диссертация модальная логика

-31 -

б) Семантические сети "Понятие семантической сети основано на древней очень простой идее о

том, что "память" формируется через ассоциации между понятиями. ... Базовым функциональным элементом семантической сети служит структура из двух компонентов - "узлов" и связующих их "дуг". ... С позиции логики базовую структуру семантической сети можно рассматривать в качестве эквивалента предиката с двумя аргументами (бинарный предикат); эти два аргумента представляются двумя узлами, а собственно предикат - направленной дугой, связывающей эти узлы" [32].

Достоинством семантической сети является наглядность представления знаний. В процессе представления знаний в виде семантической сети практический интерес представляют связи вида:

-"является" (она говорит о принадлежности понятия к некоторому классу);

-"имеет" (указывающая, что одно понятие представляет часть другого);

-"есть" (указывающая на то, что одно понятие служит атрибутом другого). Семантические сети дают возможность представлять причинно-

следственные	отнощения в сложных совокупностях фактов [33].
Получили	широкое	применение	так	называемые	однородные

семантические сети, использующие отношения "входить в ...", "состоять из ...". Трудно себе представить что-либо, чтобы оно "не состояло из чего-либо" или

"не входило во что-либо". Видимо по этой причине указанные отношения

находят применение при описании совокупностей понятий, имеющих иерархическую структуру.

Схемы вывода на сетях используют процедуры пополнения сети, поиска по

образцу и наследования атрибутов [33, 34].

Семантические сети можно рассматривать с позиций категориального

анализа. Если обратить внимание на упомянутые ранее категории Декарта и Локка "субстанция", "состояние (модус)", "отношение", или в более

- 3 2 -

распространенных наименованиях "субстанция", "атрибут", "отношение", то можно констатировать, что именно эти три категории лежат в основе представления содержательного наполнения, любой предметной области. Проектирование не является исключением. Объект проектирования уже на начальных этапах мыслится как структура, состоящая из категориальных понятий, атрибутов, их характеризующих, и отношений между ними. Здесь под категориальными понятиями подразумеваются важнейшие понятия данной конкретной области знания. По-видимому, можно со значительной долей уверенности предположить, что если бы нам удалось каким-либо образом выявить важнейшие для данной конкретной ситуации категориальные понятия и увязать их между собой важнейшими отношениями, то полученная семантическая структура достаточно адекватно отображала бы текущее положение дел. Для анализа процессов на ранних стадиях проектирования такой подход представляет определенный интерес. На практике семантические сети используются совместно с другими моделями представления знаний,

в) Фреймы Из предыдущего раздела вытекает, что вопрос выбора понятий,

размещаемых в узлах семантической сети (в том числе и категориальных понятий) имеет достаточную значимость. Существует принцип организации структуры, отражающей свойства рассматриваемого объекта или события с целью формирования соответствующего прообраза. Делается это с помощью нотации, получившей название "фрейм" [32^.

Системы, использующие фреймы, дают возможность извлекать и обрабатывать как единое целое те элементы, которые традиционно присутствуют в описании объекта или события. Фрейм имеет имя (название) и состоит из частей, обычно называемых слотами

Фрейм = <слот1><слот2>...<слотМ>

-33 -

спомощью слотов определяются основные структурные элементы понятий. Слоты могут иметь текущее значение, что делает фрейм в случае необходимости, динамической структурой. Фреймы увязываются друг с другом

спомощью слотов связи, образуя, таким образом, сетевую структуру, которая может быть связной и иерархически упорядоченной. Фрейм это отдельная единица представления знаний, которая может наращивать свою структуру. А вся подобная схема представления знаний модульна, что является ее достоинством. Важно отметить, что техническая документация изделий, разрабатываемых в конструкторском бюро, близка по структуре к фреймовой. В случае разработки компьютерных систем поддержки проектной деятельности это обстоятельство может оказаться полезным. Следует признать, что многие виды деятельности в конструкторском бюро стереотипны, а зачастую само их следование также стереотипно. Это обеспечивает возможность использования фреймоподобных структур, называемых сценариями. Существуют языки для облегчения процесса создания на основе фреймов различных процедур обработки знаний [32]. Выводы на фреймах осуществляются с помощью присоединенных слотов [33, 34]. Недостатком фреймового представления является его неудобство для отражения логических взаимодействий между фактами [26, 33]. Фреймы используются совместно с другими моделями представления знаний.

