диссертация модальная логика

-11 -

ведущих специалистов конструкторов машиностроительной ориентации, основанной на использовании когнитивного моделирования.

Проведенный анализ показал, что поставленная проблема требует решения следующих исследовательских задач:

выявление теоретико-познавательных аспектов ранних стадий проектирования и подходов к их моделированию;

-выявление специфики выбора схем рассуждений на ранних стадиях

проектирования при формировании образа объекта проектирования;

-поиск аппарата формализации, эффективного в процессе формирования образа объекта проектирования;

-разработка методов формирования и использования многофакторных образов когнитивной графики (паттернов) в процессе выполнения проектных расчетов и компоновки изделий машиностроения;

-разработка комплекса программных средств поддержки деятельности на ранних стадиях проектирования.

На защиту выносится:

-методика получения знаний от профессионала и моделирования его представлений о новом объекте проектирования;

-иерархическая модель, когнитивной ориентации, отражающая видение профессионалом-конструктором структуры собственной деятельности в

процессе формирования образа нового изделия;

-методика формирования концепции проектной деятельности на основе понятия семантического треугольника (треугольника Г. Фреге);

-комплекс когнитивных моделей, ориентированных на ранние стадии проектирования;

-методика использования первопорядковой логики, клаузальной логики и

языка логического программирования Пролог в процессе формирования

образа объекта проектирования;

-12-

-схема поддержки деятельности ведущего компоновщика, основанная на положениях гештальттеории и представлениях К. Поппера о "модельных мирах";

-метод построения паттернов когнитивной графики для оценки работоспособности некоторых изделий машиностроения;

-методика применения паттернов оценки работоспособности в процессе выполнения проектных расчетов и компоновочных работ, включая схемы обратного вывода;

-модели компоновочного чертежа.

Основное содержание работы.

Первая глава посвящена исследованию проблемы ведения работ на ранних стадиях проектирования сложных изделий машиностроения. Внимание акцентируется на функционировании конструкторского бюро, реализующего целеполагающий подход к проектированию и на деятельности ведущих специалистов, т. е. главного конструктора и его ближайшего окружения. Анализируются модели, используемые при решении задач проектирования, в том числе на ранних стадиях. Рассматриваются иерархические описания и стратегии их формирования, анализируются возможности использования подобных структур в качестве схем вывода. Анализируется роль моделей представления знаний: продукций, семантических сетей, фреймов, сценариев, предикатных моделей, моделей представления данных. Делаются выводы: о важности моделей познания, эпистемических и когнитивных,ё в процессе формирования концепции проектной деятельности; о важности создания информационной технологии поддержки деятельности ведущих специалистов, на основе использования различных логических подходов, теории знаковых систем, когнитивной графики и специального программного обеспечения, позволяющего эффективно применять компьютерную и когнитивную графику в процессе выполнения проектных расчетов и компоновочных работ.

- 13 -

Во второй главе исследуется роль моделей познания в проектной деятельности. Рассматриваются эпистемические модели познания, положениями которых руководствуются представители различных областей знания, отдавая предпочтение конкретной модели или некоторому сочетанию моделей. Обращается внимание на важность роли модальности рассуждений на ранних стадиях проектирования. Подчеркивается важность концепции парадигмы и ее нормативной роли на ранних этапах проектирования. Указывается на необходимость описания компонентов парадигмы. Выявляется группа когнитивных моделей, которые могут быть использованы на ранних стадиях проектирования. Дается графическая интерпретация этих моделей, предлагается способ использования каждой модели в проектировании, оцениваются ее возможности. Обосновывается важность категориального анализа в процессе сложившейся ситуации, сопутствующей проектированию. Определятся роль категорий Декарта и Локка, а также категорий Канта в процессе построения моделей, отражающих "текущее положение дел". Разрабатывается схема перехода от категорий Декарта и Локка к категориям Канта. Вводится понятие "когнитивно - ориентированной иерархии семантических сетей", "диссонирующего звена". Предлагаются правила построения подобной семантической структуры. Обосновывается целесообразность ее использования в качестве модели поведения в складывающейся ситуации. Осуществляется процесс построения подобной структуры как модели фрагмента "текущего положения СКБ ОАО "Алтайдизель". Разрабатывается структура, совмещающая эпистемические и когнитивные схемы ведения рассуждений на ранних стадиях проектирования, использующая понятие "модельного мира", введенного К. Поппером. Делаются выводы о практической полезности осуществленных в данной главе разработок.

