатиметься з подання оповідального опису поточної ситуації, у якій перебуває аналітик або проектувальник. Це розповідь розмовною мовою, що описує стан зовнішнього й внутрішнього середовища предметної галузі для поточної ситуації. Потім на підставі отриманої розповіді й методів виявлення понять виділятимуться послідовно центральні поняття, потім поняття, що відбивають їхні асоціації й другорядні поняття.

Отримане подання проблемної ситуації в термінах предметної галузі необхідно тепер описати за допомогою понять, поданих у наявних категоріях. Кожний із класів понять, розташований у категорії, має свої відмітні риси й характеристики, з якими дане поняття можна відрізнити від інших. Кожній категорії ставиться у відповідність стратегія виявлення понять. Стратегія надається у вигляді орієнтованого графа. Вершинам графа, іменованим точками, відповідають класи понять із категорії, якій відповідає дана стратегія, а дугам, іменованим переходами, відповідають різні вирішальні правила, що призводять до переходу від однієї точки до іншої.

Вирішальним правилом є логічне вираження, що складається із групи питань, які є характеристичними ознаками поняття. Істинність даного виразу говорить про те, що поняття, до якого були застосовані дані ознаки належить до даного класу понять. При додаванні класу поняття в категорію, у вирішальне правило включаються тільки ті ознаки, яких немає в батьківських об'єктів, тобто виділяються ознаки, що відокремлюють його від безпосереднього батька.

Вирішальне правило подається у такому вигляді:

, ()

де окрема ознака.

При розрахунку значення вирішального правила кожній з ознак ставиться у відповідність значення істини, якщо дана ознака присутня у понятті, та неправда в іншому випадку.

Класифікація невідомого поняття здійснюється за допомогою стратегії вибору поняття , що для категорії подається у вигляді множини:

, ()

де – сукупність точок; – сукупність переходів у кожну з точок ; – посилання на первинну точку, з якої починається ідентифікація; – посилання на первинний перехід, за допомогою якого приймається рішення щодо приналежності поняття до даної категорії.

Для параметри означають, що перехід спрямований від точки до точки або, інакше кажучи, від класу поняття до класу поняття .

Даному переходу від деякого класу поняття до класу поняття відповідає вирішальне правило .

Таким чином бачимо, що можливість переходу до деякої точки визначається лише пов'язаним з відповідним поняттям вирішальним правилом. Напрямок переходів зворотний до напрямку дуг з множини . Кожна з дуг відповідає переходам для пари точок і .

Кожна стратегія починається з первинного переходу , здійснивши який, ми вважаємо, що проблемне поняття може належати до складу даної категорії. Первинний перехід веде до первинної точки , що відповідає первинному поняттю категорії .

У загальному вигляді ситуація подається в такий спосіб: оголошення об'єктів понять, опис властивості об'єктів понять, опис мікроситуацій.

Оголошення об'єктів понять необхідне, коли в ситуації подано два або більше однотипних поняття.

Якщо потрібно будь-яким способом охарактеризувати об'єкти понять, то для них указуються значення атрибутів.

Кожну мікроситуацію можна описати у вигляді простого речення, що складаєтья з таких частин підмет, присудок і додаток. Ці складові описують центральне поняття, контекст і другорядні поняття відповідно.

Повторне використання передбачає наявність бази знань проектних рішень, серед яких потім відбуватиметься пошук. Для того, щоб забезпечити надалі адекватний вибір рішення, необхідно надати опис еталонній ситуації, до якої може бути застосоване дане рішення. У загальному вигляді процес складання такого опису схожий із процесом опису проблемної ситуації, з тією лише різницею, що в цьому випадку можна одержати більш зрозумілий опис того, до яких задач може бути застосоване дане рішення.

Впровадження повторного використання у діяльність організації, яка займається проектною діяльністю містить такі кроки: розробка плану впровадження повторного використання; дослідження процесу розробки з метою пошуку можливості повторного використання певних проектних рішень; проведення навчання персоналу; виявлення інструментальних засобів, необхідних для повторного використання; реалізація пілотного проекту для корегування процесу; накопичення проектних рішень; удосконалення процесу повторного використання.

У четвертому розділі наведена структура бази знань, у якій зберігаються поняття і правила висновку та показані механізми її розширення.

База знань проектних рішень подається таким чином:

, ()

де група категорій понять ; множина проектних ситуацій ; – множина проектних рішень .

Вхідні в множини , та модифікуються і можуть бути в будь-який час доповнені і відредаговані. За винятком елементів множини проектних рішень , що мають у своєму складі проектну модель, всі інші множини мають схожу структуру, основним елементом якої є поняття. Оскільки проектне рішення подається в деякому форматі, що є зовнішнім для розглянутих тут методів, то вважатимемо, що і множина має подібну до інших структуру.

