Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

/ диссертация модальная логика

.pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
25.03.2016
Размер:
8.07 Mб
Скачать

Министерство образования Российской Федерации

Алтайский государственный технический университет имени И. И. Ползунова

На правах рукописи

Козлов Леонид Алексеевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ П Р б р р С С А ГООЕКТШ>ОВАНИЯ МАШИНОСТРОИТЁЖНОИ Ш

ОСНОВЕ КОГНИТИВНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НА РАННИХ СТАДИЯХ ПРОЕКТНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант - д.т.н., профессор Павлов В. В.

Барнаул 2001

 

 

- 2 -

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

8

ГЛАВА 1. МОДЕЛИРОВАНИЕ НА РАННИХ СТАДИЯХ

 

 

 

ПРОЕКТНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

20

1.1 Особенности ведения работ на ранних стадиях проектирования

20

1.2

Задачи структурного и параметрического синтеза в процессе

 

проектирования (с когнитивных позиций)

23

1.3

Модели, используемые при решении задач проектирования

25

1.3.1 Иерархическое описание и стратегии его формирования

27

1.3.2

Теоретико-множественныемодели

29

1.3.3

Модели представления знаний

30

Выводы

36

2 МОДЕЛИ ПОЗНАНИЯ В ПРОЕКТНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

41

2.1

Познавательные аспекты проектной деятельности и вопросы

 

терминологии

41

2.2

Эпистемические модели познания и проблема вхождения в предметную

 

область

42

2.3

О модальности рассуждений на ранних стадиях проектирования

46

2.4

Концепция парадигмы и ее роль на ранних стадиях проектирования

48

2.5

Когнитивные модели и их возможная роль на ранних стадиях проектной

 

деятельности

50

2.6

Категориальный анализ и семантические структуры в процессе

 

моделирования сложившихся ситуаций, сопутствующих проектированию

59

2.6.1

Роль категориального анализа

60

2.6.2

Когнитивно-ориентированнаяиерархия семантических сетей

63

2.6.3 Пример построения когнитивно-ориентированнойиерархии

 

семантических сетей как модели фрагмента "текущего положения дел" СКВ

 

ОАО "Алтайдизель"

65

-3 -

2.7Совмещение эпистемических и когнитивных схем ведения рассуждений.. 73

Выводы

76

ГЛАВА 3. ВОЗМОЖНЫЕ СХЕМЫ ВЕДЕНИЯ РАССУЖДЕНИЙ НА

 

 

РАННИХ СТАДИЯХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

79

3.1

Формирование нового знания об объекте проектирования

79

3.1.1

Роль аналогии

79

3.1.2

Роль индукции

82

3.1.3

Роль дедукции

86

3.1.4 Гипотетико-дедуктивныйметод (псевдоиндуктивный подход)

87

3.2 Система автоматизированного построения "сорита" как средства генерации

следствий на основе гипотетического образа объекта проектирования

89

3.2.1

Основания выбора схемы вывода "сорит"

89

3.2.2

Система автоматизированного построения схемы вывода "сорит"

90

3.2.3

Описание системы автоматизации построения сорита

93

3.2.4 Пример использования системы

103

3.2.5

Уровни вывода сорита. (Сформированные бинарные высказывания)....

106

3.2.6

Анализ сорита

109

3.3 Традукционное умозаключение и проблема переноса знаний

112

Выводы

115

ГЛАВА 4. ФОРМИРОВАНИЕ ОБРАЗА ОБЪЕКТАПРОЕКТИРОВАНИЯ....

118

4.1 Возможные подходы к анализу процесса формирования образа объекта

 

проектирования

118

4.2 Целеобслуживающий и целеполагающий подходы в проектной

 

деятельности

123

4.3 Роль главного конструктора в процессе формирования образа объекта

 

проектирования

123

4.3.1 Последовательность рассуждений, свойственная главному

 

конструктору

125

-4 -

4.3.2Как найти взаимопонимание между главным конструктором и

системотехником

131

4.4

Роль прогнозирования на ранних стадиях проектирования

133

4.5

Концептуальный каркас процесса формирования образа объекта

 

проектирования

137

4.5.1 Методика получения практически значимых выводов на основе

 

совмещения следствий, генерируемых соритом, с содержательным

 

наполнением семантической сети

162

4.5.2 Приемлемость разработанной методологии и результатов, полученных с

ее помощью

168

4.5.3 Возможные варианты деятельности конструкторского бюро, вытекающие

из проведенного анализа

170

Выводы

173

ГЛАВА 5. ЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ПРОЦЕССУ ФОРМИРОВАНИЯ

 

ОБРАЗА ОБЪЕКТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

176

5.1 Предварительное рассмотрение

176

5.2 Когнитивные аспекты применения логики предикатов как средства

 

описания объекта проектирования

178

5.2.1

Символизация парадигмальной модели принятия решений

181

5.2.2 Символизация когнитивно-ориентированнойиерархии семантических

 

сетей (применительно к проектированию дизеля)...

