Исследование и разработка системы автоматизированного проектирования орудий рыболовства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат наук Михеев, Филипп Александрович

• Михеев, Филипп Александрович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Михеев, Филипп Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1.ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА ОРГАНИЗАЦИИ САПР ОРУДИЙ РЫБОЛОВСТВА

1.1. Постановка задачи

1.2. Способы организации программного обеспечения

1.3. Архитектура САПР орудий рыболовства

1.3.1. Общая схема организации программного обеспечения

1.3.2. Общесистемное ядро

1.3.3. Проблемная часть программного обеспечения

1.4. Выводы

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ

2.1. Постановка задачи

2.2. Модель распространения приманки в воде

2.2.1. Исходные данные

2.2.2. Задача о распространения шлейфа приманки

2.2.3. Тестирование модели

2.3. Модель пространственного поведения промысловых гидробионтов

2.3.1. Общая характеристика поведения гидробионтов

2.3.2. Эвристический алгоритм поиска пищи гидробионтами

2.3.3. Попадание в ловушку и нечеткая логика

2.3.4. Тестирование модели

2.4. Модель пассивного приманивающего орудия рыболовства

2.5. Выводы

3. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ И СТРАТЕГИЯ ПОИСКА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ

3.1. Постановка задачи

3.2. Алгоритм имитации пространственного поведения гидробионтов

3.3. Стратегия оптимизации пассивных приманивающих орудий рыболовства

3.4. Выводы

4. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ

4.1. Постановка задачи

4.2. Организация информационного обеспечения

4.3. Модуль репозиториев

4.4. Выводы

5. РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ «TRAP»

5.1. Функциональные характеристики системы «Тгар»

5.2. Типовые задачи, решаемые системой «Тгар»

5.3. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ «А»

ПРИЛОЖЕНИЕ «Б»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка системы автоматизированного проектирования орудий рыболовства»

ВВЕДЕНИЕ

Жесткая конкуренция на мировом рынке и необходимость в развитии рыбного хозяйства диктуют темпы модернизации объектов рыбохозяйственного комплекса Российской Федерации - рыболовных судов, орудий рыболовства и рыбообрабатывающего оборудования. В современных условиях чрезмерной эксплуатации и истощения запасов морских биоресурсов возникает необходимость в разработке средств автоматизированного проектирования таких орудий рыболовства, которые могли бы обеспечить оптимальный режим промысла и селективность лова [1]. Это выдвигает все более серьезные требования к исследованию научных основ разработки САПР орудий рыболовства, что соответствует концепции развития рыбного хозяйства РФ на период до 2020 г. и приоритетным направлениям развития науки, технологии и техники РФ (2007-2012 гг.) «Рациональное природопользование».

Вместе с тем, в последние три десятилетия огромный интерес у российской рыбной промышленности вызывают ресурсы донных беспозвоночных в связи с их высокой экспортной привлекательностью. Промысел этих ресурсов осуществляется преимущественно пассивными приманивающими орудиями лова (ловушками). Тому есть ряд причин. Во-первых, указанные орудия лова обладают эффективной селективностью, отлавливая преимущественно особей определенного возраста, ценных в промысловом отношении. Во-вторых, ловушки в силу пассивного воздействия на гидробионтов не причиняют им физических увечий в отличие от, например, тралов. В третьих, промысел с использованием ловушек является менее дорогим и трудозатратным. Как следствие, улучшение характеристик пассивных приманивающих орудий рыболовства является приоритетной и востребованной задачей среди прочих задач рыбохозяйственного проектирования.

Известны [2,3] зарубежные и отечественные программные средства поддержки проектирования орудий рыболовства - Ashlar Vellum Graphite, Trawl Design, Otterboard, Trawl Cad, а на определенных этапах

проектирования для построения параметрических моделей деталей используются SALOME, Medusa4, Wings 3D и подобные им системы. Однако указанные системы ориентированы на узкий круг специалистов высокого уровня подготовки; во-вторых, они являются коммерческими системами и их программное обеспечение закрыто для модификации и дополнения новыми программными модулями, что накладывает серьезные ограничения на использование системы при решении широкого спектра проектных задач; в-третьих, перечисленные системы не позволяют имитировать процесс лова, поэтому оптимизация параметров орудий рыболовства проводится проектировщиками эмпирически по результатам дорогостоящих и многоэтапных натурных испытаний прототипа.

