Ѕанк рефератов содержит более 364 тыс€ч рефератов, курсовых и дипломных работ, шпаргалок и докладов по различным дисциплинам: истории, психологии, экономике, менеджменту, философии, праву, экологии. ј также изложени€, сочинени€ по литературе, отчеты по практике, топики по английскому.
ѕолнотекстовый поиск
¬сего работ:
364150
“еги названий
–азделы
јвиаци€ и космонавтика (304)
јдминистративное право (123)
јрбитражный процесс (23)
јрхитектура (113)
јстрологи€ (4)
јстрономи€ (4814)
Ѕанковское дело (5227)
Ѕезопасность жизнеде€тельности (2616)
Ѕиографии (3423)
Ѕиологи€ (4214)
Ѕиологи€ и хими€ (1518)
Ѕиржевое дело (68)
Ѕотаника и сельское хоз-во (2836)
Ѕухгалтерский учет и аудит (8269)
¬алютные отношени€ (50)
¬етеринари€ (50)
¬оенна€ кафедра (762)
√ƒ« (2)
√еографи€ (5275)
√еодези€ (30)
√еологи€ (1222)
√еополитика (43)
√осударство и право (20403)
√ражданское право и процесс (465)
ƒелопроизводство (19)
ƒеньги и кредит (108)
≈√Ё (173)
≈стествознание (96)
∆урналистика (899)
«Ќќ (54)
«оологи€ (34)
»здательское дело и полиграфи€ (476)
»нвестиции (106)
»ностранный €зык (62792)
»нформатика (3562)
»нформатика, программирование (6444)
»сторические личности (2165)
»стори€ (21320)
»стори€ техники (766)
 ибернетика (64)
 оммуникации и св€зь (3145)
 омпьютерные науки (60)
 осметологи€ (17)
 раеведение и этнографи€ (588)
 раткое содержание произведений (1000)
 риминалистика (106)
 риминологи€ (48)
 риптологи€ (3)
 улинари€ (1167)
 ультура и искусство (8485)
 ультурологи€ (537)
Ћитература : зарубежна€ (2044)
Ћитература и русский €зык (11657)
Ћогика (532)
Ћогистика (21)
ћаркетинг (7985)
ћатематика (3721)
ћедицина, здоровье (10549)
ћедицинские науки (88)
ћеждународное публичное право (58)
ћеждународное частное право (36)
ћеждународные отношени€ (2257)
ћенеджмент (12491)
ћеталлурги€ (91)
ћосквоведение (797)
ћузыка (1338)
ћуниципальное право (24)
Ќалоги, налогообложение (214)
Ќаука и техника (1141)
Ќачертательна€ геометри€ (3)
ќккультизм и уфологи€ (8)
ќстальные рефераты (21697)
ѕедагогика (7850)
ѕолитологи€ (3801)
ѕраво (682)
ѕраво, юриспруденци€ (2881)
ѕредпринимательство (475)
ѕрикладные науки (1)
ѕромышленность, производство (7100)
ѕсихологи€ (8694)
психологи€, педагогика (4121)
–адиоэлектроника (443)
–еклама (952)
–елиги€ и мифологи€ (2967)
–иторика (23)
—ексологи€ (748)
—оциологи€ (4876)
—татистика (95)
—трахование (107)
—троительные науки (7)
—троительство (2004)
—хемотехника (15)
“аможенна€ система (663)
“еори€ государства и права (240)
“еори€ организации (39)
“еплотехника (25)
“ехнологи€ (624)
“овароведение (16)
“ранспорт (2652)
“рудовое право (136)
“уризм (90)
”головное право и процесс (406)
”правление (95)
”правленческие науки (24)
‘изика (3463)
‘изкультура и спорт (4482)
‘илософи€ (7216)
‘инансовые науки (4592)
‘инансы (5386)
‘отографи€ (3)
’ими€ (2244)
’оз€йственное право (23)
÷ифровые устройства (29)
Ёкологическое право (35)
Ёкологи€ (4517)
Ёкономика (20645)
Ёкономико-математическое моделирование (666)
Ёкономическа€ географи€ (119)
Ёкономическа€ теори€ (2573)
Ётика (889)
ёриспруденци€ (288)
языковедение (148)
языкознание, филологи€ (1140)

–еферат: —истемное автоматизированное проектирование

Ќазвание: —истемное автоматизированное проектирование
–аздел: –ефераты по информатике, программированию
“ип: реферат ƒобавлен 15:34:29 02 июл€ 2005 ѕохожие работы
ѕросмотров: 3359  омментариев: 3 ќценило: 0 человек —редний балл: 0 ќценка: неизвестно     —качать

–адиотехники,

Ёлектроники и јвтоматики

ћосковский √осударственный »нститут(“ехнический ”ниверситет)

—.ј.Ўишов

Ћекции по дисциплине:

У—истемное автоматизированное проектированиеФ

1996

Ћ≈ ÷»я є1

“ема: "—истемы автоматизированного проектировани€ и процесс
разработки радиоэлектронной аппаратуры"

÷≈Ћ№ «јЌя“»я:

1. ќзнакомить с основными пон€ти€ми системного автоматизированного проектировани€. ќпределить место систем автоматизированного проектировани€ в процессе проектировани€.

2. »зучить структуру системы автоматизированного обеспечени€.

¬рем€: 2 часа

Ћитература: Ѕутаков ≈.ј. и др. ќбработка изображений на Ё¬ћ. ћ.: –адио и св€зь, 1987, стр. 119-124.

ќЅў»≈ —¬≈ƒ≈Ќ»я ќ ѕ–ќ≈ “»–ќ¬јЌ»»

ѕредварительно остановимс€ на рассмотрении р€да пон€тий.

—»—“≈ћј - целостное образование, состо€щее из взаимосв€занных (взаимодействующих) компонент, (элементов, частей) и обладающее свойствами, не сводимыми к свойствам этих компонент и не выводимыми из них.

¬ приведенном определении зафиксировано основное свойство системы - ее целостность, единство, достигаемое через посредство определенных взаимосв€зей (взаимодействий) элементов системы и про€вл€ющеес€ в возникновении новых свойств, которыми элементы системы не обладают. ƒанное определение включает наиболее характерные особенности концепции системы.

¬месте с тем необходимо представл€ть, что реальные системы существуют в пространстве и во времени и следовательно, взаимодействуют с окружающей их средой и характеризуютс€ теми или иными переменными во времени величинами.

¬ажным шагом на пути от вербального к формальному определению системы €вл€етс€ определение пон€ти€ модели системы.

ћќƒ≈Ћ№ - (некоторой исходной системы) система, в которой отражаютс€ по определенным законам те или иные стороны исходной системы.

—реди различных способов моделировани€ важнейшее место занимает моделирование с помощью средств математики - математическое моделирование.

‘ормальное определение системы по существу сводитс€ к определению соответствующей математической модели.

¬ основу построени€ математических моделей систем может быть положено следующее определение системы:

—»—“≈ћј - определ€етс€ заданием некоторой совокупности базисных множеств (элементов, компонент системы), св€занных между собой р€дом отношений, удовлетвор€ющих тем или иным правилам (аксиомам) сочетани€ как элементов множеств , так и самих отношений.

ѕоследнее определение содержит необходимую основу дл€ формализации. ¬ простейших случа€х это определение описывает систему как одно или несколько взаимосв€занных отношений, заданных на одном или нескольких множествах. ¬ то же врем€ данное определение допускает возможность нескольких вариантов таких представлений дл€ одной и той же системы, а также использование их композиции. ѕоследнее имеет место в случае необходимости многоаспектного моделировани€ системы.

ѕ–ќ≈ “»–ќ¬јЌ»≈ - комплекс работ по исследованию, расчетам и конструированию нового издели€ или нового процесса.

¬ основе проектировани€ - первичное описание - техническое задание.

ѕроектирование называют ј¬“ќћј“»«»–ќ¬јЌЌџћ , если осуществл€етс€ преобразование первичного описани€ при взаимодействии человека с Ё¬ћ, и автоматическим, если все преобразовани€ выполн€ютс€ без вмешательства человека только с использованием Ё¬ћ.

—»—“≈ћј ј¬“ќћј“»«»–ќ¬јЌЌќ√ќ ѕ–ќ≈ “»–ќ¬јЌ»я - организационно-техническа€ система, представл€юща€ собой подразделени€ проектной организации и комплекс средств автоматизированного проектировани€.

јвтоматизаци€ приводит к существенному изменению методов проектировани€.

¬месте с тем, сохран€ютс€ многие положени€ и принципы традиционного проектировани€, такие как:

- необходимость блочно-иерархического подхода,

- деление процесса проектировани€ на этапы,

- деление на уровни представлени€ об объектах.

¬«ј»ћќƒ≈…—“¬»≈ –ј«–јЅќ“„» ќ¬ –јƒ»ќЁЋ≈ “–ќЌЌќ… јѕѕј–ј“”–џ
— —»—“≈ћќ… ј¬“ќћј“»«»–ќ¬јЌЌќ√ќ ѕ–ќ≈ “»–ќ¬јЌ»я

ѕроектирование изделий радиоэлектронной аппаратуры представл€ет собой многоэтапный процесс (итеративный). ¬ ходе проектировани€ последовательно уточн€етс€ и детализируетс€ описание будущего издели€. Ётот процесс предполагает наличие многих уровней описани€. Ќа рис.1 изображен процесс проектировани€ в виде совокупности основных этапов и переходов между ними, показаны основные виды документации , получаемые при выполнении этапов.

Ќапример, эскизный проект €вл€етс€ результатом эскизного проектировани€. — другой стороны, эскизный проект служит исходным документом дл€ технического проектировани€.

ѕереходы от одних этапов проектировани€ к другим в направлении сверху вниз естественны и соответствуют нормальному ходу. ѕереходы в противоположных направлени€х возникают, когда на последующих стади€х проектировани€ вы€вл€етс€ невозможность практической реализации решений, прин€тых на предшествующих этапах. Ёто заставл€ет проектировщиков пересматривать ранее прин€тые решени€. »ногда ошибки про€вл€ютс€ на этапах изготовлени€ серийной продукции или даже в ходе эксплуатации.

Ётапы ƒокументаци€

“ехническое задание

ƒокументаци€ на готовое изделие

Ёксплуатаци€

»зготовление серийной продукции

–абочий проект

–абочее проектирование

“ехнический проект

»зготовление опытного образца

“ехническое проектирование

Ёскизный проект

Ёскизное проектирование

ѕодготовительный этап
























–ис.1. Ётапы проектировани€ и выпускаема€ документаци€

ѕоследовательность прохождени€ этапов разработки издели€, цели и задачи, сто€щие перед проектировщиками на отдельных этапах, состав проектной документации и требовани€ к ней регламентированы соответствующими √ќ—“ами.

 ратко охарактеризуем основные этапы проектировани€.

ѕќƒ√ќ“ќ¬»“≈Ћ№Ќџ… Ё“јѕ.

ќсновна€ задача - изучение назначени€ издели€, условий эксплуатации и производств, на которых предполагаетс€ его изготовление. ÷ель этапа - разработка технического задани€ (“«), в котором содержитс€ информаци€ о назначении , основных технических характеристиках, услови€х эксплуатации, транспортировки и хранени€.

Ё— »«Ќќ≈ ѕ–ќ≈ “»–ќ¬јЌ»≈.

ќсновна€ задача - определение возможности разработки издели€ в соответствии требовани€м “«. ѕри этом определ€ют техническую основу издели€ (физические элементы и детали), ориентировочную оценку состава и количества оборудовани€, разрабатывают структуру, определ€ют технические характеристики издели€ и устройств, вход€щих в его состав.

ѕри этом может вы€витьс€ невозможность построени€ издели€, отвечающего требовани€м “«. ¬ этом случае требуетс€ корректировка “« с последующим его утверждением заказчиком, либо дальнейша€ разработка прекращаетс€.

“≈’Ќ»„≈— ќ≈ ѕ–ќ≈ “»–ќ¬јЌ»≈

«адачи :

- подробна€ разработка принципа работы издели€ и всех его составных блоков;

- уточнение технических характеристик;

- разработка конструкции блоков, узлов и всего издели€;

- получение конструкторских характеристик;

- согласование взаимодействи€ всех составных частей издели€;

- разработка технологии их изготовлени€;

- определение технологии сборки и наладки, методики и программных испытаний.

¬ результате должно быть подготовлено производство опытного образца.

–јЅќ„≈≈ ѕ–ќ≈ “»–ќ¬јЌ»≈

ќсновна€ задача - разработка технологической оснастки и оборудовани€ дл€ серийного выпуска издели€.

¬недрение систем автоматизированного проектировани€ (—јѕ–) не измен€ет сути процесса проектировани€. “ем не менее, характер де€тельности разработчика с внедрением —јѕ– существенно мен€етс€, так как разработка издели€ в автоматизированном варианте предполагает согласованное взаимодействие оператора и Ё¬ћ. Ёто обеспечивает существенное повышение производительности труда и повышение качества проекта.

¬ процессе автоматизированного проектировани€ на оператора возлагаютс€ творческие функции.  ак правило, это св€зано с выбором варианта решени€, определени€ структуры, метода расчета и др. Ёти функции трудно формализовать. «десь опыт и талант конструктора, инженера определ€ют конечный результат.

Ё¬ћ поручают рутинную работу. ѕеречислим ее основные виды:

- хранение и накопление в машинном архиве сведений, необходимых разработчику;

- поиск и выдача информационных справок по запросам пользовател€ (типовые решени€, характеристики узлов, рекомендации по применению, сведени€ об уровне запасов комплектующих материалов и др.);

- обеспечение редактировани€ текстовой конструкторской документации, создаваемой инженером;

- автоматическое вычерчивание графической документации (чертежи деталей, схемы электрические и др.);

- решение некоторых частных, хорошо алгоритмизированных задач, которые характерны дл€ автоматизированного проектировани€ определенного класса изделий. ѕримененительно к разработке радиоэлектронной аппаратуры хорошо алгоритмизированными задачами €вл€ютс€ следующие:

- моделирование поведени€ того или иного узла по описанию его принципиальной электрической схемы при заданном входном воздействии,

- трассировка соединений на этапе конструировани€ платы печатного монтажа,

- расчет тепловых режимов узлов аппаратуры,

- построение последовательности обхода точек сверлени€ платы и др.

..ѕ–ќ÷≈—— ѕ–ќ≈ “»–ќ¬јЌ»я »«ƒ≈Ћ»… ЁЋ≈ “–ќЌЌќ… “≈’Ќ» »
уровней),

- выделени€ аспектов описани€ объекта проектировани€.

”ровни абстрагировани€ » –јƒ»ќЁЋ≈ “–ќЌЌќ… јѕѕј–ј“”–џ

–ассмотрим несколько подвопросов.

1. ”ровни абстрагировани€ и аспекты описаний проектируемых объектов.

Ѕольшинство видов электронной техники и радиоэлектронной аппаратуры, а также большие и сверхбольшие интегральные схемы относ€тс€ к сложным системам.

ƒадим определение сложной системы.

—Ћќ∆Ќјя —»—“≈ћј - система, обладающа€, по крайней мере, одним из перечисленных признаков:

а) допускает разбиение на подсистемы, изучение каждой из которых, с учетом вли€ни€ других подсистем в рамках поставленной задачи, имеет содержательный характер;

б) функционирует в услови€х существенной неопределенности и воздействие среды на нее обусловливает случайный характер изменени€ ее параметров или структуры;

в) осуществл€ет целенаправленный выбор своего поведени€.

ѕроцесс их проектировани€ характеризуетс€ высокой размерностью решаемых задач, наличием большого числа возможных вариантов, необходимостью учета разнообразных факторов.

¬ основе проектировани€ сложных систем блочно-иерархический подход. —ущность блочно-иерархического состоит в уменьшении сложности решаемой проектной задачи. Ёто осуществл€етс€ за счет:

- выделени€ р€да уровней абстрагировани€ (иерархических различаютс€ степенью детализации представлений об объекте.

Ётапы нисход€щего проектировани€:

 омпоненты объекта, рассматриваемые как элементы на некотором уровне с номером k, описываютс€ как подсистемы на соседнем уровне с номером k+1.

ќтносительно аспектов описани€ объекта.

јспекты могут быть:

- функциональные,

- конструкторские,

- технологические.

а) ‘ункциональные аспекты можно разделить на:

- системный,

- функционально- логический,

- схемотехнический,

- компонентный.

Ќа системном уровне в качестве систем выдел€ют комплексы. ѕримерами комплексов могут быть Ё¬ћ, радиолокационна€ станци€. ¬ качестве элементов выдел€ют блоки (устройства) аппаратуры процессор, модем, передатчик.

Ќа функционально-логическом уровне эти блоки рассматривают как системы, состо€щие из элементов. Ёлементами €вл€ютс€ функциональные узлы - счетчики, дешифраторы, отдельные триггеры, вентили, усилители, модул€торы и др.

Ќа схемотехническом уровне функциональные узлы описываютс€ как системы, состо€щие из элементов радиоэлектронных схем - транзисторов, конденсаторов, резисторов и др.

Ќа компонентном уровне рассматриваютс€ процессы, которые имеют место в схемных компонентах.

б)  онструкторскому аспекту присуща сво€ иерархи€ компонент. ќна включает различные уровни описани€ рам, стоек, панелей, типовых элементов замены, дискретных компонент и микросхем, топологических фрагментов функциональных €чеек и отдельных компонент в кристаллах интегральных микросхем.

2. ќперации, процедуры и этапы проектировани€.

ѕроцесс проектировани€ делитс€ на этапы.

Ё“јѕ ѕ–ќ≈ “»–ќ¬јЌ»я - условно выделенна€ часть процесса проектировани€, состо€ща€ из одной или нескольких проектных процедур. ќбычно этап включает процедуры, которые св€заны с получением описани€ в рамках одного аспекта и одного или нескольких уровней абстрагировани€. »ногда в процессе проектировани€ выдел€ют ту или иную последовательность процедур под названием "маршрут проектировани€".

Ётапы, в свою очередь, дел€тс€ на процедуры и операции.

ѕ–ќ÷≈ƒ”–ј - формализованна€ совокупность действий, выполнение которых заканчиваетс€ проектным решением.

ѕ–ќ≈ “Ќќ≈ –≈Ў≈Ќ»≈ - промежуточное или окончательное описание объекта проектировани€, необходимое и достаточное дл€ рассмотрени€ и определени€ дальнейшего направлени€ или окончательного проектировани€.

ѕри проектировании возможны различные последовательности выполнени€ процедур и этапов.

–азличают два способа проектировани€ (два типа маршрутов):

- восход€щее проектирование,

- нисход€щее проектирование.

¬осход€щее проектирование (снизу-вверх) имеет место, если проектируютс€ типовые объекты, предназначенные дл€ использовани€ в качестве элементов во многих объектах на более высоких уровн€х иерархии (например, серийные микросхемы, стандартные €чейки матричных больших интегральных схем).

Ќисход€щее проектирование охватывает те уровни, на которых проектируютс€ объекты, ориентированные на использование в качестве элементов в одной конкретной системе.

ѕроектированию свойственен итерационный характер. ѕри этом приближение к окончательному варианту осуществл€етс€ путем многократного выполнени€ одной и той же последовательности процедур с корректировкой исходных данных. »терации могут охватывать различные части проектировани€, включающие как несколько операций, так и несколько этапов.

ѕ–»ћ≈– 1.

- системотехническое проектирование (анализ тактико-технических требований на проектируемый комплекс, определение основных принципов функционировани€, разработка структурных схем);

- схемотехническое проектирование ( разработка функциональных и принципиальных схем);

- конструкторское проектирование ( выбор формы, компоновка и размещение конструктивов, трассировка межсоединений, изготовление конструкторской документации);

- технологическое проектирование ( разработка маршрутной и операционной технологии, определение технологической базы).

ѕ–»ћ≈– 2.

Ётапы восход€щего проектировани€ Ѕ»—:

- приборно-технологическое проектирование (выбор базовой технологии, выбор топологии компонентов, расчет диффузионного профил€);

- схемотехническое проектирование ( синтез принципиальной электрической схемы, оптимизаци€ параметров элементов, статистический анализ применительно к типовым €чейкам Ѕ»—);

- функционально-логическое проектирование (синтез комбинационных схем, реализаци€ пам€ти, синтез контролирующих и диагностических тестов);

- конструкторско-топологическое проектирование (размещение элементов, трассировка меж- соединений, проверка соответстви€ топологической и электрической схем , расслоение, вычерчивание послойной технологии).

3.  лассификаци€ параметров проектируемых объектов.

¬ описани€х проектируемых объектов фигурируют переменные и их параметры. —реди переменных выдел€ют:

- фазовые переменные - характеризуют физическое или информационное состо€ние объекта.

ѕараметры раздел€ют на р€д групп.   их числу можно отнести следующие:

- внешние параметры - характеризуют свойства внешней по отношению к исследуемому объекту —равнение нескольких полиномиальных и экспоненциальных функций

“аблица 1 позвол€ет сравнить скорости роста нескольких типичных среды;

ѕолиномиальные алгоритмы и труднорешаемые задачи

–азные алгоритмы имеют разную временную сложность и вы€снение того, какие алгоритмы достаточно эффективны и какие совершенно не эффективны будет всегда зависеть от конкретной ситуации. ƒл€ решени€ этой задачи предлагаетс€ следующий подход - ввод€тс€ пон€ти€:

Ј полиномиальный алгоритм;

Ј экспоненциальный алгоритм.

ѕолиномиальный алгоритм (полиномиальной временной сложности) - это алгоритм, временна€ сложность которого определ€етс€ выражением O [ p ( n ) ] , где p ( n ) - полиномиальна€ функци€, n - входна€ длина.

јлгоритм, временна€ сложность которого не поддаетс€ такой оценке называетс€ экспоненциальным.

“аблица 1 .

‘ункци€ временной

–азмерность, n

сложности

10

20

30

40

50

60

n

10-5 с

2*10-5 с

3*10-5 с

4*10-5 с

5*10-5 с

6*10-5 с

n2

10-4 с

4*10-4 с

9*10-4 с

16*10-4 с

25*10-4 с

36*10-4 с

n3

10-3 с

8*10-3 с

27*10-3 с

64*10-3 с

125*10-3 с

216*10-3 с

n5

0,1 с

3,2 с

24,3 с

1,7 мин

5,2 мин

13,0 мин

2n

0,001 с

1 с

17,9 мин

12,7 дней

35,7 лет

366 столетий

3n

0,059 с

58 мин

6,5 лет

3855 столетий

2*108 столетий

1,3* 1013 столетий

Ѕыстродействие Ё¬ћ 1000000 операций в секунду.

“аблица 2.

Ѕыстродействие Ё¬ћ

106

108

109

N 1

100*N1

1000*N1

N 2

10*N2

31,6*N2

N 3

4,64*N3

10*N3

N 4

2,5*N4

3,9*N4

N 5

N 5 + 6,64

N 5 +9,97

N 6

N 6 + 4,19

N 6 + 6,29

полиномиальных и экспоненциальных функций.

–азличие между типичных полиномиальными и экспоненциальными алгоритмами про€вл€етс€ более убедительно, если проанализировать вли€ние увеличени€ быстродействи€ Ё¬ћ на врем€ работы алгоритма. “аблица 2 показывает, насколько увеличитс€ размер задач, решаемой за 1 час, если быстродействие возрастет в 100 и 1000 раз. ¬идно, что дл€ функции 2n увеличение скорости вычислений в 1000 раз приводит лишь к тому, что размер задачи, решаемой на ней за 1 час возрастет на 10.

‘ункци€ временной

сложности

n2

n2

n2

n2

2n

3n

N P -задачи

¬ыделено 2 класса трудно решаемости:

1. ƒл€ отыскани€ решени€ требуетс€ экспоненциальное врем€.

2. »скомое решение настолько велико, что не может быть представлено в виде выражение, длина которого ограничена некоторым полиномом. Ёти задачи в курсе рассматриватьс€ не будут.

ѕервые результаты о трудно решаемых задачах были получены “ьюрингом. ќн доказал, что некоторые задачи УнеразрешимыФ в том смысле, что вообще не существует алгоритма их решени€. Ќекоторые задачи по теории автоматов, теории формальных €зыков и математической логики €вл€ютс€ трудно решаемыми.

NP-полна€ задача - это задача, к которой сводитс€ за полиномиальной врем€ люба€ задача из класса NP-задач. ‘ундаментальные исследовани€ и теорию NP-задач разработал —. ук в 1971 году. »м определено пон€тие сводимости за полиномиальное врем€. ≈сли одна задача сводитс€ за полиномиальное врем€ к другой, то любой полиномиальный алгоритм - решение другой задачи может быть превращен в полиномиальный алгоритм первой задачи.

¬ыделен класс задач распознавани€ свойств, которые могут быть решены за полиномиальное врем€ на недетерминированном вычислительном устройстве. ƒоказано, что люба€ задача из класса NP-задач может быть сведена к задаче выполнимой за полиномиальное врем€.

—уществуют 6 основных классов NP-полных задач:

1. «адачи выполнимости.

2. “рехмерное сочетание.

3. ¬ершинное покрытие.

4. ѕоиск клики.

5. √амильтонов цикл.

6. –азбиение.

- внутренние параметры - характеризуют свойства элементов ;

- выходные параметры - характеризуют свойства систем;

- ограничени€ выходных параметров.

ѕ–»ћ≈– 3.