-	14-
Третья глава посвящена анализу	особенностей использования схем

логического вывода на ранних стадиях проектирования. Так важность ведения рассуждений по аналогии определяется фактом существования изделия -

прототипа и процесса заимствования знаний. Использование различных схем

рассуждения на основе индукции в процессе накопления знаний также имеет свою специфику. Важны и интересны схемы рассуждения на основе энумеративной и элиминативной индукции. В этой главе разрабатывается аппарат поддержки рассуждений по дедуктивной схеме и на основе гипотетико-дедуктивного метода (метода "псевдоиндукции" по К. Попперу).

Речь идет о логической конструкции многопосылочного вывода типа "сорит"

по Л. Кэрроллу, для реализации которой создается программное обеспечение,

графическая мнемоника и методика использования. В качестве объекта рассмотрения выбирается процесс ведения рассуждений, ориентированный на формировании концепции нового дизеля. Разрабатывается эффективная форма

получения знаний от профессионала, которая представляются в виде кортежа, состоящего из "унарных высказываний" (предикатных форм). Эта форма преобразуется в комплекс "бинарных высказываний" (бинарных предикатов), а

затем в множество выводов сорита, всесторонне описывающих объект

рассмотрения, исходя из исходных посылок. Выводы сорита могут использоваться как следствия при реализации метода "псевдоиндукции". В

данной главе также рассматриваются традукционное умозаключение и

проблема переноса знаний применительно к проектной деятельности. Делаются выводы.

Четвертая глава посвящена проблеме формирования образа объекта проектирования, которую можно рассматривать с различных точек зрения: инженерно-технической, теоретико-познавательной, когнитивной, основанной на понятии "рефлексии". Излагается суть каждой точки зрения. Анализируется роль главного конструктора при целеобслуживающем и целеполагающем

- 15 -

подходе к проектированию. Излагается схема последовательности рассуждений, свойственных главному конструктору. Приводятся примеры эффективного использования "агрегированных характеристик" по Н. Н. Моисееву" при анализе компоновочных чертежей будущих изделий. Рассматривается вопрос эффективности взаимодействия между главным конструктором и системотехником, на основе использования когнитивного моделирования. Рассматривается роль прогнозирования на ранних стадиях проектирования, объясняется положение, почему когнитивный подход снижает степень различия между антологической и телеологической позициями контекста динамики научно-технического прогресса. Рассматривается понятие "концептуального каркаса" в трактовке К. Поппера. Обосновывается целесообразность введения понятия "концептуальный каркас объекта проектирования", а также использования методики сравнения двух концептуальных каркасов по К. Попперу. В данной главе разрабатывается методика формирования концепции проектной деятельности на основе понятия семантического треугольника (треугольника Г. Фреге). Вводятся понятия "признаковая модель", "модель денотата", "концептуальная модель". Показано, что роль признаковой модели может играть комплекс понятий "кортеж", "бинарные высказывания", "выводы сорита". Роль модели денотата может играть "когнитивно-ориентированная иерархия семантических сетей". Концептуальная модель строится путем совмещения выводов сорита с иерархией семантических сетей. Рассуждения ведутся с использованием конкретного материала СКБ ОАО "Алтайдизель". Приводится отзыв ведущего специалиста относительно разрабатываемой методологии. Рассматриваются направления возможной деятельности СКБ ОАО "Алтайдизель". Делаются выводы.

