Об интеллектуализации информационных технологий
проектирования
В.С.Лебедев,
к.т.н., lebedzse@ipu.rssi.ru
Н.Г.Денисенко,
Г.Л.Кузнецова.
ИПУ
РАН, г. Москва
Possibilities for use of some new perspective information
technologies of intellect application in design systems are under consideration
and analyses. The experience of use of artificial intellect systems and media
in designing of objects and items of mechanical engineering and
instrument-making industry is generalized. Certain trends of the possible
perspective domestic elaborations in the field of intellect application in
processes of automated designing of control systems and media are revealed.
Успех проектирования
и производства сложных технических систем и объектов новой техники в настоящее
время предопределяется использованием комплексных систем автоматизированного
проектирования (КСАПР) и интегрированных автоматизированных систем (ИАС) [1].
Более
успешному решению комплексных задач и более полному достижению поставленных
целей при проектировании и создании сложных объектов способствует применение
методов и средств искусственного интеллекта (ИИ), инженерии знаний [2], т.е.
использование интеллектуальных комплексных систем автоматизированного проектирования
(ИКСАПР) и интеллектуальных интегрированных автоматизированных систем (ИИАС).
Повышение
эффективности ИКСАПР и ИИАС предопределяется научными исследованиями и поиском
возможностей совместного использования моделирования и инженерии знаний с новыми
технологиями, в ряду которых: многоагентные системы, нейросетевые модели,
нетрадиционные логики, "мягкие вычисления", генетические алгоритмы.
Таким путём могут быть учтены неопределённость и неполнота знаний, возникающие в задачах проектирования.
Такие
новые технологии, как нечёткая логика, нейронные сети [3,4,5] и генетические
алгоритмы, в принципе, могут быть эффективно использованы для решения задач
проектирования, связанных с
неопределённостью, неточностью, нелинейностью. Помимо этого системы нечёткой
логики удобны для представления знаний. Следует использовать такое ценное
свойство нейронных сетей, как способность обучаться, а генетические алгоритмы
могут помочь при решении задач оптимизации. Использование этих трёх технологий
создаёт предпосылки к существенному расширению возможностей создаваемых ИКСАПР.
Рассматриваются
и анализируются конкретные примеры использования систем и средств ИИ в
проектировании. Примеры областей применения
интеллектуальных систем и средств в проектировании даны а таблице 1.
Пользовательские
интерфейсы САПР будут оставаться громоздкими и весьма сложными в освоении, в
результате чего пользователи реально
осваивают только маленькую долю от всей мощи системы до тех пор, пока в
результате интеллектуализации САПР не
возьмут на себя достаточно большую часть всех творческих функций и операций
всего процесса проектирования. Именно активная интеллектуализация САПР, переход
от традиционных САПР к специализированным ИКСАПР превратят системы
проектирования из пассивного инструмента разработчика в активного его
помощника, что приведёт к существенному
упрощению пользовательского интерфейса.
Рассматривается
влияние интеллектуализации на процессы информационного взаимодействия в САПР.
Тенденция
развития современных средств автоматизированной разработки и поддержки
аппаратно-программных комплексов управления характеризуется всё большим
использованием моделей знаний как ядра для функциональных автоматизированных
систем разработки и поддержки. Модели
знаний в этой области отличаются тем, что используют реальное время как
динамический параметр, нуждаются в глубоком научном обосновании, требуют
больших объёмов вычислений, использования метазнаний и обобщённых знаний. В
этой сфере остаётся актуальной разработка новых принципов, методов и программного
обеспечения (ПО) для интеллектуализации автоматизированного проектирования (АП)
систем и средств управления на основе современных тенденций, включая:
-разработку моделей
представлений знаний, необходимых для эффективного АП систем и средств
управления;
-разработку методов
управления этими знаниями, в том числе методов графического редактирования,
проверки и объяснений на языке близком к естественному;
-разработку методов
эквивалентных преобразований знаний с целью оптимизации вычислений, фокусировки,
структуризации, параллельности вывода, формирования нетривиальных
умозаключений;
-разработку новой
информационной технологии анализа многомерных данных, необходимых для осуществления процесса АП сложных
наукоёмких изделий и объектов;
-создание инструментального
ПО для интеллектуализированной
разработки и поддержки систем и средств управления.