Для подання розглянутих тут даних, заснованих на поняттях, найбільш придатною формою збереження є наведення у вигляді фреймів. Подання знань за допомогою фреймів містить убудовану підтримку успадкування, посилань і механізми використання логіки предикатів.

Додавання нових класів понять у категорію здійснюється у двох випадках: при проведенні робіт з розширення категорії та при класифікації у випадку відсутності потрібного елемента.

У першому випадку беруть до уваги цілеспрямовані роботи з розширення категорій і додавання в них нових понять. В іншому випадку проектувальник може додавати поняття в процесі роботи створення нових проектних рішень, складання проблемних ситуацій і відповідно, за відсутності понять, що описують його ситуацію, уводить новий клас в ієрархію категорій. В обох випадках алгоритм додавання однаковий.

Також у розділі наведено приклад з пошуку проектного рішення при розробці програмного забезпечення автоматизованого митного пропускного пункту. Перед проектувальником постала задача створення моделі процесу проходження митного пропускного пункту. Після текстового опису процесу проходження митного пункту було отримано наступну ситуацію, яка представляє процес проходження митного контролю: “особа пройшла прикордонний контроль, особа прямує до митного пункту, митник перевіряє паспорт, митник перевіряє візу, митник перевіряє медичну довідку, митник перевіряє багаж, митник перевіряє митну декларацію, митник перевіряє базу даних, митник фіксує перетин кордону”.

Після пошуку близьких ситуацій у базі знань було знайдено ситуацію, яка описує пропускний режим на промисловому підприємстві: “робітник підходить до прохідної, охоронець перевіряє перепустку, охоронець перевіряє особисті речі, охоронець реєструє проходження”.

Зі знайденою еталонною ситуацією пов'язане одне проектне рішення – модель процесу проходження у нотації IDEF0, створеної у середовищі BPWin. Шляхом додання функціональних блоків та перейменування існуючих було отримано діаграму, яка описує процес проходження митного пункту.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення задачі підвищення ефективності використання систем автоматизації проектувальних робіт під час передпроектного аналізу та на ранніх етапах проектування. Ця задача полягає в розробці методів застосування повторного використання у проектувальній діяльності, які дозволяють підвищити якість синтезу проектних рішень, скоротити строки й кошти на створення нових проектних рішень.

Виконані теоретичні й експериментальні дослідження дозволяють зробити такі висновки:

1. Показано, що ранні етапи проектування мають дуже важливе значення для завершення розробки за вказаним строком, в межах встановленого бюджету та із задовільненням поставлених вимог. Одним із методів підвищення ефективності є повторне використання отриманих раніше проектних рішень. Серед недоліків було виділено задачу опису й пошуку проектних рішень.

2. Для вирішення задачі опису проектних рішень було запропоновано використати ситуаційне подання, яке забезпечує зв'язок проектного рішення з задачами, на рішення яких воно спрямовано. Це подання дозволяє створювати описи у природно-мовній формі, що знижує витрати на складання та інтерпретацію описів.

3. Пошук проектних рішень відбувається шляхом порівняння описів проблемної ситуації з множиною еталонних, які знаходяться у базі знань. Для проведення порівняння було розроблено критерій подібності, який дозволяє проводити розрахунок відстаней між ситуаціями шляхом декомпозиції на складові частини та підрахунку відстані між ними.

4. Розроблена мову подання ситуацій надає формалізований апарат для складання описів ситуацій для забезпечення накопичення та пошуку проектних рішень. Конструкції на цій мові відображують структуру ситуації з розбиттям на мікроситуації та поняття.

5. Поняття, що входять до складу ситуацій перебувають у категоріях понять. Ці категорії являють собою родовидові ієрархії, збудовані за принципом наслідування властивостей батьківських понять. Поняття в категорії групуються за наявністю загальних характеристичних ознак. Це уявлення дозволило підвищити ефективність порівняння текстових описів.

6. На основі категорій понять розроблено методи виявлення понять з текстів, що описують предметне середовище. Розроблено стратегії класифікації понять у категоріях. Методи базуються на порівнянні характеристичних ознак понять та переміщенні по дереву ієрархії понять.

7. Розроблена структура бази знань проектних рішень для зберігання отриманих раніше проектних рішень та проведення їх пошуку. Також у цій базі зберігаються категорії понять. Для зберігання потрібних сутностей обрано фреймова база даних, яка забезпечує можливість організації відношення наслідування та посилань між об'єктами.

