Оптимизация алгоритмов измерения на основе перебора тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.16, кандидат технических наук Майорова, Екатерина Витальевна

• Майорова, Екатерина Витальевна
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Майорова, Екатерина Витальевна

Введение

1 Общая характеристика автоматического метрологического синтеза в процессе функционирования перестраиваемых измерительных систем (ИИС(п))

1.1 Структура и цикл функционирования перестраиваемого 10 измерительного средства

1.2 Подсистема автоматического проектирования средств с 13 перестраиваемой структурой

1.3 Общая характеристика задачи

2 Формирование состава перестраиваемых измерительных систем 19 (ИИС(п))

2.1 Установление множества обслуживаемых ситуаций

2.2 Установление состава систем вывода

2.3 Формирование измерительного ресурса

2.4 Организайия базы измерительных знаний

3 Установление множества возможных алгоритмов

3.1 Измерение одной величины

3.2У становление множества возможных алгоритмов для 51 параллельных измерений

З.ЗУстановление множества возможных алгоритмов для 56 параллельно-последовательных измерений

4 Выбор алгоритма измерений

4.1 Полный перебор и упорядочивание возможных алгоритмов 60 измерений

4.2 Особенности полного перебора для простых измерений, для 62 параллельных и параллельно-последовательных

4.3 Частичный перебор возможных алгоритмов измерений

5 Машинный эксперимент

5.1 Основные сведения

5.2 Иллюстративные примеры 73 Заключение 89 Список литературы 91 Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация алгоритмов измерения на основе перебора»

В современном информационном мире нет ни одной области деятельности человека, где можно было бы обойтись без измерений.

Метрология как научная дисциплина пережила этап младенчества, когда она занималась описанием своих и зарубежных единиц измерений, этап юности, когда ее называли наукой об измерениях, приводимых к эталонам, повзрослела и стала разделом могущественной физики, овладела математическими методами и возглавила приборостроение, которое обеспечивает нас средствами измерений, средствами объективной' оценки окружающего мира. В настоящее время различаются: теоретическая метрология, рассматривающая общие теоретические проблемы измерений, законодательная метрология, охватывающая комплексы взаимосвязанных общих правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, и, наконец, прикладную метрологию, занимающуюся вопросами практического применения методов и средств измерений.

Метрология приобретает все большее значение в повышении эффективности производства, технического уровня и качества продукции. Поэтому вопросам развития метрологии, совершенствованию деятельности метрологических организации и служб должно уделяться самое пристальное внимание руководителями производственных предприятий, научно производственных объединений и научно исследовательских институтов.

Решение вопросов метрологического обеспечения производства дает наибольший эффект и требует при этом наименьших затрат тогда, когда осуществляется на начальных этапах создания новых видов продукции, разработки и освоения технологических процессов, организации производства.

Одним из основных направлений развития измерительной техники стало создание и использование сложных многофункциональных систем с перестраиваемой структурой. Такие системы предназначены для обслуживания различных измерительных ситуаций, отличающихся родом измерительной величины, видом входного воздействия — носителя информации о значении измеряемой величины, условиями, а так же требованиями и ограничениями. С помощью таких систем с перестраиваемой структурой решаются многообразные задачи управления трансформируемыми процессами (научные эксперименты, производственные технологии и т.п.), обеспечение эффективного функционирования «умных» объектов и др.

Поскольку синтез таких систем традиционными методами; основанными на эвристических процедурах принятия решений, опирающихся на опыт и> интуицию специалиста, не позволяет использовать современные технические и информационные возможности в полном объеме, возникает необходимость в. создании инструмента проектирования, опирающегося на автоматический синтез алгоритмов измерений с применением имеющихся априорных знаний • об измерительных задачах, условиях измерений; имеющегося измерительного ресурса (ИР), а так же требований и ограничений.

Таким образом, актуальность данной темы определяется возрастающей потребностью в автоматическом метрологическом синтезе современных многофункциональных измерительных средств с перестраиваемой

I % структурой на основе выпускаемых промышленностью устройств. Применяеммые в настоящее время процедуры не охватывают многие аспекты автоматического метрологического синтеза современных многофункциональных измерительных средств.

