Проектирование тепловых двигателей и энергетических установок в среде базы знаний тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.05, кандидат технических наук Христолюбов, Вячеслав Леонидович

• Христолюбов, Вячеслав Леонидович
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Христолюбов, Вячеслав Леонидович

Оглавление

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Информационные ресурсы при проектировании авиационных двигателей

1.2 Обзор существующих систем представления знаний в области проектирования авиационных двигателей и энергетических установок

1.3 Обзор универсальных подходов и технологий формирования структуры информационных систем

1.4 Постановка задачи исследования

2. ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ БАЗЫ ЗНАНИЙ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЙ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

2.1 Принципы формирования информационной структуры базы знаний в области авиационных двигателей

2.2 Принципы организации доступа к информационным ресурсам базы знаний в области проектирования авиационных двигателей

2.3 Принципы выбора инструментальных средств использования базы знаний, программной и аппаратной платформы ее функционирования

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ БАЗЫ ЗНАНИЙ В ПРОЦЕССЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

3.1 Структуры базы знаний

3.2 Информационные взаимосвязи между отдельными подсистемами базы знаний

3.3 Иерархия элементов и подсистем базы знаний

3.4 Методика использования базы знаний при проектировании авиационных двигателей и энергетических установок

4. ОПИСАНИЕ БАЗЫ ЗНАНИЙ В ОБЛАСТИ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

4.1 Подсистемы входящие в базу знаний в области авиационных двигателей и

энергетических установок

4.2 Информационные взаимосвязи между подсистемами

4.3 Организация доступа к информации в базе знаний

5. ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БАЗЫ ЗНАНИЙ В ОБЛАСТИ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Основные сокращения

АД - авиационный двигатель;

РД - реактивный двигатель;

РкД - ракетный двигатель;

ТД - тепловой двигатель;

ДУ - двигательная установка;

ЭУ - энергетическая установка;

ВРД - воздушно - реактивный двигатель;

ГТД - газотурбинный двигатель;

ГТУ - газотурбинная установка;

ДИЦ - двигатель изменяемого рабочего цикла;

ЯРД - ядерный реактивный двигатель;

ПВРД - прямоточный воздушно - реактивный двигатель;

ТРД - турбо-реактивный двигатель;

ТРДД - двухконтурный турбо-реактивный двигатель;

ТРДДФсм - двухконтурный турбо-реактивный двигатель с форсажной камерой и

смешением потоков;

ТВлД - турбовальный двигатель;

ДВС - поршневой двигатель внутреннего сгорания;

ТН - тепловой насос;

ОС - операционная система; БД - база данных; БЗ - база знаний;

СУБД - система управления базами данных;

ЭС - экспертная система;

СППР - система поддержки принятия решений;

SQL - Standard Query Language (Стандартный язык запросов к базам данных); HTML - Hyper Text Markup Language (Язык разметки гипертекстовых документов);

WWW - World Wide Web (Один из видов сервиса Internet/Intranet);

HTTP - Hyper Text Transfer Protocol (Протокол передачи гипертекстовой

информации в Internet/Intranet);

FTP - File Transport Protocol (Протокол передачи файлов в Internet/Intranet); OLE - Object Linking and Embedding (Технология встраивания и связывания объектов, используемая в Windows - приложениях).

Основные условные обозначения

Р - давление;

Т - температура;

G - секундный массовый расход;

Q - количество теплоты;

к - степень повышения давления;

п - частота вращения;

г] - коэффициент полезного действия;

v - объем.

Надстрочные индексы: * - заторможенный параметр;

Подстрочные индексы:

1 - на входе в узел;

2 - на выходе из узла; к - компрессор.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Проектирование тепловых двигателей и энергетических установок в среде базы знаний»

Введение

Повышение конструктивной сложности и уровня параметров тепловых двигателей и энергетических установок, ужесточение требований по сокращению сроков и повышению качества их проектирования и производства обусловливает разработку и внедрение новых информационных технологий в двигателестроение. На современном этапе эффективность эксплуатируемых в двигателестроении информационных систем перестает удовлетворять потребности проектировщиков, так как происходит значительное повышение сложности задач, которые приходится решать при создании новых изделий.

Одним из аспектов решения данной проблемы является создание качественно новых информационных систем, позволяющих проектировщику авиационных двигателей в процессе работы оперировать с достаточно большим количеством структурированной и систематизированной разнородной информации, представляющей собой информационную модель проектируемого изделия и знания, накапливаемые в двигателестроении.

Речь идет о создании предметных баз знаний, представляющих собой интегрированные многофункциональные информационные системы коллективного доступа, объединяющие в себе в качестве подсистем информационно - справочные и инструментальные системы, которые при совместном использовании обеспечивают эффективное решение всего спектра задач, стоящих перед проектировщиками. Подобные системы могут эффективно применятся не только в области проектирования и производства тепловых двигателей и энергетических установок, но и в области научных исследований, образования, подготовки кадров. Поскольку процессы

разработки всех видов тепловых двигателей и энергетических установок на их базе методологически похожи и характеризуются одними и теми же этапами и стадиями, то в данной работе рассматривается решение вопроса использования базы знаний при проектировании авиационных двигателей. Цель работы

Повышение эффективности проектирования авиационных двигателей и энергетических установок на основе применения базы знаний.

Цель работы достигается решением следующих задач:

• проведение структурного анализа и построение модели процесса проектирования авиационных двигателей и энергетических установок;

• разработка логической схемы проектирования авиационных двигателей в среде базы знаний;

• разработка методики проектирования авиационных двигателей в среде базы знаний;

• разработка структуры базы знаний в области проектирования авиационных двигателей и энергетических установок;

• разработка технологии использования, наполнения и развития базы знаний.

Актуальность темы определена:

1. Практической потребностью развития методов и форм информационного обеспечения процесса проектирования авиационных двигателей.

2. Недостаточным уровнем решения вопросов создания и практического использования информационных систем, предназначенных для обработки большого количества разнородной распределенной информации в области

проектирования авиационных двигателей с использованием возможностей технологий удаленного доступа. 3. Потребностью накопления и систематизации информации в области проектирования авиационных двигателей и энергетических установок, с целью предотвращения потери накопленных знаний и опыта.

Методы исследования базируются на системном анализе и объектно-ориентированном подходе к формализации предметной области в структуру базы знаний и на методах объединения локальных представлений специалистов отдельных направлений предметной области (термодинамика, газовая динамика, прочность и др.) в единую модель предметной области.

Научная новизна работы включает в себя:

1. Методику проектирования авиационных двигателей в среде базы знаний.

2. Структуру представления знаний в области авиационных двигателей в информационной системе, представляющей собой базу знаний.

3. Применение принципов объектно-ориентированного подхода при формализованном представлении информационной структуры предметной области «Проектирование авиационных двигателей и энергетических установок» в структуре базы знаний.

4. Структуру информационных взаимосвязей между отдельными элементами базы знаний.

5. Технологию наполнения и развития базы знаний при использовании в проектировании, производстве и научных исследованиях, а также в учебном процессе.

Практическая значимость работы обусловлена:

1. Повышением качества и сокращением сроков и других затрат при разработке авиационных двигателей за счет использования в процессе проектирования комплекса взаимосвязанных подсистем.

2. Повышением качества подготовки специалистов за счет комплексного использования в процессе обучения различных, взаимодействующих между собой информационных систем, объединенных в рамках базы знаний, и дающих пользователю наиболее полное и разностороннее представление об авиадвигателестроении.

На защиту выносятся:

1. Методика проектирования авиационных двигателей в среде базы знаний.

2. Структура базы знаний в области проектирования авиационных двигателей и энергетических установок.

3. Использование принципов объектного подхода при формализации предметной области «Проектирование авиационных двигателей и энергетических установок» в структуру базы знаний.

4. Технология использования, наполнения и развития базы знаний в процессе эксплуатации.