В пятой главе осуществляется поиск подходящего формального аппарата, который позволял бы адекватно отражать интеллектуальные процессы,

- 1 6 -

связанные с формированием образа объекта проектирования. В тоже время

этот аппарат должен быть минимально отягощен формализмами. Это сделает

его более приемлемым для профессионалов-конструкторов. Задача

осложняется тем, что на значительном отрезке времени образ объекта проектирования формируется только в умах конструкторов и внешне представляется только в вербальной форме. Это обстоятельство также делает обоснованной ориентацию на семантический треугольник (треугольник Г. Фреге).

В качестве претендента на роль искомого аппарата рассматривается первопорядковая логика, несмотря на неоднозначность существующих мнений

по данному вопросу. Проводится анализ этого аппарата с когнитивных позиций, обосновывается возможность и целесообразность его использования.

Осуществляется символизация смыслов, заложенных в таких семантических

конструкциях как парадигмальная модель принятия решений и когнитивноориентированная иерархия семантических сетей. Показано, что при этом устраняется возможность неоднозначного толкования. Показана роль бинарных предикатов в процессе представления знаний и роль композиционного метода построения сложных понятийных структур применительно к решаемой задаче. Показана целесообразность использования

модельных множеств Я. Хинтики в процессе формирования образа объекта

проектирования. Основанием служит то обстоятельство, что инженеру проще построить "возможный модельный мир" и разобраться в сути отношений,

которые в нем могут иметь место, нежели провести		цепочки	логических
рассуждений от "имеющего место положения дел" до		истин	"возможного
модельного мира", отражающего ту или иную выбранную концепцию				объекта
проектирования.
Проведен анализ	возможности использования	клаузальной		логики.
Показана ее выразительность при описании образа рассматриваемого				объекта.

- 17-

Осуществлено сравнение стандартной и клаузальной форм логики, показаны способы перехода от стандартной формы логики к клаузальной. Указаны условия целесообразности такого перехода. Разработан ряд схем описания образа объекта проектирования, средствами исчисления предикатов первого порядка и языка Пролог. Осуществлен анализ этих схем и даны рекомендации по их применению. На материале СКБ ОАО "Алтайдизель" реализована схема "Знание профессионала - исчисление предикатов первого порядка - клаузальная форма логики - Пролог". Показано, что полученные здесь результаты согласуются с результатами, полученными на основе схем вывода, описанных в более ранних главах работы. Соотнесены области применения разработанных подходов. Выявлены особенности языка Пролог, полезные при решении рассматриваемой задачи. Разработаны программы, повышающие эффективность использования Пролога в процессе формирования образа объекта проектирования. Сделаны выводы.

Шестая глава посвящена разработке эффективных подходов к использованию когнитивных моделей и когнитивной графики в эскизном проектировании изделий машиностроения. Этап эскизного проектирования, включающий в себя исходные проектные расчеты и компоновочные работы, является завершающим этапом ранних стадий проектирования. Именно здесь окончательно формируется целостный образ нового изделия. Понятие целостного образа и необходимость его формирования являются основанием для привлечения теории целостного образа, которая чаще именуется как гештальттеория или гештальтпсихология. В главе показано, что идеология "целостности" представляется чрезвычайно важной на ранних стадиях проектирования, т. к. только на ее основе удается адекватно соотнести функционирование изделия в целом и его компонентов. Ключевой фигурой завершающего этапа ранних стадий является ведущий компоновщик, который формирует геометрическую модель будущего изделия в виде компоновочного

- 18-

чертежа. Поддержка деятельности компоновщика наиболее привлекательна, но и наиболее трудно реализуема. Деятельность компоновщика анализируется с позиции понятия "модельный мир", которым пользуются К. Поппер и Я. Хинтика. Здесь же дается интерпретация деятельности компоновщика с точки зрения модели " 10 шагов К. Поппера".