184

5.2.3

Бинарные предикаты как средство представления знаний

189

5.2.4

Устранение неоднозначности представления знаний

191

5.2.5 Семантика первопорядковой логики и композиционный метод построения

сложных понятийных структур

191

5.3 Модельные множества в процессе формирования образа объекта

 

проектирования

193

-5 -

5.4Клаузальная форма логики и ее роль как средства отображения

первоначального представления о новом изделии

198

5.4.1 Начальный этап формирования представлений об образе нового

 

изделия

198

5.4.2 Определение клаузальной формы логики

199

5.4.3 Сравнение стандартной и клаузальной форм логики

201

5.4.4 Перевод в клаузальную форму

201

5.4.5 Метод резолюции и формирования логического следования

204

5.5 Описание образа объекта проектирования средствами исчисления

 

предикатов первого порядка и языка Пролог

205

5.5.1 Схема "Знания профессионала - исчисление предикатов первого порядка -

клаузальная форма логики - Пролог"

206

5.5.2 Схема "Знания профессионала - семантическая сеть - исчисление

 

предикатов первого порядка - Пролог"

211

5.6 Язык Пролог при формировании образа объекта проектирования

212

5.6.1 Особенности языка Пролог, полезные при решении рассматриваемой

 

задачи

212

5.6.2 Практическое использование языка Пролог при формировании образа

 

двигателя внутреннего сгорания (дизеля)....

216

5.6.3 Вспомогательные программы

220

Выводы

223

ГЛАВА 6. КОГНИТИВНЫЕ МОДЕЛИ И КОГНИТИВНАЯ ГРАФИКА В

 

ЭСКИЗНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ

225

6.1 Взгляд на проблему с позиции теории целостного образа

225

6.1.1 Подход к изучению поведения нового изделия с позиций

 

гештальттеории

226

6.1.2 Схема реализации требуемой функции с позиций эмерджентности

230

-6 -

6.2Возможные схемы ведения рассуждений, свойственные ведущему

компоновщику

235

6.2.1

Роль компоновочных работ в процессе формирования образа объекта

 

проектирования

235

6.2.2 Модельный мир компоновщика

236

6.2.3. Описание компоновочных работ сточки зрения схемы К. Поппера

239

6.3

Роль когнитивной графики в эскизном проектировании

244

6.3.1

Назначение когнитивной графики

244

6.3.2 Применение когнитивной графики в проектных расчетах машиностроения

(на примере двигателя внутреннего сгорания)

246

6.3.3

Структура используемых данных

250

6.4 Паттерн работоспособности в процессе исследования динамики

 

коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания

252

6.4.1

Демонстрация паттернов работоспособности

252

6.4.2

Сравнение двух двигателей путем анализа паттернов

 

работоспособности

258

6.5 Ранжирование компонентов паттернов работоспособности при

 

исследовании динамики коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания . 263

6.6

Паттерны работоспособности в схемах обратного вывода

268

6.7

ИКГ-изображенияна основе метода конечных элементов в паттернах

 

работоспособности

272

6.8

Разработка компоновочного чертежа

276

6.8.1 Двойственность роли компоновочного чертежа

276

6.8.2 Математическая модель компоновочного чертежа

277

6.8.3 Развитие концепции глубокой модернизации изделия

283

Выводы

291

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

294

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

296

-7 -

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Описание работы в среде системы построения образов

когнитивной графики

307

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Руководство пользователя системы поддержки

 

компоновочных работ

412

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Сведения об апробации результатов работы, акты

 

внедрения

451

-8 -

ВВЕДЕНИЕ

Предпроектная деятельность и ранние стадии проектирования характеризуется большой неопределенностью и отсутствием жестких регламентации процессов реализации. Именно здесь принимается большинство решений из числа важнейших по степени их влияния на окончательный результат. Исследование информационных процессов, предшествующих проектированию, целеполагание, формирование пакета альтернатив, выбор альтернатив и их проработка до уровня, позволяющего провести экспертизу, - это то, что обычно относят к ранним стадиям проектной деятельности. Задача реализации рассматриваемых стадий сегодня осложнилась и для некоторых конструкторских бюро стала проблематичной. Причина кроется в том, что многие ведущие предприятия, головные организации, отраслевые НИИ, курировавшие ранее подобные работы, перестали быть таковыми или практически свернули свою деятельность в этом направлении. В результате чего и без того незначительные средства, отводимые на подобные работы, стали еще меньше. Конструкторские бюро, для которых целеобслуживающий подход был нормой деятельности, вынуждены сегодня осваивать новые технологии целеполатания.

