Процессный подход при выявлении эвристических знаний конструктора

Б.Г. Львов
декан факультета электроники, д.т.н, профессор, bgl@miem.edu.ru
Д.А. Чередниченко,
 старший преподаватель, rackshasa@mail.ru
Московский государственный институт электроники и информатики, г. Москва

Аннотация

Доклад посвящен процессному подходу при выявлении эвристических знаний высококвалифицированных специалистов, их сохранения и последующего использования в практической деятельности другими разработчиками в системах автоматизированного проектирования.

 

Abstract

The report is devoted the process approach to the decision of a problem of using and preserving the expertise of highly qualified specialists and its subsequent use by other specialists in automated design systems.

 

Обеспечение качества машиностроительной продукции на этапе рабочего проектирования в значительной степени определяется квалификацией разработчика и наличием методик проектирования. Наиболее важными процедурами в этой стадии являются выбор материала, термообработки и покрытий, назначение размеров, параметров точности и шероховатости поверхности деталей.

Анализ показывает, что конструирование машиностроительных деталей основано в большинстве на аналогии и интуитивно-эмпирическом опыте конкретного конструктора. Накопленные за многие годы эвристические знания конструктора теряются с его уходом из практической деятельности. Таким образом,  стоит проблема выявления эвристических знаний высококвалифицированных специалистов, их сохранения и последующего использования их в практической деятельности другими разработчиками, в том числе в системах автоматизированного проектирования. При этом обеспечивается высокое качество проектирования, несмотря на невысокую квалификацию конструктора.

Известен метод получения информации от экспертов, позволяющего строить полные и непротиворечивые базы экспертных знаний [1]. Главная идея работы заключается в синтезе экспертом диагностических правил на основе анализа предъявляемой ему информации в виде множества проблемных ситуаций и возможных ее разрешений. Предлагаемый метод применим для задач классификации с явными признаками, то есть тогда, когда известны признаки проблемных ситуаций, а также классы решений, к которым могут принадлежать состояния проблемной ситуации, описываемые значениями признаков. Однако, для задач проектирования, в которых присутствует большая неопределенность знаний и данных и необозримое множество ситуаций проектирования, этот метод практически не приемлем.

Поэтому предлагается развитие этого метода, заключающееся в том, что высококвалифицированные разработчики сами формируют ситуацию проектирования на основе предлагаемой им в определенной последовательности (согласно логике проектирования) дозированной структурированной информации виде объектов, параметров свойств, признаков и их значений. Анализируя эту информацию, разработчик выделяет соответствующие исходным объектам параметры, признаки и их значения. Затем он формирует отношения между найденными параметрами и признаками окружения и оцениваемым параметром, синтезируя тем самым эвристическое правило конструирования.

Реализация такого подхода применительно к конструированию детали, являющейся сложной многоуровневой иерархической системой с учетом ее разнообразных связей с окружением требует разработки системных моделей. Необходимость таких моделей высокого уровня абстракции вызвана установлением общих закономерностей и описаний, инвариантных относительно многообразия функций различных деталей, а также для осуществления систематической и целенаправленной структуризации деталей и процессов их конструирования при формировании и выявлении конкретных эвристических моделей.

В работе [2] разработаны системные модели описания машиностроительных деталей как объектов конструирования и описания назначения ее конструкторско - технологических параметров

На основе системных моделей применительно к назначению параметров точности разработан комплекс моделей, инвариантных относительно функций машиностроительных деталей:

-      концептуальные эвристические модели описаний параметров точности деталей;

-      логико-структурные модели назначения параметров точности машиностроительных деталей, определяющие следование альтернативных действий конструктора в зависимости от результата их выполнения;

-      концептуальные эвристические зависимости назначения параметров точности детали, описывающие связи между ними и существенными параметрами объектов окружения.

Практическая реализация метода выявления конструкторских знаний требует решения ряда проблем, связанных с взаимодействием специалистов различных профессий, работающих на разных предприятиях, и трудностями согласования информации. Помимо этого имеют место следующие проблемы:

-      наличие множества различных систем, эффективно решающих конкретные задачи и относящиеся к конкретному этапу жизненного цикла, приводит к трудностям обмена данными между смежными системами;

-      наличие, как правило, большого количества предприятий, участвующих в поддержке жизненного цикла изделия, требует эффективного обмена информацией об изделии между партнерами;

-      сложность изделия, наличие множества его модификаций, заимствование, стандартизация, унификация, требуют поддержки многоуровневых многовариантных сборочных моделей.

Проблемы осуществления  метода для выявления знаний разработчиков машиностроительной продукции решаются путем реализации методов и средств  CALS-технологий. Для этого использовались  различные нотации описания процессов и объектов, такие как IDEF, ARIS или BPMN. В этих нотациях процесс выявления знаний разделяется на конкретные задачи или работы, т.е. используется процессный подход.

рис. 1  Фрагмент описания параметров точности детали

На рисунке 1, на языке Express-G приведен фрагмент описания параметров точности детали.

рис. 2  Описание  концептуальной модели, описывающие связи между параметрами детали

На рисунке 2, в нотации IDEF0 дано описание  концептуальной модели, описывающие связи между параметрами детали.

рис. 3  Обобщенная функциональная структура эвристического назначения параметров точности

На рисунке 2, в нотации IDEF0 дана обобщенная функциональная структура эвристического назначения параметров точности.

Разработанные модели легко анализируются, как самим конструктором в процессе работы, так и программистом, создающим программные оболочки, реализующие данный подход при выявлении знаний. Благодаря такому подходу сокращается время затрачиваемое конструктором при работе с системой, конструктор на каждом шаге может обратиться к необходимой справочной информации, не теряя время для поиска необходимых документов. Так же это важно при обучении специалистов, инженер может проследить цепочку, по которой принято то или иное решение и посмотреть дополнительные материалы, которыми руководствуется конструктор-профессионал при принятии решения.

Литература

1.     О.И. Ларичев, А.И. Нечитов, Е.М. Мошкович, Е.М. Фуренс. Выявление экспертных знаний – М.: Наука, 1989.

2.     Львов Б.Г., А.К. Скурат, И.В. Соловьев, Чередниченко Д.А. Обеспечение качества технологических машин на стадии автоматизированного рабочего проектирования // Качество, инновации, образование. – 2002. - №4