8. ???????? ?????????? ??????????? ?? ????????? ? ??????? ??????? ? ??????????? ?????????? ???????????? ????????? ??????, ?? ??????? ?? ?????? ???????????????? ??????? ???? ?? ?????????-????????? ????????? ???????????? ??????? ????????? ??????. ??????????? ????????, ?? ???????? ???????????? ??????? ???????? ???????? ??? ????? ???????? ??????? ?? ???????? ????????? ??????? ?? ????????? ????????? ?????? ?? 40% ? ?????????? ?? ?????????? ????????? ?????? ? ????. ?????????? ?????? ????????? ? ???? ????????? ???????? ? ??????????? ?????????? ???????????? ????????? ??????, ???? ??????? ? ??????????? ???? ????? ????????? ??????, ?????? ???????? ????????? ?????? ?? ????????? ?? ????????????, ?????? ????????? ???????? ?? ????????? ?????????? ???????? ??? ?????.

9. Експериментальні дослідження розроблених методів підтвердили адекватність розроблених методів поставленій задачі. Результати роботи використано у ЗАТ ПО “ВТ и СА” при проектуванні ситуаційних центрів. Повторне використання проектних рішень за розробленими методами дозволило підвищити якість проектувальних робіт, що підтверджено відповідними документами. Результати дисертаційної роботи також впроваджені в навчальний процес у дисциплінах “Інформаційне забезпечення банківського маркетингу” та “Інформаційне забезпечення інноваційної діяльності” на кафедрі інформатики.

10. ????????? ???????? ????????? ??????? ????????? ? ??????? ?????????? ???????? ??????????? ???? ??????? ???????? ??? ????? ????????-??????????? ??????????? ??? ????????? ???????? ?? ??? ?????? ??????? ?????????? ????????????? ?? ??????.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ праць ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Сорочан М.В., Куземин А.Я. Понятийное представление ситуации при поиске и классификации проектных решений // Прикладная радио-электроника. – 2004. – Т.3, №3. – С. 60-66.

2. Куземин А.Я., Сорочан М.В., Тороев А.А. Использование языковых средств на ранних стадиях проектирования программного обеспечения // Искусственный интеллект. – 2004. – № 3. – С. 328-336.

3. Сорочан М.В. Моделирование предметной области при построении требований к программному обеспечению // Автоматизированные системы управления и приборы автоматики. – 2003. – Вып. 124. – С. 37-43.

4. Сорочан М.В. Выбор метода моделирования бизнес-процессов при разработке программного обеспечения для инновационно-маркетингового отдела // Автоматизированные системы управления и приборы автоматики. – 2004. – Вып. 127. – С. 14-21.

5. Сорочан М.В., Дробинский В.Г., Куземин А.Я. Моделирование маршрутизации IP-сетей на этапе проектирования структуры сети // Автоматизированные системы управления и приборы автоматики. – 2001. – Вып. 115. – С. 16-21.

6. Куземин А.Я., Сорочан М.В., Тороев А.А. Использование ситуационного представления при поиске решений в системах автоматизации проектных работ // Материалы Междунар. науч.-техн. конф. "Искусственный интеллект. Интеллектуальные и многопроцессорные системы – 2004". – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2004. – Т.2 – С. 99-102.

7. Сорочан М.В. Моделирование маршрутизации IP-сетей на этапе проектирования структуры сети // Сб. науч. тр. 5-го Междунар. форума "Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке". – Харьков: ХТУРЭ, 2001. – С. 262-263.

8. Сорочан М.В. Применение шаблонов проектирования при разработке объектно-ориентированных информационных систем // Сб. науч. тр. 6-го Междунар. форума "Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке". – Харьков: ХНУРЭ, 2002. – С. 151-152.

9. Сорочан М.В. Построение модели информационной системы на начальном этапе разработки // Системный анализ и информационные технологии. Тез. докл. конф. "САИТ-2002". – К.: Политехника, 2002. – С. 70.

10. Slipchenko M., Kuzemin A., Sorochan M., Torojev A. Situation Centers in Modern State // Proc. of the Sec. Intern. Conf. i.TECH 2004, Varna, Bulgaria. – 2004. – P. 96-98.

11. Bondarenko M., Kuzemin A., Sorochan M., Yanchevsky I. Project Solution Reuse // Proc. of the Sec. Intern. Conf. i.TECH 2004, Varna, Bulgaria. – 2004. – P. 27.

12. Сорочан М.В. Разработка системы обмена знаниями в области физики твердых кристаллов // Материалы 7-го Междунар. форума "Радио-электроника и молодежь в XXI веке". – Харьков: ХНУРЭ, 2003. – С. 373.