Вопросы, связанные с построением компьютерных средств автоматизированного проектирования орудий рыболовства, неоднократно обсуждались в работах зарубежных и отечественных авторов. Тем не менее, программные реализации отстают от потребностей рыбохозяйственной отрасли. Принципиальную трудность в процесс проектирования орудий рыболовства, вносит то, что их эффективность связана с районом применения, видом и возрастом облавливаемых гидробионтов, факторами

внешней среды. Наличие факторов, не поддающихся полной формализации,

>

указывает на необходимость решения комплексных задач компьютерного моделирования. С точки зрения создания программных средств поддержки проектирования наиболее эффективным способом решения подобных задач является разработка архитектуры системы, инвариантной к специфике множества проектируемых орудий рыболовства. С другой стороны, эффективное использование этих средств предполагает архитектуру САПР с четко обозначенным общесистемным ядром, обеспечивающим информационную связь между программными модулями системы, а также предоставляющим пользователям с различным уровнем подготовки возможность работы со всеми видами обеспечения САПР [4]. Возникает необходимость в разработке программных средств, обеспечивающих открытость САПР и ориентированных на решение задач проектирования орудий рыболовства с учетом их специфики.

Таким образом, вопросы создания САПР орудий рыболовства нуждаются в дальнейшей разработке, а их исследование представляет значительный теоретический и практический интерес.

Объектом исследования диссертационной работы являются научные основы построения САПР орудий рыболовства.

Предметом исследования являются математическое, программное и информационное обеспечения САПР пассивных приманивающих орудий рыболовства.

Объектом проектирования разрабатываемой САПР является пассивное приманивающее орудие рыболовства. Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является разработка САПР пассивных приманивающих орудий рыболовства.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

1. исследование вопросов построения программного, математического, и информационного обеспечений САПР орудий рыболовства;

2. реализация открытой архитектуры САПР для решения задач проектирования орудий рыболовства;

3. разработка общесистемного ядра, обеспечивающего информационную связь между подсистемами САПР;

4. разработка средств управления и доступа к данным, являющейся частью информационного обеспечения САПР;

5. исследование методов и алгоритмов моделирования процесса лова и разработка на основе этого исследования математического обеспечения системы;

6. разработка прикладных программных модулей, отвечающих требованиям гибкости, открытости и надежности, и позволяющих получать оптимальные характеристики проектируемых орудий рыболовства, в том числе габаритные характеристики, позиционирование приманки, раскрой сетной поверхности.

Методы исследования

Методы математического моделирования, методы системного программирования, теория построения САПР, численные методы оптимизации, элементы теории нечеткой логики и стохастического анализа.

Новые научные результаты

1. Предложена открытая архитектура САПР орудий рыболовства, отличающаяся наличием инвариантной части, которая обеспечивает возможность развития и адаптации САПР к новым задачам проектирования путем добавления новых программных модулей.

2. Впервые разработано общесистемное ядро САПР орудий рыболовства, включающее в себя четыре проблемно-независимые подсистемы -подсистему управления ядром, подсистему управления данными, подсистему визуализации и подсистему оптимизации.

3. Впервые разработаны методы, модели и алгоритмы имитации процесса лова, позволяющие оптимизировать параметры орудия рыболовства на основе моделирования процесса лова.

4. Предложена стратегия поиска проектных решений, отличительной чертой которой является учет специфики перемещений гидробионтов, процесса лова и орудий рыболовства и использование развитой библиотеки алгоритмов оптимизации параметров орудий рыболовства.

5. Предложены оригинальные средства управления и доступа к данным, являющиеся частью информационного обеспечения САПР, отличие которых состоит в хранении данных в объектно-ориентированной форме, что открывает к ним быстрый доступ в оперативной памяти и отображает модель данных независимо от используемого реляционного источника.

Достоверность научных результатов_подтверждается корректностью применяемого математического аппарата и практикой использования разработанных программных средств в производственном процессе Сахалинского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии, а также практикой применения разработанных алгоритмов в учебном процессе кафедры «Системы автоматизированного проектирования» Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) в курсе «Методы оптимизации».

Основные положения, выносимые на защиту

1. Общесистемное ядро САПР пассивных приманивающих орудий рыболовства, отвечающее требованиям гибкости, открытости и надежности.

2. Методы, модели и алгоритмы имитации процесса лова, позволяющие оптимизировать параметры орудия рыболовства на основе моделирования процесса лова.

3. Средства управления и доступа к реляционным источникам данных, отличающиеся хранением данных в объектно-ориентированной форме, что открывает к ним быстрый доступ в оперативной памяти и отображает модель данных независимо от используемого реляционного источника.

Практическая ценность

Значение для практики результатов диссертационной работы

заключаются в следующем:

1. Архитектура САПР орудий рыболовства учитывает возможность ее дальнейшего развития и предоставляет средства проектирования широкому кругу пользователей с различным уровнем квалификации.