Апробация работы:

Результаты работы докладывались на международных конференциях:

1. «EAST - WEST International Conference Information Technology in Design - 96» («Автоматизация проектирования^», Москва, МЦНТИ, 1996 г.);

2. международной конференции "Информационные технологии в проектировании", Москва, 1996г.;

3. международной научно-методической конференции «Проблемы создания национальных академических сетей баз данных и баз знаний», Уфа, 1995г.;

4. международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании», Новосибирск, НИИ МИОО, НГУ, 1996г.;

5. международной научно-технической конференции к 55-летию СГАУ «Проблемы и перспективы развития двигателестроения в Поволжском регионе», Самара, 1997г.;

6. «Second international conference on the distance education in Russia. Open and distance learning as a development strategy. Moscow. Russia 1996 (ICDED-96)» (2-я Международная конференция «Восток-Запад» по открытому и дистанционному образованию, Москва, Совинцентр, 1996);

• на всероссийских конференциях:

1. всероссийской научно - технической конференции "Управление и контроль технологических процессов изготовления деталей в машиностроении", Уфа, 1995г.;

2. всероссийском совещании "Проблемы создания национальной академической системы баз данных и баз знаний", Уфа, 1995г.;

Кроме того, компоненты базы знаний апробированы в работе моторного

ОКБ - ГНПП «Мотор», г. Уфа, при доводке газотурбинной энергоустановки ГТЭУ

10/95, при выполнении совместных научных работ Института Механики УНЦ РАН и УГАТУ (по проекту «Разработка высокоэффективных технологий и систем использования низкотемпературных и возобновляемых источников энергии») и при ее использовании в учебном процессе по специальностям «Авиационные двигатели», «Авиа- и ракетостроение», «Теплоэнергетика» в УГАТУ.

Публикации:

По теме диссертации опубликовано 10 работ. Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, пяти глав, результатов и выводов, списка литературных источников. Общий объем работы 135 стр., 30 рисунков, 19 таблиц, 75 наименований списка литературы.

1. Состояние вопроса и постановка задачи исследования

1.1 Информационные ресурсы при проектировании авиационных

двигателей

Вопрос накопления, систематизации и использования знаний в области проектирования авиационных двигателей решался достаточно давно, практически одновременно с формированием данной предметной области. Основными формами представления знаний в этой сфере настоящее время являются:

• научно-техническая литература, представляющая собой монографии, учебные пособия, периодические издания и др., освещающие те или иные вопросы или проблемы в области авиационных двигателей;

• нормативно-техническая документация: собрание государственных, отраслевых и прочих стандартов, регламентирующих все процессы жизненного цикла авиационных двигателей и энергетических установок;

• проектно-консгрукторская, технологическая и эксплуатационная документация на разработку авиационных двигателей и энергетических установок;

• программно-методические комплексы, используемые в учебных заведениях, проектных, промышленных и научных предприятиях отрасли, включающие различные базы данных, экспертные системы, системы автоматизированного проектирования, конструирования и управления;

• патентная литература;

• знания, накопленные специалистами предприятий в процессе практической деятельности в виде методик и технологий.

Являясь одной из "критических" областей [26], определяющих технический и технологический уровень развития государства, двигателестроение является достаточно информационно насыщенной и сложно формализуемой предметной областью. Поэтому в последнее время вопрос систематизации накопления и автоматизированного использования знаний значительно обострился, это связано с достаточно интенсивным процессом роста количества информации и потребности в информационном обмене в авиадвигателестроении. Факторы, имеющие наибольшее влияние на этот процесс:

• рост номенклатуры, техническое и технологическое совершенствование авиационных двигателей;

• повышение требований к качественным характеристикам авиационных двигателей;

• сокращение сроков разработки, модернизации и ввода в производство новых двигателей;

• повышение требований к срокам и качеству подготовки и переподготовки инженерно-технического персонала для авиадвигателестроения;

• потеря накопленных знаний и информации в связи с реструктуризацией и конверсией авиадвигателестроения.

Вышеперечисленные формы и способы представления знаний и информации в области авиационных двигателей и энергетических установок на сегодняшний день мало отвечают возросшим требованиям к технологиям, используемым для представления информации и информационного обмена в процессах проектирования и производства.. Основными их недостатками являются:

• отсутствие представления знаний в единой структуре, что значительно затрудняет поиск нужной информации в общем информационном пространстве;

• длительный промежуток времени прохождения информации от источника до потенциального потребителя, зачастую за это время информация может частично или полностью утратить свою актуальность;

• медленное обновление информации, обусловленное технологиями представления знаний. До сегодняшнего дня основными технологиями представления знаний являются полиграфические ("бумажные") технологии;

• высокая стоимость информации, вызванная диспропорцией между стоимостью собственно информационных ресурсов и стоимостью носителей, на которых данная информация представлена.

Решением данной проблемы является создание интегрированных информационных систем, позволяющих обрабатывать разнородную информацию и решать различные прикладные задачи в рамках двигателестроения. Такими информационными системами являются базы знаний, представляющие собой "виртуальную" модель предметной области, отражающую все ее компоненты, процессы, структурные связи и свойства. Данная технология, по крайней мере в настоящее время, не должна заменить существующие способы и формы накопления знаний. Наибольший эффект от ее применения может быть получен лишь при совместном использовании как традиционных технологий, так и новых, основанных на современных средствах компьютерной техники, программного обеспечения и средств телекоммуникаций.

1.2 Обзор существующих систем представления знаний в области проектирования авиационных двигателей и энергетических установок

Знания в любой предметной области подразделяются на три категории:

1. Системные знания - совокупность сведений о структуре и содержании конкретной предметной области;

2. Предметные знания - совокупность сведений о качественных и количественных характеристиках конкретных объектов из данной предметной области;

3. Алгоритмические (процедурные) знания - набор математических, логических и прочих выражений, алгоритмов и процедур, описывающих объекты и процессы, протекающие с этими объектами в данной предметной области.[22]

1.2.1 Представление системных знаний в области авиационных двигателей и энергетических установок

В области авиационных двигателей и энергетических установок представление системных знаний базируется в основном на полиграфических ("бумажных") технологиях, в виде монографий, учебных пособий, периодических изданий. В качестве примера электронного представления системных .знаний о предметной области можно привести компьютерный учебник "Теория авиационных двигателей" [66], разработанный на кафедре "Авиационные двигатели" УГАТУ в 1992 г. с участием автора, вышедший под грифом Министерства высшего и среднего специального образования. Учебник дает достаточно полное представление о предметной области "Теория

авиационных двигателей", структурно базируясь на содержании основных учебных курсов и дисциплин в рамках данной предметной области, кроме того, компьютерный учебник включает в себя параметрическую базу данных по авиационным двигателям, инструментальную систему математического моделирования термогазодинамических процессов авиационных ГТД - "ПАРАД" [34], систему математического моделирования рабочих процессов поршневых двигателей внутреннего сгорания - "ПАРАД - ДВС", систему проверки полученных знаний (систему тестирования). Являясь прообразом БЗ АД, компьютерный учебник, имея достаточно полное содержательное наполнение, не отвечает современным требованиям по организации информационного взаимодействия между отдельными подсистемами, уровнем программной реализации. Его основными недостатками являются:

• узкое функциональное назначение (использование компьютерного учебника предполагалось только в учебном процессе);

• узость описания предметной области (только теория авиационных двигателей);

• отсутствие взаимодействия между отдельными подсистемами;

• отсутствие поддержки других видов доступа к информации кроме локального;

• применение специальных форматов собственной разработки представления некоторой части информации;

• отсутствие поддержки работы с информацией, отличной от текстовой;

• устаревший пользовательский интерфейс.