ѕрименительно к операционному усилителю:

а) переменные

- фазовые переменные - напр€жение и токи всех ветвей (рассматриваютс€ как функции времени или частоты);

б) параметры

- внешние параметры - напр€жени€ источников питани€, параметры входных сигналов и нагрузки, температура окружающей среды;

- внутренние параметры - номиналы резисторов, барьерные емкости и тепловые токи переходов в транзисторах, емкости конденсаторов;

- выходные параметры - коэффициент усилени€ на средних частотах, полоса пропускани€, потребл€ема€ мощность, динамический диапазон;

- ограничени€ - верхние границы допустимых значений коэффициентов усилени€, полосы пропускани€, динамического диапазона.

ѕрименительно к вычислительной системе:

а) переменные

- фазовые переменные - состо€ни€ отдельных устройств;

б) параметры

- внешние параметры - параметры входных источников за€вок;

- внутренние параметры - емкости запоминающих устройств, быстродействие процессоров, число каналов;

- выходные параметры - производительность системы, коэффициент загрузки оборудовани€, веро€тность решени€ поступающих задач, средние длины очередей за€вок на обслуживание;

- ограничени€ - нижние границы допустимых диапазонов значений производительности, коэффициентов загрузки оборудовани€, веро€тности обслуживани€ за€вок.

ѕри блочно-иерархическом подходе внутренние параметры k -го уровн€ €вл€ютс€ выходными параметры (k+1) -го уровн€. ѕри многоаспектном рассмотрении систем, включающих физически разнородные подсистемы, роль внешних переменных дл€ данной подсистемы играют фазовые переменные других подсистем. ќни вли€ют на рассматриваемую подсистему.

¬нутренние параметры €вл€ютс€ случайными величинами из-за разброса параметров комплектующих изделий, материалов и нестабильности условий изговлени€. ¬ыходные параметры также имеют случайный характер следствие случайных значений внутренних параметров.

4.  лассификаци€ проектных процедур.

 лассификаци€ проектных процедур приведена в табл.1.

“јЅЋ»÷ј 1. ѕ–ќ≈ “Ќџ≈ ѕ–ќ÷≈ƒ”–џ


јЌјЋ»«

—»Ќ“≈«

ќдновариантный ћноговариантный

ѕараметрический —труктурный

—татики „увствительности

ƒинамики —татистический

¬ частной области –асчет зависимостей

выходных параметров

—тационарных режимов от внутренних и внешних

параметров

”стойчивости

–асчет внутренних

параметров

ќптимизаци€ параметров

ќптимизаци€ допусков

ќптимизаци€ технических

требований

¬ процедурах анализа оцениваютс€ варианты построени€ объектов, а в процедурах синтеза - разрабатываютс€.

ќдновариантный анализ заключаетс€ в определении вектора выходных параметров Y при заданных:

- структуре системы,

- значени€х векторов параметров элементов X,

- значени€х внешних параметров Q.

—труктура системы задана, если заданы перечень типов элементов и способ их св€зи друг с другом в составе системы. ѕо известной структуре и значени€м X и Q могут быть созданы физическа€ или математическа€ модели и по результатам исследовани€ модели оценены значени€ gпараметров вектора Y.

ѕриемлемость полученных значений выходных параметров из вектора Y определ€етс€ путем сопоставлени€ их со значени€ми параметров из вектора T, указанных в техническом задании (“«).

“ребуемое по “« соотношение между значени€ми параметров yi и ti , i=1,n называют условием работоспособности по параметру yi .

”слови€ работоспособности могут быть представлены в следующем виде:

yi <= t i , (1)

уi >= t i , (2)

tнi <= y i <= tвi (3)

«адачи многовариантного анализа заключаютс€ в определении изменений вектора Y при заданных изменени€х векторов X и Q.

  типовым процедурам многовариантного анализа относ€тс€ следующие:

- анализ чувствительности - оценка вли€ни€ внутренних и внешних параметров на выходные. ѕри этом осуществл€етс€ расчет коэффициентов чувствительности;

- статистический анализ - оценка закона и (или) числовых характеристик распределени€ вектора Y при заданных статистических сведени€х о распределении случайного вектора ’.

ѕри синтезе выдел€ют процедуры параметрического и структурного синтеза. ѕри параметрическом синтезе определ€ютс€ числовые значени€ параметров элементов при заданных структуре объекта и диапазоне возможного изменени€ внешних переменных. ≈сли при этом ставитс€ задача достижени€ экстремума некоторой целевой функции, то выполн€етс€ процедура оптимизации.

ѕри оптимизации параметров определ€ютс€ номинальные значени€ внутренних параметров, при оптимизации допусков - дополнительно допуски на внутренние параметры, при оптимизации технических требований решаетс€ задача оптимального назначени€ технических требований к выходным параметрам объекта.

¬ большинстве маршрутов проектировани€ процедуры синтеза и анализа наход€тс€ во взаимосв€зи. Ќа рис. 2 показана схема типового маршрута проектировани€.

ѕосле формировани€ “« (исходного описани€ объекта проектировани€) и выбора (синтеза) первоначального варианта структуры и значений параметров элементов следует анализ объекта. ≈сли при анализе необходимо установить соответствие синтезированной структуры исходному описанию, то анализ называют верификацией проекта.

–азличают верификацию параметрическую и структурную. ѕри параметрической верификации устанавливаетс€ соответствие областей работоспособности двух сравниваемых вариантов объекта. ѕримером параметрической верификации €вл€етс€ процедура установлени€ работоспособности типового элемента замены (“Ё«а). ѕри структурной верификации провер€етс€ соответствие структур объекта, представленных двум€ различными описани€ми. ѕример структурной верификации - установление изоморфизма графов, которые описывают топологию и принципиальную электрическую схему типового элемента замены.

ќбычно по результатам анализа принимаетс€ решение относительно улучшени€ первоначального варианта. Ёто выполн€етс€ путем изменени€ числовых значений параметров элементов. ƒанный процесс можно формализовать и представить как решение задачи параметрической оптимизации.

≈сли после завершени€ оптимизации требовани€ “« не выполнены, то принимаетс€ решение на изменение структуры. ѕосле этого осуществл€етс€ указанна€ последовательность операций.

≈сли не удаетс€ получить удовлетворительные результаты, ставитс€ вопрос относительно коррекции “«.

ѕолный и тщательный анализ требует больших материальных и временных затрат. ѕоэтому на первых итераци€х в маршруте, показанном на рис.2, выполн€ют упрощенный анализ.

»спользование сложных моделей, проведение параметрической верификации и всестороннего многовариантного анализа целесообразно лишь на завершающих итераци€х.

ƒл€ функционального проектировани€ характерны большие затраты на анализ. ѕримерами подобных задач €вл€ютс€ такие как определени€ состава устройств вычислительной системы и способов их взаимодействи€ или задач разработки принципиальных электрических схем. ƒл€ этих задач обычно примен€ют эвристические способы синтеза структуры с перебором небольшого числа вариантов. ќсновные усили€ затрачиваютс€ на выполнение многовариантного анализа и оптимизации.

≈сли удаетс€ организовать приближенную оценку вариантов структуры на основе легко провер€емых критериев, то возможен просмотр большого числа вариантов структуры. Ёто дает возможность формализовать процесс решени€ задачи синтеза.

— подобным сталкиваютс€ при решении коммутационно-монтажных задач конструкторского проектировани€ и задач функционально-логического проектировани€ комбинационных схем цифровой автоматики.

‘ормирование или корректировка “«

¬ыполнены требовани€ “«

»змен€ть параметры элементов

»змен€ть структуру

—интез варианта структуры

»зменение параметров X

јЌјЋ»«



¬ыбор исходных значений параметров


ќт предыдущего этапа проектировани€





—»Ќ“≈«





ќѕ“»ћ»«ј÷»я














ќформление технической документации и переход
к следующему этапу проектировани€

–ис.2. —хема типового маршрута проектировани€

—“–” “”–ј —јѕ–

ѕодсистемы —јѕ–

проектирующих подсистем.

- подсистема проектировани€ деталей и сборочных единиц,

- подсистема проектировани€ топологии Ѕ»— ,

- подсистема технологического проектировани€.

ѕримеры обслуживающих подсистем:

- подсистема графического отображени€ объектов проектировани€,

- подсистема документировани€,

- подсистема информационного поиска.

¬ зависимости от отношени€ к объекту проектировани€ проектирующие подсистемы дел€т на:

- объектно-ориентированные,- объектно-независимые.

¬ ¬ыдел€ют подсистемы проектирующие и обслуживающие. ѕроектирующие подсистемы выполн€ют проектные процедуры и операции. ќбслуживающие подсистемы предназначены дл€ поддержани€ работоспособности объектно-ориентированных подсистемах выполн€ютс€ процедуры и операции, непосредственно св€занные с конкретным типом объектов проектировани€; в объектно-независимых - унифицированные процедуры и операции.

¬иды обеспечени€ —јѕ–

¬ —јѕ– выдел€ют следующие виды обеспечени€:

- методическое,

- математическое,

- программное,

- техническое,

- лингвистическое,

- информационное,

- организационное.

ћетодическое обеспечение - документы , в которых определены состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектировани€.

ћатематическое обеспечение - совокупность математических методов и моделей, необходимых дл€ выполнени€ процесса автоматизированного проектировани€.

ѕрограммное обеспечение - совокупность программ, представленных в заданной форме, вместе с программной документацией.

“ехническое обеспечение - совокупность взаимосв€занных и взаимодействующих технических средств дл€ ввода, хранени€, переработки, передачи программ и данных, организации общени€ оператора с Ё¬ћ , изготовлени€ проектной документации.

»нформационное обеспечение - совокупность представленных в заданной форме сведений, необходимых дл€ выполнени€ автоматизированного проектировани€, в том числе описани€ стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов, комплектующих изделий, материалов и др.

ќрганизационное обеспечение - совокупность документов, определ€ющих состав проектной организации и ее подразделений, их функции, св€зи между ними и комплексом средств автоматизации.

”ровни —јѕ–

“ехническое обеспечение современных —јѕ– имеет иерархическую структуру. ѕрин€то выдел€ть следующие уровни:

- центральный вычислительный комплекс (÷¬  ),

- автоматизированные рабочие места ( ј–ћ ),

- комплекс периферийного программно-управл€ющего оборудовани€.

÷ентральный вычислительный комплекс предназначен дл€ решени€ сложных задач проектировани€. ѕредставл€ет собой Ё¬ћ средней или высокой производительности с типовым набором периферийных устройств. ¬озможно расширение этого набора некоторыми средствами обработки графической информации. ƒл€ повышени€ производительности в ÷¬  могут использоватьс€ многопроцессорные или многомашинные комплексы.

ј–ћы предназначены дл€ решени€ сравнительно несложных задач и организации эффективного общени€ пользовател€ —јѕ– с комплексом технических средств. ¬ключает в свой состав мини-Ё¬ћ и (или) микро-Ё¬ћ , графические и символьные дисплеи, координатосъемщики, устройства символьного и графического документировани€ и другие с соответствующим базовым и прикладным программным обеспечением. ƒл€ некоторых ј–ћ характерен интерактивный режим работы с обработкой графической информации.

 омплекс периферийного программно-управл€ющего оборудовани€ предназначен дл€ получени€ конструкторско-технологической документации и управл€ющих программ на машинных носител€х дл€ исполнительных технологических автоматов. ¬ его составе исполнительное программно-управл€ющее оборудование , средства диалогового взаимодействи€. ¬ составе Ё¬ћ с большим объемом внешней пам€ти. ѕодобные комплексы обычно называют технологическими. Ќа данном оборудовании решаютс€ задачи редактировани€, тиражировани€, архивного сопровождени€ документации и др.

Ќаличие указанных уровней приводит к соответствующей структуре программного и информационного обеспечени€ —јѕ–. ¬ результате уровни ÷¬ , ј–ћ и “  , первоначально выдел€емые как уровни технического обеспечени€, станов€тс€ уровн€ми —јѕ–.

—уществующие —јѕ– дел€тс€ на одно-, двух- и трехуровневые. ¬ одноуровневых —јѕ–, построенных на основе ÷¬ , выполн€ютс€ процедуры, характеризующиес€ высокой трудоемкостью вычислений при сравнительно малых объемах исходных данных. ¬ одноуровневых —јѕ– на основе ј–ћ выполн€ютс€ процедуры, в которых объемы вычислений и выпускаемой документации сравнительно невелики. ¬ одноуровневых технологических комплексах содержание проектной документации определ€етс€ в результате неавтоматизированного проектировани€, а изготовление ее автоматизировано. ѕри этом объем выпускаемой документации может быть большим.

¬ двухуровневых —јѕ– возможны сочетани€ ÷¬ -ј–ћ, ÷¬ -“ , ј–ћ-“ .

¬ наибольшей степени возможности автоматизированного проектировани€ сложных объектов реализуютс€ в трехуровневых —јѕ–, включающих ÷¬  , ј–ћы и “ .

—в€зь с гибким автоматизированным производством.

јвтоматизированное проектирование изделий заканчиваетс€ изготовлением конструкторской документации и управл€ющих программ на машинных носител€х. Ќа завершающих этапах проектировани€ внос€тс€ технологические дополнени€ и коррекции. ƒалее изготавливаетс€ пробный образец. ѕосле его анализа осуществл€етс€ аттестаци€ проекта. Ёто обеспечиваетс€ на основе введени€ автоматизированных производственных линий в состав технологического комплекса.

јттестованные машинные носители с управл€ющими программами в дальнейшем копируютс€. Ќа их основе выполн€етс€ перестройка исполнительного оборудовани€ на изготовление другого издели€. ќтмеченное €вл€етс€ одним из основных условий реализации гибкого автоматизированного производства.

¬џ¬ќƒџ:

1. –ассмотрены основные этапы процесса проектировани€ радиоэлектронной аппаратуры. ѕоказана необходимость автоматизации процессов проектировани€.

2. ќпределены пон€тие системы автоматизированного проектировани€, ее назначение, структура, св€зь с гибким автоматизированным производствам.

Ћ≈ ÷»я є2

“ема: У¬ычислительные сети и ј–ћыФ

Ќ≈ќЅ’ќƒ»ћќ—“№ —ќ«ƒјЌ»я

“ерриториальное разнесение отдельных Ё¬ћ и комплексов —јѕ– вызывает необходимость включени€ в состав технических средств аппаратуры сопр€жени€, передачи данных и телеобработки. ѕри этом технические средства крупных —јѕ– структурно объедин€ютс€ в вычислительные сети. ѕреимущества организации вычислительных сетей —јѕ– заключаютс€ в следующем:

1 . ѕользователи, работающие на аппаратуре в конкретном подразделении предпри€ти€, получают доступ к базам данных и программным средствам, которые имеютс€ в других территориально разнесенных узлах вычислительной сети. Ёто расшир€ет функциональные возможности —јѕ–.

2. ѕо€вл€етс€ возможность оптимального распределени€ нагрузки между различными Ё¬ћ, а также возможность предоставлени€ конкретному пользователю в случае необходимости значительных вычислительных ресурсов.

3. ѕовышаетс€ надежность функционировани€ технических средств —јѕ–.

 Ћј——»‘» ј÷»я ¬џ„»—Ћ»“≈Ћ№Ќџ’ —≈“≈…

¬ычислительные сети —јѕ– классифицируютс€ по р€ду признаков. ¬ таблице 2 представлена эта классификаци€.

ѕризнак классификации

вычислительных сетей

“ип св€зей

ѕримечание

“опологи€

св€зей

–адиальна€ (звездообразна€)

 ольцева€

–адиально-кольцева€

–аспределенна€ (децентрализованна€)

ќбычные двухуровневые —јѕ–,

в которых имеетс€ центральный

вычислительный комплекс и

несколько ј–ћов

—остав средств

передачи данных

ќднородна€

—остоит из

программно-совместимых Ё¬ћ

—пособ передачи

данных

— некоммутируемыми каналами

— коммутацией каналов

— коммутацией сообщений

— коммутацией пакетов

—о смешанной коммутацией

¬ сеансах св€зи образуютс€ транзит-ные каналы между св€зываемыми узлами сети

ѕоэтапна€ передача сообщений через центры коммутации сообщений

ѕоэтапна€ передача пакетов информации определенной длины

—очетание коммутации каналов сообщений, пакетов

—пособ управлени€

÷ентрализованна€

ƒецентрализованна€

”правление потоками данных осуществл€етс€ центральным узлом св€зи

”правление потоками данных распределено по узлам сети

”даленность узлов

Ћокальна€

ƒистанционна€

–ассто€ни€ между узлами ограничены заданной величиной L

–ассто€ни€ превышают величину L

Ќа рис.3. представлен пример вычислительной сети —јѕ–, в которой нижний уровень образуют комплексы DMS-2, верхний уровень - ÷¬  на основе высокопроизводельной Ё¬ћ типа IBM-370.8 комплексов IDS-3 образуют вместе с соответствующим DMS-2 радиальную сеть, узлы DMS-2 св€заны друг с другом распределенную сеть.

ѕримеры проектирующих подсистем:

IBM-370

DMS-2

DMS-2

DMS-2

DMS-2







к IDS-3 к IDS-3





–ис.3. ѕример вычислительной сети —јѕ–

”стройства телеобработки, сопр€жени€ и передачи данных

Ёти устройства предназначены дл€ организации св€зи с удаленными рабочими местами и дл€ межмашинного обмена данными в многоуровневых и сетевых —јѕ–. –азличают системы св€зи (телефонные и телеграфные каналы, релейные и кабельные линии), мультиплексоры передачи данных (ћѕƒ), аппаратуру передачи данных(јѕƒ), абонентские пункты (јѕ) и интерфейсы (»).

устройства:

-  Ё¬ћ - коллективна€ Ё¬ћ,

- ѕ  - персональный компьютер,

ћультиплексор передачи данных подключаетс€ к мультиплексному каналу ввода-вывода через стандартный интерфейс и управл€ет передачей и частичной обработкой информации от Ё¬ћ на абонентские пункты и другие Ё¬ћ. ¬озможно снижение нагрузки на центральный процессор Ё¬ћ, если обработка выполн€етс€ частично в ћѕƒ. ¬ этом случае он ставитс€ процессором телеобработки данных (процессором передачи данных).

јппаратура передачи данных обеспечивает сопр€жение мультиплексоров передачи данных и абонентских пунктов с каналами св€зи. јбонентские пункты передают Ё¬ћ и принимают от нее информацию.

≈сли абонентские пункты провод€т предварительную обработку получаемых и передаваемых данных, их называют "интеллектуальными" абонентскими пунктами.

јппаратура передачи данных включает следующие устройства:

- модемы и устройства преобразовани€ сигналов,

- вызывные устройства дл€ коммутируемых линий св€зи,

- устройства защиты от ошибок.

ћодем (устройство модул€ции и демодул€ции) преобразует двоичные сигналы от мультиплексора или абонентского пункта в модулированные сигналы на несущей частоте дл€ их передачи по лини€м св€зи, а при приеме осуществл€ют обратное преобразование (демодул€цию).

јбонентский пункт состоит из одного или нескольких периферийных устройств со специальным устройством управлени€. ”стройство управлени€ обеспечивает работу периферийных устройств, как автономную так и под управлением Ё¬ћ. »нтерфейсы согласуют работу отдельных блоков по уровн€м логических сигналов и конструкци€м разъемов. јппаратура передачи данных бывает:

- низкоскоростна€ (со скорост€ми передачи информации - до 200 бит/сек (по стандартным телеграфным каналам),

- среднескоростна€ - до 4800 бит/сек (по каналам тональной частоты),

- высокоскоростна€ - более 4800 бит/сек (по широкополосным каналам).

–ј—ѕ–≈ƒ≈Ћ≈ЌЌџ≈ ¬џ„»—Ћ»“≈Ћ№Ќџ≈ —≈“»

ѕример распределенной вычислительной сети —јѕ– приведен на рис 4.

–аспределенна€ сеть содержит локальную вычислительную сеть кольцевого типа, котора€ объедин€ет разнотипные Ё¬ћ и периферийные - √ƒ - графический дисплей,

- ƒ - алфавитно-цифровой дисплей,

- √ѕ - графопостроитель

. . .

. . .

”—

√јѕ

ћѕ 

ѕ 

≈—

ѕ 

ћ

ѕ 

ƒ

√ѕ

√ƒ

 Ё¬ћ

ћѕ 

ћ

ѕ 

ƒ

√ѕ

√ƒ

 Ё¬ћ









–ис.4. –аспределенна€ вычислительна€ сеть —јѕ–.

- ћѕ  - мультиплексор - концентратор,

- ћ - модем,

- “ - телефонный канал,

- √јѕ - Ё¬ћ гибкого автоматизированного производства,

- ”— - узел св€зи

Ќесколько входов в сеть объединены в мультиплексоре-концентраторе дл€ передачи данных по выделенному телефонному каналу. Ќа другой стороне канала ћѕ  радиально соедин€ет р€д разнотипных Ё¬ћ, в том числе и Ё¬ћ гибкого автоматизированного производства.

ќдин из входов локальной вычислительной сети через модем имеет выход в телефонную сеть. ѕри этом обеспечиваетс€ св€зь локальной вычислительной сети с любым абонентом, имеющим аналоговый выход. ¬ этом случае возможна координаци€ процессов проектировани€ и изготовлени€ через коммутируемые каналы св€зи.

ј¬“ќћј“»«»–ќ¬јЌЌџ≈ –јЅќ„»≈ ћ≈—“ј ѕ–ќ≈ “»–ќ¬ў» ќ¬

Ќј«Ќј„≈Ќ»≈

јвтоматизированное рабочее место (ј–ћ) проектировщика представл€ет собой комплекс технических средств, который обеспечивает оперативный и легкий доступ оператора к Ё¬ћ и помогает реализации итерационных циклов проектировани€ при диалоговом режиме работы.

ј–ћ позвол€ет обмениватьс€ с Ё¬ћ информацией в графической форме.

‘ункционально ј–ћы могут использоватьс€ в качестве основы автономных —јѕ– или подсистем функционально-логического, схемотехнического, приборно-технологического, конструкторского проектировани€ различных —јѕ– –Ёј.

 омплексы ј–ћ могут быть использованы в качестве:

- одного из уровней многоуровневых —јѕ–,

- рабочих мест на уровне ÷¬ ,

- технологических комплексов дл€ адаптации конструкторского проекта к различному технологическому оборудованию,

- одного из технологических маршрутов, включа€ совместную работу с управл€ющими Ё¬ћ технологического комплекса в режиме обратной св€зи,

- инструментальных комплексов дл€ разработки системного и прикладного программного обеспечени€ дл€ подсистем —јѕ–.

–ассмотрим два режима работы ј–ћ: автономный и непосредственной св€зи с ÷¬ .

¬ автономном режиме ј–ћ используютс€ дл€ решени€ отдельных проектных задач, не требующих высокой производительности и большого объема оперативной пам€ти.  ак правило, они св€заны с редактированием графической и текстовой информации и ее документированием.

ѕримеры проектных задач:

- проектирование печатных плат и механических узлов с выпуском комплектов управл€ющих перфолент и документации;

- проектирование фотошаблонов микросхем —¬„ узлов и микрополосковых трактов;

- подготовка управл€ющих перфолент дл€ станков с числовым программным управлением;

- проектирование конструктивов.

¬ режиме непосредственной св€зи с ÷¬  технические программные средства ј–ћ играют роль интерактивно-графического комплекса —јѕ– и обеспечивают выполнение проектных операций. ќсновное назначение ј–ћ в этом случае - обеспечение эффективного общени€ проектировщика со средствами автоматизации проектировани€.

ѕримеры проектных задач:

- ввод и редактирование больших массивов входных данных и заданий;

- управление режимами работы —јѕ–,

- отображение и редактирование результатов проектировани€;

- выпуск технической документации;

- моделирование и оптимизаци€ элементов и схем Ѕ»—;

- компоновка и трассировка плат печатного монтажа и микросборок;

- создание и пополнение банков данных.

“≈’Ќ»„≈— »≈ —–≈ƒ—“¬ј ј–ћ

¬ ј–ћах технические средства группируютс€ (см. рис.5) вокруг высокопроизводительной мини-Ё¬ћ. ќна св€зана с периферийными устройствами, комплексами, уровн€ми или другими —јѕ–ами каналами высокой пропускной способности.

  каналам через интерфейс типа "ќбща€ шина" подключаютс€ технические средства рабочих мест. ќни состо€т из текстовых и графических средств ввода-вывода. ¬озможно использование микро-Ё¬ћ с оперативным и внешними запоминающими устройствами. —остав технических средств ј–ћов дл€ решени€ задач проектировани€ приведен в таблице 4.

Ќћƒ

ќ«”

ЌћЋ

–ћ

–ћ

 
ј
Ќ
ј
Ћ

ѕроцессор мини-Ё¬ћ

ћашинописные и перфоленточные устройства вывода

 
ј
Ќ
ј
Ћ

ƒругие Ё¬ћ

ƒругие —јѕ–

ƒругие ј–ћ









ј)

—имвольна€ печать

‘ункциональна€ клавиатура

√рафопостроитель

 одировщик

√рафический дисплей

—имвольный дисплей

Ќакопители на магнитных дисках

ѕроцессор микро-Ё¬ћ

Ќакопители на магнитной ленте

ќперативное запоминающее устройство


- систему управлени€ базой данных общего назначени€;

- справочно-обучающую.