2. Использование системы на этапе эскизного проектирования позволяет сократить сроки разработки прототипа и частично исключить дорогостоящие натурные испытания орудия рыболовства.

3. Полученные в ходе вычислительных экспериментов оптимальные характеристики пассивных приманивающих орудий лова могут быть рекомендованы департаментам рыбного хозяйства и отраслевым рыбохозяйственным проектным институтам для использования в процессе проектирования.

4. Применение подсистемы оптимизации в учебном процессе обеспечивает поддержку дисциплин учебного плана подготовки магистров по направлению «Информатика и вычислительная техника».

5. Зарегистрированные Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам программы перспективны для применения в САПР различного назначения.

Реализация и внедрение результатов

На основании полученных результатов разработана САПР пассивных приманивающих орудий рыболовства Trap, которая внедрена в учебную практику в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) на кафедре «Системы автоматизированного проектирования», а также в производственный процесс в Сахалинском научно-исследовательском институте рыбного хозяйства и океанографии (г. Южно-Сахалинск), что подтверждено соответствующими актами о внедрении.

Результаты диссертационной работы использовались

Теоретические и практические результаты диссертационной работы использовались в ряде госбюджетных НИР, проводимых по тематическому плану СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в 2008-2013 гг.

- по теме «Разработка теоретических основ модельного проектирования на основе парадигмы виртуальности» (шифр САПР-45, 2009-2010 гг.)

- по теме «Разработка моделей и методов анализа и синтеза интеллектуальных систем поддержки принятия решений для управления сложными распределенными объектами» (шифр САПР-47 тем. плана СПбГЭТУ 2011 г.)

- по теме «Математико-логические основы построения сред виртуальных инструментов» (шифр САПР-49 тем. плана СПбГЭТУ 2012-2014 г.)

- по теме «Разработка алгоритмического и программно-аппаратного обеспечения гибридной облачной среды для образовательного процесса» (шифр ФИМЦ-1тем. плана СПбГЭТУ 2012-2014 г.)

Также результаты работы используются в производственном процессе Сахалинского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии для определения промысловых параметров пассивных приманивающих орудий лова и в учебной практике Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) на кафедре «Системы автоматизированного

проектирования» для подготовки магистров и бакалавров по направлению «Информатика и вычислительная техника». Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

• XII, XIV, XV международных конференциях «Современное образование: содержание, технологии, качество» (г. Санкт-Петербург);

• X и XI международных конференциях по мягким вычислениям и измерениям (8СМ 2007, 8СМ 2008) (г. Санкт-Петербург);

• II международной конференции «Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управление проектами САБ/САМУСАЕ/РОМ» (г. Пенза)

• отраслевой конференции «Математическое моделирование и информационные технологии в исследованиях биоресурсов Мирового океана», 2007 (г. Владивосток)

® международной научно-технической конференции "Информационные технологии и математическое моделирование систем 2009-2010» (г. Москва) Публикации

Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 17 печатных работах, в том числе 3 работы - в изданиях, рекомендованных ВАК к опубликованию основных научных результатов диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук, 8 работ - в материалах международных конференций, 4 свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ, зарегистрированной в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, включающего 55 наименований. Основная часть диссертации изложена на 110 страницах машинописного текста и содержит 34 рисунка и 6 таблиц.

В первой главе проводится анализ архитектурных решений программного обеспечения САПР с учетом специфики проблемной области проектирования рыбохозяйственных объектов. Показано, что одним из наиболее важных направлений исследований является создание инвариантной архитектуры САПР с программной реализацией в виде каркаса приложения.

Во второй главе проведен анализ современных исследований в предметной области и разработаны методы, модели и алгоритмы, позволяющие имитировать процесс лова, включая механизм пространственного поведения облавливаемых гидробионтов в зависимости от наблюдаемой ими окружающей среды и распространения запаха приманивающего вещества из орудия лова.

В третьей главе предложена стратегия оптимизации параметров орудия рыболовства на основе моделирования среды и поведения гидробионтов. Применяется гибридный подход, сочетающий эволюционно-стохастический метод [5] и классические методы безусловной оптимизации.

В четвертой главе в составе информационного обеспечения САПР орудий рыболовства разработаны средства управления и доступа к параметрам моделей компонентов орудий и гидробионтов, хранимых в базе данных.

В пятой главе содержится информация о функциональных характеристиках реализованной системы Trap. Возможности и эксплуатационные характеристики системы демонстрирует решение типовой проектной задачи оптимизации крабовой ловушки.