Табл.
1.
Интеллектуальные системы и средства в проектировании
(примеры областей применения)
|
Проектные и конструкторские задачи |
||
|
Структурный анализ |
Система
"SACON"; программная среда "GEPSE" |
|
Структурное
проектирование |
ЭС "HI-RISE"; ИС "Buckling Expert"; SSPG. |
|
Оптимизация
структур машиностроительных конструкций и изделий |
Типовые задачи: n моделирование
оптимального проекта: ЭС "OPDEM"; n ИСАПР AД с
использованием SprutExPro; - выбор алгоритмов оптимизации; - улучшение показателей оптимизации; - оптимизация на основе качественной
информации; - сопряжение ЭС с программами оптимизации. |
|
Принятие решений |
Автоматизированная
система "СТАРТ". |
В
качестве основных направлений возможных перспективных отечественных разработок,
связанных с интеллектуализацией процессов АП систем и средств управления,
следует указать следующие направления:
-
интеллектуализация
поискового конструирования;
-
интеллектуализация
методов специфицирования и моделирования дискретных процессов;
-
интеллектуализация
проектирования локальных систем управления (СУ) реального времени;
-
интеллектуализация проектирования распределённых СУ;
-
интеллектуализация
проектирования микроэлектронных блоков СУ;
-
интеллектуализация проектирования СУ опасными объектами по
прототипам;
-
интеллектуализация
проектирования средств сбора и преобразования первичной информации для СУ;
-
интеллектуализация
проектирования инвариантных средств поддержки
проектных решений;
-
интеллектуализация
проектирования графического взаимодействия и отображения графической информации
в СУ.
Можно с
уверенностью сказать, что исследования и разработки в области ИИ, инженерии
знаний, интеллектуальных систем и компьютерных технологий в значительной мере определяют основные направления
современного мирового научного и технического прогресса. Плодотворность этого влияния
будет в значительной степени стимулироваться развитием и совершенствованием
концептуальной основы интеллектуальных
систем, созданием и развитием новых поколений информационных и
робототехнических систем, обладающих искусственным сознанием, техническими
зрением и слухом, возможностями обучения распознаванию образов.
Повышение
уровня интеллектуализации САПР, создание и использование ИКСАПР и ИИАС предопределяют существенное повышение
эффективности и производительности
инженерного труда, значительное улучшение качества и конкурентоспособности
создаваемой продукции.
Использование
информационных технологий (ИТ) обработки знаний, применение
знание-ориентированных интеллектуальных систем
- интеллектуальных САПР способствуют более успешному достижению основных целей автоматизации
проектно-конструкторских работ и технологической подготовки производства,
повышают эффективность решения сложных,
комплексных, системных задач проектирования.
Активная
интеллектуализация ИТ проектирования создаёт возможность получения качественно
нового процесса проектирования объектов новой техники, в том числе систем
управления, позволяющего сократить время
разработки, повысить надёжность, улучшить условия труда, повысить степень
автодокументированности и оптимизации
получаемых решений. ИКСАПР с высоким уровнем интеллектуализации превращается из
вспомогательного инструмента в активного помощника разработчика, берущего на
себя значительную часть сложных, трудоёмких и творческих задач проектирования
объектов и изделий.
1
Научно-техническая
концепция "Развитие автоматизации в машиностроении", приложение 7
"Концепция САПР в машиностроении".
Москва: Институт проблем управления, 1988.
2
Лебедев
В.С., Мостинский А.А., Яншин Г.А. О подходах к интеллектуализации
информационных технологий проектирования//Труды международной конференции и
дискуссионного научного клуба "Новые информационные технологии в науке,
образовании и бизнесе. IT+SE'97".
Украина, Крым, Ялта-Гурзуф, 1997.С.69-70.
3 Комарцова Л.Г.
Нейросетевые технологии в задачах проектирования корпоративных сетей//Информационные
технологии в проектировании и производстве. 2000. №3. С.47-50.
4 Kosko B. Neural networks and fuzzy systems. N.J.:Prentice Hall,
Englewood Cliffs, 1992.
5
Галушкин
А.И. Теория нейронных сетей. М.: Радиотехника, 2000.