–азвитие технологии проектировани€ и специального программного обеспечени€ св€зано с внедрением бригадного метода. ≈го существо заключаетс€ в одновременной работе нескольких проектировщиков на с

















–ис.5. —труктура технических средств ј–ћ (а) и состав аппаратуры рабочих мест (б).

“аблица 4

ћодель ј–ћ

Ќазначение

—остав технических средств

ј–ћ-–-01

ћинимальный базовый комплект как основа других вариантов

Ё¬ћ типа —ћ, ќ«” емкостью 8  слов, 16 разр€дов, Ќћƒ 1370, дисплей VT-340

ј–ћ-–-02

–азмещение, редактирование графической и текстовой информации, диалога с ÷¬  —јѕ– на базе ≈— Ё¬ћ

ј–ћ-–-01 с графическим дисплеем
Ёѕ√-400

ј–ћ-–-03

»нструментальный комплекс дл€ разработки программного обеспечени€

ј–ћ-–-01 с устройством мозаичной печати DZM-180

 ќћѕЋ≈ —»–ќ¬јЌ»≈ ј–ћ

—остав базового программного обеспечени€ и технических средств ј–ћ позвол€ет использовать ј–ћ автономно или в нескольких вариантах сопр€жени€ с другой аппаратурой.

ј–ћы с одним или несколькими рабочими местами могут объедин€тьс€ в последовательный комплекс.  омплекс настраиваетс€ на решение одной или р€да последовательных на маршруте проектировани€ задач (рис.7.б).

Ќапример, ввод задани€ на разработку печатных плат, синтаксический контроль и размещение элементов выполн€ют на первом ј–ће и по каналу св€зи передают на второй ј–ћ. Ќа нем проводитс€ трассировка, корректировка и передача информации дл€ изготовлени€ комплекта конструкторской документации на третий ј–ћ.

ѕодобна€ маршрутно-специализированна€ конфигураци€ позвол€ет устранить непроизводительные затраты времени на смену магнитных носителей, загрузку систем и ограничить количество периферийных устройств.

ѕостроение информационно-графических комплексов дл€ —јѕ– на базе ј–ћ (рис.7.а, б, в, г) расшир€ет возможности и увеличивает эффективность применени€ —јѕ–. Ќј ÷¬  выполн€ютс€ программные модули по директивам с ј–ћов, а ввод, контроль, вывод и редактирование производитс€ пользователем на средствах ј–ћ.

¬ этом случае требуетс€ удаленное размещение технических средств ј–ћ и ÷¬ . ƒл€ этого используютс€ устройства сопр€жени€ (групповые устройства сопр€жени€ - √”— и индивидуальные »”—), телефонные каналы св€зи , мультиплексоры и аппаратура передачи данных.























–ис.7. ¬арианты использовани€ ј–ћ в —јѕ–:

а - групповое ј–ћ;

б - маршрутно-ориентированное ј–ћ;

в - иерархически св€занные ÷¬ -ј–ћ;

г - удаленные ј–ћ в иерархических —јѕ–.

ѕ≈–—ѕ≈ “»¬џ –ј«¬»“»я ј–ћ

ƒальнейшее развитие ј–ћ св€зано с:

- использованием новых технических средств,

- разработкой нового базового и прикладного программного обеспечени€,

- развитием технологии автоматизированного проектировани€,

- объединением ј–ћ в иерархические и сетевые структуры.

Ўирокое распространение получают профессиональные персональные Ё¬ћ с использованием процессоров 386 и 486 и специализированных, а также соответствующего программного обеспечени€.

ѕараметры новых ј–ћ:

- быстродействие - 5-10 млн.оп/сек,

- объем внешней пам€ти - до 500 ћбайт,

- скорость обмена информацией по каналам св€зи - свыше 2 ћбайт/сек.

–абочие места будут оборудованы цветными графическими диспле€ми с регенерацией или растровыми с размерами экрана до 50 см по диагонали и проекционных с площадью экранов в несколько квадратных метров.

Ѕазовое программное и лингвистическое обеспечени€ должны включать в себ€:

- средства создани€ многомашинных сетевых и иерархических структур;

- мониторную систему;

- операционную систему реального времени;

в€занных друг с другом ј–ћами по разработке логики и схемотехники Ѕ»—, топологии Ѕ»— и печатных плат, конструкций узлов и блоков изделий –Ёј.

 ќћѕЋ≈ —»–ќ¬јЌ»≈ “≈’Ќ»„≈— »’ —–≈ƒ—“¬ —јѕ–

 омплектование технических средств —јѕ– производитс€ на основе следующих требований:

- полноты,

- унификации,

- расшир€емости,

- резервируемости,

- экономичности разработки и эксплуатации,

- эксплуатационного удобства и технологичности.

ѕолнота технических средств означает наличие в —јѕ– набора технических средств всех групп дл€ выполнени€ операций по всему циклу автоматизированного проектировани€.

”нификаци€ технических средств означает использование однотипных единиц оборудовани€ дл€ выполнени€ одних и тех же функций на различных уровн€х —јѕ–.

–асшир€емость (открытость) технических средств означает возможность количественных и качественных изменений в составе технических средств по изменению требований к производительности и степени автоматизации проектировани€, а также по€влени€ новых более совершенных типов оборудовани€.

–езервируемость технических средств реализуетс€ дублированием тех или иных средств и позвол€ет снизить вли€ние их сбоев и отказов на функционирование —јѕ–. »збыток технических средств не только повышает живучесть —јѕ–, но и €вл€етс€ об€зательным условием успешной обработки потока задач, интенсивность которого измен€етс€ во времени.

Ёкономичность разработки технических средств позвол€ет удешевить создание и внедрение —јѕ– за счет последовательного многоэтапного ввода оборудовани€ и наращивани€ мощности —јѕ– с небольшим опережением относительно роста текущих потребностей.

Ёкономичность эксплуатации технических средств позвол€ет снизить непроизводительные потери за счет сочетани€ режимов реального времени с пакетной обработкой, коллективного использовани€ рабочих мест.

Ёксплуатационное удобство технических средств позвол€ет увеличить производительность разработчика и снизить уровень ошибок при взаимодействии оператора с Ё¬ћ за счет совершенства программно-аппаратного обеспечени€.

“ехнологичность технических средств характеризуетс€ степенью соответстви€ состава оборудовани€ перечню проектных операций, свойственных примен€емой технологии проектировани€ заданного объекта.

¬ соответствии с этими требовани€ми в последнее врем€ признаны наиболее целесообразными —јѕ– из унифицированных модулей. ќни имеют достаточно развитые технические и базовые программные средства. ¬ составе периферийных модулей широкое распространение получили "интеллектуальные терминалы" и "инженерные графические станции", создаваемые на основе микропроцессорных вычислительных средств.

¬ыводы:

1. –ассмотрены назначение, структура —јѕ–, технические средства.

2. –ассмотрены назначение, структура автоматизированных мест проектировщиков и их возможности по созданию аппаратуры.

3. ќпределены перспективы развити€ технических средств автоматизированного проектировани€.

Ќ≈…–ќ—“–” “”–џ

¬¬≈ƒ≈Ќ»≈

“еоретические основы нейросетевого подхода к изучению процессов переработки информации в мозге были заложены ћаккалоком и ѕиттсом .ќни изучили модельную нейронную сеть, представл€ющую

собой совокупность элементов( названных формальными нейронами),обменивающихс€ между собой информацией с помощью направленных св€зей.  аждый из формальных нейронов представл€ет собой простой процессор, осуществл€ющий суммирование сигналов, которые поступают на его входы. ≈го состо€ние характеризуетс€ внутренней переменной , принимающей значение 0 ( пассивное состо€ние), если сумма сигналов на входах меньше фиксированного порога, и 1 ( активное состо€ние, в котором нейрон способен посылать сообщени€ другим нейронам в сети ), если указанна€ сумма превышает порог. јвторами

показано, что сеть таких нейроподобных элементов в принципе способна выполн€ть различные логические функции и по своей вычислительной мощности сопоставима с вычислительными машинами фон

неймановского типа.

ѕозднее ‘. –озенблатт предложил архитектуру нейронной сети, получившую название персептрона . Ёто вызвало большой интерес, поскольку открывалась возможность создани€ технических устройств, способных решать интеллектуальные задачи, такие как распознавание образов.

ќсновным элементом персептрона €вл€етс€ пороговый вентиль, аналогичный формальному нейрону ћак- оллака и ѕиттса. ќн осуществл€ет суммирование с определенными весами сигналов, поступающих

от других нейронов, и переходит в состо€ние логической единицы(или наоборот, нул€), если эта сумма превышает пороговое значение.

¬ последние годы наблюдаетс€ рост активности в области теории и технической реализации искусственных нейронных сетей, в идейном отношении близких к персептрону –озенблатта. ¬ работах јндерсона, √россберга,  охонена, ’опфилда и др., выполненных в конце 70-х - начале 80-х годов, были разработаны более сложные и гибкие архитектуры сетей, составленных из нейроподобных элементов, и изучены функциональные возможности таких систем. —ледует отметить, что этот процесс происходил на фоне общего возрастани€ интереса к многопроцессорным системам(к которым относ€тс€ в том числе и нейронные сети) и к реализации на них параллельных процессов обработки информации. —очетание в архитектуре нейронных

сетей массированного параллелизма при обработке информации с использованием элементов-св€зей ( аналогов синапсов в биологии ) на стадии обучени€ системы выделило нейронные сети в самосто€тельный

класс многопроцессорных вычислительных устройств.

«десь рассмотрим основные архитектуры нейронных сетей, их общие и функциональные свойства и наиболее распространенные алгоритмы обучени€ сетей.

ќ—Ќќ¬Ќџ≈ ј–’»“≈ “”–џ » ќ—ќЅ≈ЌЌќ—“»

Ќа рис.1 приведена классификаци€ нейросетевых систем.

–ис.1. ƒиаграмма, иллюстрирующа€ св€зь нейросетевых структур с многопроцессорными архитектурами.

FAN - процессор с распространением возбуждени€.

—реди признаков, отличающих нейронные сети, часто называют массированный параллелизм при вычислени€х, а также возможность программировани€ сетей путем обучени€ или адаптации. ¬ыдел€ют

также локальность пам€ти каждого из нейронов.

ЁЋ≈ћ≈Ќ“џ »— ”——“¬≈ЌЌџ’ Ќ≈…–ќЌЌџ’ —≈“≈… - Ќ≈…–ќЌџ » —¬я«»

Ќейронна€ сеть представл€ет собой совокупность элементов двух типов-процессоров, называемых нейронами, и элементов ( в общем случае также процессоров) - называемых св€з€ми между нейронами.

Ќейрон - процессор специального вида, который имеет один выход и некоторое число входов (N) (рис.2.).  ак правило, предполагаетс€, что все нейроны выполн€ют одинаковую, сравнительно простую функцию

( либо существует небольшое число типов нейронов с различными функци€ми), например, сложение величин сигналов , i = 1,...,N , поступающих на его входы ( возможно, с некоторыми весами ). ¬ыходной сигнал нейрона определ€етс€ с помощью суммы i вида

≠≠ = g [] ,

где g - нелинейна€ функци€, определенна€ дл€ каждого типа нейрона, ќ - порог. ѕороговому элементу

i ћаккалока и ѕиттса соответствует функци€ g(x), имеюща€ вид ступеньки ( рис.3.а)

g(x) = O (x) , O(x) = .

ƒл€ моделировани€ некоторых нейроподобных элементов подходит функци€, представленна€ на рис.3 г, вида g(x) = 1 - O (x).Ќелинейные функции более общего вида, в которых переходна€ область имеет конечную ширину а , изображены на рис.3. б и в. Ќейроны такого типа удобны дл€ моделировани€ аналоговых нейронных сетей.

–ис.3. ѕримеры нелинейных функций отклика нейронов, используемых дл€ моделировани€ сетей.

ћежду каждыми двум€ нейронами в сети ( с номерами i и j)могут быть установлены две направленные св€зи: (ij) и (ji) (рис.4).¬ некоторых случа€х, например в модели ’опфилда, эти св€зи считаютс€ равными.  аждой св€зи в сети присваиваетс€ вес . Ёто можно выполнить двум€ способами. ¬ первом случае считаетс€ , что собственно св€зи между нейронами представл€ют собой пассивные проводники, параметры которых неизменны. ¬ процессе обучени€ измен€ютс€ веса ( см. рис.1 ), с которыми суммируютс€ входные сигналы на каждом нейроне. ѕри этом нумераци€ входов всех нейронов предполагаетс€ согласованной с нумерацией нейронов в сети. ѕри втором способе все входы в нейрон предполагаютс€ эквивалентными, при обучении измен€ютс€ свойства св€зей ( например, их сопротивлени€, емкости или коэффициенты усилени€ вход€щих в них усилителей ). — точки зрени€ математического моделировани€ эти способы могут не различатьс€. ќднако при технической реализации в зависимости от используемой технологии может оказатьс€ предпочтительней один из указанных способов. Ќапример, пороговый вентиль относитс€

к первому типу, а сеть из аналоговых усилителей с насыщением - ко второму.

“»ѕџ ј–’»“≈ “”–

а) —ети ’опфилда

ћодель, предложенна€ ’опфилдом, относитс€ к типу бинарных (или как вариант, бипол€рных, когда, переменна€, описывающа€ внутреннее состо€ние нейронов, может принимать и отрицательное значение, например +1 и -1), а ее обучение представл€ет собой вариант обучени€ с супервизором. ќна основываетс€ на некоторых аналоги€х с физическими системами, в частности, со спиновыми стеклами , а также с нелинейными динамическими системами, обладающими подход€щей структурой аттракторов в фазовом пространстве.  аждый такой аттрактор может рассматриватьс€ как отдельна€ запись информации ( образа ) в пам€ти системы. –елаксаци€ системы из произвольного начального состо€ни€ ( имеющего смысл предъ€вленного

стимула) к устойчивой точке представл€ет собой физическую аналогию восстановлени€ информации по достаточной ее части - распознавани€ образов.

¬ модели ’опфилда состо€ние системы описываетс€ N -мерным вектором V = (), где

= 0 или 1 - описывает состо€ние i-го нейрона. —осто€ние системы, которому соответствует

одна из вершин единичного гиперкуба в N- мерном пространстве, мен€етс€ во времени по следующему алгоритму.  аждый нейрон измен€ет свое состо€ние в случайный момент времени со средней скоростью w так, что в следующий момент случайно выбранный элемент с номером i принимает значени€

= 1, если и

= 1, если (2)

«десь - порог срабатывани€ i-го нейрона. ¬ дальнейшем, как правило, предполагаетс€, что дл€ всех i либо =1/2 .

¬ последнем случае выбор порогов соответствует переходу к "бипол€рным" нейронам, состо€ни€ которых описываютс€ спиновыми переменными . ѕоэтому в большинстве случаев можно

просто говорить о модел€х (0,1) и (+_1), определ€€ тем самым возможные состо€ни€ элементов при нулевых порогах.

ƒл€ хранени€ образов пам€ти , s= 1,..., n используетс€ матрица св€зей следующего вида:

, i-=j , (3)

¬ такой сети воздействие на i-нейрон будет определ€тьс€ выражением дл€ "силы"( €вл€ющейс€ аналогом мембранного потенциала в нейробиологии)

i-=j, = 0.

ƒл€ случайно выбранных векторов среднее значение члена в скобках равно нулю, если s-=s'. “огда справедливо выражение:

принимает положительные значени€ при = 1 и отрицательные при =0.

ѕоэтому при пренебрежении шумом, даваемым членами с s-=s', состо€ние образов пам€ти устойчиво

( во вс€ком случае , при n < N ). ¬озможно по€вление дополнительных устойчивых состо€ний сети, не совпадающих с векторами пам€ти - "ложные образы ".

ƒинамика нейронной сети, описываема€ уравнени€ми (2)-(3), имеет в качестве аттракторов только устойчивые стационарные точки. ¬ случае симметричной матрицы “ в системе возможно наличие

большого числа стационарных состо€ний. “еори€ дискретных сетей ’опфилда получила в последнее врем€

значительное развитие. ¬озможность введени€ функции, имеющей смысл энергии, уменьшающейс€ в процессе релаксации начального состо€ни€ системы, позволила применить дл€ исследовани€ системы

хорошо разработанный аппарат статистической физики. ¬ частности, введение сопр€женной к энергии величины - эффективной "температуры" - позволило исследовать структуру устойчивых состо€ний и воз-

можности их изменени€ в процессе обучени€ .

¬озможна реализаци€ нейронной сети на аналоговых элементах (операционных усилител€х). Ёто позвол€ет использовать их дл€ решени€ задач комбинаторной оптимизации, коммиво€жере, задаче о

раскраске карт, задаче оптимизации размещени€ электронных элементов на чипе.

б) —≈“№  ќ— ќ

 оско предложил модель нейронной сети с синхронной динамикой, котора€ получила название двунаправленной ассоциативной пам€ти ( bidirectional associative memory, BAM). ќна представл€ет инте-

рес дл€ оптических реализаций нейронных сетей. ¬ этой модели вс€ совокупность нейронов разделена на подмножества ( вообще говор€, различной мощности) - ј и ¬ . —еть устроена таким образом, что

выходы нейронов подсети ј св€заны с входами нейронов подсети ¬ и наоборот( см. рис. ). ћатрица св€зей строитс€ по правилу:

оно имеет вид суммы пр€мых произведений векторов пам€ти

–ис. —хема модели двунаправленной ассоциативной пам€ти  оско.

ƒинамика этой системы описываетс€ парой уравнений

,

.

“ак же, как и в случае модели ’опфилда, дл€ ¬јћ единственными аттракторами в фазовом пространстве €вл€ютс€ устойчивые стационарные точки, называемые парой ( ). Ёти точки достигаютс€

из произвольного начального состо€ни€ - пары векторов ( ).

»меютс€ модификации нейронной сети  оско:

- за счет введени€ матриц св€зи общего вида ( ассиметричных, удовлетвор€ющих принципу "детального баланса"),

- за счет введени€ ненулевых порогов, что позвол€ет увеличить число устойчивых состо€ний системы ( их число в общем случае N находитс€ между 1 и 2 ).

в) ’≈ћћ»Ќ√ќ¬ј —≈“№

’еммингова сеть представлена на рис. .

ќна состоит из двух частей. Ќижн€€ подсеть служит дл€ формировани€ по входу - бинарному вектору длиной N - начального состо€ни€ дл€ нейронов верхней подсети. „исло нейронов в ней M.

¬еса св€зей дл€ нижней подсети и дл€ верхней, а также пороги дл€ нижней подсети устанавливаютс€ по следующим правилам:

, = N/2 , i=1,...,N , j=1,..., M, (4)

.

ѕороги дл€ верхней подсети устанавливаютс€ равными нулю. ¬ выражении (4) - i-ый элемент j-го вектора пам€ти (число нейронов в среднем слое M совпадает с числом записанных образов).

–ис. —хематическое изображение хемминговой сети.

¬ данной сети выполн€ютс€ итерации дл€ нейронов верхней подсети

при начальном условии

.

‘ункци€ g в этих выражени€х соответствует рис.3б, причем динамика чувствительна к выбору величины переходной области а. ѕроцесс итераций продолжаетс€ до тех пор, пока выходы всех нейронов,

за исключением одного, не станут отрицательными.

»меетс€ другое название сети ’емминга - сеть с латеральным торможением ( €вление латерального торможени€ широко распространено в нейрофизиологии).

г) ѕ≈–÷≈ѕ“–ќЌџ

ѕростейший персептрон состоит из одного сло€ нейронов, соединенных св€з€ми с N входами. —оответствующа€ схема представлена на рис. .

¬еса св€зей обозначены , i=1,...,N , j=1,...,M (M - число нейронов - пороговых элементов в слое).  аждый из нейронов осуществл€ет нелинейное преобразование сигналов, поступающих на его вход, согласно выражению (1)

, (6)

где g - порогова€ функци€, изображенна€ на рис.3а, - входные значени€, = 0,1 - переменные характеризующие выходы нейронов. ѕеременные могут принимать произвольные значени€ ( в частности, могут быть аналоговыми). —огласно ( 6 ), персептрон раздел€ет все N -мерное пространство входных переменных { } на классы посредством гиперплоскостей. ќни определ€ютс€ уравнени€ми вида:

ћожет существовать не более 2 таких классов. ¬еса св€зей и пороги могут быть фиксированными либо измен€тьс€ адаптивно. ѕростейший алгоритм адаптации был предложен –озенблаттом.

–ассмотрим случай, когда ћ=1.

¬ этом случае персептрон осуществл€ет разбиение множества всех входов на два класса

A ( y= +1 ) и B ( y= -1 ). ћодификаци€ весов св€зей (j= 1 ) производитс€ после каждого вычислени€

выхода нейрона в соответствии с выражением ( 6 ) при подаче на вход сети очередного вектора обучающей выборки:

где 0 < n <= 1, y (t) - состо€ние выхода нейрона при входном векторе x(t), дл€ которого желаемым вектором €вл€етс€ d(t). ≈сли выход совпадает с желаемым вектором, св€зи не измен€ютс€.

–озенблатт показал, что если входные векторы , принадлежащие поочередно одному из двух классов, разделимы в пространстве входов некоторой гиперплоскостью, то указанный алгоритм сходитс€.

Ќедостатком простых однослойных персептронов €вл€етс€ невозможность построить сложную раздел€ющую гиперповерхность в пространстве входов. ƒл€ того, чтобы это сделать, используют более

сложные модели - многослойные персептроны ( см. рис. ). ¬ этих модел€х ввод€тс€ "скрытые" слои нейронов, элементы которых не св€заны непосредственно с входами и выходами системы.

ƒвухслойные персептроны позвол€ют формировать выпуклые оболочки в пространстве входов

(отвечающие тому или иному классу).

“рехслойные персептроны дают возможность построить области произвольной сложности. ѕри этом ограничение только на число используемых в сети нейронов.

ќднако, обучение таких сетей €вл€етс€ весьма трудоемким процессом и дл€ формировани€ необходимых матриц св€зей необходимо примен€ть специальные алгоритмы.

јЋ√ќ–»“ћџ ќЅ”„≈Ќ»я Ќ≈…–ќЌЌџ’ —≈“≈…

¬озможность обучени€ €вл€етс€ важнейшей отличительной особенностью нейросетевого подхода к построению систем обработки информации. »меетс€ большое число вариантов процедур обучени€ ней-

ронных сетей. ќни могут быть разделены на два класса: обучение с супервизором и обучение без супервизора или самообучение. »спользование того или иного алгоритма обучени€ в значительной мере

определ€етс€ архитектурой сети.

ќЅ”„≈Ќ»≈ — —”ѕ≈–¬»«ќ–ќћ

¬ этом случае формируетс€ обучающа€ выборка - совокупность входных векторов { , s=1,...,N }, каждому из которых поставлен в соответствие определенный выходной вектор из множества

{ , p,...M }. –азмерности входного N и выходного M векторов могут не совпадать. ѕроцедура обучени€ производитс€ при заданной топологии св€зей между нейронами. ѕри этом необходимо подобрать

их веса таким образом, чтобы при подаче на вход сети любого входного вектора из обучающей выборки на ее выходе формировалс€ правильный выходной вектор.

—еть, удовлетвор€юща€ этому требованию, €вл€етс€ обученной.

ќдним из первых алгоритмов, предложенных дл€ обучени€ персептронов еще в 60-х годах, был алгоритм ”идроу-’оффа.

–ассмотрим его. јлгоритм предполагает выполнение последовательности шагов.  аждый шаг в свою очередь состоит из двух этапов.

Ё“јѕ 1. Ќа вход сети подаетс€ один из векторов обучающей выборки. Ќа выходе сети задаетс€ желаемый выходной вектор. ¬еса всех св€зей, соедин€ющих активные входные и выходные нейроны, увеличиваютс€ на малую величину del.

Ё“јѕ 2. Ќа вход сети подаетс€ тот же вектор из обучающей выборки. Ќейронной сети предоставл€етс€ возможность в соответствии с имеющимис€ весами св€зей самой установить на выходе определенный вектор. ≈сли нет соответстви€ между входным и выходным векторами, то веса св€зей, соедин€ющих активные входные и выходные нейроны, уменьшаютс€ на ту же величину del.

≈сли сеть правильно установила выходной вектор, то обучение завершаетс€. ¬ противном случае - обучение продолжаетс€.

ѕринципиальна€ трудность, присуща€ рассматриваемому подходу, состоит в том, что дл€ многих обучающих выборок невозможно провести необходимое распределение св€зей между нейронами персептрона. ”казанное ( невозможность обучени€ произвольному набору образов) присуще, по-видимому, всем нейронным сет€м. ќбратное справедливо лишь дл€ сетей, содержащих бесконечное число нейронов,

имеющих два сло€ и если выполн€ютс€ ограничени€ на характеристики выход-вход нейрона.

ƒаже при существовании искомого отображени€ проблема обучени€ нейронной сети сталкиваетс€ с серьезными трудност€ми. ќни св€заны с тем, проблема обучени€ нейронных сетей относитс€ к классу

NP-сложных. “.е. не существует алгоритма, который бы за полиномиальное врем€ ( врем€, растущее с размером сети не быстрее полинома конечной степени) решил задачу требуемой модификации св€зей

сети. ѕоэтому , при практическом обучении нейронных сетей ( в частности, многослойных сетей) неизбежно использование различных эвристик, позвол€ющих за ограниченное врем€ найти приближенное

решение задачи обучени€.