Основной целью данной диссертации является разработка базового алгоритмического обеспечения автоматического метрологического синтеза алгоритмов измерений в фиксированной ситуации, выполняемых многофункциональными системами с перестраиваемой структурой (ИИС(п)). При этом предполагается наличие необходимых априорных знаний и систем вывода. Полный перебор обеспечивает установление оптимального алгоритма измерений, а частичный - квазиоптимального. Задачи данной диссертации:

1. Установление требуемого состава априорных знаний и измерительного ресурса;

2. Формирование процедуры метрологического синтеза на основе установления множества возможных алгоритмов для простых,, параллельных и параллельно-последовательных измерений;

3. Разработка алгоритма полного перебора для простых, параллельных и: параллельно-последовательных измерений;

4. Исследование возможностей частичного перебора для простых, параллельных ипараллельно-последовательных измерений;

5. Анализ корректности предложенных алгоритмов

В данной работе использовались следующие методы исследования:

1. Применение аппарата математической метрологии для формализованного описания объектов и процедур измерений, а также расчетных методов метрологического анализа и методов с использованием имитационного моделирования;

2. Решение оптимизационных задач на дискретном множестве посредством перебора возможных алгоритмов;

3: Использование имитационного моделирования (машинного эксперимента) для проверки корректности предложенных алгоритмов. Научная новизна данной работы заключается в:

1. Разработаных процедурах формирования базы измерительных знаний (БИЗ)иИР;

2. Предложенной, процедуре установления множества возможных алгоритмов для фиксированной ситуации для простых, параллельных и параллельно-последовательных измерений;

3. Предложенной процедуре упорядочивания множества возможных алгоритмов для ускорения перебора;

4. Разработанном базовом алгоритме автоматического метрологического синтеза измерений для обслуживания заданной ситуации. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод установления множества возможных алгоритмов для простых, параллельных и параллельно-последовательных измерений, основанный на представлении процедур метрологического синтеза в виде отображений, который, позволяет установить множество ■ возможных алгоритмов измерений в фиксированной ситуации;

2. Базовый алгоритм, оптимизации процедур измерений в фиксированной ситуации, основанный на метрологическом анализе множества/ возможных алгоритмов, позволяющий определить оптимальный или квазиоптимальный алгоритм измерения в фиксированной ситуации;

3. Метод упорядочивания множества возможных алгоритмов, который основан на поэтапном расположении алгоритмов измерений и обеспечивает ускорение полного перебора.

Практическая ценность данной работы заключается в том, что разработанные процедуры и алгоритмы позволяют создавать подсистемы систем автоматизированного проектирования (САПР) для текущего метрологического синтеза многофункциональных ИИС(п).

Реализация и внедрение результатов исследований. Разработка программных средств для реализации предложенных алгоритмов оптимизации, пригодных для использования при проектировании конкретных средств и используемые в учебном процессе.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 63-й профессорско-преподавательской конференции (Санкт-Петербург, 2010 год), кафедральных семинарах (Санкт-Петербург, 2008-2011 гг), на 64-й профессорско-преподавательской конференции (Санкт-Петербург, 2011 год).

Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 4 статьях и докладах, из них по теме диссертации 4, среди которых 2 публикации в ведущем рецензируемом издании, рекомендованном в действующем перечне ВАК, 2 статьи в других изданиях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав с выводами, заключения, и приложения. Она изложена на 159 страницах машинописного текста, включает 10 рисунков, 14 таблиц, 3 приложения и содержит список литературы из 48 наименований.

Заключение диссертации по теме «Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям)», Майорова, Екатерина Витальевна

Основные результаты работы:

1. предложен аппарат описания процедуры автоматического МС, включая метрологический анализ конкретных алгоритмов измерений;

2. разработана процедура формирования БИЗ и ИР, обеспечивающая возможность автоматического синтеза алгоритмов измерений для обслуживания установленных измерительных ситуаций;

3. разработана процедура установления множества возможных алгоритмов для фиксированной ситуации;

4. предложена процедура упорядочивания множества возможных алгоритмов, обеспечивающая существенное сокращение объема вычислений при полном переборе;

5. исследованы процедуры полного и частичного переборов.

Заключение

Актуальность данной темы определяется возрастающей потребностью в автоматизации метрологического синтеза современных многофункциональных измерительных средств на основе выпускаемых промынтенностью; Данная тема не освещена в литературе.