1.2.2 Представление предметных знаний в области авиационных двигателей и энергетических установок

В отличие от системных знаний предметные знания - совокупность сведений о качественных и количественных характеристиках конкретных объектов [22] - представлены более широким спектром продуктов и технологий. Это связано с тем, что любой параметр, любая физическая величина, а также семантические конструкции, характеризующие объект изучения - авиационные двигатели, являются предметными знаниями. Наиболее широко предметные знания представлены в различных справочниках по авиационным двигателям и энергетическим установкам, в проектно-конструкторской и технологической документации. Распространенной технологией накопления предметных знаний в электронном виде являются базы и банки данных, входящие в большинство интегрированных систем автоматизированного проектирования (САПР), таких как АСПАД [1], ПАРУС [52] и др. или используемые отдельно - база данных по авиационным материалам АО «Авиадвигатель» г. Рыбинск. Кроме того, предметные знания могут быть представлены при помощи термогазодинамических моделей авиационных двигателей и энергетических установок, созданных при помощи систем математического моделирования рабочих процессов в двигателях и энергоустановках, таких как ПАРАД [34], ГРАД [34,19], "Двигатель", "Альбея" и др. Предметные знания в данных системах представляются исходными данными, характеристиками узлов и рассчитанными значениями параметров моделируемых объектов авиационных двигателей и энергетических установок. Еще одним примером представления предметных знаний могут служить конструкторские модели авиационных двигателей и энергетических установок и их элементов,

созданные при помощи универсальных систем автоматизированного конструирования (CAD/CAM) - AutoCad, АДЕМ, Cimatron и др. и связанных с ними систем прочностного расчета (CAE) - KOSMOS, NASTRAN и др., дающие сведения о конструкции, геометрических, динамических и прочностных параметрах объекта проектирования.. Все вышеперечисленные системы представления знаний, обеспечивая полноту описания предметной области в рамках своего функционального назначения, не обеспечивают полноту описания, которая возможна при использовании интегрированной информационной системы для накопления разнородной, сложно структурированной информации - базы знаний. Подобные системы могут входить в базу знаний в качестве подсистем, обеспечивая решение специфичного именно для них круга задач.

1.2.3 Представление алгоритмических (процедурных) знаний в области авиационных двигателей и энергетических установок

Алгоритмические (процедурные) знания это набор математических, логических и прочих выражений, алгоритмов и процедур, описывающих объекты и процессы, протекающие в них. [22] Технологии накопления алгоритмических, процедурных знаний можно разделить на две большие группы:

1. информационные технологии накопления знаний при помощи ЭВМ;

2. другие технологии и способы (не входящие в первую группу). Рассмотрим более подробно первую группу. Применительно к предметной области «Авиационные двигатели и энергетические установки», алгоритмические (процедурные) знания представляют собой алгоритмические

описания процессов, протекающих в авиационных двигателях и энергоустановках (термодинамических, теплофизических, механических и др.), а также алгоритмические описания процессов жизненного цикла (сбор и обработка статистической информации об объекте). Можно привести ряд примеров систем для накопления и формализации алгоритмических знаний в области авиационных двигателей и энергетических установок. Остановимся на некоторых из них:

• система математического моделирования рабочих процессов авиационных двигателей и энергетических установок "Двигатель",

разработанная на кафедре "Авиационные двигатели" УГАТУ. Принцип формирования математической модели в данной системе основан на принципах абстракции и декомпозиции реального объекта на составляющие части, имеющие самостоятельное функциональное назначение (например, "входное устройство", "компрессор", "камера сгорания", "турбина", "реактивное сопло",...), и автоматизированного создания математической модели двигателя или энергоустановки из моделей этих узлов, имеющих универсальные алгоритмы. В настоящее время система позволяет моделировать практически весь спектр авиационных двигателей, проводить как прямой, так и поверочный расчеты на установившихся и неустановившихся режимах работы.

• система моделирования рабочих процессов авиационных ГТД "ГРАД" также предназначена для создания математических моделей авиационных ГТД произвольных схем. Основное отличие ее от системы "Двигатель" в алгоритмическом описании элементов ГТД и организации вычислений и пользовательского интерфейса.

Кроме специализированных систем математического моделирования рабочих процессов авиационных двигателей и энергетических установок носителем алгоритмических знаний в данной области может быть любая универсальная система моделирования, если в ней смоделирован объект, имеющий отношение к предметной области "Авиационные двигатели", например, выполненная модель лопатки авиационного ГТД в CAD/CAM системе "Cimatron", одновременно с созданием которой система генерирует алгоритм создания геометрического образа лопатки на основе заданных координат точек профилей, трактовой полки, ножки и замка и затем в другой системе (KOSMOS или NASTRAN) создание алгоритма расчета на прочность, колебания, тепловое состояние и т.д., на основе созданной модели лопатки. Данные системы ориентированы на узко специализированные задачи и не могут обеспечить полноту описания предметной области. Поэтому целесообразно их использование только в качестве подсистем в интегрированной системе накопления информации - базе знаний.

1.3 Обзор универсальных подходов и технологий формирования структуры информационных систем

Анализ литературных источников, освещающих данную проблему, а также рассмотрение некоторых существующих систем накопления знаний позволяют выделить несколько основных универсальных подходов и технологий к формализации и структурированию знаний в структуру информационной системы. Разделение этих подходов и технологий может быть

достаточно условным, так как они не являются полностью изолированными и во многом дополняют друг друга.

1.3.1 Использование подходов системного анализа

Известно, что система как понятие, не имеет общего определения и обычно характеризуется набором свойств [49]. Основными свойствами, присущими системам, являются:

• целесообразность;

• наличие компонентов и структуры;

• взаимодействие с внешней средой;

• целостность;

• развитие во времени [49].

Целесообразность системы определяется стремлением к достижению определенных целей и значимостью этих целей. [49] Основная или главная цель реализации интегрированных информационных систем состоит в повышении эффективности деятельности человека в тех областях человеческой деятельности, для использования в которых эта система предназначена (в нашем случае - проектирование, производство, обучение и т.д.).

Компоненты и структура присущи любому понятию, являющемуся системой. Всякая система представляет собой совокупность некоторого числа компонентов - частей системы, вступающих в определенные отношения с другими ее частями.[49]

При рассмотрении большинства интегрированных информационных систем можно выделить следующие составляющие:

• функциональные (реализуемые процессы) - сбор, передача, доведение информации до пользователя;

• содержательные (основные) компоненты базы данных и системы управления БД, которые состоят из концептуальной части (модели предметной области, включающей структуру БД), фактуальной части (содержимого БД). Модель предметной области образуется совокупностью описаний, которые должны обеспечивать адекватную интерпретацию исходных сведений о данной предметной области;

• алгоритмические - прикладное программное обеспечение, образованное совокупностью математических методов, моделей, алгоритмов, реализующих правила содержательной, формализованной переработки информации. Последнее может иметь самый широкий спектр как по функциональному назначению, так и по глубине детализации описываемых объектов (системы математического моделирования (САПР), системы автоматизированного конструирования (CAD), системы принятия решений (СППР) и т.д.).

Данные составляющие, как правило, придают системе интеллектуальность и функциональность. [22]

Взаимодействие с внешней средой. Каждая система (подсистема) есть компонент другой системы более высокого уровня и в свою очередь образована из компонентов более низкого уровня, которые, в свою очередь, также являются системами. Каждая система не изолирована, а имеет множество связей с самыми разными системными и несистемными образованиями. [49]

Целостность. Система - это комплекс взаимодействующих тем или иным образом компонентов. Различаются понятия целостные и простые суммативные системы. В последних в результате взаимодействия компонентов не возникает качественно новых интегративных свойств. Целостная система обладает новым качеством, не сводимым к свойствам или сумме свойств образующих ее компонентов, она обладает определенными чертами, которые не присущи составляющим ее компонентам.[49]

Развитие во времени. В общем случае системы не постоянны, а подвижны и изменчивы. Они проходят процессы становления, совершенствования и развития, в них постоянно протекают количественные и качественные изменения. Одним из важнейших требований, предъявляемых к современным информационным системам, является требование обеспечения ее динамичности, т.е. в отличие от других технических объектов система должна совершенствоваться в процессе эксплуатации.[49]

1.3.2 Использование подходов технологии непрерывной информационной поддержки жизненного цикла (CALS - технологий)

Современный уровень развития компьютерной техники, информационных технологий и разработки программного обеспечения позволяет компьютеризировать практически любой вид деятельности человека, связанный с обработкой информации. Развитие средств связи дает возможность информационного объединения всех участников сколь угодно сложного проекта путем объединения различных информационных систем в интегрированные информационные системы. Данная задача особенно актуальна в области проектирования авиационных двигателей и энергетических