»меетс€ достаточное количество эвристических методов, среди них наибольшее распространение получил метод "обратного распространени€ ошибки" ( back- propagation error, BPE ).

јлгоритм BPE представл€ет собой обобщение метода наименьших квадратов применительно к многослойным персептронам. ¬ данном методе минимизируетс€ среднеквадратична€ ошибка между фактическим выходом персептрона и желаемым выходным вектором. Ќачальные веса и пороги принимаютс€ равными случайно выбранным числам. «атем на вход сети последовательно подаютс€ векторы из обучающей выборки и модифицируютс€ св€зи между нейронами, начина€ с последнего сло€.

ѕредставим ценностную функцию в виде:

где V - фактические значени€ состо€ни€ нейронов, вычисленные с учетом текущих значений св€зей между нейронами. ¬ этом выражении сумма распростран€етс€ на нейроны последнего ( выходного) сло€.

»зменение весов св€зей на каждом шаге алгоритма производитс€ по правилу:

где > 0 - параметр. ¬ычисл€€ производную в этом выражении, дл€ выходного сло€ нейронов получим:

.

«атем последовательно вычисл€ютс€ изменени€ коэффициентов на предшествующих сло€х.

“акой способ модификации св€зей в сети позвол€ет значительно сократить врем€, необходимое дл€ обучени€ сети. ¬ообще , врем€ обучени€ существенно зависит от требуемой сложности разбиени€

пространства возможных входов сети на подклассы ( например, если построить несв€зные области ).

3.2. ќЅ”„≈Ќ»≈ Ѕ≈« —”ѕ≈–¬»«ќ–ј

ѕодобный подход применим к нейронным сет€м √россберга- арпентера и  охонена. “акие сети имеют другое название - самоорганизующиес€ сети. ѕроцесс их обучени€ выгл€дит как процесс возникновени€ определенных свойств при взаимодействии системы с внешним миром. —ети такого типа наиболее близки по своим свойствам к неравновесным физическим, химическим или биологическим системам, в которых возможно образование диссипативных структур. –аспознание образов и обучение, по-видимому, тесно св€заны с вопросом о коллективном поведении систем, включающим множество частиц.

—ущность обучени€ без супервизора можно по€снить следующим образом. ƒл€ этого рассмотрим динамическую систему, элементы которой ( нейроны) взаимодействуют между собой и термостатом.

—осто€ние i-го нейрона будем описывать непрерывной переменной m (t) ( t - врем€ ), измен€ющейс€ в интервале - m<= m <=+m .

ѕредположим также, что энерги€ системы €вл€етс€ квадратичной функцией вида

( 7 )

Ѕудем рассматривать величину

( 8 )

¬ дальнейшем al - параметр или лагранжиан взаимодействи€ системы, €вл€ющейс€ функционалом независимых переменных и .

”читыва€ взаимодействие нейронов с термостатом, привод€щее к по€влению "сил трени€" (m / gam ,

T/ gam ) из (8)получим динамические уравнени€ дл€ и

( 9 )

( 10 )

ƒобавленные в эти уравнени€ нелинейные слагаемые (f, F) преп€тствуют неограниченному возрастанию абсолютных величин m и “: в рамках лагранжевой схемы они могут быть включены в выражение (9 ) в виде потенциалов, быстро возрастающих вблизи точек + -m и + - T ( предельное значение дл€ коэффициентов матрицы св€зей).

¬еличины и представл€ют собой ланжевеновские источники шума. ¬ нейробиологии шум возникает вследствие несинаптических взаимодействий между нейронами и выделением нейромедиаторов. ¬ электронных модел€х нейронных сетей источником шума могут быть электрические флуктуации в цеп€х. ¬ простейшем случае шум можно охарактеризовать введением эффективной температуры:

< > = < > , < > = < > = 0 ,

где скобки обозначают усреднение по времени.

”равнени€ (9) и (10) описывают существенно различные физические процессы, которые в рассматриваемом контексте можно назвать "обучением" и "распознаванием образов". –ассмотрим первое из них. ќбучение состоит в том, что в (9) включаетс€ сильное внешнее поле, действующее в течение времени t . ¬ результате того вектор m(t) принимает стационарное значение fi , соответствующее "образу" с компонентами m . ѕосле "обучени€" элементы матрицы , со временем в соответствии с уравнением (10), получат приращение ( при этом предполагаетс€, что t значительно больше времени релаксации на внешнем поле вектора m к своему стационарному значению fi ). ѕроцедуру обучени€ можно повторить многократно, использу€ образы fi , s=1,...,n. —чита€, что до начала обучени€ = 0, после окончани€ этого процесса получим

,

где коэффициенты nu завис€т от длительности обучени€. “аким образом, уравнени€ (9) и (10) описывают процесс запоминани€ поступающей в систему информации в виде матриц св€зей хеббовского вида.

–анее предполагалось, что до начала обучени€ нейронна€ сеть не содержит никакой информации, = 0. ћожно рассмотреть противоположный случай, когда до начала обучени€ нейронна€ сеть имеет большое число устойчивых состо€ний. ѕредполагаетс€, что доминируют глубокие энергетические минимумы, которые могут образовывать структуру дерева. ѕроцедура обучени€ должна приводить к селекции образов . ¬ процессе обучени€ заучиваемый образ задаетс€ в качестве начального состо€ни€ сети и эволюционирует к некоторому аттрактору, энерги€ которого уменьшаетс€ за счет синоптических изменений ( в частности, если врем€ релаксации меньше времени обучени€), а область прит€жени€ смещаетс€ и увеличиваетс€ за счет

присоединени€ соседних областей. “аким образом, процесс селекции отличаетс€ от режима обучени€, рассмотренного ранее тем что используетс€ внешнее поле.

ќ—Ќќ¬Ќџ≈ ‘”Ќ ÷»» Ќ≈…–ќЌЌџ’ —≈“≈…

ј——ќ÷»ј“»¬Ќјя ѕјћя“№ »  ј“≈√ќ–»«ј÷»я

ѕод ассоциативной пам€тью ( или пам€тью, адресуемой по содержанию) понимаетс€ способность системы нейронов, например, мозга млекопитающих восстанавливать точную информацию по некоторой

ее части.   этому определению близок процесс категоризации - отнесение предъ€вленного объекта к одному из классов. ћногие из предложенных в насто€щее врем€ сетей способны фактически осуществл€ть эти функции. ѕри этом критерии, по которым осуществл€етс€ отнесение объектов к тому или иному классу ( распознавание) , различны в разных модел€х.

–ассмотрим в качестве примера модель ’опфилда.

ѕусть сначала n=1 b и в матрице “ записан всего один образ fi . —кал€рноe произведение произвольного вектора m и fi задаетс€ выражением (fi , m ) = N - 2 m, где m - хеммингово рассто€ние между векторами m и fi, равное числу элементов, отличающих эти векторы. ѕодставл€€ это выражение в ( 7 ), получим следующее выражение дл€ энергии:

.

»з данного выражени€ видно, что ≈ принимает минимальное значение при m=0. ѕри этом вектор ћ совпадает с записанным образом либо, когда m=N ( в этом случае m совпадает с "негативом" ). ѕоэтому эволюци€ любого начального состо€ни€ системы заканчиваетс€ в состо€ни€х m = fi .

¬ случае n = 2 выражение дл€ энергии имеет вид

.

«десь N - число позиций, в которых компоненты записанных в “ векторов совпадают: fi= fi , N- число несовпадающих компонент этих векторов, дл€ которых fi=- fi , m и m - число компонент вектора m в первой и во второй группе нейронов соответственно, отличающих m от fi . »з последнего выражени€ видно, что система нейронов имеет четыре устойчивых состо€ни€, отвечающих m = 0,N , m =0,N . ѕри этом они совпадают с одним из векторов fi,= fi.

‘ункцию категоризации могут осуществл€ть нейронные сети других типов, при этом кажда€ из сетей делает это по разному. “ак, если сеть ’опфилда относит к одному устойчивому вектору все стимулы, попавшие в область его зоны прит€жени€, то сеть ’емминга относит каждый входной вектор к ближайшему вектору, записанному в пам€ть.

¬џ–јЅќ“ ј ѕ–ќ“ќ“»ѕј » ќЅќЅў≈Ќ»≈

–азличные типы нейронных сетей допускают возможность их обучени€ дл€ выполнени€ алгоритмов обработки входной информации. ѕри этом в обучающей выборке может не содержатьс€ полного описани€

предлагаемых алгоритмов.

–ассмотрим два примера:

- выработка прототипа в модели ’опфилда ( образование устойчивого образа в пам€ти, не содержавшегос€ среди обучаемых векторов),

- обобщение по индукции.

ѕри увеличении числа образов в пам€ти минимальные значени€ энергии, вычисленные с помощью выражени€ (7) и соответствующие различным записанным векторам, могут начать сливатьс€.

–ассмотрим группу образов fi ( s=1,...,n) , получающихс€ при небольших случайных искажени€х del некоторого вектора fi .

ѕри изменении вектора fi на величину del происходит изменение энергии, соответствующей этому вектору, на величину del E.

ѕри и случайном искажении исходного вектора fi при построении группы образов может выполн€тьс€ неравенство del E 0 и следовательно, исходный вектор отвечает минимуму энергии системы. ¬ психологии образ, аналогичный fi ( т.е. €вл€ющийс€ в определенном смысле усреднением некоторого числа образов и остающийс€ в пам€ти человека нар€ду с действительно предъ€вл€вшимис€ образами) , получил название прототипа.

—ущность обобщени€ по индукции можно пон€ть на следующем примере. ѕредположим, что множество входов сети разделено на две части, кодирующие соответственно два "образа". Ќапример, это могут быть два числа либо два изображени€ предметов. ¬ыходной слой персептрона пусть содержит один бинарный нейрон. ѕри обучении будем стремитьс€ к тому , чтобы на выходе сети была 1, если образы на входе совпадают и 0 , в противном случае. ”становлено, что трехслойна€ сеть может быть обучена по указанному правилу, и способна определ€ть совпадение образов на входе ( или симметрию входного вектора, что в данном случае одно и то же). “аким образом, сеть по индукции обучаетс€ устанавливать совпадение двух

векторов, хот€ при обучении €вное определение пон€ти€ совпадение не приводилось. ѕо этому же принципу можно обучить нейронную сеть складывать числа.

«ј Ћё„≈Ќ»≈

ѕрактические процедуры обучени€ нейронных сетей часто сталкиваютс€ с невозможностью добитьс€ от сети желаемого поведени€. –анее упоминались некоторые проблемы такого рода:

- отсутствие сходимости процесса обучени€ персептронов,

- ложна€ пам€ть в модели ’опфилда.

ѕричины этого могут разделены на две группы.

1. «начительное врем€ обучени€ нейронных сетей в сложных случа€х.

2. ѕринципиальна€ невозможность получени€ необходимой структуры фазового пространства в заданной модели нейронной сети.

ќбласть приложени€ нейронных сетей значительна и расшир€етс€.

Ётот процесс идет по р€ду направлений.   их числу можно отнести следующие:

- поиск новых нелинейных элементов , которые могли бы реализовывать сложное коллективное поведение в ансамбле,

- разработка новых архитектур нейронных сетей, перспективных с точки зрени€ их реализации на электронной, оптической и оптоэлектронной элементной базе,

- поиск областей приложени€ нейронных сетей в системах управлени€, робототехнике, системах обработки изображений, распознавани€ речи.

Ћ≈ ÷»я є3

—»—“≈ћј ј¬“ќћј“»„≈— ќ√ќ ¬¬ќƒј »Ќ‘ќ–ћј÷»» ¬ Ё¬ћ

1. Ќеобходимость создани€ системы автоматического ввода

Cоздатели —јѕ– помимо вы€влени€ множества задач, решаемых системой, и распределени€ их между человеком и Ё¬ћ должны также на основе анализа требовани€ пользовател€ определить способы общени€ человека с машиной. ѕоследнее предполагает выбор подход€щих средств диалога и установление €зыков общени€.

ѕродуманный выбор €зыка играет существенную роль в создании творческой обстановки дл€ человека в процессе автоматизированного проектировани€. ∆елательно, чтобы оператор, наход€щийс€ за терминалами ј–ћа, общалс€ с системой в привычной дл€ него форме представлени€ информации. ¬с€ка€ замена привычных и удобных €зыков на менее удобные приводит к снижению производительности труда.

¬ качестве €зыков общени€ естественно использовать €зыки изображений. ѕримерами подобных €зыков €вл€ютс€ €зыки, образованные графическими документами (принципиальными, функциональными, электрическими схемами, схемами размещени€ элементов, эскизами топологии слоев печатного монтажа и др.).

ƒругие способы описани€ того, что изображено на графическом документе, затрудн€ют процесс воспри€ти€ информации человеком.

ќчевидно, что и в случае, когда информаци€ графического типа передаетс€ от человека к Ё¬ћ , этот процесс должен быть дл€ человека столь же простым и легким. ќднако наиболее распространенна€ в современных —јѕ– технологи€ ввода графической информации представл€ет собой трудоемкую и длительную процедуру. —ерийно выпускаемые устройства, предназначенные дл€ обеспечени€ процесса ввода в Ё¬ћ графической информации, позвол€ют делать это в полуавтоматическом режиме.

ѕолуавтоматические графические устройства ввода данных требуют, чтобы оператор при помощи специального устройства (щупа) обошел все характерные точки документа и сообщил машине характеристики этих точек.

ƒанный труд лишен признаков творчества и его обычно поручали оператору. “акое разделение труда между разработчиком и оператором сколочного автомата нарушает единство творческого процесса и создает дополнительное звено в цепочке его общени€ с Ё¬ћ. Ёта цепочка служит источником дополнительных ошибок, которые в дальнейшем необходимо отыскивать и исправл€ть.

ѕроводились оценки трудоемкости процесса ввода графической информации в полуавтоматическом режиме ввода графической информации с чертежа печатной платы размером 150*300 мм, содержащей до 1500 контактных площадок и до 1200 соедин€ющих их линий. ¬рем€ ввода информации в этом случае - 16 часов.

ѕри этом предполагалось, что процесс включает также и редактирование изображени€.

јльтернативой технологии считывани€ графической информации и использованием сколочных планшетов €вл€етс€ технологи€, основанна€ на применении системы автоматического чтени€ изображени€ непосредственно с графического документа.

¬ этом случае достигаетс€ существенный выигрыш во времени ввода информации. ѕрименительно к устройству “—-6030 (автоматического считывани€ и кодировани€ графической информации) ввод осуществл€етс€ в 12 раз быстрее.

–ассмотрим различные аспекты построени€ системы автоматического чтени€ графической информации, требование к документам, описани€ алгоритмов реализации основных этапов обработки изображений, а также обеспечени€ высокой достоверности считывани€ информации.

2.“ребовани€ к документам, автоматически считываемым системой

2.1. ќбщие сведени€

ƒокумент €вл€етс€ носителем информации, котора€ должна быть введена в Ё¬ћ в качестве исходных данных дл€ той или иной программы, вход€щей в пакет прикладных программ —јѕ–.

Ќапример, принципиальна€ электрическа€ схема определенного узла радиоаппаратуры может рассматриватьс€ как исходные данные дл€ таких программ, как моделирование, генераци€ диагностических тестов узла, алгоритмическое конструирование платы печатного монтажа, на которой будет реализован узел и др.

  документам, предназначенным дл€ автоматического чтени€, предъ€вл€ютс€ противоречивые требовани€. — одной стороны, изображение на нем должно легко восприниматьс€ человеком, а с другой - системой автоматического чтени€. Ёто означает, в первую очередь, что условные графические обозначени€, используемые как фрагменты изображени€, должны быть привычными дл€ человека.

¬ случае принципиальных электрических схем это условные графические обозначени€ элементов схемы, обозначени€ электрических св€зей, символы и строки символов, регламентируемыми соответствующими √ќ—“ами.

Ќеобходимо отметить, что документы, предназначенные дл€ ввода в Ё¬ћ, как правило, изготавливаютс€ человеком вручную. ¬следствие этого изображение может существенно отличатьс€ от идеального.  онкретные отклонени€ от идеального по€вл€ютс€, в частности, в том, что вместо пр€мой линии на эскизе, чертеже или схеме присутствует волниста€ или встречаютс€ "недоводы", "переводы" линий. ’арактер написани€ символов также измен€етс€ в широких пределах. ѕри этом часто их начертание значительно отличаетс€ от регламентируемого стандартами, однако человек не испытывает затруднений в воспри€тии информации.

¬ свою очередь системы автоматического чтени€ графической информации весьма чувствительны к отклонени€м изображени€ от идеального. Ёто не означает, что они не могут правильно воспринимать изображени€, содержащие дефекты.

ќднако следует отдавать отчет в том, что сложность систем, обладающих способностью игнорировать дефекты исполнени€ документа человеком и правильно считывать информацию, существенно выше по сравнению с системами, такими способност€ми не обладающими.

 онкретно это может трансформироватьс€ в более высокие аппаратурные затраты или в увеличение затрат времени на реализацию алгоритмов обработки. “ем не менее никака€ из технических систем сегодн€шнего дн€ или ближайшего будущего не в состо€нии конкурировать с человеческими способност€ми в воспри€тии реальных графических изображений. Ћюбой системе автоматического чтени€ можно предложить дл€ обработки документ такого исполнени€, что она не справитс€ с его обработкой, в то врем€ как человек легко прочитает этот документ.

Ќа основе отмеченного можно сделать вывод о том, что документы, предназначенные дл€ автоматического ввода должны удовлетвор€ть р€ду требований.

ѕри разработке требований необходимо учитывать:

- технические характеристики растровой аппаратуры считывани€,

- приемлемость требований к исполнению документа дл€ конструктора его разрабатывающего,

- сложность и быстродействие алгоритмов обработки.

ќпишем требовани€ к изображени€м на эскизах слоев топологии плат печатного монтажа.

Ќеобходимость в считывании информации с эскизов слоев топологии плат печатного монтажа св€зана с автоматизацией проектировани€ и изготовлени€ их фотошаблонов.

»зображение на эскизе сло€ топологии платы печатного монтажа состоит из условных графических обозначений контактных площадок дл€ выводов навесных элементов (микросхем), границ областей металлизации требуемой формы, указателей трасс проложени€ печатных проводников. — помощью перечисленных изобразительных средств можно создать рисунок топологии сло€ любой платы.

»зображени€ символов можно создать средствами описани€ трасс печатного проводника. ќсобенностью эскиза €вл€етс€ то, что в нем примен€етс€ координатна€ сетка дл€ метрической прив€зки элементов изображени€. Ўаг координатной сетки равен 5 или 2.5 мм, если дл€ исполнени€ эскиза сло€ топологии выбран масштаб 4:1 или 2:1 соответственно. ћетрическа€ прив€зка контактных площадок дл€ условных графических обозначений осуществл€етс€ путем помещени€ центра условного графического обозначени€ в узел координатной сетки. ƒл€ остальной части изображени€ эскиза прив€зка производитс€ лишь дл€ точек излома линий рисунка. “акие точки должны быть помещены в узлы координатной сетки.

–ассмотрим,что представл€ют собой изобразительные средства дл€ элементов рисунка на эскизах слоев топологии.

а)  онтактные площадки

 онтактные площадки круглой формы изображаютс€ в виде крестов, центры которых совпадают с узлами координатной сетки. √оризонтальный и вертикальный штрихи креста имеют длину 1 дискреты.

–азличают контактные площадки нескольких типов в зависимости от диаметра области, которую они занимают. Ёто выполн€етс€ с помощью группы точек. ќни помещаютс€ в узлах координатной сетки и располагаютс€ на сторонах минимального по размеру квадрата из линий координатной сетки, который охватывает центр креста контактной площадки круглой формы. –азмер стороны квадрата - 2 дискреты . „исло точек в группе указывает тип координатной площадки.


а) б) в) г)

–ис. 1. »зображени€ контактных площадок круглой формы на эскизах слоев топологии.

“аблица 1.

 оличество точек

“ип

ƒиаметр, мм

1

2

3

4

5

6

7

2

3

7

4

8

31

80

2,125

2,5

2,75

3

3,25

3,5

4

“аблица 2

„исло точек

Ўирина проводника

1

2

3

4

0,625

1,25

1,875

2,5

б) ѕечатные проводники

ѕечатные проводники изображаютс€ на эскизе отрезками пр€мых линий четырех направлений: горизонтальное, вертикальное и два диагональных, т.е. проход€щие под углом 45 градусов к лини€м координатной сетки. √оризонтальные и вертикальные отрезки провод€тс€ только по лини€м координатной сетки, а диагональные - через узлы координатной сетки.

“очки изломов, разветвлений линий, изображающих печатные проводники должны совпадать с узлами координатной сетки. ¬ св€зи с тем, что ширина проводника на различных участках должна может отличатьс€, необходимо раздел€ть изображение печатных проводников на участки однородности. ѕри этом имеютс€ в виду участки одинаковой ширины, они снабжаютс€ указател€ми ширины.

–азделение изображени€ печатных проводников на участки однородности осуществл€етс€ с помощью указателей границ однородности. ќни бывают условными и абсолютными. ”словными могут служить излом проводника и разветвление проводника.

јбсолютный указатель границ однородности представл€ет собой отрезок пр€мой линии, имеющий длину 1 дискрету. “акой отрезок одним концом исходит из точки, лежащей на проводнике и €вл€ющейс€ границей изменени€ однородности. √раница изменени€ однородности об€зательно должна располагатьс€ в одном из узлов координатной сетки. Ќаправление проведени€ штриха абсолютного указател€ границы однородности должно выбиратьс€ перпендикул€рно к ориентации проводника в точке, из которой он исходит.

¬ случае, если в точке нарушени€ однородности проводник претерпевает излом или разветвл€етс€, достаточно, чтобы штрих указател€ границ однородности был перпендикул€рен одной из ветвей проводника, подход€щей к этой точке.

”казатель ширины представл€ет собой группу точек, размещаемых в разрыве линии печатного проводника. „исло точек св€зано со значением ширины (табл.2). ≈сли одна из точек группы заменена штрихом (длина 1 дискреты), направленным перпендикул€рно линии проводника, то тогда указатель ширины рассматриваетс€ как доминирующий, в противном случае - как простой. ƒействие доминирующего указател€ распростран€етс€ в обе стороны от него и прекращаетс€ при встрече с абсолютным указателем и при переходе через условный указатель, содержащий простой указатель ширины.

ƒействие простого указател€ ширины, как и в случае доминирующего указател€, распростран€етс€ в обе стороны от него и прекращаетс€ при встрече с абсолютным указателем и при встрече с условным указателем, если по другую сторону указател€ действует доминирующий указатель ширины.

Ќа рис.2 показан фрагмент эскиза сло€ топологии дл€ печатного проводника и соответствующий ему фрагмент вида печатного проводника.

а)

б)


–ис. 2. ѕечатный проводник, а - фрагмент эскиза, б - фрагмент печатной платы.

ќсобенностью реальных плат печатного монтажа €вл€етс€ то, что в большинстве случаев печатные проводники на них выполн€ютс€ одной и той же ширины. — учетом этого обсто€тельства люба€ указанна€ в табл.2 ширина может быть объ€влена основной. ќбъ€вление ширины печатного проводника основного типа осуществл€етс€ пользователем перед сеансом ввода документа в форме соответствующего сообщени€ программе обработки изображени€.

јналогично дл€ контактных площадок.

в) ќбласти металлизации

ќбласти металлизации изображаютс€ системой замкнутых контуров.  онтура могут быть внутренними либо внешними. Ёто определ€етс€ указателем контура. ¬ качестве его служит отрезок пр€мой линии длиной в 1 дискрету. ќдин из его концов должен находитьс€ на линии контура в узле координатной сетки и составл€ть с ней угол 45 градусов. —вободный конец указател€ контура показывает область металлизации.

Ћинии контуров изображаютс€ отрезками вертикальных, горизонтальных и диагональных линий, проход€щих по лини€м координатной сетки. Ћюбые отрезки должны начинатьс€ и завершатьс€ в узлах координатной сетки.

ѕри разработке сло€ топологии платы печатного монтажа конструктору часто приходитс€ использовать типовые фрагменты изображени€, которые сами могут быть достаточно сложными рисунками. ƒл€ упрощени€ задачи ввод€тс€ дополнительные средства изображени€ - элементы библиотечного типа.

ѕод ними подразумеваютс€ группы элементов, форма и взаимное расположение которых фиксированы. ѕримерами таких групп могут служить р€д контактных площадок, микросхемы определенного типа или совокупность контактных площадок дл€ разъема. Ќа эскизе такие группы изображаютс€ в виде площадки, вместо которой в конечный результат обработки эскиза подставл€етс€ подразумеваема€ группа.

ƒл€ простоты изложени€ ограничимс€ примерами элементов библиотечного типа дл€ изображени€ одного р€да контактных площадок микросхем с планарными выводами.


–ис. 3. »зображение области металлизации

√раницы элементов библиотечного типа одного р€да контактных площадок имеют вид пр€моугольника, ширина которого равна 1 дискрете. ƒлина пр€моугольника зависит от типа корпуса микросхем.


–ис . 4. Ёлементы библиотечного типа дл€ контактных площадок (фрагмент эскиза).

 райние контакты в группе контактных площадок изображаютс€ короткими сторонами пр€моугольников, остальные предполагаютс€ отсто€щими от соседних на 1 дискрету. ≈сли какие-либо смежные контакты группы соединены между собой, то така€ св€зь изображаетс€ наклонным отрезком, проведенным внутри пр€моугольника слева направо, сверху вниз и соедин€ющим узлы, лежащие на лини€х координатной сетки, соответствующих соедин€емым контактным площадкам.