В заключении сформулированы основные научные и практические результаты, полученные на основе проведенных в диссертационной работе исследований.

1 .ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА ОРГАНИЗАЦИИ САПР

ОРУДИЙ РЫБОЛОВСТВА

1.1. Постановка задачи

Разработка программного обеспечения САПР орудий рыболовства предполагает решение следующих задач:

• Анализ современных подходов к организации программных систем;

• Разработка архитектуры САПР с выделенным ядром и подсистемами. Программная реализация подсистем САПР и информационных связей между модулями системы [6].

В связи с этим, цель данной главы определена следующим образом: проанализировать и выбрать форму организации программного обеспечения САПР орудий рыболовства и в соответствии с этим разработать ее архитектуру, которая способна обеспечить:

- гибкость взаимодействия пользователя и САПР,

- открытость архитектуры системы;

- инвариантность к широкому спектру задач предметной области,

1.2. Способы организации программного обеспечения

Прежде чем перейти к обсуждению архитектуры САПР рассмотрим основные формы организации программного обеспечения (ПО). В настоящее время при разработке ПО для решения разнообразного круга задач используются две формы организации : совокупность библиотек и программная система на основе каркаса (англ. framework) приложения [9}.

Совокупность библиотек - это простейшая форма организации программного обеспечения систем. Совокупность библиотек представляет собой набор прикладных подпрограмм, тематически распределенных в некой классовой структуре [10}. При таком способе организации ПО информационные связи между программными средствами представляют собой последовательность вызовов библиотечных подпрограмм, написанных пользователем. Как правило, они представляют собой самостоятельно

выполненную прикладную программу, содержащую явные обращения к необходимым библиотечным модулям.

Минусами такого подхода являются:

- отсутствие формальных ограничений, накладываемых на добавляемые модули расширения;

- отсутствие централизованного и хорошо структурированного ядра приложения;

- добавление новых модулей подразумевает перекомпиляцию исходного кода ядра;

ориентация на высокий уровень подготовки пользователя и наличие у него навыков программирования.

Плюсом такой формы организации является хорошо выраженная модульность системы и хорошая структурированность программного кода.

Каркас приложения- форма организации ПО, которая состоит в четком разделении программных средств на две составляющие группы -общесистемное ядро и проблемно-ориентированная часть (согласно ГОСТ [7,8], общесистемное и прикладное ПО). Общесистемная часть предназначена для обеспечения взаимодействия пользователя и проблемной части ПО, организации информационных связей между различными компонентами системы. Прикладная часть предназначена для решения специализированных проектных задач. Каркасный подход к построению систем подразумевает организацию двух частей: первая часть - это сам каркас, не зависящий от конфигурации и включающий точки расширения, за счет которых формируется переменная часть - сменные модули. Каркас определяется как совокупность конкретных и абстрактных классов, а также их взаимосвязи. Конкретные классы обычно определяют взаимосвязи (поведение будущей системы). Абстрактные классы являются точками расширения, в которых каркас может менять свою функциональность, либо может быть расширен.

Достоинство каркаса перед совокупностью библиотек в том, что каркас диктует правила построения архитектуры приложения еще на начальном этапе разработки, позволяя в дальнейшем расширять и дополнять систему согласно нотациям и ограничениям этого каркаса. К тому же каркас является

понятием более широким, чем библиотека, по сути объединяя в себе различные прикладные и общесистемные библиотеки. Он может содержать утилитарные программы, библиотеки подпрограмм, сценарии и другое ПО, делая разработку и объединение разных компонентов системы более комфортабельным и инвариантным по отношению к количеству и составу модулей расширения. Обычно объединение происходит за счёт использования единого предусмотренного каркасом интерфейса API.

Одним из основных преимуществ каркаса приложения перед прочими формами организации ПО является то, что системы, построенные таким способом имеют общепринятую унифицированную структуру. Каркасы приложения приобрели популярность с появлением графических пользовательских интерфейсов, которые стремились к унификации процесса создания стандартной структуры для приложений. С их использованием сильно упростился процесс создания программных средств графических интерфейсов, так как структура внутренней реализации кода приложения определялась заранее используемым каркасом. Для реализации каркаса обычно используется объектно-ориентированный подход (к примеру, классы домена приложения, определяющие поведение системы, наследуются от базовых классов каркаса).

Известными коммерческими каркасами приложений являются Microsoft foundation classes, МасАрр и WebObjects. К каркасам можно отнести GNOME и KDE. Распространенными кроссплатформенными каркасами приложений для операционных систем Linux, Macintosh и Windows являются, например, Qt и МуСоге. На данный момент в качестве основного каркаса от Microsoft для разработки ПО выступает .NET Framework. В качестве замены .NET Framework под Linux на сегодняшний день можно использовать каркас Mono.