г) Сценарии В системах представления знаний важную роль играют сценарии. Под

сценарием в нашем случае понимается последовательность взаимосвязанных фактов, определяющих некоторую ситуацию, имеющую отношение к предметной области. В проектировании на'ранних этапах возникает острая необходимость строить прогнозы относительно характеристик будущего изделия, которые в значительной степени определяются требованиями будущих потребителей. Поэтому приходится прогнозировать и то и другое. В

- 3 4 -

прогнозировании под сценарием понимается система предположений о течении изучаемого процесса, на основе которой разрабатывается один из возможных вариантов прогноза. На основании этого прогноза строится заранее подготовленный детальный план (тоже сценарий) осуществления чего-либо. В ситуациях, связанных с риском, сначала разрабатывается базовый сценарий, который показывает наиболее вероятное воздействие всех событий на показатели благополучия. Параллельно строится пессимистический сценарий в предположении, что произойдут все нежелательные события (с вероятностью 1). Далее, чтобы помочь руководителю принять адекватное решение, разрабатываются две стратегии упреждающих действий:

1) в отношении событий, поддающихся контролю, намечаются действия, направленные на то, чтобы желательные события происходили, а нежелательные - нет;

2) в отношении событий, не поддающихся контролю, намечаются действия, которые усиливают благоприятные последствия и смягчают неблагоприятные.

Результатом такой проработки является так называемый "форсированный сценарий" [15].

Имеются примеры удачного использования сценариев при создании систем автоматизированного проектирования для описания действий пользователя с несколькими уровнями наглядного объяснения. Полученные результаты позволили продемонстрировать, насколько детально должна быть представлена информация, предназначенная для использования в адаптивных интерфейсах. У разработчиков сложилось мнение, что для данного применения, сценарии являются идеальным способом представления информации [15]. Существует точка зрения, что сценарии удобны для представления стереотипных знаний, определяющих типичные ситуации конкретной предметной области [36]. В интеллектуальных системах сценарии используются в процедурах понимания

- 3 5 -

естественно - языковых текстов, планирования поведения, принятия решения, повышения эффективности обучения,

д) Предикатные модели Если между фактами удается установить логические отношения, то уже

применение правил формальной логики позволяет осуш;ествлять

многопосылочные, многоэтапные выводы с помощью построения схемы

вывода, получившей название "сорит" [29, 37].

Существует также хорошо разработанный аппарат исчисления предикатов.

Для обработки знаний с помощью исчисления предикатов важное значение имеет возможность логически выводить новые факты и правила из некоторого заданного набора. В исчислении предикатов существует много различных правил вывода, которые могут применяться либо для установления истинности утверждения в целом, либо для порождения заключения. Эти правила могут использоваться как отдельно, так и в сочетании с другими правилами. Однако существуют проблемы, связанные с исчислением предикатов при обработке знаний. Первая проблема связана с различной природой рассуждений в исчислении предикатов и ходом рассуждений, основанных на здравом смысле.

Вторая проблема заключается в том, что			при применении	некоторых
безупречных	правил	может возникнуть	"комбинационный	взрыв"
(необозримое количество выводов).

Преодолеть указанные трудности в определенной степени удается с помощью языка программирования Пролог, который представляет собой комбинацию одного из методов доказательства теорем - "метода резолюций" и эффективной стратегии управления выводом. Другими словами появилась версия автоматизированного исчисления предикатов, которая в виде универсального языка программирования может быть использована для составления программ обработки знаний [32].

- 3 6 -

е) Модели представления данных Известны три основных модели представления данных: реляционные,

сетевые и иерархические [38].

Реляционный подход основан на использовании языка предикатов. В этом случае обычно говорят о произвольных отношениях между элементарными данными. Подобное отношение представляется двумерной таблицей. Строки таблицы принято называть кортежами, а столбцы - доменами (атрибутами). Легко видеть, что здесь можно говорить как об использовании алгебры отношений [10], так и клаузальной логики [39\

Всетевых моделях находят применение табличные и графовые отношения.

Виерархических моделях схема базы данных представляет собой множество схем отношений, упорядоченных в древовидную структуру [38].

Впоследнее время появилось следуюш;ее поколение моделей, в которых происходит постепенное слияние данных и знаний [38]. Сегодня при изучении сложных неоднородных предметных областей говорят о необходимости совмегцения в одной модели различных типов моделей из числа известных. Подобные модели называют гибридными.

Вы в о д ы

Проведенный обзор позволяет сделать ряд выводов.

1.Деятельность конструкторского бюро на ранних стадиях проектирования содержит как познавательную, так и интеллектуальную составляюшую, если исходить из положения, что "знать" и "понимать" различные категории [42, 43].

2.Формирование концепции изделия (по Н. Н. Моисееву [4]) является важнейшей задачей проектной деятельности.