Предпроектная деятельность многопланова и специфична для каждой области инженерного знания. Она реализуется каждый раз с определенным для данного случая содержанием, с определенными результатами и определенными характеристиками качества, правильность выбора которых проявится позднее, а иногда лишь в процессе эксплуатации создаваемого изделия. Отсутствие регламентации открывает возможность осуществления разнообразных действий, имеющих, тем не менее единую ориентацию на поиск и обоснование выбора целей проектирования.

Традиционное содержательное наполнение данного этапа проектной деятельности - это сбор релевантной информации из разрозненных источников.

- 9 -

упорядочивание информации, ее первичная обработка и т.п., то есть формирование того, что принято называть информационным обеспечением. На основе этого обеспечения определяются ценностные ориентиры, место собственного изделия среди ему подобных, оцениваются возможности конкурентов, определяются стратегии собственного поведения (например, стратегии РШОКР по Б.Твиссу) [1] и в конечном счете осуществляется выход на цели проектирования. Успех целеполагания при таком подходе определяется профессионализмом и талантом главного конструктора, а также его ближайшего окружения.

Если рассматривать период, предшествующий сегодняшнему, то применение средств компьютеризации в сфере проектирования в меньшей степени коснулось предпроектной деятельности. Тем не менее, на ранних стадиях, включая эскизное проектирование, имели место определенные достижения. Это поддержка чисто информационного плана, использование экспертных систем, методов принятия решений, компьютерная графика и др. Внимание обычно акцентировалось на объекте проектирования и конкретных видах деятельности, сопутствующих его созданию. Интеллектуальные персоны, играющие ключевую роль в выборе проектных решений, также принимались во внимание, но их познавательная деятельность и внутренне им присущие особенности механизмов принятия решений оставались как бы объектами второго уровня рассмотрения.

Новые подходы к исследованию процессов принятия решений отличаются от тех, которые имели место в период 20-25летней давности. Они стали носить многоаспектный и даже комплексный характер, при этом стали объектом рассмотрения особенности интеллектуальной персоны личностнопсихологического плана. Опыт работы с профессионалами конструкторскотехнологической ориентации говорит о том, что компьютерная поддержка их деятельности зачастую оказывалась эффективной лишь в том случае, если

- 10-

удавалось найти в познавательных (когнитивных) механизмах лица, принимающего решение, (ЛПР) звенья регуляции процессов принятия решений. Это позволяло с помощью ЛПР построить приемлемые для него

модели. В то же время проблемная ориентация модели на " всех специалистов данного профиля" не всегда оказывалась удачной.

Основные положения теоретико-познавательнойнаправленности, на

которые опирается диссертационная работа содержится в трудах Дж. Брунера,

М. Вертгеймера, Т. Куна, К Кофки, Н. Моисеева,

У. Пайсера, Ж. Пиаже,

К. Поппера, Д. Поспелова, Д. Пойа, Р. Солсо.

 

Возможность создания методологии автоматизации процессов поддержки

ранних стадий

проектной

деятельности

подготовлена

трудами П.

М.

Капустина, В. Г.

Митрофанова,

И. П. Норенкова,

В.

В. Павлова,

А.

И. Половинкина, А. А. Прохорова, Ю. М. Соломенцева, В. Л. Сосонкина, В. Д. Цветкова.

Сложность создания эффективной системы поддержки деятельности ведущих специалистов - конструкторов на ранних стадиях проектирования заключается в том, что сама эта деятельность слабоструктурирована и реализуется в значительной мере на уровне вербальных моделей эпистемологической и когнитивной ориентации. Осложняющим фактором является необходимость участия в процессе формирования образа объекта проектирования нескольких высококвалифицированных специалистов, у каждого из которых видение создаваемого нового изделия существенно свое. Процесс сведения множества мнений в единое, который завершается построением компоновочного чертежа будущего изделия, многопланов и также слабоструктурирован.

Изложенное определило цель настоящей работы, предусматривающей разработку научно обоснованной методологии поддержки деятельности