На основании анализа форм организации программного обеспечения было принято решение о разработке САПР на основе каркаса приложения Microsoft.NET Framework. В пользу данного способа указывают несколько перечисленных причин:

• такой способ организации ПО обеспечивает свойство открытости системы - возможность модифицировать и расширять ее по мере необходимости;

• такому подходу свойственна иерархичность и модульность программных средств; ПО представляет собой взаимодействующие программные блоки, каждый из которых состоит из более специализированных взаимодействующих между собой блоков, и т.д.

• за счет разделения программных средств на общесистемную и прикладную части поддерживается гибкое управление всеми компонентами системы;

• достигается ориентация системы на проектировщиков с различной степенью подготовки.

Так же стоит упомянуть, что с развитием операционных систем и прикладных пакетов программ фактически отпала надобность в самостоятельной разработке таких обслуживающих подсистем как, например, управляющая программа САПР, система управления базами данных (СУБД), драйвера для периферийных устройств, программное средство ведения системного журнала событий и конфигурирования ядра САПР и т. п. Так что, при выбранном подходе сложность состоит в основном в организации информационно-управляющих связей между компонентами системы [11, 12], сторонними прикладными программами и в соблюдении форматов протоколов .

1.3. Архитектура САПР орудий рыболовства

1.3.1. Общая схема организации программного обеспечения

На рис. 1.1 представлена архитектура САПР орудий рыболовства. Учитывая вышеизложенные требования к программному обеспечению САПР, на схеме выделено общесистемное ядро и прикладное ПО, ориентированное на решение задач проектирования орудий рыболовства.

Основные функции ядра приведены ниже: - обеспечение информационных связей между всеми компонентами системы;

Общесистемное обеспечение

Подсистема управпвш/я банными

База данных

репозитории Уровень доступа и данным

Модуль выгрузки данных

Подсистема управпвни? ядром

Модули формирования «-

слчегносги

о-

Модугъ журнзлирования событий

Модуль конфиг урации ядра

Модуль ишерпрегнцш

ми данных подключаемых сборок

Модуль управления диалоговым режимом

____сь

Модуль расчета производных

Модуль корректоров! направления поиска

Модуль корректирав! шага линейного поиска

Модуль матричных1

ВЫЧИСЛеНИЙ

Библиотека методов

векгорноя оптимизации

Модуль расчета "О

критерий эффагтиаиосги

I

гО

О

Модуль генераций

сбъектоа пользовательского уровня

(Ю>

Пойеиствма визуализации

Модуль управления ГИС

12)

Модуль

визуализации

I р.........у

Модуль построения4-пиний уроанй

(13)

0

гО-

Модуль гибридного -

5-сн

Модуль параллепьм вычислений

-1-(26

Модуль звопюционно-стохасттескаго поиска

Модуль операций с деодаными слисяями

Подсистема оптимизации

си

Подсистема модепировАния

.Модуль имитации-застеялралений

Модуль имитаций среды

Модуль [№) имитации перемещений годробиоитов

Модуль имитаиий конструкции объекта

Контроллер нечеткой логики

Подсистема проектирования

(Модуль раскроя \ сетной части

Модуль размещения входных устройств

Модуль расчета прочностных характеристик нитей

Модуль расчета П_у гйбйриго-весовых | характеристик |

Модуль контроля ограничений

ПРИКЛАДНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Рис. 1.1 Архитектура САПР орудий рыболовства

- построение информационно-логического графа связей между диалоговыми окнами;

обеспечение инвариантности по отношению к специфике проблемной области и спектру задач проектирования;

- проверка достоверности и обеспечение соответствия форматов протоколов информационных связей;

- обеспечение комфортного диалогового взаимодействия с проектировщиком в случае необходимости;

Функциями исполнительной части является исполнение прикладных проектных процедур в ходе проектирования.

1.3.2. Общесистемное ядро

Подсистема управления ядром - совокупность программных средств, предназначенных для обеспечения информационно-логических связей остальных компонентов системы, контроля последовательности диалога системы с проектировщиком, облегчения адаптации пользователя к специфике проблемной области. Данная подсистема выполняет конфигурирование ядра системы 1, формирование отчетности 2,контроль корректности информации 3, ведение системного журнала событий 4, формирование информационных связей других частей системы и расширение проектных возможностей дополнительными модулями на основе их метаданных 5, построение диалоговых форм 6. Также предоставляет ряд сервисов, например контекстную и индексированную помощь, протоколирование действий проектировщика с возможностью отката к предыдущим состояниям.