Целью работы была разработка подхода и базового алгоритмического обеспечения МС оптимальных и квазиоптимальных процедур измерений в фиксированной ситуации, выполняемых многофункциональными ИИС(п). В результате работы получены актуальные базы; модулей, которые используются в математических моделях. Область внедрения ожидаемых результатов — этоиспользование при проектировании многофункциональных измерительных систем и в учебном процессе (интеллектуализация измерений, основы метрологического синтеза и т.д.). Новизнаданнойработы заключается в том, что данная тематика массово не исследована. То есть теоретические положения не имели практического применения.

В данной диссертации были рассмотрены полный перебор и частичный перебор возможных алгоритомов измерений; Проведен их анализ для простых, параллельных и параллельно-последовательных измерений:

Было рассмотрено формирование состава ИИС(п).

Все этапы рассмотрения были проиллюстрированы примерами.

Представленные в данной диссертации задачи метрологического синтеза представляют необходимую и достаточную базу для углубленного изучения конкретных проблем, возникающих при решении задач из разных областей.

Было показано, что для большого ИР более целесообразно проводить частичный перебор, нежели полный. Хоть и полный перебор гарантированно позволяет получить нилучшее решение поставленной задачи. Как правило, полный перебор невозможно осуществить на практике из-за огромного числа алгоритмов измерений и их модификаций. Однако, полный перебор применяется в случае малого количества алгоритмов измерений или частично применяется при решении более сложных задач.

Таким образом, можно сказать, что абсолютно любая задача может быть решена с помощью полного перебора. Но на практике он используется только для решения простых и не больших задач.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Майорова, Екатерина Витальевна, 2011 год

1. Брусакова И. А. Модели представления измерительных знаний в информационно-измерительных технологиях: Учеб. пособие. — СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2002. 97 с.

2. Брусакова И. А. Имитационное моделирование в информационных системах: Учеб. пособие. СПб.: СПбГИЭУ, 2004. - 215 с.3; Вестник Северо-Западного отделения Метрологической Академии, выпуск 24. СПб, 2010, 50 с.

3. ГОСТ Р 8.596-2002Тосударственная система обеспечения единства измерений. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения. Mi: Изд-во стандартов, 2002.

4. Губарев В.В. Алгоритмы статистических измерений. — Энергоатомиздат, М:, 1985.

5. Дональд Кнут Искусство программирования, том 3. Сортировка и поиск = The Art of Computer Programming, vol.3. Sorting and Searching. — 2-е изд. — M.: «Вильяме», 2007. — С. 824.

6. Зегжда П.Д., Молотков C.B. Основные проблемы построения экспертных систем« для автоматизации проектирования датчиков://Приборы и системы управления.-1989.№9

7. Иванов, В.Н. Интеллектуальные средства измерений // Приборы-и системы управления.- 1986. №2

8. Иванов В.Н., Кавалеров Г.И. Интеллектуальные измерительные системы // Тезисы докл. VIII Всесоюз. н/т.конф. «ИИС-87», 28-30 сент., т.1.-1987.- Ташкент:ТашПи.1987.- 9 с.

9. П.Иванов В .H., Соболев B.C., Цветков Э.И. Интеллектуализация измерений//Измерения, контроль, автоматизация.-1991.-№4

10. Искусственный интеллект. Справочник кн.1. Под ред. Э.И.Попова.-М.:Радио и связь.-1990. 304 с.

11. Искусственный интеллект. Справочник кн. 21 Под ред. Э.ИПопова,-М.:Радио и связь.-1990. — 304 с.

12. Кузин E.G. Интеллектуальный интерфейс. Общие принципы организации и проблемы реализации // Известия АН СССР; Технич. Кибернетика. -1985.- №5.

13. Лорьер Ж.-Л. Системы искусственного интеллекта.-М.: Мир. 1991.568 с.1 б.Майорова Е.В. Установление множества-возможных алгоритмов. Вестник, выпуск 21. СПб, 2008

14. Майорова Е.В. Формирование измерительного ресурса, для автоматического метрологического синтеза. Журнал «Информация и, космос» №4 за 2010год:

15. Майорова Е.В. Математическое моделирование и идентификация ситуаций в ИнИС. Журнал «Информация и космос» №2 за 2011 год.