13. Kuzemin A., Gavrilov A., Sorochan M. Knowledge Interchange in Laser Crystal Physics // ICL-2002. – Kharkiv: KhNURE, 2002. – P. 43.

Анотація

Сорочан М.В. “Інструментальні засоби автоматизації передпроектного аналізу та ранніх етапів проектування”. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.12 системи автоматизації проектувальних робіт, – Харківський національний університет радіоелектроніки, м. Харків, 2004 р.

Дисертація присвячена вирішенню актуальної задачі підвищення ефективності проектувальних робіт на ранніх етапах проектування при розробці складних технічних об'єктів, яка полягає в розробці методів повторного використання проектних рішень у системах автоматизації проектувальних робіт. Основна ідея роботи полягає у вирішенні проблеми опису й пошуку проектних рішень у базі знань. Для опису рішень запропоновано використовувати представлення у вигляді ситуації, яка відображає стан об'єктів та середовища системи. Ситуація складається з понять, які беруться з різних тематичних категорій. Розроблено мову подання ситуацій, за допомогою якої можна описати ситуацію. Для порівнянь ситуацій між собою розроблено критерій подібності, яка ґрунтується на коефіцієнтах подібності з доданням ваги відсутньої частини.

Ключові слова: проектне рішення, повторне використання, ситуація, категорія, стратегія вибору, мова подання ситуацій, критерій подібності.

Аннотация

Сорочан М.В. “Инструментальные средства автоматизации предпроектного анализа и ранних этапов проектирования”. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.12 – системы автоматизации проектных работ, – Харьковский национальный университет радиоэлектроники, г. Харьков, 2004 г.

Сокращение жизненного цикла разработки новых продуктов предъявляет повышенные требования по времени и качеству к проектным работам, проводимым на ранних этапах проектирования. Сокращение времени и повышение качества работ в инструментальных средствах автоматизации возможно за счет повторного использования проектных решений, накопленных проектной организацией в ходе своей деятельности. При синтезе проектных решений возникает задача выбора подходящего решения из множества полученных ранее, которая в большинстве случаев решается проектировщиками самостоятельно без участия средств автоматизации.

В диссертационной работе поставленная задача решена посредством разработки методов описания и поиска проектных решений и создания базы знаний для их хранения и извлечения. Полученные результаты позволяют переходить при решении задач синтеза проектных решений от задач полного перебора полученных ранее проектных решений к частичному перебору. ? ?????? ?????????? ???????? ????????? ??????? ???????? ??????????? ????? ? ????? ?????????????? ? ????????? ?????????? ??????? ? ?????????? ?????. ???????? ?????? ? ??????? ?? ?????? ??????????? ? ????????? ????? ????????? ???????? ? ??????? ?????? ??? ?????? ?? ???????? ?????? ????????? ????????? ????? ??????? ? ?????? ???????? ???????? ?????. ???????? ???????? ? ??????? ????????, ????????? ?? ?????????????, ??????????? ????????? ??????? ? ????????, ?????????????? ????????? ??????? ??? ??? ?????????????? ? ??????? ?????????. ?????? ?????????? ?????????????? ? ??????? ????? ????????????? ????????, ??????????? ?? ????????. ????????????? ?????? ????????????? ??????? ?? ?? ???????????? ????????? ????????? ???????????? ????? ???????????? ??? ???????? ?????????? ???????. ? ?????????? ??? ????????? ??????? ???????? ?? ????????????? ?????? ? ??????? ???????? ? ?????????? ?????????? ??????? ????? ?????????? ?? ???? ??????? ? ????????????????. ??? ????????????? ??????? ???????????? ????????? ????????????? ???????, ??????? ? ??????? ???????? ?????? ?? ??????????? ????????? ??????? ????????? ????????? ??????????? ??????? ?? ?????????? ??????? ? ??? ?????????? ? ????? ?? ????????? ???????.

??? ????????? ???????? ? ?? ???????????? ??? ?????????? ???????? ????????, ??????????? ????????? ????????? ???????? ? ??????????? ????? ???????? ?????????? ????????? ???????? ?? ???? ?????? ? ?????????? ???????? ??? ??????? ??????. ? ?????? ??????? ???????? ???????? ???????? ????????? ????? ????? ???? ???????????? ???????? ? ??????? ??????? ?? ??? ?? ?????????? ????? ?????. ??? ???? ? ???????? ???????? ??? ?????? ??????????? ????????????? ?????, ??????? ????????? ???????????? ??????? ???????? ???????????? ???????? ? ??????????? ?? ??????? ??????? ???????? ??????? ?? ????? ????? ? ????????? ????????. ??? ???????? ????????????? ??????? ???????? ?????????????, ??? ????????????? – ???????, ? ? ??????? ??????????