Подключение новых модулей происходит на основе механизма рефлексии, обеспечивающего доступ к метаданным сборок (см. рис. 1.2). Модуль 5 позволяет получить полную структуру подключаемой сборки и определяет, соответствует ли она соглашениям каркаса приложения. Затем специальный программный модуль подключает сборку к домену приложения на лету. Соглашениями каркаса является наличие специализированного класса-загрузчика, и реализация им ряда интерфейсов, заданных в ядре системы. Непосредственно в качестве загрузчика используется механизм

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Михеев, Филипп Александрович

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Предложена открытая архитектура САПР орудий рыболовства, отличающаяся наличием инвариантной части, что позволяет развивать и адаптировать САПР к новым задачам проектирования путем добавления новых программных модулей.

2. Впервые разработано общесистемное ядро САПР орудий рыболовства, включающее в себя четыре проблемно-независимые подсистемы -подсистему управления ядром, подсистему управления данными, подсистему визуализации и библиотеку векторной оптимизации, -которые вкупе обеспечивают информационную связь между прикладными средствами программного обеспечения и свободное подключение программных модулей, отвечающих заданным интерфейсам без изменения функциональности ядра.

3. Впервые разработаны методы, модели и алгоритмы имитации процесса лова, позволяющие оптимизировать параметры орудия рыболовства на основе моделирования процесса лова.

4. Реализована библиотека векторной оптимизации, которая отличается от аналогов гибридным подходом, сочетающим глобальные свойства эволюционно-стохастического поиска и точность классических методов безусловной оптимизации;

5. Предложена стратегия поиска проектных решений, отличительной чертой которой является учет специфики перемещений гидробионтов, процесса лова и орудий рыболовства;

6. Предложены средства управления и доступа к данным, являющиеся частью информационного обеспечения САПР, отличие которых состоит в использовании специализированного программного средства, обеспечивающего инвариантность отображения модели данных от используемого реляционного источника данных и позволяет получать к ним быстрый доступ в оперативной памяти.

7. Разработана САПР пассивных приманивающих орудий рыболовства "Trap", которая внедрена в учебную практику в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) на кафедре «Системы автоматизированного проектирования», а также в производственный процесс в Сахалинском научно-исследовательском институте рыбного хозяйства и океанографии (г. Южно-Сахалинск), что подтверждено соответствующими актами о внедрении.

Разработанная САПР пассивных приманивающих орудий рыболовства отличается открытостью своих компонент и структуры, что предоставляет возможность для его дальнейшей эволюции и более эффективного применения. Перспективными направлениями развития системы являются:

• Улучшение диалогового интерфейса, большая ориентация его на проблемную область за счет разработки новых средств управления диалоговой системой.

• Разработка методического обеспечения системы.

• Доработка математического обеспечения системы: моделей лова и учета конструктивных характеристик орудий рыболовства.

• Реализация встроенного механизма кэширования для снижения нагрузки с сервера БД.

• Клиент-серверная организация приложения, создание веб-сервис прослойки между клиентскими частями и сервером БД с целью централизации информационного обеспечения САПР.

• Улучшение модуля графической визуализации; повышение качества и скорости отрисовки объектов; повышение предельного количества объектов, рисуемых на сцене.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Михеев, Филипп Александрович, 2013 год

ЛИТЕРАТУРА

1) А. Л.Фридман, М. М. Розешптейн, В. Н. Лукашов. Проектирование и испытание тралов, М., 1973.

2) http ://www. ashlar, com/index.html, сетевой ресурс фирмы Ashlar Incorporated;

3) В. И. Габрюк. Компьютерные технологии в промышленном рыболовстве: Моногр. -М.: Колос, 1995. - 544 с.

4) И. П. Норенков. Основы автоматизированного проектирования.: Учеб. для вузов, 2-е изд. перераб. и доп. М.: изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002.

5) Рутковская Д., Пилиньский М., Рутковский Л. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы: Пер. с польск. И. Д. Рудинского. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 452 с.

6) Р. И. Сольницев Автоматизация проектирования систем автоматического управления: Учеб. для вузов по спец. «Автоматика и упр. в техн. системах» - М.: Высш. шк., 1991.

7) ГОСТ 23501.108-85. Системы автоматизированного проектирования. Классификация и обозначение. - Введ.с 24.06.85. - М.: Изд-во стандартов, 1985.- 15 с.

8) ГОСТ 23501.101-87. Системы автоматизированного проектирования. Основные положения. - Введ.с 01.07.88. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 11 с.

9) Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. - СПб: Питер, 2001.-с. 367.