установок, так как особенностью их разработки является, как обширность проектов, обусловленная сложностью проектируемого изделия и процесса его проектирования, так и большое количество людей, участвующих в этом процессе. Однако простое объединение разнородных информационных систем в интегрированные системы имеет свои недостатки. В этом случае каждая из подсистем формирует собственные модели предметной области и функциональные модели формализуемых ими процессов. Наиболее распространенными являются следующие недостатки:

• фрагментация информации;

• многократное дублирование данных;

• несовместимость реализации различных представлений об одном и том же объекте или понятии, что ведет к их неадекватному или не полному восприятию. [25]

Указанные проблемы могут быть решены путем следования подходу проектирования, производства и сопровождения продукции (в т.ч. и информационных систем), называемому CALS (Continuous Acuicition and Life Cycle Support - Непрерывная поддержка жизненного цикла продукции), базирующемуся на системном анализе и международных стандартах ISO 10303 (STEP), IS013584 (P_LIB) и MANDATE [26]. Разработка данных стандартов начата в середине 80х годов организацией международной стандартизации.

Стандарт ISO 10303 (STEP) регламентирует, независящий от конкретной системы механизм описания объекта. Такое описание делает его подходящим не только в качестве файла обмена, но и в качестве базиса для реализации и распространения баз данных о продукте.

Стандарт IS013584 (PJJB) дает технологию описания объекта в сфере обращения (под объектом здесь понимается продукт материального производства).

Стандарт MANDATE описывает динамику производства, внешние и внутренние связи (материальные и информационные). В процессе проектирования информационных систем наибольший интерес представляет стандарт IS010303 (STEP). [26]

Основные требования CALS-технологии состоят в следующем. При проектировании интегрированных информационных систем, следует обеспечить:

• согласование информационных представлений о предметной области (понятиях, процессах, изделиях, моделях и т.д. ) между отдельными подсистемами;

• исчерпывающий анализ всех факторов, влияющих на качество, представления и реализации той информации, которая описывает какую либо предметную область в данной информационной системе;

• организацию активного обмена согласованной информацией между подсистемами в рамках интегрированной информационной системы.

По одному из определений база знаний - это семантическая модель, предназначенная для представления в ЭВМ знаний, накопленных в определенной предметной области [50]. Каждая из трех категорий знаний может иметь в базе знаний собственную реализацию в виде отдельных подсистем, взаимодействующих друг с другом, например:

• модель информационной структуры предметной области;

• базы данных, СУБД;

• системы моделирования различных объектов и процессов, системы принятия решений и т.д.

Необходимо, чтобы представления об одних и тех же объектах и процессах, описываемых в базе знаний были согласованы между собой. Простое объединение этих подсистем в интегрированную информационную систему может не дать ожидаемых результатов, и полученная система будет иметь больше недостатков, чем при построении архитектуры системы в соответствии с CALS - технологиями.

1.3.3 Использование технологии структурного анализа и проектирования

(SADT - технологии)

При создании новых и анализе существующих интегрированных информационных систем большой эффект дает применение функционального и информационного моделирования в рамках информационной технологии структурного анализа и проектирования - SADT [28]. Данная технология отражена в стандартах правительства и министерства обороны США - IDEF0 -для функционального моделирования и IDEF1 для информационного моделирования информационных систем (IDEF - Integrated Definition -Интегральное описание) IDEF0 и IDEF1 модели играют роль предварительных спецификаций (макета предметной области), подготавливающих и облегчающих построение моделей следующего шага, которые должны реально отображать предметную область. Построение IDEFO и IDEF1 моделей возможно при помощи пакета "Design IDEF".[26]

1.3.4 Объектно-ориентированный подход к формализации предметной

области и представления знаний

Накопленные знания всегда формулируются в контексте иерархической системы понятий в виде определенных функциональных связей между этими понятиями. Такая структура представления знаний моделируется при объектно-ориентированном подходе в виде иерархии классов с механизмом наследования общих свойств. Реализация объектно-ориентированного подхода возможна в двух вариантах:

Первый вариант - сразу довести некоторый набор знаний до уровня машинной программы с использованием языков объектно-ориентированного программирования С++, Java и т.д. Такой подход к реализации объектно-ориентированных информационных систем, хранения знаний представляется достаточно трудоемким как в процессе создания такой системы, так и особенно в последующем сопровождении и модернизации. Кроме того этот подход заставит при переходе от одной аппаратной и программной платформы к другой переносить приложения на уровне исходных текстов, что достаточно трудоемко и не всегда успешно.

Второй вариант - моделировать иерархию понятий и функциональные связи раздельно. Такой подход делает излишней конкретизацию формата внутреннего представления данных в ЭВМ.

В том и другом случае создание программного обеспечения включает три этапа (вида деятельности):

• информационное моделирование;

• функциональное моделирование;

• программная реализация.

Этап информационного моделирования предпочтительно строить согласно международному стандарту ISO 10303 (STEP) в рамках технологии структурного анализа и проектирования SADT.

1.3.5 Специализированные оболочки и системы представления знаний

1.3.5.1 Экспертные системы

Существует достаточно большая группа инструментальных средств для представления знаний о какой-либо предметной области - это оболочки экспертных систем. Экспертная система (ЭС) - это система искусственного интеллекта, включающая БЗ с набором правил и механизм ввода - вывода, позволяющий на основании правил и фактов, предоставляемых пользователем, распознать ситуацию, поставить диагноз, сформулировать решение или дать рекомендацию для выбора действий [50]. ЭС достаточно хорошо адаптированы к хранению информации и ее алгоритмической обработке (например, система моделирования рабочих процессов авиационных ГТД, выполненная при помощи экспертной системы "ПРИЗ"[18]). Однако для полнофункциональной системы хранения и обработки знаний возможностей экспертной системы может быть недостаточно или использование ее в таком качестве будет нецелесообразно. Достаточно сложен процесс настройки (создания алгоритмов и определения информационных связей между подсистемами) и администрирования, поскольку ЭС имеют изначально несколько другое функциональное назначение. Представление разнородной по видам и форматам хранения информации может вызвать значительные

затруднения. Хотя наиболее развитые и сложные экспертные системы, имеют все необходимые качества, чтобы стать ядром такой системы: открытую для других приложений архитектуру, интерфейс со многими форматами БД, встроенную сетевую поддержку и т.д. Вместе с тем подобные системы имеют низкую мобильность, т.е. отдельные подсистемы, сформированные в среде данной ЭС, можно перенести только вместе с самой. Обычно такие системы рассчитаны на хорошо подготовленного пользователя и имеют достаточно высокую стоимость, мало пригодны для создания интегрированных информационных систем хранения и обработки знаний в какой-либо предметной области.

1.3.5.2 Система представления знаний о проблемной среде - ФЕНИКС [40]

Рассмотрим более подробно одну из отечественных разработок, как наиболее близкий прототип. Система представления знаний о проблемной среде "Феникс" создана в "АО НИЦЭВТ". Система ориентирована на представление знаний о проблемной среде в различных предметных областях. Знания или информация, представленные в системе, делятся на собственно знания о проблемной среде и знания о том, КАК решать задачу (алгоритмические знания). Формой представления знаний в системе является ЯОДЗ - язык описания декларативных знаний, подчиняющийся строгим правилам семантики и синтаксиса, приближенный к естественному языку по своим лингвистическим категориям (число, время, модальность и т.п.). В системе обеспечивается представление языковых конструкций ЯОДЗ в ДИС -декларативных информационных структурах инструментального языка программирования (например в таблицах БД). Представление знаний в системе

является объектно-ориентированным. Вся информация разделена на классы, которые сформированы при помощи ЯОДЗ, каждый класс может иметь как вышестоящие, так и нижестоящие классы с наследованием свойств своих родительских классов. В системе классы могут объединяться в более крупные образования в зависимости от поставленного вопроса или задачи. "Феникс" включает в себя следующие функциональные части:

• средства поддержки ДИС, включающие в себя средства формирования ДИС, средства, реализующие свойства ДИС, средства синтаксического контроля, транслятор выражений в ЯОДЗ и обратно;

• средства хранения и манипулирования ДИС, обеспечивающие сохранение и редактирование ДИС в виде реляционных таблиц;

• средства поддержки семантики, обеспечивающие контроль за правильностью создания ДИС.