ѕри разработке требований к эскизам сло€ топологии необходимо учитывать особенности аппаратуры растрового считывани€. ¬ частности разрешающа€ способность устройства накладывает ограничени€ на минимальную толщину линии изображени€. ѕри этом необходимо, что на интервале длины, равной минимальной толщине линии, укладывалось два отсчета устройства. “ак, например, дл€ аппаратуры растрового считывани€ ширина линии должна быть не менее 0.5 мм.

—ущественную роль играет цвет красител€, которым нанос€тс€ линии на документ. Ѕольша€ часть устройств, предназначенных дл€ считывани€ документов, способна воспринимать лишь черно-белые изображени€. ѕри использовании желтого, светло-оранжевого цветов они будут восприниматьс€ как белый.

¬озникает проблема воспри€ти€ координатной сетки.

¬ыходом из положени€ €вл€етс€ применение системы базовых линий, снабженных координатной разметкой. —истема базовых линий представл€ет собой пр€моугольник, внутри которого заключено поле изображени€ документа. ќт каждой из базовых линий, перпендикул€рно ей, внутрь пр€моугольника, составленного из базовых линий, отход€т риски длиной 5 мм. –ассто€ние между соседними рисками, расположенными на одной и той же базовой линии, равно шагу координатной сетки. Ќазначение рисок -обозначать линии координатной сетки.

”чет особенностей аппаратуры растрового ввода оказывает вли€ние и на выбор условных графических изображений, примен€емых на документе. ¬ частности, прин€та€ система обозначений дл€ эскизов слоев топологии не допускает углов схождени€ линий, меньших 45 градусов. Ёто существенно уменьшает эффектзаплывани€ области, размещаемой внутри острого угла при его вершине. ѕоследнее упрощает обработку изображений после растрового считывани€. ѕредложенные дл€ эскизов слоев топологии основные элементы изображени€ сконструированы из таких компонентов, как отрезки пр€мых. ѕричем эти пр€мые могут иметь только одно из четырех направлений, что создает существенные предпосылки дл€ более простой алгоритмической обработки.

ѕри формировании требований к эскизам слоев топологии конкретизаци€ положени€ о том, что изготовление эскиза должно удовлетвор€ть определенным требовани€м, заставл€ет включать в их число пункты, дисциплинирующие исполнител€ эскиза. ѕри этом разрывы в лини€х не должны превышать 1 мм, переводы линий не должны быть больше 1 мм, отрезки пр€мых не должны отклон€тьс€ от идеальных пр€мых более чем на 1 мм.

ќтмеченное относительно эскизов слоев топологии плат печатного монтажа дает представление о том, каким должен быть документ, предназначенный дл€ автоматического чтени€. —оздание системы автоматического чтени€ дл€ другого типа документа в каждом случае требует, как отмечено ранее, специального рассмотрени€.

Ћинии координатной сетки Ѕазовые линии


a



ѕоле изображени€

c d


–иски

b

Ѕазовые линии  рай листа бумаги

–ис. 5. Ѕазовые линии на эскизе топологии

3. Ёкспериментальна€ система автоматического чтени€ эскизов
слоев топологии плат печатного монтажа

Ёкспериментальные системы автоматического чтени€ документов предназначены дл€ отработки методов, алгоритмов обработки изображений, вводимых в Ё¬ћ с реальных документов аппаратурой растрового ввода. “акой этап представл€етс€ естественным и необходимым, поскольку отсутствует едина€ методика создани€ подобных систем.

–ассмотрим одну из таких систем, предназначенную дл€ чтени€ эскизов слоев топологии плат печатного монтажа.

3.1. ќрганизаци€ данных в пам€ти Ё¬ћ.

√рафическа€ информаци€, считываема€ с помощью фототелеграфного аппарата, вначале образует в пам€ти Ё¬ћ двумерную двоичную матрицу I , в которой единичные значени€ соответствуют зачерненным элементарным участкам растра изображени€, а нулевые - белым участкам.

¬ процессе обработки исходна€ матрица I трансформируетс€ в промежуточное описание, состо€щее из матрицы линий и матрицы точек.

 аждый элемент матрицы линий и матрицы точек соответствует одному узлу координатной сетки изображени€. Ёлементы матрицы линий €вл€ютс€ 8-ми разр€дными. Ќаличие единицы в каком-либо разр€де указывает на прохождение через узел координатной сетки линии, имеющей направление, закрепленное за данным разр€дом (см. рис. 6)

Ёлемент матрицы линий


1 2 3 4 5 6 7 8

–ис. 6. Cтруктура записи элемента матрицы линий





–ис 6.1 Cтруктура записи, описывающей пр€молинейный
отрезок печатного проводника.

Ёлементы матрицы точек указывают наличие точки на изображении в узле координатной сетки. –езультат распознавани€ элементов платы представл€етс€ в виде массива описаний проводников и контактных площадок. ќписание отрезка печатного проводника имеет формат, изображенный на рис. 7.

“ип печатного проводника определ€етс€ в соответствии с табл.1.

¬ первом 32-разр€дном слове описани€ указываетс€ номер узла координатной сетки (элемента матрицы линий), в котором находитс€ один из концов пр€молинейного отрезка проводника. ¬о втором слове - номер узла со вторым концом отрезка (рис.7) .

ќписание контактной площадки может иметь один из трех форматов, показанных на рис.7. ƒл€ контактной группы микросхемы описание представл€етс€ в формате 1, если больша€ сторона пр€моугольника, изображающего группу, горизонтальна или в формате 2, если больша€ сторона пр€моугольника, изображающего группу вертикальна. ¬ формате 1 номер узла указывает на нижний конец отрезка единичной длины, изображающего контактную площадку, в формате 2 - на левый конец такого отрезка. ‘ормат 3 используетс€ дл€ описани€ контактных площадок круглой формы.

ѕараметр "количество точек" определ€ет тип контактной площадки в соответствии с табл.2, а номер узла указывает на центр контактной площадки

‘ормат 1

0 1 2 3 15 16 17 31


0 0 0 . . . 0 Ќомер узла

‘ормат 2

0 1 2 3 15 16 17 31


0 0 0 . . . 1 Ќомер узла

‘ормат 3

0 2 3 31


 оличество точек Ќомер узла

–ис.7. —труктура записей описани€ контактных площадок

3.2. Ётапы обработки эскиза платы

ѕроцесс ввода и программной обработки эскиза платы печатного монтажа разбит на два этапа. Ќа первом - выполн€етс€ ввод изображени€ и преобразование его в матрицы линий и точек, которые представл€ют собой более компактное по сравнению с черно-белой мозаикой описание эскиза. Ќа втором -осуществл€етс€ коррекци€ матриц линий и точек, распознавание элементов эскиза и построение выходного файла.

3.2.1. ‘ормирование матриц линий и точек.

ќхарактеризуем более подробно первичную обработку эскиза, т.е. процесс перехода от матрицы I к матрицам линий и точек. ѕервична€ обработка эскиза осуществл€етс€ в три этапа:

- обработка линий координатной сетки,

- обработка горизонтальных линий эскиза,

- обработка вертикальных и наклонных линий.

ѕрограммна€ обработка изображени€ базовых линий дает возможность получить информацию о положении линий сетки на поле изображени€. Ёто позвол€ет на последующих этапах программной обработки производить корректировку значений координат точек изображени€ в случае перекоса при установке изображени€.

–езультатом обработки горизонтальных линий изображени€ должно быть их описание в матрице линий. ¬ыделение горизонтальной линии изображени€ выполн€етс€ следующим образом. ƒвоична€ матрица I делитс€ на зоны.  ажда€ зона содержит три строки изображени€. ѕри этом положение центральной строки зоны определ€етс€ координатами пары горизонтальных рисок базовой линии, задающей соответствующую горизонтальную линию координатной сетки.  ажда€ центральна€ строка вместе с примыкающими к ней соседними строками образует трехстрочную зону поиска горизонтальных линий. ѕоиск линии осуществл€етс€ по характеристике зоны, полученной в результате дизъюнкции вход€щих в эту зону строк. ѕри этом минимальна€ длина линии считаетс€ равной рассто€нию между двум€ соседними рисками координатной сетки.

ƒл€ каждой из выделенных в зоне горизонтальных линий находитс€ множество узлов координатной сетки, через которые проход€т линии. —оответствующие этим узлам элементы матрицы линии снабжаютс€ описанием горизонтальных линий.

¬ процессе поиска горизонтальных линий в зоне поиска могут обнаруживатьс€ участки, содержащие отход€щие в вертикальном или диагональном направлени€х отрезки. »нформаци€ о них фиксируетс€ соответствующим образом и используетс€ на следующем этапе первичной обработки.

ќписани€ вертикальных и наклонных линий изображени€ выполн€ютс€ после анализа фрагментов изображени€, содержащих следы этих линий, обнаруженных на предыдущем этапе первичной обработки. ќкрестность узла координатной сетки, близ которой были обнаружены следы линий, зондируетс€ в шести направлени€х: вверх, вниз, вверх и влево, вверх и вправо, вниз и влево, вниз и вправо от узла. ќписани€ обнаруженных в окрестности данного узла отрезков линий добавл€етс€ в соответствующий этому узлу элемент матрицу линий. ¬ случае, если зондирование, инициированное следом линии, не обнаруживает вертикального или горизонтального отрезка, то это означает, что точка вы€влена и необходимо внести изменени€ в матрицу точек.

3.2.2. ¬ыделение множеств фрагментов изображений

Ќа следующих этапах осуществл€етс€ выделение фрагментов изображений определенного типа и построение описаний дл€ них.

“акими фрагментами €вл€ютс€ условные графические изображени€:

- контактных площадок круглой формы,

- библиотечных групп,

- областей металлизации,

- участков печатных проводников.

–аспознавание перечисленных объектов основано на выделении локальных признаков их изображений, характерных дл€ того или иного типа. “акими признаками €вл€ютс€:

- штрихи соответствующей длины и направлени€ в изображении контактных площадок круглой формы,

- специфическое расположение штриха-указател€ контура областей металлизации.

¬ результате обработки сжатого описани€ изображени€ платы, представленного в виде матриц линий и точек распознавание элементов изображени€ осуществл€етс€ в следующем пор€дке:

- контактные площадки,

- элементы библиотечного типа,

3.2.4. –езультаты эксплуатации системы

1. ѕри использовании масштаба документа 2:1 возникают неудобства. ќни обусловлены трудност€ми изготовлени€ эскиза человеком.  роме того,

уровень ошибок, допускаемых системой, примерно в 3 раза выше,

чем при использовании масштаба 4:1.

2. ѕри вводе эскизов размерами 250 х 400 мм, выполненных в масштабе 4:1 на листе миллиметровой бумаги с помощью черного фломастера, среднее - границы областей металлизации,

- печатные проводники.

ќписани€ распознанных элементов представл€ютс€ в виде таблиц. ќни содержат информацию о типах элементов и их координатах на поле изображени€ эскиза.

ѕо мере распознавани€ элементов изображени€ описание соответствующих линий и точек удал€етс€ из матриц линий и точек.

ƒл€ распознавани€ элементов библиотечного типа предварительно генерируетс€ их описание в виде фрагмента матрицы линий. ѕоиск элементов на изображении платы осуществл€етс€ наложением построенного таким образом трафарета на матрицу линий эскиза. –аспознанные элементы библиотечного типа описываютс€ как множество контактных площадок. —в€зи между соседними контактами представл€ютс€ в виде печатных проводников длиной 1 дискрет координатной сетки.

ѕосле распознавани€ контуров зоны металлизации "покрываютс€" печатными проводниками, описание которых заноситс€ в массив печатных проводников.

ѕосле удалени€ изображений контактных площадок, элементов библиотечного типа и границ областей металлизации в матрицах линий и точек остаетс€ только изображение печатных проводников.

Ќа нем выдел€ютс€ пр€молинейные участки печатных проводников, определ€тс€ их типы. —оответствующие описани€ занос€тс€ в массив печатных проводников.

3.2.3. ћетоды обеспечени€ достоверности

ѕредусмотрено несколько методов обеспечени€ высокой достоверности работы системы считывани€ изображени€.   их числу относ€тс€ следующие:

- на основе эвристических процедур,

- на основе генерации контрольного изображени€.

 ратко рассмотрим существо этих методов.

1. ¬ системе предусмотрены эвристические процедуры, основанные на отыскании предполагаемых мест потери штриха либо по€влени€ ложного штриха.

—истема обращаетс€ к этим процедурам в случа€х, когда не удаетс€ завершить построение того или иного типа фрагмента изображени€. ќна сообщает оператору о внесенных коррекци€х.

2. ѕорождаемое системой контрольное изображение при безошибочном вводе и обработке должно выгл€деть как исходное. √енераци€ контрольного изображени€ осуществл€етс€ с помощью матриц линий и точек. ¬ случае обнаружени€ несоответствий внос€тс€ исправлени€. »х ввод осуществл€етс€ с помощью директив коррекции.

¬ директиве коррекции указываютс€ координаты узла координатной сетки и предписываетс€ либо удалить либо поместить линию или точку в этот узел. ¬ случае, если корректировка касаетс€ линии, то в директиве должна содержатьс€ информаци€ о ее направлении.

число ошибок было равным 3-4. ѕри этом оператор вносит исправлени€, относ€щиес€ к 3-4 узлам

координатной сетки. ѕрограммна€ обработка на Ё¬ћ в среднем составл€ла величину 30 мин. ¬рем€ сверки контрольного документа - 10 мин.

3. ѕо сравнению со сколочными системами врем€ ввода информации в Ё¬ћ сокрашалось в несколько раз. ќднако программна€ обработка имеет узко специализированный характер. Ёто обусловлено жесткими требовани€ми, накладываемыми на линии изображени€, а также отсутствием в программе средств распознавани€ символов.

Ћ≈ ÷»я є4

“ема: Уќбработка изображений, автоматически считанных с документацииФ

4.1. ќбщие сведени€

ќбработка изображений представл€ет собой многоэтапный процесс информационного преобразовани€, в ходе которого осуществл€етс€ последовательный переход от одной формы описани€ к другой.

¬ качестве дискретной первичной формы будем рассматривать черно-белую мозаику, получаемую в пам€ти Ё¬ћ.

Ѕольша€ часть изображений черно-белых документов строитс€ с помощью одних и тех же изобразительных средств(линий, символов),поэтому имеет смысл выделить специально этап обработки дл€ получени€ описани€ отрезков линий. ќни задаютс€ координатами его концов и кодов символов с указанием координат их расположени€ на поле изображени€.

–езультирующа€ форма дл€ универсального этапа, которую мы назовем дискретной вторичной формой, состоит из списка отрезков и списка символов.

«апись первого списка состоит из полей, предназначенных дл€ задани€ координат концов отрезков.

«апись второго списка служит дл€ координатной прив€зки символа к полю документа и указани€ кода символа.

”ниверсальный этап обработки должен обеспечить решение двух задач:

- отделение символов,

- разделение несимвольной части изображени€ на отдельные элементарные отрезки.

”казанные задачи €вл€ютс€ разнородными, поэтому перед их решением целесообразно разложить изображение на символьную и несимвольную части.  ажда€ из частей подвергаетс€ специализированной обработке.

–ассмотрим задачу отделени€ символов.

4.2. ќтделение символов в дискретной первичной форме

ѕредварительно определим пон€тие символа.

Ќазовем группой единиц множество единиц в одной строке матрицы, не разделенной нул€ми. ƒве группы единиц, лежащие в соседних строках изображени€, с координатами концов по оси абсцисс a, b и c, d называютс€ св€зными , если справедливо хот€ бы одно из соотношений:

a Ü c Ü b;

a Ü d Ü b;

c - 1 = b;

d + 1 = a.

Ќа рис.9.a приведены примеры св€зных групп единиц, а на рис. 9.б - несв€зных. ѕод символом будем понимать множество св€зных групп единиц, дл€ которых минимальный охватывающий их пр€моугольник имеет размеры, принадлежащие интервалам размеров символов по высоте и ширине (рис.10 ). ѕодобное определение символа создает риск отделени€ части несимвольной информации.

—ущность задачи отделени€ символов из исходной матрицы I, описывающей изображение в дискретной первичной форме, сводитс€ к нахождению в исходной матрице фрагмента, который содержит символы. ƒалее каждый такой фрагмент переписываетс€ в отдельный кадр.  адр представл€ет собой двоичную матрицу, размеры которой должны быть не меньше максимальных размеров символов. «атем, содержимое этих матриц анализируетс€ в блоке распознавани€.


–ис. 9. ќтношение св€зности групп единиц:

a - св€зные группы; б - несв€зные группы.

ћинимальный охватывающий пр€моугольник


–ис. 10. —имвол как фрагмент св€зных групп единиц

4.3. јлгоритм отделени€

¬ыполн€етс€ однократный просмотр матрицы I .

ѕри этом осуществл€етс€ :

1. ѕолучение информации о том, что св€зные конфигурации по размерам не превышают размеры символов.

2. ѕроверка св€зности между группами единиц (на основе указанных соотношений).

3. ‘иксаци€ результатов.

ƒл€ фиксации результатов такого просмотра используютс€ маски, кажда€ из которых представл€ет собой область пр€моугольной формы, состо€щую из единиц. ѕри этом используетс€ поле масок M. ѕоле масок представл€ет собой двоичную матрицу, совпадающую по размерам с исходным полем изображени€ I. ѕри совмещении пол€ изображени€ с полем масок кажда€ маска покрывает фрагмент пол€ I, содержащий св€зную конфигурацию единиц.

 ажда€ маска дл€ выдел€емой с ее помощью конфигурации имеет минимальные размеры, т.е. играет роль минимального охватывающего пр€моугольника.

ѕроверка метрических ограничений, накладываемых на св€зные конфигурации, называемые символами, осуществл€етс€ достаточно просто, когда в распор€жении имеетс€ соответствующа€ маска.

Ѕолее подход€щей дл€ решени€ задачи разделени€ изображени€ на символьную и несимвольную части €вл€етс€ полигональна€ форма описани€ изображени€.

4.4. ѕолигональна€ форма.

4.4.1. √раничный контур

¬ведем пон€тие граничного контура.

√раничный контур - циклическа€ последовательность углов поворота границы между черной и белой област€ми.

ѕусть граничный контур обозначен gi .

¬ граничный контур включаютс€ только узлы, отличающиес€ от 180 градусов.

”гол поворота граничного контура обозначим ai .

”гол поворота ai характеризуетс€ следующим набором параметров:

- координаты центра угла - x(ai ), y(ai ) ;

- направлени€ L1 (ai ), L2 (ai ) первого и второго луча;

- величина угла V (ai ).

¬ граничном контуре углы упор€дочены. Ёто осуществл€етс€ таким образом, что при обходе границы между черным и белым область черного остаетс€ справа от направлени€ движени€.

ѕолигональна€ форма представл€ет собой совокупность граничных контуров.

Ќа рис.11представлен фрагмент изображени€.

1 2 3 4 5 6 7 8

а)

є угла

x

y

L1

L2

V

1

4

5

0

90

90

2

5

3

90

0

90

б)

–ис. 11. а) фрагмент изображени€, б) таблица значений параметров элементов граничного контура.

ƒостоинства полигональной формы:

- не вносит искажений;

- позвол€ет выдел€ть резкие изгибы границ черной и белой областей;

- требует меньшего объема пам€ти (по сравнению с дискретной первичной формой в 10 - 20 раз).

¬опросы построени€ полигональной формы не будем рассматривать.

4.4.2. ќтделение символов

«адача отделени€ символов формулируетс€ следующим образом: из полигональной формы отобрать те gi , которые описывают границу фрагмента изображени€ символа.

»зучение реальных изображений показывает, что фрагменты изображени€ символов более насыщены неоднородност€ми хода границы черно-белого, чем фрагменты изображений несимвольной части. Ёто дает возможность предложить достаточно простой критерий дл€ сортировки границ контуров - gi , вход€щих в полигональную форму.

  символьным gi будем относить такой граничный контур, дл€ любых двух соседних элементов ak , ak+1 которого выполн€етс€ условие

R (ak , ak+1 ) < D ,

где R (ak , ak+1 ) - рассто€ние между центрами углов ak , ak+1 ;

D - некотора€ константа, определ€ема€ максимальным линейным размером символа, допускаемым на документе.

ќчевидно, что проверка любого gi на принадлежность его множеству символьных граничных контуров осуществл€етс€ за один проход.

Ёто не создает трудностей при построении соответствующего алгоритма.

Ћ≈ ÷»я є5

“ема: У—пециализированна€ обработка изображений дл€ эскизов слоев
топологии плат печатного монтажаФ

—пециализированна€ обработка изображений выполн€етс€ после универсальной обработки. ќна зависит от типа документа.

¬ процессе специализированной обработки выдел€ютс€ отрезки такого типа, который имеетс€ на документе.

«адачи специализированной обработки:

- обработка базовой линии,

- корректировка положени€ узловой точки по данным обработки базовой линии,

- выделение контактных площадок круглой формы,

- выделение контуров границ областей металлизации,

- отыскание областей библиотечных групп,

- обнаружение отрезков трасс печатных проводников,

- формирование файла дл€ описани€ изображени€.

 ратко рассмотрим отмеченные задачи.

1) ќбработка базовой линии

¬ыполн€етс€ в два этапа:

- обнаружение базой линии;

- построение массива описани€ реального положени€ рисок базовой линии на поле документа.

Ќа первом этапе при обнаружении базовой линии используетс€ информаци€ о том, что к базовой линии должны быть отнесены

- все вертикальные элементарные отрезки, имеющие крайнее правое и крайнее левое положени€;

- все горизонтальные элементарные отрезки, имеющие крайнее правое и крайнее левое положени€.

Ќа втором этапе определ€ютс€ координаты центра сечени€ рисок путем усреднени€ значений ординат концевых точек риски, дл€ горизонтальной риски и путем усреднени€ значений абсцисс дл€ вертикальной риски.

2)  орректировка положени€ узловых точек

ѕри этом необходимо прив€зать к ближайшему узлу р€д точек, относительно которых установлено, что они должны быть помещены в одном из узлов координатной сетки. ѕрив€зка точки осуществл€етс€ в два этапа, раздельно по оси ординат и оси абсцисс.

–ассмотрим прив€зку по оси ординат. »меетс€ горизонтальна€ лини€ координатной сетки. ќна имеет проекции на ось ординат.

«начени€ yп и yл , €вл€ютс€ ординатами правого и левого концов линии координатной сетки.

ƒокумент имеет левый (правый) перекос, если дл€ каждой горизонтальной линии координатной сетки выполн€етс€ условие

yп < yл , ( yп > yл ) .

Ќа рис.12 приведена иллюстраци€ левого перекоса изображени€.

c

a

b

d

yп



yл
yа

y

xл xа xп x













–ис.12. ќпределение рассто€ни€ от точки на эскизе сло€ топологии до горизонтальной линии координатной сетки

ќпределение номера горизонтальной линии координатной сетки, к которой должна быть прив€зана точка а с координатами хa и ya осуществл€етс€ по правилу близости этой точки к линии координатной сетки.

ѕри небольшом перекосе изображени€ в качестве рассто€ни€ от точки а до линии координатной сетки можно вз€ть длину вертикального отрезка аb, где b - точка пересечени€ вертикального отрезка с линией координатной сетки. “очка а прив€зываетс€ к той линии координатной сетки, расcто€ние до которой минимально.

—уть прив€зки состоит в замене ya на значение ординаты, соответствующей этой линии координатной сетки.

ѕодобным образом осуществл€етс€ прив€зка произвольной точки по оси абсцисс.

3) ¬ыделение контактных площадок

¬ыделение площадок круглой формы основано на обнаружении коротких отрезков, вход€щих в состав креста.  рест соответствует изображению площадки. ќбнаружение креста инициирует процесс изучени€ области его расположени€. ѕри этом отыскиваютс€ изображени€ точек, которые несут информацию о типе контактной площадки.

4) ¬ыделение произвольных конфигураций типа контуров

Ќахождение произвольных конфигураций типа контуров €вл€етс€ основой дл€ решени€ задач корректировки положени€ узловой точки и выделени€ контактных площадок. ѕри поиске осуществл€етс€ обход контура. ќбнаружение контура осуществл€етс€ тогда, когда возвращаютс€ к исходному отрезку.

ƒл€ идентификации обнаруженного контура необходимо знать, €вл€етс€ он внутренним или внешним.

≈сли при просмотре внутреннего контура встречаетс€ штрих, характерный дл€ границы области металлизации, то это €вл€етс€ основанием дл€ его идентификации.

»зучение внутренних контуров также служит основой дл€ отыскани€ границ библиотечных групп.

ѕри удалении элементарных отрезков, вход€щих в состав контактных площадок круглой формы, границ областей металлизации и границ библиотечных групп на изображении остаютс€ только печатные проводники.

ќбработка этой части информации сводитс€ к обнаружению указателей типа проводников в разрывах трасс печатных проводников и ув€зки их области действи€ с отрезками.

5) √енераци€ завершающего файла

ѕредставл€ет собой процесс формировани€ записей, которые несут информацию о найденных обьектах, с последующим их включением в файл.