10) И. Грэхем. Объектно-ориентированные методы. Принципы и практика, 3-е год, - М.: Вильяме, 2004. - с. 880.

11) Дмитревич Г.Д., Михеев Ф.А. Математическое и программное обеспечения рыбохозяйственной САПР // Информационные технологии и математическое моделирование систем 2009-2010: Труды международной научно-технической конференции. - М: Учреждение Российской академии

наук Центр информационных технологий в проектировании РАН, 2010. - с. 105-114;

12) Михеев A.A., Михеев Ф.А. Влияние течений на промысловую активность ловушек: предварительные результаты вычислительного эксперимента // Биология. Состояние запасов и условия обитания гидробионтов в Сахалинско-Курильском регионе и сопредельных акваториях: Труды Сахалинского научно-исследования института рыбного хозяйства и океанографии. - Южно-Сахалинск :СахНИРО, 2008. - т. 10. - с. 35-56;

13) Михеев Ф.А. Генетические алгоритмы в лабораторном практикуме [Доклад] / Марков М.В., Михеев Ф.А. // Материалы XII международ-ной конференции «Современное образование: содержание, технологии, качество». СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2006. т.2, е. 140-141;

14) Михеев Ф.А. Программа для ЭВМ Genetic Optimum ver.1.0 (GenOpt v.1.0), свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2006612785 зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 04.08.2006 / Дмитревич Г.Д., Марков М.В., Михеев Ф.А., Павлушин В.А. // Официальный бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам серия «Программы для ЭВМ, базы данных, топологии интегральных схем». М.: ФИПС, 2006. RU ОБПБТ №3 (56);

15) К. Ли Основы САПР (CAD/CAM/CAE). СПб.: Питер, 2004. - 560 с.

16) Михеев Ф.А. Моделирование и параметрическая оптимизация в системе оптимального проектирования TRAP / Дмитревич Г.Д., Михеев Ф.А., Фунг Т. В. // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ» серия «Информатика, управление и компьютерные технологии», 2013. №1. с. 34-39;

17) Михеев A.A., Михеев Ф.А. Новая версия компьютерной программы для обобщенной модели Лесли с фильтром Калмана // Математическое моделирование и информационные технологии в исследованиях биоресурсов Мирового океана. Материалы отраслевого семинара. Электронное издание. -Владивосток: ОИТ ТИНРО-Центра, 2007. - с. 17-19;

18) Г. Д. Дмитревич, Ф. А. Михеев, М. В. Марков. Байесовский алгоритм в задаче прогноза динамики численности морских биоресурсов // Изв.

СПбГЭТУ «ЛЭТИ» серия «Информатика, управление и компьютерные технологии», 2007. №3. с. 19-24.

19) Sainte-Marie В., Hargrave В.Т. Estimation of scavenger abundance and distance of attraction to bait. Mar. Biol., 1987. - v. 94, No. 3, p. 431 - 443.

20) А. А. Михеев. Определение промысловых параметров крабовых ловушек с помощью математической модели «хшцник-приманка». Вопр. рыболовства, 2001. - т. 2, № 3, с. 518 - 541.

21) Г. Д. Дмитревич, Ф. А. Михеев, М. В. Марков. Математическое обеспечение рыбохозяйственной САПР // Сборник статей II международной конференции «Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управление проектами CAD/CAM/CAE/PDM». Пенза.: Изд-во «Приволжский дом знаний», 2008. - с. 15-18.

22) Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. Гидродинамика. — Издание 4-е, стереотипное. — М.: Наука, 1988. — 736 с.

23) С. М. Белоцерковский, А. С. Гиневский. Компьютерная концепция вихревой турбулентности // Изв. вузов. Нелинейная механика. 1994. т. 3, № 2, с. 72-93.

24) Himmelman J. Н. Movement of whelks (Buccinum undatum) towards a baited trap. Mar. Biol., 1988. - v. 97, p. 521 - 531.

25) Miller R. J. Effectiveness of crab and lobster traps. Can. J. Fish. Aquat. Sci., 1990. - v. 47, No 6, p. 1228 - 1251.

26) Боуден К. Физическая океанография прибрежных вод. М.: Мир, 1988. -324 с.

27) А. В. Мощенко. Изучение движения воды методом гипсовых шаров в придонном пограничном слое при гидробиологических исследованиях. Биол. моря, 2000. - т. 26, № 6, с. 433 - 439.

28) Р. В. Озмидов. Диффузия примесей в океане. Л.: Гидрометеоиздат, 1986.-280 с.