Средства работы со знаниями, предназначенные для поддержки, формирования и редактирования знаний, включают в себя следующие программные модули:

• транслятор ДИС, осуществляющий прямую и обратную трансляцию модели проблемной среды на ЯОДЗ в ДИС;

• диалоговую систему автоматизированного формирования и редактирования базы знаний.

Первая версия системы была использована для создания на ее основе системы диагностики сложных технических и биологических объектов и системы событийно - математического моделирования [40]. Возможность использования ее для создания БЗ АД и ЭУ не очевидна.

1.4 Постановка задачи исследования

Проведенный анализ позволяет сформулировать цель работы:

Разработка методики проектирования авиационных двигателей с использованием базы знаний. Разработка структуры базы знаний в области авиационных двигателей (БЗ АД), информационных взаимосвязей между ее компонентами, технологии ее наполнения, развития и использования.

Данная цель достигается путем решения следующих задач:

• разработка методики использования базы знаний в процессе проектирования авиационных двигателей и энергетических установок;

• оценка эффективности применения базы знаний;

• разработка функциональной и содержательной структуры базы знаний в области авиационных двигателей и энергетических установок на основе формализации информационной среды предметной области;

• программная реализация начальной версии базы знаний, представляющей собой многофункциональную интегрированную информационную систему.

2. Принципы формирования базы знаний, предназначенной для проектирования авиационных двигателей [3]

Понятие "база знаний" согласно [25] это - "семантическая модель, предназначенная для представления в ЭВМ знаний, накопленных человеком в определенной предметной области. Для представления знаний используется ряд моделей, таких как семантическая сеть, процедурная, фреймовая, продукционная и другие модели".

Более правильно было бы сказать, что под базой знаний мы понимаем "виртуальную" модель предметной области.

БЗ АД и ЭУ предназначается для использования в качестве инструментальной среды и справочной системы работниками проектно -конструкторских, научных и производственных предприятий, а так же учащимися учебных заведений, осуществляющих подготовку кадров для двигателестроения, в том числе для самостоятельной работы в рамках учебных дисциплин и курсов.

2.1 Принципы формирования информационной структуры базы знаний в

области авиационных двигателей

Основные принципы построения информационной структуры базы знаний в области авиационных двигателей, вытекают из набора принципов формирования любых образований, являющихся системами, и определяемых системным анализом:

• целесообразность;

• наличие компонентов и структуры;

• взаимодействие с внешней средой;

• целостность;

• развитие во времени.[49]

Более подробное раскрытие данных принципов сделано в первой главе . Выполнение данных принципов обусловлено тем, что структура базы знаний строится на основе информационной структуры предметной области, которая сама по себе является системой и, являясь виртуальной моделью предметной области, база знаний наследует все ее свойства, в том числе и свойства, определяющие системность тех или иных объектов.

Кроме следования принципам системного анализа, при реализации базы знаний, исходя из ее функционального назначения, закладываются следующие принципы:

• структурная полнота описания предметной области;

• интеллектуальность;

• адекватность описания объекта изучения предметной области;

• гибкость (система должна обеспечивать различную семантическую ориентацию структуризации информации, как объектную, так и функциональную. Кроме того, система должна обеспечивать формирование нужной конфигурации, исходя из потребностей конкретного пользователя);

• модульность (построение системы из ряда взаимодействующих между собой модулей - подсистем, которые могут функционировать как самостоятельно, так и в составе большой системы.);

• отсутствие структурной избыточности описания предметной области.

Рассмотрим более подробно реализацию каждого из вышеперечисленных принципов в БЗ АД и ЭУ.

Структурная полнота описания предметной области. Это требование означает наиболее адекватное отражение реальной информационной структуры предметной области и ее содержания в виде описания объектов, явлений и процессов. Выполнение этого требования обеспечивается применением элементов CALS и SADT - технологий, позволяющих смоделировать структуру объекта и процессов проектирования. Требования CALS - технологий предполагают единую структуру модели описания одноименных объектов и процессов в различных подсистемах базы знаний. Выполнение требований SADT - технологий, в частности стандартов IDEF0 и IDEF1, - построение структурной и информационной моделей предметной области, позволяет обеспечить как структурную полноту описания предметной области «Авиационные двигатели и энергетические установки», так и избежать структурной избыточности и дублирования информации в базе знаний.

Интеллектуальность - свойство автоматических и автоматизированных систем брать на себя отдельные функции интеллекта человека, т.е. выбирать и принимать оптимальные решения на основе ранее полученного опыта и рационального анализа внешних воздействий". [22] Применительно к предметной области "Проектирование авиационных двигателей и энергетических установок" примером задач, требующих применения информационных систем, обладающих свойством "интеллектуальности", можно считать структурный, параметрический и функциональный синтез и анализ авиационных двигателей и энергетических установок произвольных схем на базе их математических моделей, в том числе выбор оптимальной схемы двигателя или энергетической установки и оптимальных параметров рабочего

цикла по заданной информации из технического задания (ТЗ) и другие задачи. Для реализации подобных "интеллектуальных" свойств в БЗ АД и ЭУ могут служить системы:

• система автоматизированного генерирования и модификации систем, моделирующих рабочие процессы авиационных двигателей и энергетических установок САМСТО;

• системы поддержки принятия решений (СППР) на различных этапах проектирования авиационных двигателей;

• система термогазодинамического моделирования рабочих процессов авиационных двигателей - "Двигатель";

• комплекс газодинамических расчетов АД "ГРАД";

• и др.

Адекватность описания объекта изучения. Исходя из назначения БЗ АД и ЭУ, в данной системе обеспечивается адекватное математическое и структурное описание объекта изучения - авиационных двигателей и энергетических установок. Для этого все базы данных, системы математического моделирования и другие подсистемы обеспечивают структурное, параметрическое и математическое описание, удовлетворяющее пользователей на всех уровнях и этапах решения задач, что достигается открытостью БЗ к модификации и наполнению.

Гибкость. Система обеспечивает различную семантическую ориентацию при структурировании информации, как объектную, так и функциональную. Это необходимо вследствие широкого круга решаемых при помощи данной системы задач и потенциальных пользователей. В связи с этим система обеспечивает порядок работы с информацией как от частного к общему, так и наоборот - от общего к частному. Структурно семантическая ориентация базы

знаний изображена на рис 2.1. Формирование нужной конфигурации системы, необходимой для решения задач конкретного пользователя, осуществляется путем выбора требуемого иерархического уровня описания объекта проектирования, путем подключения нужного программного модуля.

Объект проектирования (изучения).

——-

Узлы, основные составляющие

Входное устройство

Компрессор

Камера сгорания

Турбина

Выходное устройство

Процессы, протекающие в узлах

Сгорание (подвод тепла)

Общая информация о процессах объекта

изучения

_^_

Теория авиационных двигателей и энергоустановок Динамика и прочность авиационных двигателей и энергоустановок Конструкция авиационных двигателей и энергоустановок

Научные основы описания объекта изучения

I

рис. 2.1. Семантическая ориентация базы знаний Модульность - построение системы из ряда взаимодействующих между собой модулей - подсистем, которые могут функционировать как самостоятельно, так и в составе большой системы. Это требование

обусловлено большим кругом потенциальных пользователей и решаемых задач. Модульная структура и заранее установленные протоколы обмена данными между приложениями делает возможным для каждого пользователя и для каждой конкретной задачи иметь уникальную конфигурацию системы. Кроме того, подобная структура системы заметно эффективнее при развитии и модернизации системы. Развитие и модернизация системы обеспечивается путем добавления новых модулей или замены более старых версий отдельных модулей более новыми.