Ћ≈ ÷»я є6

“ема: Уќсновные проектные процедуры в —јѕ–Ф

¬¬≈ƒ≈Ќ»≈

ƒостаточно очевидным €вл€етс€ вывод относительно экспертного сопрождени€ подсистемы моделировани€ объекта проектировани€.

–ассмотрим множество операций, которые совершает коллектив проектантов над этой подсистемой.

Ќа основе этого анализа представл€етс€ разумным установить, насколько поддаетс€ формализации инженерна€ де€тельность в среде системы автоматизированного проектировани€ и существует ли возможность опиратьс€ на какие-то фундаментальные положени€ типа формула изобретени€. ѕопутно целесообразно обобщить практический опыт в различных предметных област€х и на разных иерархических уровн€х проектировани€ и сформулировать требовани€ к экспертному сопровождению процедур.

ќ—Ќќ¬Ќјя „ј—“№

, если структура синтезируемого объекта оговорена либо “«, либо единственными услови€ми физической реализуемости (единственный физический принцип, обеспечивающий выполнение “«) .

¬ результате решени€ задачи синтеза может возникнуть счетное

Ќестрога€ классификационна€ схема проектных процедур представлена на рис.1. Ќа схеме показаны основные проектные процедуры, их выбор продиктован следующими соображени€ми.

ƒл€ большинства объектов низшим уровнем проектировани€ можно считать компонентный.

ѕон€тно, что объект проектировани€ на этом уровне имеет структурное и параметрическое описани€.  омпозици€ отдельных компонент на схемотехническом уровне имеет также двойное описание. “о же можно наблюдать на различных уровн€х системы автоматизированного проектировани€. Ћюба€ проектна€ процедура может быть классифицирована на структурную и параметрическую.

“ехническое задание на объект проектировани€ - это всегда некорректно поставленна€ задача. ѕоэтому при технологии нисход€щего проектировани€, даже если возможно выполнение процедуры синтеза, проектных решений всегда может быть больше одного по структуре и значени€м конструктивных параметров.

”точнение “« порождает необходимость выполнени€ процедуры анализа. «аметим, что при восход€щем проектировании процедура анализа той или иной гипотехнической структуры объекта проектировани€ становитс€ едва ли не единственно возможной.

≈сли система автоматизированного проектировани€ построена по принципу генерации проектных решений, то процедура оптимизации €вл€етс€ одной из основных. ƒаже в случае нисход€щего проектировани€ в —јѕ–, допускающего выполнение синтеза по “« без генерации вариантов, уточнение значений конструктивных параметров осуществл€етс€ процедурами оптимизации.

“актирование

–аспараллеливание

—мешанна€

 онвеерна€

ѕоследовательна€

 аскадна€

ѕараллельна€

“ехнических требований

ƒопусков

ѕараметров

ѕараметрическое

—труктурное

 омпозици€

ƒекомпозици€

ѕараметричес-кий

—труктурный

»дентификаци€

ѕреобразова-ние

ѕараметричес-ка€

—труктурна€

ћноговариант-ный

ќдновариант-ный

ќптимизаци€

—интез

јнализ

јлгоритмов

ѕараметров

—труктуры

ѕроектные процедуры




























–ис.1. ќсновные проектные процедуры в —јѕ–

¬ процессе выполнени€ проектных процедур приходитс€ всегда приводить в соответствие способ описани€ “«, проектного решени€ (которое часто €вл€етс€ “« дл€ более низкого уровн€ структуры проектировани€) способу модельного представлени€ объекта проектировани€.

ѕреобразованию может быть подвергнуто либо “«, либо собственно модельное представление.

“аким образом, процедура преобразовани€ описаний как структуры так и параметров, €вл€етс€ неотъемлемой частью любой —јѕ–.

ћногие проектные решени€ принимаютс€ в среде —јѕ– в формализованном виде, зачастую на мета€зыке системы. ѕоэтому дл€ преобразовани€ описани€ проектного решени€ (а иногда и “«) используют процедуру идентификации проектного решени€ (“«).

ћножество рассмотренных проектных процедур не €вл€етс€ замкнутым по номенклатуре и детализации описани€. ќднако можно утверждать, что дл€ рассматриваемых здесь предметных областей оно достаточно полно детализирует процесс проектировани€.

ѕоследнее утверждение основываетс€ на том, что в указанных предметных област€х существует в той или иной мере адекватное модельное представление объекта проектировани€ в виде некоторого оператора:

La : X Þ Y ; a Î A,

здесь X и Y описывают множество входных и выходных сигналов .

ƒанное соотношение устанавливает св€зь между фазовыми переменными над множеством {A} конструктивных параметров a.

“еоретико-множественный анализ этого оператора и его отображени€ дл€ модельного представлени€ объекта проектировани€ показал, что существует счетное множество его преобразований, а также операций над ним: декомпозици€ и композици€ (преобразование) синтез и анализ. ќперации над множеством {A} св€заны с поиском единственного ai , которое определ€ет La .

¬озможно также либо определение Y при определенных La {} ,{A} и X, либо La {} при заданных Y и X .

ѕоскольку Y и X зачастую инвариантны к классу объектов проектировани€ в данной —јѕ–, неизбежно преобразование описаний (представлений) Y , X , {A}. ‘ормализм представлени€ La {} требует решени€ задачи идентификации.

јЌјЋ»« ѕ–ќ÷≈ƒ”–

1. ѕроцедура анализа

ѕроцедура анализа понимаетс€ как процесс представлени€ выходных характеристик объекта проектировани€ при известных входных воздействи€х или начальных услови€х по какому-либо описанию объекта проектировани€ (модельному представлению). ќдновариантный анализ проводитс€ с целью установлени€ соответстви€ входных характеристик требовани€м “«. ћноговариантный анализ направлен на установление в €вном, нагл€дном виде св€зи между входными данными, характеристиками и конструктивными параметрами.

2. ѕроцедура синтеза

–ешение задачи синтеза обеспечивает получение описани€ объекта проектировани€ по “« на объект в виде структуры и совокупности значений конструктивных параметров. ѕараметрический синтез проводитс€ конечное множество проектных решений. ≈сли решение одно, синтезируемый объект будем называть "оптимальным по “«". ќптимизаци€ конструктивных параметров приводит к полному описанию объекта проектировани€.

ќптимизаци€ допусков проводитс€ с целью установлени€ совокупности значений каждого конструктивного параметра по заданному теоретически обоснованному критерию. ќптимизаци€ технических требований обеспечивает назначение оптимальных (в смысле теоретически обоснованного критери€) требований к выходным характеристикам объекта проектировани€.

3. ѕроцедуры преобразовани€

ѕроцедуры преобразовани€ осуществл€ютс€ над множеством лингвистических и математических переменных.

»х последовательность образует запись либо “«, либо проектного решени€, с целью:

а) обеспечить представление “« на мета€зыке конкретной —јѕ–,

б) представить в форме, пон€тной проектанту, то или иное проектное решение, сформулированное на мета€зыке системы,

в) обеспечить совместимость проектных процедур

¬тора€ группа преобразовани€ выделена в отдельную процедуру идентификации. ≈сли преобразование осуществл€етс€ над неформальным описанием, то оно представимо на €зыке логики предикатов первого пор€дка.

Ќапример, если дл€ множества лексем, образующих определенную совокупность требований технического задани€ Ln , и множества критериев проектных решений Kp ввести предикат Q (Ln , Kp ), обозначающий факт однозначного соответстви€ L и K любой лексемы li из множества {L} одной и только одной формальной записи критери€ Ki p Î{K} , то соответствующа€ формула имеет вид:

(" li n Î Ln ) ($ Ki p Î Kp ) Û Q(Ln , Kp ).

≈сли преобразование не выполнимо за одну процедуру, но существуют две совместимые процедуры и результат преобразовани€ не зависит от пор€дка их применени€, то

(" li n Î Ln , $ Ki p Î Kp ) Û Q(Ln , Kp ) Q (Ln-m , Kp ).

≈сли в качестве терминов, вход€щих в формулу, используютс€ математические переменные, то операци€ преобразовани€ записываетс€ математической формулой, котора€ реализуетс€ алгоритмически.

ѕроцедура преобразовани€, примен€ема€ к тому или иному проектному решению, записанному в виде топологии объекта проектировани€, может осуществл€тьс€ либо объединением (композицией), либо декомпозицией. ¬ свою очередь, композици€ проектных решений имеет несколько модифицированных представлений и их множество счетно.

“о же можно сказать относительно декомпозиции проектного решени€. «десь отметим, что процедура композиции характерна дл€ восход€щего проектировани€, а декомпозици€ - дл€ нисход€щего.

4. ѕроцедура идентификации

ѕроцедура идентификации осуществл€етс€ либо над множеством данных (из базы данных) когда ставитс€ задача преобразовани€ проектного решени€, либо над множеством проектных решений, когда ставитс€ задача занесени€ его в базу данных.

”казанные задачи, решаемые в соответствии с классифицируемыми процедурами, как отмечалось, сделаны относительно объектов. ќни имеют описание в виде цепочек формульных зависимостей (модельных представлений, реализуемых алгоритмически) либо цепочек термов, лексем, лингвистических переменных). ѕоэтому можно предположить, что множество перечисленных процедур факторизуетс€ по классификационному признаку, св€занному со способом описани€ и реализации в среде —јѕ–.

 Ћј——»‘» ј÷»я ѕ–ќ÷≈ƒ”–

 ажда€ из перечисленных процедур может быть отнесена к одному из трех типов процедур:

- формальна€,

- формализуема€,

- эвристическа€.

ƒадим несколько определений.

а) ‘ормальна€ процедура - совокупность действий, котора€ порождает проективное (или счетное множество проектных решений) без участи€ проектанта. ¬ этом случае проектант только формулирует задачу: назначает входные данные и указывает критерий проектного решени€.

б) ‘ормализуема€ процедура - процедура, котора€ может лишь частично формально описыватьс€ в виде какого-либо алгоритма, иногда даже реализующего численный метод, но исходные данные дл€ нее требуют преобразовани€, а услови€ ее протекани€, критерии проектных решений требуют уточнени€ не при переходе от одного объекта проектировани€ к другому, но и процессе ее выполнени€.

ѕроектант может вли€ть на услови€ протекани€ формализуемой и эвристической процедур, руководству€сь только лишь опытом, интуицией, здравым смыслом, причем как своим собственным, так и по выбору, и накопленным в данной —јѕ–.

в) Ёвристическа€ процедура - процедура, котора€ не поддаетс€ никакому формальному описанию, не может быть описана никаким алгоритмом и при определенных услови€х не обеспечивает прин€ти€ проектного решени€.

ѕриведем примеры процедур.

а) ‘ормальные процедуры:

- анализ чувствительности модели проектировани€, примен€емой в теории автоматического регулировани€,

- синтез оптимального фильтра (решение задачи ¬инера-’опфа), когда критерий сформулирован в “«,

- поиск безусловного экстремума целевой функции, сформулированной дл€ задачи непосредственно в “«.

ѕеречисленные процедуры позвол€ют оперировать со строгими математическими модел€ми, €вл€ютс€ реализацией конкретно поставленной задачи и инвариантны к критерию проектного решени€.

б) ‘ормализуемые процедуры:

- одновариантный анализ объекта проектировани€ на математической модели при отсутствии полной информации о характере входных воздействий или при нечетко определенной области адекватности,

- синтез структуры объекта проектировани€, не имеющего аналогов и прототипов, осуществл€емый за счет использовани€ сочетани€ различных физических принципов и компонент разной физической природы. "—уммарный" эффект не €вл€етс€ простой суммой отдельных эффектов, возникающих от использовани€ того или иного физического принципа,

- условна€ оптимизаци€ значений конструктивных параметров с использованием многомерной целевой функции (многокритериальна€ некорректно поставленна€ задача).

ќтличительной чертой перечисленных формализуемых процедур €вл€етс€ их "экстрапол€ционный" характер. ¬о всех указанных совокупност€х действий "предсказываетс€" поведение объекта проектировани€ на основе гипотетической информации при ограничени€х, которые основаны на фундаментальных физических принципах (закон сохранени€ энергии, не отрицательность времени и т.д.)

‘ормализуемые процедуры занимают "промежуточное" положение между формальными и эвристическими. — одной стороны, они используют математические модели, с другой стороны, характер их использовани€ €вл€етс€ экстрапол€ционным.

Ќапример, параметрическа€ оптимизаци€, осуществл€етс€ с изменением метода оптимизации. »зменение метода происходит в результате анализа как целевой функции, так и вли€ни€ ограничений на характер процесса оптимизации.

¬идно , что проектна€ операци€ может быть только формальной (по определению). ѕоэтому можно говорить, что формальна€ проектна€ процедура всегда состоит из конечного числа проектных операций.

Ёвристическа€ процедура не содержит проектных операций, а формализуема€ состоит из несовместимых операций. »х нельз€ примен€ть в любой последовательности и в любом сочетании, или их сечение нельз€ заранее определить (предсказать).

Ћ≈ ÷»я є7

“ема: У«нани€ в вычислительных системах (—јѕ–).
‘ормы представлени€ и способы кодировани€.Ф

¬¬≈ƒ≈Ќ»≈

ќдним из первых обобщений, св€занных с искусственным интеллектом в —јѕ–, стала работа "»нтеллектуальные системы автоматизированного проектировани€ больших и сверхбольших интегральных схемФ ¬.ј.ћищенко, Ћ.ћ. √ородецкий и др. –адио и св€зь, 1988."

¬ ней излагаютс€ концепции системы проектировани€, "имитирующей де€тельность конструктора в части накоплени€ информации об алгоритмах проектируемых схем, модификации исходных алгоритмов дл€ получени€ необходимых требований технического задани€, перебора имеющихс€ конструктивов дл€ реализации конкретной схемы, решени€ задач оптимизации при синтезе, проверки корректности требований “« в рамках знаний, заложенных в систему.

ѕон€тно, что сформировать требовани€ к "интеллектуальным —јѕ–" независимо от предметной области довольно трудно.

¬ первую очередь эти вопросы привлекли внимание разработчиков интегральных схем. ¬ этой предметной области в значительно большей степени возможно формализованное представление объекта проектировани€, различных проектных процедур. Ёто справедливо, пока речь идет о проектировании алгоритмов, архитектуры и функционально-логической структуры интегральных схем.  ак только степень детализации в описании объекта проектировани€ достигает уровн€, на котором требуетс€ оперировать физическими величинами, и если речь идет о моделировании условий протекани€ физических процессов, то адекватное формализованное описание объекта и процесса проектировани€ становитс€ все более затруднительным.

ѕоэтому представл€етс€ разумным сопоставить возможности строгого и формализованного подходов к проектированию. ќн заключаетс€ в "жесткой "организации программного обеспечени€ —јѕ–, и чисто эвристического подхода, используемого в экспертных системах, которые функционируют либо на основе нечеткой логики, либо на стохастических методах обучени€.

¬ радиоэлектронном приборостроении используютс€ сочетани€ разнообразных физических эффектов. ¬ этой области как и в оптическом приборостроении и автоматики распространены системы автоматизированного проектировани€ с традиционной организацией программного обеспечени€. Ёто св€зано, прежде всего, со значительными трудност€ми создани€ однородного математического описани€ систем, сочетающих резко отличающиес€ по физической природе компоненты.

¬ данной лекции мы обращаем внимание на те проблемы, которые целесообразно решать за счет использовани€ "жестких" и "м€гких" компонент программного обеспечени€ —јѕ–.

ќбращено внимание на поиск точек соприкосновени€ формализованных и эвристических подходов на основе анализа основных принципов организации и функционировани€ таких систем применительно к задачам исследовани€.

—лабые места в формализованном подходе и пути их усилени€ за счет использовани€ экспертных оценок, определ€ющих как характер так и последовательность их применени€ в сочетании с модельным представлением различных объектов проектировани€, также будут рассмотрены.

ѕредполагаетс€ провести анализ способов модельного представлени€ объектов проектировани€, которые дают довольно строгую формализацию описани€ различных предметных областей. ѕри этом сделан акцент на проблему адекватного описани€.

ќЅў»≈ —¬≈ƒ≈Ќ»я

Ќаиболее распространенным определением экспертной системы €вл€етс€ утверждение о том, что это вычислительна€ система, оперирующа€ знани€ми специалистов в определенной предметной области и способна€ принимать решени€ на уровне этих специалистов.

¬ этом определении остаетс€ не€сным, что следует понимать под термином" знани€" и что означает способность принимать решени€ вычислительной системой. Ёта не€сность возникает, если достаточно строго отнестись к термину "вычислительна€ система".

≈сли понимать ее как особым способом организованную совокупность программно-аппаратных средств, то способность Ё¬ћ принимать решени€ представл€етс€ спорной.

Ёкспертна€ система, как вс€ка€ вычислительна€ система, ни в какой момент времени ее создани€ и функционировани€ неотделима от пользовател€ и разработчика.

ѕервый существенный признак, позвол€ющий рассматривать экспертную систему как самосто€тельный класс вычислительных систем, заключаетс€ в том, что она не должна морально устаревать.

Ѕольшинство работ, посв€щенных экспертным системам, свидетельствует о том, что основу их архитектуры составл€ет запас знаний о конкретной предметной области. ѕри этом знани€ понимаютс€ как совокупность правил, определ€ющих характер обработки данных, в результате применени€ которых может формироватьс€ нова€ совокупность правил.

¬ приведенных определени€х используютс€ пон€ти€ данные и знани€.

а) ƒјЌЌџ≈ в вычислительных системах - закодированные образы объектов реального мира, имеющих количественную меру. Ќаличие количественной меры говорит о возможности сопоставлени€ объектов.

¬ соответствии с прин€тым определением в дальнейшем термин "данные" и производные от него ("база данных", "управление базой данных" и др.) будет использоватьс€ дл€ обозначени€ любых констант (включа€ логические, строковые), переменных и функций, а также множеств, их объедин€ющих.

б) ќпира€сь на определение данных, можно сформулировать определение термина " знани€ ".

Ќеобходимо отметь, что речь идет о знани€х в вычислительных системах, а не о знани€х вообще.

≈сли измеримость объектов реального мира вытекает из возможности их сопоставлени€, т.е. установлени€ отношений между ними, то среди этих отношений всегда можно выделить подмножество, которое объедин€ет закономерности. “ака€ возможность позвол€ет в дальнейшем оперировать термином "знани€" в смысле образов отношений между измеримыми объектами реального мира.

≈сли соотнести теперь определени€ данных и знаний, то становитс€ €сным, что данные €вл€ютс€ частным случаем знаний. ¬ самом деле, измеримость объекта, т.е. существовани€ данных об объекте предполагает его сопоставимость с каким-либо другим. ќн условно прин€т за эталон. Ёто сопоставление позвол€ет установить отношени€ между объектами (например, равно, больше, одинаково по смыслу и т.п.).

ќтношение, в свою очередь, может быть закодировано и представлено в вычислительной системе. ≈сли результат этого сопоставлени€ кодируетс€ константами, переменными либо функци€ми, то речь идет о представлении данных.

≈сли же в вычислительной системе представл€ют (кодируют) способ и результат сопоставлени€ и сущностью этой информации €вл€етс€ отношение между данными, которое также может кодироватьс€ константами, переменными и функци€ми, то такого рода данные в дальнейшем следует называть «ЌјЌ»яћ».

Ќаиболее распространенными формами представлени€ знаний €вл€ютс€ логические, семантические и продукционные модели. ѕроведем анализ этих форм в сопоставлении с неформальным описанием знаний, составл€ющих основу инженерной де€тельности. ѕри этом будем различать формализуемые и эвристические способы построени€ моделей.

¬ инженерной де€тельности используют формализованное описание объектов проектировани€ и проектных процедур. — по€влением —јѕ– - это используетс€ во множестве формализованных проектных процедур и моделей объектов проектировани€.

ќбъекты проектировани€ в сочетании со строгими методами оптимизации образуют жесткую структуру, изменени€ которой осуществл€ютс€ разработчиками или специальными лицами, администрирующими информационную компоненту и сопровождающими систему автоматизированного проектировани€. ќни не €вл€ютс€ специалистами в данной предметной области.

Ћќ√»„≈— »≈ ћ≈“ќƒџ ѕ–≈ƒ—“ј¬Ћ≈Ќ»я «ЌјЌ»…

ѕредварительно остановимс€ на изложении некоторых пон€тий формальной теории.

‘ормальна€ теори€ задана, если определены четыре множества B, F, A, R : S = {B, F, A, R}, где

B - счетное множество базовых символов (алфавит) теории S ;

F - подмножество выражений теории S (формулы теории );

A - выделенное множество формул, образующее аксиомы теории S (множество априорно истинных формул);

R - конечное множество отношений между формулами ( правила вывода).

‘ормальна€ теори€ S называетс€ –ј«–≈Ў»ћќ…, если найдетс€ едина€ процедура, котора€ позвол€ет узнать дл€ любой данной формулы, существует ли ее вывод в S.

‘ормальна€ теори€ S называетс€ Ќ≈ѕ–ќ“»¬ќ–≈„»¬ќ…, если не существует такой формулы ai Î A, чтобы ai и `ai были выводимы в S.

“еори€ исчислени€ предикатов определ€етс€ следующими множествами:

јЋ‘ј¬»“:

знаки пунктуации (,) . ;

пропозициональные св€зки È, Ç ,` , É

знаки кванторов " , $

символы переменных хk , k=1,2,...,n

символы функциональных букв fk n

символы предикатных букв Pk

¬џ–ј∆≈Ќ»я: множества выражений стро€тс€ над множеством символов алфавита с помощью термов и элементарных формул.

“≈–ћџ: символы переменной или константы, например X1 ,X2 , ...,Xn или fk (X1 ,X2 , ...,Xn)

ЁЋ≈ћ≈Ќ“ј–Ќџ≈ ‘ќ–ћ”Ћџ: совокупность предикатных букв, термов и знаков пунктуации, например,

Pk (X1 ,...,Xn)

ѕ–ј¬»Ћ№Ќќ ѕќ—“–ќ≈ЌЌџ≈ ‘ќ–ћ”Ћџ: совокупность элементарных формул и пропозициональных св€зок, например:

Pk (X1 , ...,Xn) = P1 (X1 ,...,Xn).

— помощью выражени€ ("X)D (A) обозначаетс€ область действи€ квантора всеобщности. Ёто означает: дл€ любого X из D существует правильно построенна€ формула A.

— помощью выражени€ ($X)D (A) устанавливаетс€ существование такого X из D, дл€ которого справедлива правильно построенна€ формула.

ќбласти значений правильно построенных формул кодируютс€ таблицами истинности. ќни устанавливают значени€ 0 либо 1 ("ложь" либо "истина") формулам:

`A , A È B, A Ç B

Ќ≈„≈“ ќ≈ ќ“ЌќЎ≈Ќ»≈ определ€етс€ оператором R и операцией "o": R o A = B, где A - входное нечеткое множество, B - выходное нечеткое множество.

Ќе будем раскрывать данную запись на уровне системы алгебраических уравнений.

≈сли истинность обозначена дл€ всех наборов интерпретаций, ее называют общезначимой , в противном случае она невыполнима.

√овор€т, что формула A логически следует из формул B1 ,B2 ,...,Bi тогда и только тогда, когда интерпретаци€ формулы B1 ,B2 ,...,Bi совпадает с интерпретацией A. (B1 ,B2 ,...,Bi Þ A)

¬ этом случае B1 ,...,Bi - посылки, а A - заключение логического следовани€.

¬ сжатой форме это отношение обозначаетс€ как B1 ,B2 ,...,Bi => A

Ќа практике имеет большое значение теорема дедукции, согласно которой A €вл€етс€ логическим следствием B1 ,...,Bi тогда и только тогда когда формула B1 ,B2 ,...,Bi общезначима.

»звестно использование исчислени€ предикатов дл€ доказательства теорем. ћетоды доказательства теорем основываютс€ на том, что если формула исчислени€ предикатов общезначима, то возможна проверка ее общезначимости на основе исчислени€ предикатов.

Ёлементы исчислени€ предикатов используютс€ дл€ кодировани€ аксиоматики того или иного математического аппарата. Ёто позвол€ет использовать его в технологических приложени€х дл€ записи спецификаций программ и как следствие дл€ аналитического преобразовани€ формул, модельного представлени€ объектов проектировани€ и описани€ проектных процедур, а также дл€ проверки на корректность и полноту программных реализаций систем аналитических вычислений.

Ќ≈„≈“ »≈ ћЌќ∆≈—“¬ј » Ќ≈„≈“ јя Ћќ√» ј

ћногие продукционные модели представлени€ знаний опираютс€ на аппарат нечетких множеств и нечеткой логики Ћ.«аде с лингвистическими, а не числовыми значени€ми истинности.

–ассмотрим некоторые основные пон€ти€.

”становлено, что нечеткость возникает тогда, когда элемент wÎW обладает некоторым свойством ј, имеющим субъективную окраску (по мнению различных экспертов).

‘ункци€ принадлежности mA ( ) рассматриваетс€ как функци€ вещественного аргумента. ќна определена на интервале [0,1].

ћожно считать, что mA : u -> [0,1] ставит в соответствие каждому u число mA (u) из интервала [0,1], характеристическую степень принадлежности u подмножеству A. Ќечеткое множество ј будет обозначатьс€ как объединение

ј = åmA (ui ) / ui , либо ј = {m1 / u1 + ...+ mn / u n }

¬ случае, когда множество непрерывно A = òmA (u) / u.

ќпределим пон€тие множества уровн€ a.