3.В процессе концептуализации задействовано ограниченное число специалистов - обычно это главный конструктор и его ближайшее окружение.

- 3 7 -

которые реализуют специфичную для данного конструкторского бюро информационную технологию.

4.При создании компьютерной поддержки процесса концептуализации необходимо особо деликатное отношение к традиционным информационным технологиям профессионалов. Каждый задействованный в этом процессе специалист требует индивидуального подхода. Этот подход должен быть реализован, каким бы трудным он не оказался.

5.Имеется вполне определенный набор моделей, которые находят применение на ранних стадиях проектирования в качестве инструмента познавательной направленности. Однако проблема использования когнитивных моделей на этих стадиях пока остается не проработанной.

6.Когнитивное моделирование позволяет надеяться на возможность увязки

вединую информационную технологию трех важных компонентов: концептуализации, структурирования и параметризации.

7.Концептуализация проектной деятельности должна быть четкой и целенаправленной, что ориентирует на применение категориального анализа и теории парадигмы.

8.Разрабатываемые технологии структурирования информационных процессов должны иметь когнитивную направленность и предусматривать возможность порождения новых инвариантных структур.

9.Процесс структурирования создаваемых новых объектов машиностроения специфичен. Он начинается с вербальных моделей, переходит

вблок-схемы и завершается компоновочным чертежом. В создании последнего ключевую роль играет единственный человек "компоновщик", поэтому разрабатываемая система поддержки его деятельности должна быть персонифицирована.

10.Параметризация компонентов изделия тесно связана с расчетными и компоновочными работами, которые носят итерационный характер. Здесь

- 3 8 -

просматривается возможность эффективного использования когнитивной компьютерной графики.

11.В основе интеллектуальной деятельности на ранних стадиях проектирования лежат правдоподобные рассуждения, в которых успех при традиционных подходах во многом определяется уровнем профессиональной подготовки специалистов, их реализующих.

12.Сложность процесса создания информационной технологии поддержки деятельности проектировщиков на ранних стадиях проектирования во многом определяется тем, что она носит коллективный характер.

13.Взаимодействие профессионалов при формировании образа объекта проектирования реализуется в рамках вполне конкретных традиционных знаковых систем, что позволяет рассматривать этот процесс с позиций герменевтики [44].

14.Компоновочный чертеж, являясь образом объекта проектирования, в то же время представляет собой объединяющую информационную структуру, реализованную в конкретной знаковой системе. Такие структуры, получившие название "паттернов" [46], обладают рядом интересных и полезных свойств, особенно если они рассматриваются с позиций когнитивной графики [45].

15.Познавательный характер ранних стадий проектирования, многоплановость интеллектуальной деятельности, определенность мотивационных и целевых установок, высокий профессиональный уровень, задействованных специалистов, позволяют надеяться на возможность создания действенной методологии когнитивной направленности поддержки данного вида деятельности проектировщиков.

Для достижения поставленной цели, а именно создания на основе когнитивного моделирования научно обоснованной методологии поддержки деятельности ведущих специалистов-конструкторов на ранних стадиях проектирования необходимо решение следующих научных задач:

- 3 9 -

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

-выявление возможностей категориального анализа как средства конкретизации процесса изучения "текущего положения дел";

-изучение нормирующей роли парадигмы в процессе выбора направления предстоящей проектной деятельности;

-изучение роли когнитивной ориентации при структурировании "текущего положения дел" лицом принимающим решения;

-изучение познавательных (эпистемологических и когнитивных) аспектов деятельности главного конструктора и его ближайшего окружения;

-изучение процесса целеполагания при формировании образа нового изделия;

-выявление специфики выбора схем рассуждений на ранних стадиях проектирования при формировании образа объекта проектирования: дедуктивной, индуктивной, по аналогии, на основе традукции и псевдоиндукции;

-изучение возможной роли теории знаковых систем при формировании концепции предстоящей проектной деятельности;

-изучение возможной роли исчисление предикатов, клаузальной логики и языка логического программирования Пролог в процессе формирования образа объекта проектирования;

-разработка метода формирования паттернов когнитивной графики для

оценки работоспособности изделий машиностроения;

- выявление возможной

роли ряда положений гештальтеории

(гештальтпсихологии) в процессе формирования структуры проектируемого

изделия;

- 4 0 -

разработка методики построения и использования паттернов работоспособности в процессе выполнения проектных расчетов и компоновки изделий машиностроения;

- разработка комплекса программных средств: для реализации схемы многопосылочного дедуктивного вывода, для построения паттернов оценки работоспособности, для автоматизации некоторых видов компоновочных работ.