Отсутствие структурной избыточности описания объекта изучения. Это обеспечивает отсутствие дублирования одних и тех же данных об объекте проектирования или изучения в различных подсистемах, исключает рассогласование в работе между отдельными подсистемами и искажение истинной информации об объекте.

Для обеспечения данного принципа на этапе проектирования базы знаний используется описанная выше технология SADT, стандарты IDEF0 и IDEF1, реализованные в системе "Design IDEF".

Соответствие структурной организации БЗ АД и ЭУ принципам объектно-ориентированного подхода. В настоящее время объектно-ориентированный подход в построении информационных систем и программировании является наиболее прогрессивным и распространенным , особенно в области САПР и соответствующих баз данных.

Основные отличия и преимущества данного подхода к построению информационных систем от других подходов, например, структурного, лежат в принципах формирования информационной структуры базы знаний и связаны с применением специфических информационных элементов, называемых объектами.

Объекты имеют определенные свойства, реализуемые специальными средствами программирования. Эти свойства позволяют:

• полнее формализовать информационную структуру предметной области в структуру информационной системы, более полно выстроить иерархии понятий и информационные взаимосвязи предметной области, и более эффективно описать объект изучения за счет связывания в единое целое его свойств и функций, что возможно только при объектно-ориентированном подходе;

• создавать информационные системы, имеющие сложные структуры, за более короткое время за счет более легкой программной реализации сложных информационных структур;

• более оперативно и качественно проводить модернизацию системы путем внесения изменений в отдельные элементы системы - объекты, не затрагивая систему в целом;

Основные принципы объектного подхода - это:

• наследование (наследование свойств объектами - потомками свойств объектов - родителей);

• инкапсуляция (объединение в объекте свойств и функций описываемого элемента) ;

• полиморфизм (придание действию одного имени, которое используется объектами всей иерархии). [23]

Из трех вышеперечисленных наиболее значимым при построении структуры БЗ АД и ЭУ является первое свойство - наследование общих свойств. Как правило, иерархии понятий предметной области соответствует иерархия объектов информационной системы. В качестве примера на рис. 2.2 приведена иерархическая классификация авиационных двигателей и ее реализация в БЗ.

На рис 2.2 все нижестоящие объекты объекта «Авиационные двигатели» наследуют свойства данного объекта. Свойства объекта «ВРД» наследуют объекты следующего уровня - «ГТД» и «ПВРД», относятся к воздушно -реактивным двигателям и т.д.

Использование технологий объектно-ориентированного подхода для описания структур авиационных двигателей и энергетических установок значительно снижает дублирование информации за счет однократного описания общих свойств в полной иерархии объектов.

Кроме того, свойство инкапсуляции позволяет объединить параметры и описания процессов, протекающих в узлах и элементах, для каждого класса в иерархической структуре авиационных двигателей и энергетических установок в единую модель, представляющую собой отдельный программный модуль. Данное представление позволяет собирать из отдельных модулей произвольные схемы авиационных двигателей и энергетических установок,

41 .*ОССК,<

гоОУДАГТ!

заранее устанавливая правила их описания при описании свойств и "с^АК^и объектов.

2.2 Принципы организации доступа к информационным ресурсам базы знаний в области проектирования авиационных двигателей

Все возможные формы и способы доступа к информационным ресурсам информационных систем можно разделить на три группы:[50]

1. локальный доступ;

2. сетевой доступ;

3. удаленный доступ.

Под локальным доступом понимается доступ при помощи устройств ввода -вывода ЭВМ, под сетевым - доступ в локальной сети (не использующей средств связи общего назначения), под удаленным - доступ к информации с использованием средств связи общего назначения. [50]

В настоящее время современная интегрированная информационная система, включающая в себя информационно - справочные подсистемы и базы данных, содержащие достаточно большое количество информации, должна обеспечивать удаленный доступ к содержащейся в ней информации. Это обусловлено тем, что при локальном и сетевом доступе средства распространения информации от разработчика к пользователю ограничиваются в связи с большими объемами информации дисковыми носителями, что значительно увеличивает время обновления информации (актуализации информационной системы) и полностью становится невозможной непрерывная форма этого процесса. Кроме того, стоимость дисковых носителей для

размещения подобной информационной системы значительную долю от общей стоимости системы.

будет составлять

2.3 Принципы выбора инструментальных средств использования базы знаний, программной и аппаратной платформы ее функционирования

Принципы выбора программной платформы для функционирования БЗ АД и ЭУ и инструментальным средствам разработки приложений, обусловливаются, с одной стороны, надежной и безотказной работой, способностью реализации всех функциональных возможностей, заложенных в базу знаний, масштабируемостью и комфортной работой пользователя, с другой стороны, оптимальным соотношением «стоимость производительность» как аппаратного, так и программного обеспечения. Операционные системы как для сервера, так и для клиента должны обеспечивать в стандартной поставке все необходимое программное обеспечение для осуществления как сетевого, так и удаленного доступа к информации. Кроме того, в этих операционных системах реализована реальная многозадачность и современный пользовательский интерфейс. Немаловажную роль при выборе операционной системы играет стоимость самой операционной системы и стоимость инструментальных средств, разработанных для этой операционной системы. В режиме удаленного доступа необходима реализация принципа кроссплатформенности - возможности без значительных доработок переноса приложения с одной операционной платформы на другую. Данная задача эффективно решается при использовании для построения базы знаний технологий Internet/Intranet.

Принципы выбора аппаратной платформе функционирования БЗ АД и ЭУ во многом аналогичны принципам выбора программной платформы. С одной стороны, оборудование должно обеспечивать надежную, безотказную работу, эффективную поддержку всех способов доступа к информации базы знаний, необходимую скорость передачи данных по информационным каналам, масштабируемость, т.е. увеличение производительности оборудования без его замены в целом, с другой стороны, иметь оптимальное соотношение «стоимость - производительность» как собственно самого оборудования, так и программного обеспечения, которое будет на нем функционировать, обеспечивать простоту в обслуживании.

3. Исследование эффективности применения базы знаний в процессе проектирования авиационных двигателей

Структура, компоненты и информационные взаимосвязи между ними предлагаемой в данной работе базы знаний в области авиационных двигателей и энергетических установок базируются на информационной среде предметной области.

Под информационной средой предметной области понимается совокупность сведений о предметной области, не зафиксированная явно в информационной системе, но применяемая пользователями. [50] Это разнородная информация, описывающая объект - авиационные двигатели и энергетические установки, процессы его жизненного цикла - проектирование, испытания, производство, эксплуатация и т.д., а также информация, определяющая научные основы двигателестроения (газовая и гидродинамика, термодинамика, теплофизика, физика горения, материаловедение, сопротивление материалов и др.). В основу структурирования информации и определения составляющих систему компонент положены принципы и требования, сформулированные в Главе 2, кроме того, при разработке структуры БЗ учитывалось ее многопрофильное использование широким кругом пользователей как в качестве инструментальной среды проектирования, так и в качестве информационно - справочной и обучающей системы.

3.1 Структуры базы знаний

Содержательная и функциональная структуры БЗ базируются на информационной среде предметной области и представляют собой перечень элементов и подсистем, входящих в БЗ АД и ЭУ, в их иерархическом расположении. Укрупненная функциональная структура базы знаний изображена на рис 3.1.

Интерфейсы, СУБД средства доступа

Инструментальные системы

САЕ/САО/САМ

Средства уп равления проектированием РОМ

Банк фактографической информации

Операционная система

База моделей, объектов, процессов

Структура АД и ЭУ

Изделие Узлы Агрегаты

Эксплуатационный

Технологический

Конструкторский 1 |

Заключение диссертации по теме «Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов», Христолюбов, Вячеслав Леонидович

Основные результаты и выводы

1. На основе развития традиционных методов разработки АД и ЭУ предложена методика проектирования авиационных двигателей и энергетических установок в среде базы знаний, отличающаяся применением на всех этапах и стадиях проектирования единой многоуровневой информационной модели проектируемого изделия, обеспечивающей коллективный доступ в рамках интеллектуальной САПР, построенной на принципах базы знаний и средств поддержки принятия решений, использующих разнородную структурированную информацию в области двигателестроения, что позволяет сэкономить временные, материальные и др. ресурсы, затрачиваемые на проектирование АД и ЭУ, и повысить качество проектируемых изделий за счет использования оптимальной структуры с точки зрения информационного обеспечения процесса проектирования АД и ЭУ, интегрированности информационной системы и наличия интеллектуального ядра.