ћЌќ∆≈—“¬ќ ”–ќ¬Ќя a это четкое множество Aa элементов универсального множества U, степень принадлежности которых множеству ј больше или равна a:

Aa = {u / mA (u) > a}, где a - в общем случае может быть нечеткой константой.

ќЅЏ≈ƒ»Ќ≈Ќ»≈ множеств по a

Èa A = òa aAa

ќпераци€ ƒќѕќЋЌ≈Ќ»≈

`A = òu (1- mA (u))/u

ќпераци€ ќЅЏ≈ƒ»Ќ≈Ќ»≈

A È B = òu (mA (u) È mB (u)) /u

ќпераци€ ѕ≈–≈—≈„≈Ќ»≈

A Ç B = òu (mA (u) Ç mB (u)) /u

јппарат, построенный на модел€х нечетких операндов, широко используетс€ в процедурных способах представлени€ знаний. — его помощью осуществл€етс€, в основном, эвристическое представление.  онкретные формы, в которых оно реализуетс€, завис€т и от вычислительной среды, —”Ѕƒ, от концептуальной модели базы знаний и от общей концепции проекта той или иной системы.

—≈ћјЌ“»„≈— »≈ —≈“»

—емантические сети стро€тс€ с помощью ориентированных графов. ¬ершины сети соответствуют объектам, а дуги семантическим отношени€м.

—реди объектов выдел€ют пон€ти€, свойства и событи€.

—емантические отношени€ можно условно разделить на лингвистические, логические, теоретико-множественные и квантифицированные. ѕрименительно к задачам организации вычислительной среды —јѕ– лингвистические отношени€ относ€тс€ к средствам доступа.   логическим отношени€м относ€тс€ отношени€ типа: дизъюнкци€, конъюнкци€ и отрицание.

“еоретико-множественные отношени€ рассматриваютс€ как про€вление категорий части и целого, затрагивают иерархическую структуру той или иной —јѕ– в целом. ѕример такой сети приведен на рис.1.

—емантические сети условно классифицируют на интенсиональные и экстенсиональные.

»Ќ“≈Ќ—»ќЌјЋ№Ќјя сеть устанавливает те отношени€ между объектами, которые отличаютс€ объективностью и повтор€емостью.

Ё —“≈Ќ—»ќЌјЋ№Ќјя сеть кодирует отношени€ между конкретными фактами, объектами и событи€ми, т.е. между данными.

Ќаибольшее распространение семантические сети получили в концептуальных модел€х баз данных и поэтому имеют распространение в —јѕ–.

ѕри использовании в —јѕ– семантические сети примен€ютс€ в семантическом анализе при организации диалога на предметном €зыке. Ётот анализ проводитс€ после морфологического и синтаксического разбора. ƒалее используетс€ либо пр€мое преобразование синтаксических отношений в семантические с применением встроенных правил (фильтров), либо преобразование осуществл€етс€ на основе соответствий, указанных в модел€х управлени€.

ћодель объекта проектировани€

Е

Е

ћодель подсистемы одной физической природы

ћодель подсистемы одной физической природы

ћодель компоненты

ћодель компоненты















–ис.1. ѕример сети, используемой дл€ представлени€ отношений между модел€ми и макромодел€ми объекта проектировани€ в —јѕ–.

ќднако, если предметна€ область —јѕ– основана на описании естественных объектов, то размерность семантической сети становитс€ необозримой. ¬ этом случае предпочтительнее использование представлени€ в виде фреймов.

‘–≈…ћџ

ѕриведем определение фрейма.

‘–≈…ћ - поименованна€ семантическа€ сеть, €вл€юща€с€ элементом множества, построенного на операции св€зи с помощью одного или нескольких узлов.

ѕодобное определение не противоречит с трактовкой фрейма как структуры данных, формализовано отображающей объектно-субъективные отношени€ декларативным либо процедурным образом и содержащей посто€нную часть или переменную. ќ последней говор€т как о совокупности слотов ( переменна€ часть фрейма ).

“ака€ структура образуетс€ множеством троек вида:

{ F, (S1 , GS1 , PS1 ), ..., ( Si , GSi , PSi ), ..., (Sl , GSl , PSl ) },

где F - им€ фрейма , Si - им€ слота, GSi - значение слота, PSi - процедура, св€занна€ со слотом.

ѕри работе с фреймами допустим любой уровень вложений, поскольку значением слота некоторого фрейма может быть любое им€ фрейма.

—еть фреймов реализует модель объекта проектировани€ на основе фрейма "преобразование" и отражает свойство объекта проектировани€ в целом и его отдельных компонент (узлов, звеньев, макромоделей - совокупности звеньев). ѕор€док инициализации процедур дл€ преобразовани€ данных определ€етс€ слотами параметров моделей.

Ќа рис. 2 приведена сеть фреймов, реализующа€ модель объекта проектировани€.
































–ис. 2. —еть фреймов, реализующа€ модель объекта проектировани€ в соответствии с иерархией, отображенной на рис.1.

ƒл€ инженерной де€тельности характерны специфичные формы представлени€ знани€. Ёто св€зано со следующими обсто€тельствами:

1) c необходимостью описани€ последовательности прин€ти€ проектных решений в форме, удобной дл€ представлени€ в Ё¬ћ.

2) c отождествлением “« на объект проектировани€ с той или иной последовательностью действий проектанта.

3) с оценкой корректности “« и адекватности моделей объекта проектировани€.

ѕервое требование возникает, если —јѕ– строитс€ целиком на основе базы знаний и не позвол€ет оперировать строгим математическими модел€ми объектов проектировани€. “акой путь предполагает использование экспертных систем дл€ накапливани€ знаний инженеров высокой квалификации и последующего их "тиражировани€" в вычислительных системах.

¬торое требование также характерно дл€ использовани€ свойств экспертных систем в полном объеме, а также дл€ —јѕ–, называемых "интеллектуальными".

“ретье требование возникает при необходимости построить —јѕ–, адаптирующиес€ к пользователю и развиваемые проектантами.

Ќаиболее интересным приложением дл€ интеллектуальных —јѕ– €вл€етс€ построение обучаемых мониторов, называемых интеллектуальными планировщиками. ѕодобные мониторы реализованы с использованием аппарата сетей ѕетри (которые мы здесь не рассматриваем).

ћ≈“ќƒџ  ќƒ»–ќ¬јЌ»я

–ассмотренные способы представлени€ знаний могут иметь самую различную программную реализацию в вычислительных системах. ¬о многом эти способы завис€т от характера отношений между данными, которые моделируютс€ знани€ми.

¬ инженерной практике исторически сложилось два способа документировани€ проектных решений - текстовый и графический.

Ќаибольший интерес представл€ет графический способ документировани€.

“ехнологические и пользовательские аспекты обработки графической информации в системах проектировани€ и конструировани€ изучены достаточно глубоко.

ƒвухуровневый характер кодировани€ таких изображений, как чертежи, графики позвол€ет сводить их описание к лексическим примитивам (лини€, круг, точка и т.п.). —ледовательно, представление знаний с помощью таких "кодов" так или иначе сводитс€ к способам, уже рассмотренным ранее.

ќсобое место занимает графическа€ информаци€, кодируема€ полутоновыми многоуровневыми изображени€ми реальных и искусственных объектов. Ќаиболее мощным арсеналом программно-аппаратных средств обработки, хранени€ и представлени€ таких изображений располагает цифрова€ голографи€.

»спользование этих средств позвол€ет не только решать задачи препарировани€ изображений и распознавани€ образов, но и строить обучаемые вычислительные системы.

Ћ≈ ÷»я є8

“ема: УЁкспертна€ система дл€ автоматизированного проектировани€Ф

¬¬≈ƒ≈Ќ»≈

Ёкспертна€ система дл€ решени€ задач автоматизированного проектировани€ €вл€етс€, в свою очередь, вычислительной системой.

ќна должна удовлетвор€ть следующим требовани€м:

1. ѕринимаемые с помощью системы решени€ должны соответствовать уровню эксперта-профессионала.

2. Cпособы прин€ти€ решений (метарассуждени€) в любой момент времени должны воспроизводитс€ в форме, пон€тной как эксперту, так и пользователю.

3. —истема должна адаптироватьс€ к пользователю за счет возможности мен€ть как формулировки запросов и задач, так и последовательность их возникновени€.

4. Cистема должна обладать возможностью использовать, приобретать и хранить общие и частные схемы рассуждени€, построенные на не полностью достоверных данных и символьных преобразовани€х.

5. ¬ процессе жизненного цикла система должна обладать свойством ревизии данных и схем рассуждений.

«јƒј„», –≈Ўј≈ћџ≈ Ё —ѕ≈–“Ќќ… —»—“≈ћќ…

ѕеречислим задачи, которые способна решать экспертна€ система:

1. «адачи не могут иметь числовой интерпретации.

2. ÷ели, достигаемые при их решении, не могут быть представлены в виде целевой функции.

3.  омбинаторные методы перебора невозможны.

—“–” “”–Ќјя —’≈ћј ќЅќЅў≈ЌЌќ… Ё —ѕ≈–“Ќќ… —»—“≈ћџ

ѕеречислим основные компоненты такой системы.   их числу относ€тс€ следующие:

1. Ћингвистический процессор

2. ѕодсистема логического вывода.

3. Ѕаза знаний.

4. ѕодсистема ревизии знаний.

5. –абоча€ пам€ть.

Ќа рис.1 показана структурна€ схема обобщенной экспертной системы.

Ћингвистический процессор


ѕодсистема логического вывода

—електор

»нтерпретатор

Ѕаза знаний

ѕодсистема ревизии знаний

–абоча€ пам€ть



















–ис.1. —труктура обобщенной экспертной системы.

Ћингвистический процессор осуществл€ет св€зь остальных компонент с пользователем или экспертом на алгоритмическом €зыке.

ѕодсистема логического вывода обеспечивает построение той или схемы рассуждени€.

Ѕаза знаний предназначена дл€ хранени€ и обработки знаний, представленных логическими, продукционными либо семантическими модел€ми.

ѕодсистема ревизии знаний позвол€ет пользователю либо эксперту вмешиватьс€ в процесс подготовки прин€ти€ решени€ за счет объ€снени€ (отображени€) промежуточных действий в системе.

–абоча€ пам€ть обеспечивает хранение промежуточных данных и их обмен между компонентами системы.

¬ некоторых работах по искусственному интеллекту можно встретить несколько другое представление обобщенной экспертной системы, причем, принципиальным отличием может €витьс€ наличие в структуре подсистемы приобретени€ и интерпретации знаний. ќднако в таких системах, как EURISKO, роль такой подсистемы выполн€ет подсистема логического вывода совместно с подсистемой ревизии знаний, а в системе MYSIN ее невозможно выделить как отдельное программное средство. ¬ системах, построенных по технологии "prototyping" - »Ќ“≈–Ё —ѕ≈–“ (GURU), Ё —ѕ≈–“»«ј, т.е. на основе оболочек, также трудно выделить такой программный модуль, который обеспечивал бы приобретение знаний.

–ассмотрим подробнее структурные компоненты экспертной системы.

 ќћѕќЌ≈Ќ“џ Ё —ѕ≈–Ќќ… —»—“≈ћџ

Ћ»Ќ√¬»—“»„≈— »… ѕ–ќ÷≈——ќ–

Ћингвистический процессор обеспечивает взаимодействие пользовател€ либо эксперта с программно-аппаратной частью экспертной системы путем преобразовани€ (трансл€ции, конвертировани€, интерпретации) предложений на проблемно-ориентированном (чаще на естественном) €зыке в предложени€ на внутреннем €зыке (мета€зыке) и наоборот.

Ќа рис.1 не показано, что в этих преобразовани€х участвует база знаний, поскольку во многих экспертных системах лингвистические процессоры реализуютс€ отдельным модулем, имеющим программно-аппаратный вид.

ƒостаточно общее название этой структурной единицы позвол€ет рассматривать под этим названием самые различные программные и программно-аппаратные реализации. ќни независимы от способа кодировани€ сообщени€: речевой ввод, ввод с алфавитно-цифровой клавиатуры, с сенсорного устройства и т.д.

¬ любом случае считаетс€, что входными данными лингвистического процессора €вл€ютс€ цепочки символов, представленных во внутреннем коде системы, а выходными - либо цепочки, синтезированные на €зыке деловой прозы дл€ человека, либо цепочки на мета€зыке системы.

ѕреобразование лексических единиц на естественном €зыке возможно в процедурной, декларативной или смешанной форме. ƒл€ декларативной формы характерно существование некоторого словар€ и морфологический анализ сводитс€ к сопоставлению соответствующих лексем.

ѕроцедурный способ морфологического анализа основываетс€ на определении последовательности операций, которые необходимо осуществить дл€ определени€ значений морфологических параметров. ѕри этом под морфологией понимаетс€ система правил порождени€ слов.

Ѕаза знаний, над которой строитс€ лингвистический процессор, содержит словарь, множество фильтрующих процедур и семантическую сеть. — помощью словар€ осуществл€етс€ представление знаний о словах (лексемах).

‘ильтрующие процедуры реализуют правила анализа и синтеза лексем, а семантические сети кодируют смысловые структуры предметной области.

—труктура основной части лингвистического процессора и взаимодействие его элементов условно представлены на рис.2.



















–ис.2. —труктура лингвистического процессора

¬ процессе анализа сообщени€ пользовател€ выдел€ютс€ корни слов, идентифицируетс€ совокупность корней по словарю, хран€щемус€ в рабочей пам€ти, проводитс€ морфологический разбор и после семантического разбора порождаетс€ сообщение на мета€зыке системы.

ѕри синтезе сообщени€ чаще всего используетс€ множество формальных шаблонов, которые выбираютс€ в соответствии с семантикой сообщени€ и заполн€ютс€ в соответствии с его морфологией и синтаксисом.

Ћингвистический процессор систем »Ќ“≈–Ё —ѕ≈–“, Ё —ѕ≈–“»«ј позвол€ет осуществл€ть св€зь на естественном €зыке и рассчитан на распознавание до 500 слов и команд. ѕроцесс формировани€ интерфейса реализуетс€ с помощью меню. ќно предлагаетс€ пользователю вс€кий раз, когда введенное предложение на естественном €зыке содержит слова, не содержаржащиес€ в словаре процессора.

ћеню предлагает пользователю варианты типа:

- "временное изменение",

- "посто€нное изменение",

- "более длинна€ фраза",

- "игнорировать слово" ,

- "сн€ть запрос".

¬ первом режиме составл€етс€ временное определение, которое хранитс€ до следующего запроса. ѕри этом нераспознанное слово автоматически приводитс€ в семантическое соответствие с синонимом из словар€ в течение текущего запроса.

экспертной системе позвол€ет со временем снимать разграничени€ в функци€х эксперта и пользовател€.

¬озможности наиболее распространенных в насто€щее врем€ экспертных систем в области ревизии знаний пока ограничены. ¬ основном, пользователю объ€сн€ют причины запросов и раскрывают ¬о втором режиме проводитс€ посто€нное доопределение словар€ соответствующим синонимом.

¬ третьем режиме синонимы ввод€тс€ уже не дл€ отдельных слов, а дл€ словосочетаний.

„етвертый режим позвол€ет пользователю понизить избыточность в сообщении, если какое-то слово в фразе, кодирующей запрос, нераспознано процессором, а п€тый позвол€ет прекратить бесплодные попытки разъ€снить принципиально неопознанную фразу запроса.

Ћингвистический процессор »Ќ“≈–Ё —ѕќ–“ расширен на область графического представлени€ данных в виде таблиц и графиков.

ѕќƒ—»—“≈ћј Ћќ√»„≈— ќ√ќ ¬џ¬ќƒј

ѕодсистема логического вывода, предназначенна€ дл€ генерации рекомендаций по решению прикладной задачи на основе информации, наход€щейс€ в базе знаний, строитс€ на основе теории машины ѕоста.

Ќа структурной схеме, показанной на рис.3, определены св€зи между компонентами этой подсистемы в соответствии с принципами функционировани€ машины ѕоста. —огласно наименованию, подсистема порождает правило на основе импликации вида:

Ri : Ii Þ Ri Т, где Ri - правило продукции, извлекаемое из базы знаний, Ii - условие применени€ правила Ri ,

RТ - порождаемое правило, которое может быть помещено либо не помещено в базу знаний.


















–ис.3. —труктура и принцип функционировани€ интерпретатора

¬ процессе решени€ той или иной задачи в подсистеме производитс€ интерпретаци€ (означивание) того или иного правила и выполнение действий, определ€емых этим правилом. ¬ыбор (идентификаци€) того или иного правила основан на сопоставлении условий Ii и в общем случае приводит к нескольким правилам одновременно. ѕри этом возможно порождение порождаетс€ конфликтного набора.

–азрешение конфликтного набора осуществл€етс€ специальной процедурой, называемой селектором. ¬ селекторе заложена определенна€ стратеги€.

ƒл€ оперативного хранени€ промежуточных данных по услови€м Ii , во многих системах предусматриваетс€ –јЅќ„јя ѕјћя“№.

Ќапример, в системе »Ќ“≈–Ё —ѕ≈–“, а точнее, в ее инструментальной среде, логический вывод осуществл€етс€ либо с помощью процедур, разработанных на уровне €зыка структурного программировани€, либо с использованием эвристик, реализованных в среде.

–азличают пр€мую и обратную аргументацию.

¬ первом случае каждое правило, занесенное с помощью средств, обрабатываетс€ в последовательности от посылки к заключению. ≈сли предложение, реализующее посылку, истинно, то правило инициируетс€ и происходит переход к заключению. ¬ противном случае возобновл€етс€ проверка истинности до момента, когда все правила не будут исчерпаны.

¬о втором случае в машине логического вывода распознаетс€ то правило, в заключении которого содержитс€ наиболее близкое к проблеме решение.

≈сли посылка правила не определена, производитс€ перебор неизвестных переменных в посылке правила применительно к новым услови€м. ќперации повтор€ютс€ циклически до нахождени€ решени€ либо до определени€ неразрешимости задачи.

ѕосылки к правилам формируютс€ с помощью нечетких множеств, причем допускаетс€ использование нечетких чисел и лингвистических переменных. ¬ инструментальной среде »Ќ“≈–Ё —ѕ≈–“ ввод€тс€ в рассмотрение "факторы уверенности". ƒл€ них определена шкала в диапазоне от 0 до 100 . ƒопускаетс€ формулировка посылок четкими переменными, пол€ми базы данных, статистическими переменными, переменными с индексами.

ƒоступ к машине логического вывода осуществл€етс€ двум€ основными пут€ми: путем предложени€ правила и путем запроса на консультацию.

ѕервый путь реализуетс€ предложением, имеющим форму:

правило: "им€ правила"

≈—Ћ» : < предложение>

“ќ√ƒј: < заключение >

ѕредложение реализуетс€ выражением, которое св€зывает операнды и операции логических отношений. «аключение строитс€ из любого числа операндов, в состав которых вход€т переменные и коды операций.

ѕравило инициируетс€ только после того, как будут установлены значени€ всех переменных, вход€щих в состав операндов и операций.

“аким образом, структура набора правил образуетс€ предложени€ми: описани€ типов используемых переменных, правил, консультаций, объ€снений правил (которые, вообще говор€, не об€зательны), завершени€ набора и завершени€ текста набора правил.

— помощью специального редактора набора правил осуществл€етс€ построение, изменение состава и структуры и компил€ци€ набора правил. ѕосле компил€ции образуетс€ исполнима€ экспертна€ система, порожденна€ в оболочке системы. ѕрограммирование машины логического вывода, таким образом, формально мало чем отличаетс€ от обычного программировани€. ќтличие возникает при оперировании с нечеткими переменными и нечеткими услови€ми.

ќсновные типы переменных, определенные в среде: символьные, числовые, логические и неизвестные. ќсновные виды: €чейки, пол€, рабочие переменные, фиксированные переменные среды.

ќтдельный вид составл€ют нечеткие переменные, определ€емые в рассматриваемой среде как и переменные набора. ѕоследние имеют нечеткие подмножества значений любого сочетани€ перечисленных типов.  аждое значение нечеткой константы определ€етс€ соответствующим значением функции принадлежности, определ€емым в среде как "фактор уверенности".

Ќапример, переменна€ набора

Y = {1/0.5; 2/0.5; 3/0.5}

в инструментальной среде записываетс€ таким образом:

Y = {1 cf50, 2cf50, 3cf50}.

C использованием факторов уверенности осуществл€етс€ и формирование набора правил. ”чет этих факторов выполн€етс€ путем введени€ факторов уверенности: посылки, заключени€ и переменной заключени€.

ќсновные операторы, прин€тые в инструментальной среде операторы отношений:

- = - проверка на равенство ,

- <> - проверка на неравенство,

- >= - проверка на превышение или равенство,

- < - проверка на превышение,

- <= - проверка на нестрогое равенство,

- > - проверка на превышение,

- IN - проверка на соответствие одного элемента другому.

ќперации в машине логического вывода могут описыватьс€ в выражени€х, использующих действи€ над функци€ми принадлежности. Ёто могут быть:

- операци€ "»" и группируемые вокруг нее
min (a, b), ab, (ab+ min(a,b)/2), ab(2-max(a,b))

- либо операци€ "»Ћ»" и группируемые вокруг нее
max(a,b), (a+b-ab), (max(a,b (a+b-ab))/2).

“аким образом, в инструментальной среде можно реализовывать арифметику нечетких чисел и алгебру нечетких высказываний.

јналогичным образом осуществл€етс€ функционирование машины логического вывода и в системе Ё —ѕ≈–“»«ј.

ѕќƒ—»—“≈ћј –≈¬»«»» «ЌјЌ»…

ѕодсистема ревизии знаний €вл€етс€ частью любой экспертной системы, так как она обеспечивает адаптацию пользовател€ к вычислительной системе. ѕоскольку вс€ка€ —јѕ– так или иначе св€зана с вычислительной системой, то свойство эксперной системы по отображению промежуточных и окончательных решений позвол€ет эксперту мен€ть состав продукционных правил, а пользователю состав и содержание запросов. Ёто свойство помогает разрешить многие проблемы, сто€щие перед разработчиками —јѕ– и проектантами.

Ѕлагодар€ такой подсистеме в развитых экспертных системах (например, в EURISKO) по€вл€етс€ возможность вли€ть на базу знаний и на стратегию управлени€ продукционной системы, реализуемой в машине логического вывода.

¬ инженерной де€тельности проектные решени€ выбираютс€ на основе глубинных причинно-следственных св€зей. ќни далеко не всегда имеют формальное или какое-либо формализованное представление. ѕоэтому понимание проектантом хода рассуждений в процессе консультации в содержимое базы знаний.

Ќесколько слов относительно состава и назначени€ базы знаний.

Ѕј«ј «ЌјЌ»…

¬ экспертных системах знани€ могут представл€тьс€ в декларативной, процедурной, управл€ющей формах и в виде метазнаний.

ƒекларативные знани€ представл€ютс€ как факты, формируемые пользовател€ми, процедурные - как правила, представл€емые экспертами. ”правл€ющие знани€ - набор стратегий, определ€ющих функционирование подсистемы логического вывода. ћетазнани€ представл€ютс€ пользователю и эксперту в процессе функционировани€ экспертной системы. — их помощью раскрываетс€ ее состо€ние, структура и схема рассуждени€. ћетазнани€ - основной источник развити€ экспертной системы.

ѕ≈–—ѕ≈ “»¬џ –ј«¬»“»я —јѕ–

Ќа основе проведенного анализа структуры эксперной системы, можно утверждать, что така€ вычислительна€ среда имеет пр€мое применение дл€ инженерной де€тельности как средство автоматизации проектных работ, если проектирование ведетс€ от прототипа, по восход€щей технологии или на высших иерархических уровн€х той или иной системы проектировани€.

ќднако, если объект проектировани€ можно формально описать, возникает потребность, с одной стороны, использовать приемы, характерные дл€ инженерной де€тельности, а с другой - привлечь знани€ математиков дл€ использовани€ формальных методов прин€ти€ решени€.

 роме того, дальнейшее развитие —јѕ–, по мнению многих разработчиков, должно идти по пути создани€ вычислительных систем, которые "ло€льны" к пользователю, легко тиражируютс€ и обладают свойством развити€.

¬ ближайшее врем€ при построении —јѕ– необходимо обеспечить решение следующих задач:

- обучение пользовател€, которое сводитс€ к обучению входным €зыкам, представлению справочной информации, адаптированной к характеру запроса, диагностике ошибок и сопровождению пользовател€ в процессе проектировани€;

- обучение —јѕ–, предполагающее настройку системы на конкретную предметную область или класс проектных процедур;

- организаци€ диалога в процессе проектировани€ с целью описани€ объекта проектировани€, технологического задани€ и заданий на выполнение проектных процедур;

- изготовление проектной и справочной документации, оформл€ющей проектные решени€;

- контроль за функционированием системы и отображение статистических данных о количестве и качестве проектных решений.

ѕеречисленные задачи во многом совпадают с требовани€ми, которые предъ€вл€ютс€ к обобщенной эксперной системе.

ƒополнительно можно сформулировать две задачи:

- обеспечение возможности развити€ —јѕ– в части совершенствовани€ методов моделировани€ объектов проектировани€ и расширени€ числа проектных процедур, основанных на формализованных методах;

- обеспечение возможности накоплени€ и обмена опытом проектантов в единой вычислительной среде.