29) Михеев Ф.А. Система оптимального проектирования орудий рыболовства / Дмитревич Г.Д., Михеев Ф.А., Фунг Т. В. // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 2; URL: http://www.science-education.ru/108-8863

30) Okubo A. Diffusion and ecological problems: Mathematical models. Springer-Verlag, Biomath., 1980. - v. 10, 254 p.

31) Г. И. Марчук Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М.: Наука, 1982. - 320 с.

32) В. И. Зац, М. С. Немировский. Характеристики турбулентной: диффузии мезомасштабных пятен примеси в открытом океане. Океанология, 1979. - т. XIX, вып. 3, с. 399 - 404.

33) Moore P.A., Grills J.L., Schneider R.W.S. Habitat-specific signal structure for olfaction: an example from artificial streams. Journal of Chemical Ecology, 2000. - v.26, N 2, p.565 - 584.

34) В. С. Владимиров. Уравнения математической физики. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит-ры., 1981. - 512 с.

35) Абрамович М., Стиган И. Справочник по специальным функциям. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит-ры., 1979. - 830 с.

36) Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит-ры., 1968. -720 с.

37) Д. С. Павлов, А. О. Касумян. Структура пищевого поведения рыб. Вопр. ихтиологии, 1998. - т. 38, № 1, с. 123 - 136.

38) Ван Кампен Н. Г. Стохастические процессы в физике и химии. М.: Высшая школа, 1990. - 376 с.

39) Mamdani Е. Н. Applications of fuzzy algorithms for simple dynamic plant. Pore. IEE. vol. 121, n. 12, pp. 1585-1588, 1974.

40) В. И. Сеславинский. Исследование влияния параметров ловушек и тактики лова на эффективность промысла гребенчатой креветки. Изв. ТИНРО серия «Промрыболовсатво», 2007. т. 150. с. 352-362.

41) Ф. П. Васильев. Методы оптимизации. М.: Факториал Пресс, 2002. -320 с.

42) М. В. Марков, Ф. А. Михеев. Модель учета промысловых беспозвоночных на основе правил нечеткого вывода // Материалы X международной конференции по мягким вычислениям и измерениям. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2007. т.2, с. 217-220.

43) В. А. Павлушин, Ф. А. Михеев, М. В. Марков. Генетические алгоритмы решения задач оптимизации частотных характеристик радиоэлектронных

схем // Изв. СПб ГЭТУ «ЛЭТИ» серия «Информатика, управление и компьютерные технологии», 2006. №1. с. 33-38.

44) Adaptation in Natural and Artificial Systems: An Introductory Analysis with Applications to Biology, Control, and Artificial Intelligence / John H. Holland. Michigan.: The University of Michigan Press, Ann Arbor, 1975.

45) Chonoles M. J., Schardt J. A. UML 2 for Dummies, Hungry Minds, 2003 r. -412 p.

46) Гарсиа-Молина, Г. Системы баз данных. Полный курс / Гектор Гарсиа-Молина, Джеффри Д. Ульман, Дженнифер Увдом. - М.: Диалектика, 2002. -1088 с.

47) Хансен, Г. Базы данных: разработка и управление / Г. Хансен, Д. Хансен; пер. с англ. под ред. С. Каратыгина. - М.: БИНОМ, 2000. - 699 с.

48) Ролланд, Ф. Основные концепции баз данных / Фред Роланд. - М.: Вильяме, 2002. - 256 с.

49) Райордан, Р. Основы реляционных баз данных / Р. Райордан; пер., с англ. - М.: Русская Редакция, 2001. - 384 с.

50) В. А. Сичкаренко. SQL 99. Руководство разработчика баз данных / В. А. Сичкаренко. - М.: DiaSoftUP, 2002. - 816 с.

51) Коннолли, Т. Базы данных: проектирование, реализация и сопровождение: Теория и практика: Пер. с англ. / Т. Коннолли, К. Бегг, А. Страчан. 3-е изд. -М.: Вильяме, 2003. - 1440 с.

52) Дейт, К. Дж. Введение в системы баз данных, 8-е издание / К. Дж. Дейг. -М.: Вильяме, 2005. - 1328 с.

53) Гешвинде, Э. PostgreSQL. Руководство разработчика и администратора / Эвальд Гешвинде, Ганс-Юрген Шениг. - М.: DiaSoftUP, 2002. - 608 с.

54) Е. Н. Веселов. Операционные структуры диалога / Е. Н. Веселов. - М.: ВЦ АН СССР, 1980.-38 с.

55) В. В. Лабор. Си Шарп: Создание приложений для Windows / В. В. Лабор,—Мн.: Харвест, 2003. - 384 с.