2. С использованием методов системного и структурного анализа, объектно-ориентированного подхода разработаны принципы формирования структуры базы знаний в области авиационных двигателей и энергетических установок, заключающиеся в объединении локальных представлений специалистов по отдельным аспектам проектирования (термодинамика, прочность, конструирование и т.д.) и по структуре объекта проектирования (компрессор, камера сгорания, турбина, . ). В сочетании с технологией структурного анализа (ЭАРТ) при построении единой модели предметной области -авиационные двигатели и энергоустановки эти принципы позволяют создать структуру БЗ, достаточно полно соответствующую представлению о предметной области.

3. На основе сформулированных принципов разработана структура базы знаний, отражающая обобщенную структуру авиационных двигателей и энергоустановок, структуру процесса их проектирования, структуру используемых моделей (по, аспектам, степени детализации, учету факторов -времени, размерности,. ). При ее разработке использованы современные эффективные технологии структурного анализа, проектирования и непрерывной информационной поддержки жизненного цикла (SADT и CALS).

4. Наличие в базе знаний интеллектуального ядра в составе системы поддержки принятия решений и прикладных моделирующих систем позволяет на всех этапах проектирования, опираясь на обширную справочную информацию информационно-справочных систем и баз данных, повысить эффективность проектирования авиационных двигателей и энергетических установок.

5. На основе предложенной методики проектирования и разработанной структуры реализована база знаний в области авиационных двигателей и энергических установок. Учебная версия внедрена в УГАТУ и включена в каталог РосНИИ ИС. Промышленная версия использована в ГНПП «Мотор» при разработке ГТЭУ 10/95 и при выполнении совместных научных работ Института Механики УНЦ РАН и УГАТУ (по проекту «Разработка высокоэффективных технологий и систем использования низкотемпературных и возобновляемых источников энергии»),

6. Разработана технология использования базы знаний при проектировании авиационных двигателей и энергетических установок, а также технология ее наполнения и развития в процессе эксплуатации, заключающаяся в последовательности и характере использования подсистем базы знаний.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Христолюбов, Вячеслав Леонидович, 1998 год

Список использованной литературы

1. Автоматизированная система проектирования авиационных двигателей (АСПАД - 88): Проспект,- Уфа, УАИ, 1988 . - 34 с.

2. Адриан Кинг. Windows 95 изнутри: Пер. с англ. - Спб: Питер. 1995. - 512 с.

3. Ахмедзянов А.М, Кривошеев И.А., Маликов В.М., Христолюбов В.Л. Структура базы знаний с удаленным доступом. // Всероссийск. совещ. "Проблеммы создания нац. академич. системы баз данных и баз знаний": Тезисы докладов. Уфа. 1995. - с. 24

4. Ахмедзянов A.M., Алаторцев В.П., Аксельрод С.Е., Дружинин Л.Н., Сахабетдинов М.А. Термогазодинамические расчеты авиационных ГТД.: Учебное пособие. Уфа. УАИ. 1982. - 256 с.

5. Ахмедзянов A.M., Алаторцев В.П., Гумеров Х.С., Рыжов A.A., Сахабетдинов М.А., Проектирование авиационных двигателей: Учебное пособие. - Уфа. УАИ. - 225 с.

6. Ахмедзянов A.M., Кожинов Д.Г. Система конструирования САПР сложных технических объектов САМСТО: учебное пособие. Уфа. УГАТУ. 1991. - 34 с.

7. Ахмедзянов A.M., Кожинов Д.Г. Система конструирования среды для математического моделирования сложных технических систем. // Известия вузов, Авиационная техника 1994. - №1. -с.54-58.

8. Ахмедзянов A.M., Кожинов Д.Г., Христолюбов В.Л., Пузеева Е.Г., Ноготков А.О.. Термогазодинамические расчеты двигателей и лопаточных машин.: Методические указания. Уфа. УГАТУ. - 43 с.

9. Ахмедзянов A.M., Кривошеев И.А., Жернаков C.B. Базы знаний, средства телекоммуникаций и их использование в САПР. // Информационные

технологии в проектировании: Тезисы докладов международной конференции. Москва. 1996. - с. 56.

Ю.Ахмедзянов A.M., Кривошеев И.А., Маликов В.М., Христолюбов В.Л. База данных по специальности "Авиационные двигатели" с удаленным доступом.// "Телематика-95": Тезисы всероссийской научно - методической конференции ГК ВШ РФ, федеральная программа «Университеты России», Санкт-Петербург, СПб Государственный институт точной механики и оптики. 1995,-с.71.

11 .Ахмедзянов А.М., Кривошеев И.А., Христолюбов В.Л. База знаний удаленного доступа в области теплоэнергетики. И Новые информационные технологии в университетском образовании: Тезисы Международной научно-технической конференции, Новосибирск, НИИ МИОО, НГУ. 1996. - с.27.

12.Ахмедзянов A.M., Кривошеев И.А., Христолюбов В. Л.. Проблемы информационного обеспечения в области тепловых двигателей и энергетических установок. // Проблемы и перспективы развития двигателестроения в поволжском регионе: Тезисы научно - технической конференция к 55-летию СГАУ, Самара. 1997. - с. 17.

13.Ахмедзянов A.M., Кривошеев И.А., Христолюбов В.Л.. Технология накопления, систематизации и использования знаний в авиадвигателестроении. // Известия вузов, Авиационная техника 1997. -№4.- с.З - 5.

14.Бери Нанс. Компьютерные сети. М.: Бином. 1995. -400 с.

15.Бикбаев Р.Т. Разработка автоматизированного банка данных «Основные данные ГТД» на стадии эскизного проектирования: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Уфа, УАИ. 1995. -123 с.

16.Бронштейн К. А., Семендяев М.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Государственное издательство технико -теоретической литературы. 1957. - 608 с.

17.Быков В.П. Методическое обеспечение САПР в машиностроении. П.: Машиностроение. 1989. - 250 с.

18. Васли Т., Коов М., Перкманн М. и др. ЭкспертПРИЗ. Таллинн, ИК АН Эстонии, 1991.-185 с.

19.Голланд А.Б., Мац Э.В., Морозов С.А., Тунаков А.П. Программный комплекс ГРАД для расчета газотурбинных двигателей. // Известия вузов Авиационная техника. -1985. - №1. - с. 83 - 85.

20. ГОСТ 22487-77. Проектирование автоматизированное. Термины и определения. М.: ГК СССР по стандартам 1977. - 56 с.

21. Грачев А.Ю. Введение в SQL. // Сети 1995. - №№ 3-6.

22.Данилевский И.А. Петухов B.C. Шибанов B.C. Информационная технология в промышленности. Л.: Машиностроение. 1988. - 279 с.

23.Дарахвелидзе П., Марков Е. Delphi - среда визуального программирования. Спб. BHV. 1996. - 350 с.

24.Дмитров A.B. Андриенко С.Н. Средства компьютеризированной поддержки STEP - ориентированной CALS - технологии проектирования производственных систем. // М.: Машиностроение, Информационные технологии. - 1996. - №3.

25.Дмитров Ю.М. Передовые информационные технологии при создании компьютеризированных интегрированных логистических систем. // М:. Машиностроение, Информационные технологии. -1995. - №0. - с. 57-67.

26.Дмитров, Ю.М. Макаренков А.Н. Аналитический обзор международных стандартов STEP, P_UB, MANDATE. // M.: Машиностроение, Информационные технологии. -1996. - №1.

27.Дружинин Л.Н., Швец Л.И., Ланшин А.И.. Математическое моделирование ГТД на ЭВМ при решении типичных задач исследования параметров характеристик авиационных двигателей: техн. отчет. ЦИАМ, №5 8365. 1977. -11с.