16. Майорова Е.В; Установление множества возможных алгоритмов при проектировании многоканальных и . мультиплексорных средств. Вестник Северо-Западного отделения Метрологической Академии * №24 за 2010 год

17. Малюх В. Н. Введение в современные САПР: Курс лекций. — М.: ДМК Пресс, 2010. — 192 с.

18. Научно-популярный, журнал «Машины и механизмы» №07 (58) июль 2010 стр. 062-067

19. Ножнов В.А. Модель учебного курса. //Сборник трудов, научной, конференции ИТО-2009.

20. Норенков И. П. Автоматизированное проектирование. Учебник. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. — 188 с

21. Норенков И. П. Основы автоматизированного проектирования: учеб. для вузов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. — 430 с.

22. Пейч Л.И., Точилин Д.А., Поллак Б.П. LabView для новичков и специалистов М.: Горячая линия — Телеком, 2004. 348 с.

23. Поспелов Г.С. Искусственный интеллект — основа новой информационной технологии.-М.: Наука. — 1988.

24. Построение экспертных систем / Под ред. Ф.Хейес-Рот, Д. Уотермен, Д. Ленат.- М.: Мир.-1987.-441 с.

25. Представление и использование знаний / под редакцией Х.Уэно, М. Исидзука.- М.: Мир.-1989.-220 с.

26. Романов В.Н., Соболев B.C., Цветков Э.И. Интеллектуальные средства измерений. — Москва Редакционно-издательский центр «Татьянин день», 1994.

27. Самарский А. А., Михайлов А. П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. — М.: Физматлит, 2005 (5-е изд.).

28. Севостьянов, А.Г. Моделирование технологических процессов: учебник / А.Г. Севостьянов, П:А. Севостьянов. М:: Легкая и, пищевая промышленность, 1984. — 344 с

29. Статья Дж. Оппи (G. Орру) и Д. Дави (D. Dowe) о тесте Тьюринга (англ.) из Стэнфордской Философской Энциклопедии33;Тревис Дж. LabView для всех / Джеффри Тревис: Пер. с англ. Клушин Н.А. М.: ДМК Пресс; ПриборКомплект, 2005. 544 с.

30. Тьюринг А. М. Вычислительные машины» и разум. // В сб.:i

31. Хофштадер Д., Деннет Д. Глаз-разума. — Самара: Бахрах-М, 2003.

32. Цветков Э.И: Основы математической метрологии. — СПб.: Политехника, 2005. 510 с.

33. Цветков Э.И. Основы математической метрологии. Том 2. Часть 1. Метрологический синтез I. — СПб.: 2007.

34. Эндрю А. Искусственный интеллект: Пер. с англ./ Под ред. проф. Д.А. Поспелова.-М.:Мир.-1985.-265 с.

35. ASD. URL: http://www.asd-electro.ru/info/index.php?id=1246 (дата обращения: 16.01.2011)

36. Mediatech-LTD Интеллектульные системы. URL: http://www.mediatech-ltd.ru (дата обращения: 15.01.2011)

37. T-Flex CAD. URL: http://ad.cctpu.edu.ru/SAPR/SAPR05/T-flexCad;htm(flaTa обращения: 08.01.2011)

38. АТП РОС НЕВА. URL: http://www.aptrosneva.ru/building-automation (дата обращения: 15.01.2011)

39. Компания «ФИОРД». URL: http://www.fiord.com/beckhofi7avtomatizatsiya-zdaniy (дата обращения: 15.01.2011)

40. НПК «Ленпромавтоматика» . URL: http://www.lenprom.spb.ru/products/buildingautomation/dispatcher/ (дата обращения: 15.01.2011)

41. Официальный сайт Microsoft Office. URL: http://office.microsoft.com/ (дата обращения: 07.10.2010)

42. Радиотерминал. Датчики. URL: http://www.radioterminal.ru/catalog/datch/section.php?SHOWALLl=l &LIST=0&SECTIONID=1450&print=Y (дата обращения: 16.01.2011)

43. Рынок микроэлектроники. URL: http://gaw.ru/ (дата обращения:2109.2009)

44. Салон Tvaudio. URL: http://tvaudio.ni/#cleverhome (дата обращения: 12.02.2011)

45. Интернет университет информационных технологий. URL: http://www.intuit.rU/department/hardware/resp/4/ (дата обращения:1211.2010)

46. Электронные комплектующие. URL: http://www.ipc2u.ru/ (дата обращения: 08.11.2009)