Насыщенность графикой проектных расчетов и				графическая		сущность
компоновочного чертежа		изделия	машиностроения	делают	необходимым
проведение	анализа возможностей		компьютерной	графики	и	особенно
когнитивной	графики. На	примере графики, используемой			в	процессе

динамического расчета кривошипно-шатунного механизма двигателя

внутреннего сгорания, показана возможность, построения паттернов оценки

работоспособности узлов и деталей объектов машиностроения. Предлагается

метод построения подобного паттерна. Паттерн представляет собой множество трехмерных поверхностей, отражающих изменение характерных нагрузок, действующих в кривошипно-шатунном механизме дизеля в зависимости как от угла поворота коленчатого вала, так и от частоты его вращения. Важно, что родственные поверхности, характерные для "прототипа" и нового изделия,

размещаются на одних и тех же осях. Превышение поверхности,					характерной
для нового изделия, над поверхностью, характерной для прототипа,						является
основанием для беспокойства и влечет за собой необходимость					выполнения
проверочного	расчета.	Построение	подобного	паттерна		позволяет
компоновщику	оперативно взаимодействовать			с расчетной		группой

конструкторского бюро. Возможность построения паттернов позволяет реализовать схему обратного вывода. Основываясь на результатах испытаний и эксплуатации изделия - прототипа, мы можем выйти на структуру динамического расчета рассматриваемого механизма и внести коррективы в конструкцию новой машины. Роль паттернов оценки работоспособности могут

- 19-

также играть изображения деталей полученных с использованием метода конечных элементов с характерной сеткой.

Компоновочный чертеж при таком подходе может играть двоякую роль. С одной стороны он может рассматриваться в качестве завершающего этапа эскизного проектирования, с другой - в качестве средства оценки приемлемости новых идей. В последнем случае компоновочный чертеж должен трансформироваться в рамках общей топологии изделия. Пример подобного чертежа представлен в настоящей главе. Разработана математическая модель компоновочного чертежа, а также трансформирующаяся модель компоновки двухпоточного редуктора отбора мощности от дизеля. Разработано программное обеспечение для расчета шестерен редуктора и построения рабочих чертежей. Это связано с тем, что заказчик может потребовать изменения передаточного отношения редуктора.

Работу завершают перечень основных результатов и выводы.

- 2 0 -

1 МОДЕЛИРОВАНИЕ НА РАННИХ СТАДИЯХ ПРОЕКТНОЙ

ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

1.1

О с о б е н н о с т и

в е д е н и я

р а б о т

н а

р а н н и х

с т а д и я х

пр о е к т и р о в а н и я

Втрудах, рассматривающих различные аспекты проектной деятельности на ранних стадиях [1-8], к последней обычно относят все виды работ, начиная от предпроектной деятельности и завершая эскизным проектированием. В последующем изложении материала мы будем придерживаться указанной точки зрения.

Предметом нашего рассмотрения является деятельность конструкторского бюро машиностроительного профиля, которое имеет ряд хорошо зарекомендовавших себя разработок. Нас будет интересовать период работы, когда конструкторское бюро осуществляет переход на новое изделие, причем выбор направления и целей проектирования находится в его компетенции, т. е. согласно установившейся терминологии оно реализует целеполагающий подход к проектированию. Необходимо отметить, что вопросов изобретательства, поискового конструирования и т. п., связанных с проблемой поиска принципиально новых технических решений и хорошо описанных в соответствующей литературе, например [3, 9], мы будем касаться в меньшей степени. Выбранный для изучения с познавательных позиций период деятельности конструкторского бюро, даже в традиционной реализации, сложен уже сам по себе. Наше внимание будет направлено на деятельность ведущих специалистов конструкторского бюро, т. е. главного конструктора и его ближайшего окружения, т. к. именно мнение этих специалистов доминирует в процессе формирования образа объекта проектирования. Этот интерес объясняется также стремлением конкретизировать направление