28.Дэвид А. Марка, Клемент МакГоуен. Методология структурного анализа и проектирования - SADT. McGraw - Hill Book Company. - 209 с.

29.Егер С.М., Лисейцев H.К., Самойлович О С. Основы автоматизированного проектирования самолетов. М.: Машиностроение. 1986. -230 с.

30.Жермен-Лакур П., Жорж П.Л., Пистр Ф., Безье П. Математика и САПР: В 2-х кн. Кн. 2. Пер. с франц.: М.: Мир. 1989. - 264 е., ил.

31.Жернаков C.B., Кривошеев И.А., Кожинов Д.Г. Диалоговая подсистема моделирования авиационного двигателя. // Диалоговые средства распределенной обработки данных в комплексах и сетях ЭВМ: Тез. докл. Всесоюзного МНС. Москва. 1990. - с. 150.

32.Жернаков C.B. Разработка интеллектуальных систем моделирования на современных программно- технических комплексах.: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Уфа, УГАТУ. 1995. -138с.

33.Жернаков C.B., Кривошеев И.А. Об одном подходе к построению диалоговой интегрированной учебно-исследовательской системы "Двигатель". // Диалог человек-ЭВМ: Тез. докл. Всесоюзной НТК. Свердловск. 1989. - с.99-101.

34.Ижикеев В.И., Бочкарев В.Ф., Ахмедзянов A.M., Матковская H.A. Языковая подсистема формирования математических моделей ГТД "ПАРАД". //

Автоматизация разработки авиационных двигателей, Уфимский авиационный институт. 1989. - с 8.

ЗБ.Йорге Штеффен. Интернет.: Перевод с немецкого, Спб.: BHV. 1996. - 304 с.

36.Клочин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных И тракторных двигателей. М.: «Высшая школа». 1980. - 410 с.

37.Кожинов Д. Г. Об одном подходе к построению оболочки расчетных подсистем. // Известия вузов, Авиационная техника. -1994. - №2. - с. 25

38.Кожинов Д. Г. Компьютерная среда для компиляции математических моделей авиационных ГТД различных схем.: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Уфа. 1995. -153 с.

39. Курзинер Р.И. Реактивные двигатели для больших сверхзвуковых скоростей полета. М. Машиностроение. 1989. -264 с.

40.Кузин В.Н. Брыль А.К. Базовая система представления знаний о проблемной среде. // М.: Машиностроение. Информационные технологии. -1996. - №1.

41.Кузнецов Г.М., Адельсон - Вельский В.А. Дискретная математика для инженера. М.: «Энергия». 1980.-344 с.

42.Кузьмин П.К. Кузьмин В.Б. Системы автоматизированного проектирования : В 9 кн. Под ред. И.П. Норенкова. - М.: Высш. шк. 1986. -144 с. ил.

43.Ленешин, Ю.И. Смоляков Ю.И. Логистика. М.: Машиностроение. 1996. - 246 с.

44.Матковская H.A. Разработка средо-ориентированной компьютерной технологии термогазодинамического анализа авиационных ГТД.: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Уфа. УАИ. 1990.-167 с.

45.Моделирование двигателей с использованием ЭВМ. // Новое в зарубежном авиадвигателестроении. -1981. - №5. - с.5-10.

46.Морозов A.A., Цховребов M.M., Крысова H.M., Степанов С.Г. К планированию разработок перспективных авиационных ГТД с учетом возможностей ОКБ. // Вопросы экономики создания, производства и эксплуатации авиационных ГТД. Вып. 2-й. - ЦИАМ, труды №5 1039, 1983. -107 с.

47.Нечаев Ю.Н., Кобельков В.Н., Полев A.C. Авиационные турбореактивные двигатели с изменяемым рабочим процессом для многорежимных самолетов. М.: Машиностроение. 1988. -180 с.

48.Программный продукт " ГРАД ", версия 15.85: Руководство программиста. КАИ 37-15.33.2, 1986.

49.Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. Москва, Высшая школа. 1989. - 367 с.

50.Першиков В.И., Савинков В.М. Толковый словарь по информатике. М.: Финансы и статистика. 1992. - 534 с.

51.Пономарев Б.А. Настоящее и будущее авиационных двигателей. М.: Воениздат. 1982. - 240 с.

52. Разработка автоматизированной системы проектирования ГТД. // Межвузовский сборник. -1990. - N2 Уфа. УАИ. - 147 с.

53.Ревунков Д.А., Самохвалов Э.Н., Чистов В.В.. Базы и банки данных и знаний. М.: Высшая школа. 1992 .- 367с.

54.Рей Д., Макмайкп Д. Тепловые насосы. М.: Энергоиздат 1982. - 224с.

55.Сахабетдинов М.А. Автоматизированное проектирование авиационных ГТД (Основы построения САПР ГТД): Учебное пособие. - Уфа. УАИ. 1983. - 63 с.

56.Сахабетдинов М.А., Жернаков C.B. Экспертная система по основам теории ВРД. // Новые информационные технологии в высшей школе: Тез. докл. Всесоюзной выставки-семинара. Гурзуф. 1991. - с.39.

57.Сгилевский В.А. Машинное проектирование двигательных установок на этапах предварительной разработки. - В кн.: Авистроение. т.4. (Итоги науки и техники). - ВИНИТИ. 1977. - с. 10-99.

58.Системы автоматизированного проектирования.: Под ред. Дж. Аллана. Пер. с англ. - М.: Наука. 1985. - 376 с.

59.Скубачевский Г. С. Авиационные газотурбинные двигатели. М.: Машиностроение, 1981. - 520 с.

60.Смирнов О.Л., Падалко С.Н., Пиявский С.А. САПР: Формирование и функционирование проектных модулей. М.: Машиностроение. 1987. -272 с.

61.Сосунов В.А. Применение методов автоматизированного проектирования при исследованиях и разработках авиационных ГТД. // Автоматизированное проектирование авиационных двигателей. Тез докл. II отраслевой конференции ЦИАМ. 1979. - с. 5-6.

62.Сосунов В.А. Применение методов автоматизированного проектирования при исследованиях и разработках авиационных ГТД. // Автоматизированное проектирование авиационных двигателей. Тез. докл. II отраслевой конференции. ЦИАМ. 1979. с. 5-6.

63.Теория и расчет воздушно-реактивных двигателей. Под ред.С.М. Шляхтенко. - М.: Машиностроение. 1987. - 568 с.

64.Чижов A.A. Системные программные средства ПЭВМ.: Справочник. - М.: Финансы и статистика, СП Параграф. 1990. - 415 с.

65.ЭВМ в проектировании и в производстве.: Выпуск 3 под редакцией Г. В. Орлова Л.: Машиностроение. 1987. - 258 с.

66.Электронный учебник - 94.: Официальный каталог выставки семинара организованной УГАТУ и РосНИИИС . Уфа. УГАТУ. 1994. - 42 с.

67.А. Akhmedzianov, I. Krivosheev, S. Zshernakov, D. Kozshinov, V. Malikov, V. Khristolubov. Teaching the engines and heat power engineering disciplines with multy-media and telecommunication aids use. «Proceeding of the second international conference on the distance education in Russia. Open and distance learning as a development strategy». Moscow, Russia, 1996, (ICDED 96), Volume 2 p. 104.

68.A. Akhmedzianov, I. Krivosheev, S. Zshernakov, V. Malikov, V. Khristolubov Knowledge Bases Telecommunication Aids and their usage in CAD.. «EAST -WEST International Conference Information Technology in Design'96», Volume 2, p. 303.

69.Paradox for Windows.: Практический курс. ч1 под редакцией Осипищева Д.А. М.: Алевар. 1993.-224 с.

70.Paradox for Windows.: Практический курс. ч2 под редакцией Осипищева Д.А. М.: Алевар. 1993. - 464 с.

71.Turbo Pascal 6.0. The complete reference. Stephen O'Brien, New York; London : Osborne McGraw-Hill, 1991, 690 p.