Ёти задачи не могут решатьс€ в среде экспертной системы, структуру которой мы рассмотрели. ясно, что ее ориентаци€ на обработку не формализуемых, эвристических данных, определ€юща€ структуру и принципы функционировани€, не позвол€ет использовать ее дл€ обработки моделей объектов проектировани€, построенных на строгой или даже приближенной математической основе.

¬џ¬ќƒџ

1. ќсновное свойство вычислительных систем, называемых экспертными - мен€ть свою структуру и содержание в процессе функционировани€ - отвечает основному требованию, предъ€вл€емому к —јѕ– - возможности адаптироватьс€ к характеру проектных работ. ѕринцип обучаемости эксперных систем за счет изменений структуры и содержани€ должен сочетатьс€ с принципом неизменной совокупности формализованных процедур, на котором стро€тс€ —јѕ– с детерминированной структурой.

2. –еализаци€ —јѕ–, построенных на концепции развити€ с помощью проектантов, возможна на основе учета их мнений и опыта, накопленного в процессе проектных работ с применением технологических принципов, используемых при разработке экспертных систем. —пособы учета экспертных оценок проектантов, методы сочетани€ формализуемых и эвристических алгоритмов св€заны с предметной областью —јѕ– в части моделировани€ объектов проектировани€, организации диалога и прин€ти€ решений.

3. ¬ зависимости от степени детализации описани€ объекта проектировани€ мен€етс€ сочетание эвристических и формализованных способов представлени€ знаний. „ем выше иерархический уровень —јѕ–, тем в большей мере необходимо использовать в качестве инструментальных средств вычислительные системы класса экспертных. Ќа

уровн€х, допускающих строгую формализацию в модельном представлении объекта проектировани€, структура программного обеспечени€ может выполн€тьс€ на основе четких алгоритмов. ≈сли объект проектировани€ не всегда имеет адекватное модельное представление на определенном иерархическим уровне, структура соответствующей —јѕ– должна сочетать четкие и нечеткие алгоритмы.

4. Ќаправлени€ в разработке —јѕ–:

- использование экспертных систем непосредственно дл€ автоматизации проектных работ, не поддающихс€ формализованному описанию (как правило, на высших иерархических уровн€х);

- использование отдельных структурных компонент экспертной системы дл€ интеллектуализации —јѕ– с целью обеспечени€ большей ло€льности к пользователю;

- разработка —јѕ– с экспертными компонентами на основе сочетани€ формализованных и эвристических представлений знаний с целью обеспечени€ их развити€ пользовател€ми и экспертами без участи€ разработчиков —јѕ–.

Ћ≈ ÷»я є10

“ема: Фѕроцесс проектировани€ технологических операцийФ

1.  лассификаци€ моделей объектов проектировани€

ќЅЏ≈ “ инженерного проектировани€ - материальный объект искусственной природы, который должен быть создан дл€ разрешени€ определенной проблемы, возникающей или выделенной в одном из фрагментов действительности.

¬ машиностроении в качестве объекта инженерного проектировани€ выступают технологические операции определенных классов.

—овокупность —¬ќ…—“¬ объекта проектировани€ делитс€ на внешние Y и внутренние ’ свойства.

¬Ќ≈ЎЌ»≈ свойства объекта проектировани€ раздел€ютс€ на два подмножества:

- существенные (функциональные или свойства назначени€) Yн , которые подлежат непосредственной реализации при использовании объекта по пр€мому назначению,

- утилитарные (нефункциональные) - Yу , присущие любому реальному объекту (объем, масса, стоимость и др.).

—праведливо соотношение: Y = Yн U Yу .

¬Ќ”“–≈ЌЌ»≈ свойства проектировани€ характеризуют физический, химический и др. процессы, а также техническую форму его реализации как принцип действи€ данного объекта проектировани€.

ћќƒ≈Ћ№ ќЅЏ≈ “ј M(ќ) - приближенное описание какого-либо класса €влений, выраженное с помощью математической символики.

ћодели объектов проектировани€ классифицируют по р€ду признаков:

- способу построени€,

- степени полноты отображени€ рассматриваемых сторон объекта,

- степени общности в отношении к объекту,

- пригодности дл€ целей прогнозировани€,

- назначению.

 ратко рассмотрим каждую из групп моделей.

ј. ѕо способу построени€ различают модели семиотические (знаковые) и материальные (предметные ).

—емиотические модели предназначены дл€ отображени€ с помощью знаков объектов различной природы, свойств этих объектов, а также различных отношений между объектами свойствами и значени€ми свойств.

ћатериальные (предметные) модели включают натурные (экспериментальные, лабораторные, опытные образцы объектов); геометрически подобные (пространственные макеты); физически подобные (модели, обладающие механическим, кинематическим, динамическим и другими видами физического подоби€ с объектом); предметно-математические (созданными с помощью Ё¬ћ).

Ѕ. ѕо степени полноты отображени€ (представлени€) объекта модели могут быть полными - M(O); неполными (различной степени неполноты по содержанию или объему) - M'(O), M"(O),..., Mn (O).

B. ѕо степени общности в отношении к оригиналу выдел€ют модели описани€ Mo (O) (отображают характерные стороны объектов); модели-интерпретаторы Mi (O) (представл€ют отдельные объекты, вход€щие в состав некоторого класса и учитывают особенности их частной реализации); модели - аналоги Ma (O) (различные по форме представлени€, но равные между собой степени общности в отношении оригинала).

√. ѕо характеру воспроизводимых сторон объекта проектировани€ выдел€ют субстанциональные модели SbM(O) (характеризуют пространство возможных состо€ний объекта, примеры: справочники, описани€ типовых проектных решений, технологических операций); функциональные модели FnM(O) (в отличие от моделей SbM(O) характеризуют объект только в аспекте определенных его отношений со средой или другими объектами. ќтображают поведение объекта, его приспособленность к определенным воздействи€м); структурные модели StrM(O) (характеризуют внутреннюю организацию объектов); смешанные модели.

ƒ. ѕо пригодности дл€ целей прогнозировани€ модели относ€тс€ к пригодным и непригодным.

≈. ѕо назначению модели могут быть целевыми и продуктивными.

÷елевые модели Mц (O) призваны в €вной форме отображать цель создани€, назначение объекта проектировани€.

ѕродуктивные модели Mпр (O), под ними понимаетс€ совокупность технической документации на объект.

2. ћодельное представление технологических операций

ѕо способу построени€ различают модели семиотические (знаковые) и материальные (предметные).

—емиотические модели предназначены дл€ отображени€ с помощью знаков объектов различной природы, свойств этих объектов, а также различных отношений между объектами, свойствами и значени€ми свойств. ќни дел€тс€ на €зыковые (логико-лингвистические - символьные структуры, вход€щие в некоторую систему, логико-математические - упор€доченные знаковые цепочки); не€зыковые (нагл€дно-образные, например, схемы, эскизы, чертежи).

ћатериальные модели включают:

- натурные (экспериментальные, лабораторные, опытные образцы объектов);

- геометрически подобные (пространственные макеты );

- физически подобные (модели, обладающие механическим, кинематическим, динамическим и другими видами физического подоби€ с объектом;

- предметно-математические, созданные на базе Ё¬ћ и воспроизвод€щими объекты в определенном масштабе времени и реализующими подобие объектов.

–ассмотрим логико-математические модели.

Ћогико-математические модели любых объектов M(O) обычно определ€ютс€ как множества (ћ1 ,M2 ,...,Mk ) с заданными наборами отношений (r1 ,r2 ,...,rm ). ѕри этом справедливо следующее выражение:

M (O) = <(M1 ,M2 ,...,Mk ), (r1 ,r2 ,...rm )> .

(ѕод сигнатурой понимаетс€ набор идентификаторов (имен) отношений, вход€щих в состав модели, с указанием их арности.

ћоделью Mk (ќ) в сигнатуре Om называют пару <M,a>, где M = {Mi k } - базовое множество модели, a - инъективное отображение, которое сопоставл€ет каждое название (уникальное им€, идентификатор) с отношением Rn из сигнатуры Om .

¬ модел€х технологических операций M(TO) будем квалифицировать множества (M1 ,M2 ,...,Mk ) как базовые, если значени€ их элементов могут быть непосредственно интерпретированы как значени€ внешних или внутренних свойств технологических операций, значени€ свойств среды операции или свойств предметов последней.

 оординатами элементов отношений (r1 ,r2 ,...,rm ), вход€щих в M(TO), могут быть как элементы базовых множеств, так и элементы независимо определ€емых, вложенных отношений.

ƒл€ описани€ схем св€зей координат в отношени€х в M(TO), могут быть использованы передаточные функции, дифференциальные, разностные, регрессионные уравнени€, табличные или словесные описани€.

Ќа рис.1. показан упрощенный образ реальных технологических операций.

¬ среде технологических операций, характеризуемой вектором Z, учитывать окрестностные услови€ Z0 и внешние услови€ Zy . “огда справедливо выражение вида Z = Z0 È Zy .

¬ окрестностных услови€х среды технологических операций выделим:

- предметы (материалы, полуфабрикаты, заготовки), состо€ние которых характеризуетс€ составом и значени€ми р€да свойств (в общем случае как внешних, так и внутренних) т.е. вектором Z'0 ;

результаты технологических операций, состо€ние которых характеризуетс€ вектором Z''0 .

























трудоемкости, материалоемкости, энергоемкости, фондоемкости операции); Y''у - показатели степени экологической безопасности.

¬ качестве внутренних свойств технологической операции X будем рассматривать:

–ис.1.1. Ќагл€дна€ модель технологической операции и ее среды.

¬нешние услови€ среды, описываемые вектором Zy , отображают услови€ функционировани€ средств технологического оснащени€ (оборудовани€, оснастки), реализующего данную технологическую операцию, услови€, в которых пребывают предметы и результаты технологических операций (температура, влажность, запыленность окружающей среды, квалификаци€ рабочих), а также тип производства, в котором используетс€ данна€ технологическа€ операци€ (массовое, серийное, единичное, опытное).

¬ качестве внешних свойств технологических операций, характеризуемых вектором Y, выступают:

а) свойства назначени€ или функциональные Yн , в числе которых Y'н - главное свойство - способность преобразовывать предметы технологической операции в ее результат, т.е. Y'н : Z'0 -> Z''0 ; Y''0 - параметры производительности технологической операции (оцениваетс€ показател€ми среднего значени€ и дисперсии процента выхода, цикла операции, ритма выпуска, такта выпуска, числа одновременно изготавливаемых единиц и др.).

2. б) утилитарные свойства Yу , в числе которых Y'у параметры ресурсоемкости технологической операции синтезирован.

»звестно, что Str-FnM(O) отображает внутренние свойства ’ объекта на внешние Y (состав элементов объекта, состав и схему его внутренних св€зей, а также свойства этих элементов и св€зей на внешние свойства объекта.

ћодель Str-FnMo(O) характеризует пространство возможных состо€ний объектов определенного класса в границах своей применимости дл€ всех допускаемых данной моделью значений X и Y.

–ешение задачи проектировани€ в данном случае заключаетс€ в формировании Str-FnMi(O) проектируемого объекта. Ёто сводитс€ к выбору значений р€да параметров, которые €вл€ютс€ наилучшими в смысле выполнени€ условий задача проектировани€ передвижени€ в пространстве допустимых значений параметров X и Y в
Str-FnMo(O).

–ешение задачи проектировани€ при использовании представлений (оцениваетс€ показател€ми - параметры, характеризующие естественный процесс (физический, химический, физико-химический) Xп и техническую форму или способ осуществлени€ этого процесса ’ф , выступающие в качестве принципа построени€/действи€ данной технологической операции,

- режимы функционировани€ технологического оборудовани€ X0 , реализующие данную операцию.

ѕри этом справедливо X = Xп È Xф È Xо .

¬ общем случае внутренние свойства технологических операций могут описыватьс€ в терминах, лишь косвенно характеризующих естественный процесс.

‘”Ќ ÷»ќЌјЋ№Ќџ≈ модели “O могут быть представлены описани€ми базовых множеств, характеризующих важнейшие свойства предметов, результатов и самой технологической операции, а также описанием отношени€ отображени€ предмета “ќ на ее результат в форме передаточной функции:
Fn M (“ќ) Í Y Ä Z , y Ì Yп , z Ì Zо .

—“–” “”–Ќџ≈ модели “ќ представл€ютс€ описани€ми базовых множеств, характеризующих только выдел€емые внутренние свойства операции X = Xп È Xф È Xо .

ƒл€ отображени€ взаимосв€зи внутренних свойств “ќ обычно используютс€ термины и условные обозначени€ той предметной области, к которой относитс€ естественный процесс, выступающий в качестве принципа действи€ или построени€ технологической операции.

‘”Ќ ÷»ќЌјЋ№Ќќ-—“–” “”–Ќџ≈ модели “ќ представл€ютс€ описани€ми базовых множеств. ќни характеризуют важнейшие свойства результата, предметов, свойства назначени€ и выдел€емые внутренние свойства самой “ќ. “акже используютс€ табличные или словесные описани€ отношени€ соответстви€ 'результат - предметы “ќ' паре 'естественный процесс - техническа€ форма реализации процесса ':

Fn - StrM (“ќ) : Y х Z -> X, y Ì Yн , z Ì Zо , x Ì Xп .

Cтруктурно-функциональные модели “ќ представл€ютс€ с помощью описаний базовых множеств, характеризующих все выдел€емые внешние и внутренние свойства “ќ, свойства ее результата, предметов, среды реализации, а также описани€ми отображений внутренних свойств “ќ, свойств предметов и внешних условий среды на внешние свойства “ќ ее результата.

ќбычно отношени€, вход€щие в состав модели Str - Fn M(“ќ), представлены вектор - функци€ми, отображающими зависимость свойств:

- результата “ќ Z"о от внутренних свойств “ќ X, свойств предметов операций Z'о и внешних условий среды “ќ Zу ;

- самой “ќ Y = Yн È Yу от внутренних свойств операции X = Xп U Xф U Xо и свойств среды Z = Zо È Zу ;

тогда справедливо выражение:

Z"о = f(X, Z'о , Zу ) ;

Str - FnM(“ќ) = { Y = f(X, Z) ; z Ì Z, y Ì Y, x Ì X.

ѕродуктивна€ модель “ќ - операционна€ карта по √ќ—“ ≈—“ƒ.

3. «адача проектировани€ технологических операций в обобщенной постановке

ѕредварительно определим цель проектировани€. ≈е можно представить в следующем виде:

< Da , D* тр , Dусл > , где (1.1)

- Dа - предмет задачи проектировани€,

- D* тр - желаемое состо€ние этого предмета,

- Dусл - услови€, ограничени€, которые должны быть выполнены в процессе перевода предмета задачи из его исходного состо€ни€ в требуемое.

ѕо отношению к задаче проектировани€ компоненты интерпретируютс€ следующим образом:

- Dа - за€вка на объект проектировани€. Ёту за€вку в задаче проектировани€ представл€ет целева€ модель объекта проектировани€ - M(O)ц ;

- D* тр - продукционна€ модель объекта проектировани€;

- M(O)пр - комплект технической документации дл€ изготовлени€ или использовани€ объекта в производственных услови€х, котора€ отвечает требовани€м определенных стандартов (≈— ƒ, ≈—“ƒ или др.);

- Dусл - услови€ реализации задачи или ограничени€ на временные, трудовые, материальные ресурсы Q, выдел€емые дл€ решени€ данной задачи проектировани€.

ѕод «јƒј„≈… ѕ–ќ≈ “»–ќ¬јЌ»я любых объектов, в том числе технологических операций, понимаетс€ задача построени€ модели объекта M(O)пр , дл€ которого определена целева€ модель M(ќ)ц и установлены услови€ или ресурсы решени€ задачи.

¬ обобщенной постановке задача проектировани€ может быть представлена в виде:

«ѕ = < M(O)ц , M(O)пр , Q > = << Fn M'(O), Z', Y', X', G>, M(ќ)пр , Q > , (1.2)

где компоненты Z', Y', X', G €вл€ютс€ в общем случае векторами.

“ребовани€ к функциональным свойствам объекта проектировани€ определены в форме модели Fn M (O) Yн Ä Z.

“ребовани€ к услови€м функционировани€ объекта проектировани€ Z' задаютс€ допустимыми област€ми множества возможных состо€ний среды (внешних Zy или окрестностных условий), а также продолжительностью функционировани€ Yн ".

“ребовани€ к свойствам объекта проектировани€ помимо Fn M (O) ограничивают:

a) допустимую область множества возможных значений внешних свойств объекта проектировани€ Y' дл€ всех z Ì Z;

b) допустимую область множества возможных значений внутренних свойств объекта ’' которые характеризуют принципы его действи€.

√раницы допустимой области множества значений свойств объекта X' часто определ€ютс€ ресурсами, необходимыми дл€ изготовлени€ или использовани€ объекта проектировани€.

”слови€ решени€ задачи проектировани€ задаютс€ допустимой областью значений ресурсов Q, выделенных дл€ использовани€ в процессе проектировани€ объекта. ¬ качестве таких ресурсов обычно рассматриваютс€ продолжительность решени€, обща€ трудоемкость, полна€ стоимость решени€ задачи проектировани€. ѕри этом стоимость проектировани€ может выражатьс€ не только в виде денежных расходов, но и в количестве дефицитных материалов, времени использовани€ уникального оборудовани€ и др.

”слови€ предпочтени€ в допустимой области множества возможных решений задачи проектировани€ определ€ютс€:

1.  ритерием эффективности, функцией ценности или качества объектов G, которые обобщенно характеризуют данный объект проектировани€, а также параметров функционировани€ (Y", X", Z").

2. ќценочной функцией M, котора€ соотносит внешние и внутренние свойства объекта проектировани€ при z Ì Z с затратами (ресурсами), необходимыми дл€ реализации процесса проектировани€. ¬ общем случае
M : (YÄ’ÄZ) Ѓ Q, и оценочна€ функци€ M характеризует затраты, определ€емые в виде различных ресурсов (временных, трудовых, материальных и т.п.), на создание объекта с данным набором свойств. ѕредпочтение может быть отдано проектному решению с таким набором внешних y ÌYи внутренних x Ì X свойств, реализуемых при z Ì Z, что M (Шу,Шх,Шz ) ³ M ( y, x, z ) дл€ всех допустимых y Ì Y, x Ì X, z Ì Z.

“аким образом, все многообразие задач проектировани€ любых объектов проектировани€ сводитс€ к двум:

a) максимизировать эффективность G проектируемого объекта (допустимые затраты на процесс проектировани€ Q задаютс€ в виде ограничений);

b) минимизировать затраты Q (временные, трудовые, материальные), необходимые дл€ реализации процесса проектировани€ (требовани€ к внешним Y, внутренним ’ свойствам и услови€м функционировани€ Z объекта проектировани€ задаютс€ в виде ограничений).

4. ћодель процесса проектировани€ технологических операций

ќбычно при решении человеком той или иной задачи обращают внимание на умение найти такую €сную точку зрени€, при которой ее решение €вл€етс€ достаточно простым.

ќдин из путей построени€ такой "€сной точки зрени€" на рассматриваемую задачу основан на использовании метода выбора представлений дл€ решени€ задачи. Ётот подход предполагает существование упор€доченного и относительно устойчивого отношени€ предпочтени€ между тем, что понимаетс€ под типами представлений дл€ решени€ задач, с одной стороны, и классами (наборами) методов решени€ задач, с другой.

¬се множество представлений дл€ решени€ задач инженерного проектировани€ может быть отнесено к трем основным типам:

- выбору из перечислений,

- определению в пространстве состо€ний,

- сведению задачи к подзадачам.

–ассмотрим каждый из типов представлений.

1. »спользование представлений на основе выбора из перечислений возможно при наличии множества готовых, ранее спроектированных объектов (систем, устройств, сборочных единиц, технологических операций), описани€ которых в форме SbMi(O) или FnMi(O) доступны проектировщикам.

–ешение задачи проектировани€ при использовании представлений по типу выбора из перечислений реализуетс€ по следующей схеме:

- поиск или построение перечислений в виде упор€доченных множеств {SbMi(O)}, {FnMi(O)} готовых проектных решений, соответствующих тем объектам, которые составл€ют предмет задачи проектировани€;

- выделение на множествах потенциально возможных решений {SbMi(O)} или {FnMi(O)} подмножества допустимых и целесообразных решений;

- выбор одного из ранее существовавших, готовых объектов в качестве наиболее предпочтительного решени€ данной задачи проектировани€.

—уществующие объекты представл€ют собой решени€ других, ранее поставленных задач проектировани€ с иными услови€ми реализации, ограничени€ми и др. Ёто позвол€ет предположить, что использование представлений на основе выбора из перечислений имеет приоритет в тех случа€х, когда требовани€ к свойствам объекта проектировани€ задаютс€ в виде ограничений. ѕри этом целева€ ориентаци€ задачи проектировани€ направлена на минимизацию временных, трудовых, материальных ресурсов, реализуемых в процессе создани€ нового издели€ и (или) освоени€ его в производстве.

ѕредставление на основе выбора из перечислений широко используетс€ при решении задач проектировани€ объектов низких уровней : материал, деталь, проста€ сборочна€ единица, проста€ технологическа€ операци€ и цепочка технологических операций.

»спользование представлений на основе определени€ в пространстве состо€ний предполагает наличие или возможность построени€ полной Str-FnMo(O) объектов того класса, к которому может быть отнесен конкретный объект данной задачи проектировани€, а также существование готовых ранее спроектированных компонентов и (или) элементов, из которых данный объект проектировани€ может быть по типу определени€ в пространстве состо€ний реализуетс€ по следующей схеме:

- заимствование или построение множества моделей {Str-FnMo(O)}, которые потенциально пригодны дл€ формировани€ частных Str-FnMi(O), отображающих отдельные структуры конкретного объекта;

- выбор или синтез полной, отображающей все выдел€емые структуры, Str-FnMo(O), наилучшей в смысле конкретного объекта, условий реализации и ограничений данной задачи проектировани€;

- построение модели Str-FnMi(O) проектируемого объекта.

3. »спользование представлений на основе сведени€ задачи к подзадачам предполагает разбиение задачи на совокупность подзадач. »х решение приводит к выполнению исходной задачи. ѕроцесс этот примен€ют рекурсивно дл€ порождени€ подзадач, до тех пор пока их решение не станет тривиальным.

–ешение задачи проектировани€ в этом случае реализуетс€ по следующей схеме:

- заимствование или построение множества моделей {Str-FnMo(O)}, потенциально пригодных дл€ формировани€ Str-FnMi(O) конкретного объекта, составл€ющего предмет данной задачи проектировани€ (формирование множества возможных вариантов декомпозиции объекта проектировани€ на подобъекты);

- выбор модели Str-FnMo(O), наилучшей в смысле возможности построени€ соответствующей Str-FnMi(O) объекта данной задачи проектировани€ с учетом особенностей условий реализации задачи и ограничений;

- построение Str- FnMi(O) проектируемого объекта - параметризаци€, интерпретаци€ Srt-FnMo(O), наилучша€ в смысле условий данной задачи проектировани€.

ѕредставлени€ на основе сведени€ задачи к подзадачам используютс€ тогда, когда из-за высоких уровней сложности проектируемых объектов или из-за отсутстви€ необходимых методов и средств задача проектировани€ не может быть решена на основе других типов представлений. ќни используютс€ и в тех случа€х, когда целева€ ориентаци€ задачи проектировани€ предполагает максимизацию степени использовани€ готовых проектных решений.

—ледует отметить, что в общем случае на разных стади€х решени€ каждой конкретной задачи проектировани€ могут использоватьс€ различные типы представлений:

- на высшем уровне решение по типу сведени€ задачи к подзадачам;

- на уровне составных единиц - по типу определени€ в пространстве состо€ний;

- на уровне элементов - по типу выбора из перечислений и т.п.

ѕри вариантном проектировании возможен "конкурс" типов представлений, когда одна и та же задача проектировани€ данного уровн€ решаетс€ параллельно, на основе различных типов представлений, а окончательный вывод варианта производитс€ на уровне сопоставлени€ результатов полученных решений.

ѕод ѕ–ќ÷≈——ќћ –≈Ў≈Ќ»я задачи проектировани€ будем понимать совокупность последовательно мен€ющихс€ состо€ний задачи, а значит, и моделей объекта проектировани€.

 лассификаци€ моделей объекта проектировани€ позвол€ет отобразить предметную сторону структуры процесса проектировани€ (при реализации по одному варианту решени€ и рассмотрении в линейной проекции без учета возможных итераций).

¬ этом случае процесс проектировани€ может быть представлен в следующем виде:

M(TO)ц Ѓ {Fn - StrM(O)} Ѓ {StrMok (O)} Ѓ {Str Mik (O)} Ѓ

Ѓ {Str - FnM (O)} Ѓ Str - FnMi(O)G Ѓ SbM'i(O) Ѓ SbMi(O) Ѓ M(O)пр.

ќценить/ƒобавить комментарий
»м€
ќценка
 омментарии:
√де скачать еще рефератов? «десь: letsdoit777.blogspot.com
≈вгений22:12:16 18 марта 2016
 то еще хочет зарабатывать от 9000 рублей в день "„истых ƒенег"? ”знайте как: business1777.blogspot.com ! Cпециально дл€ студентов!
15:39:29 24 но€бр€ 2015
 то еще хочет зарабатывать от 9000 рублей в день "„истых ƒенег"? ”знайте как: business1777.blogspot.com ! Cпециально дл€ студентов!
13:26:00 24 но€бр€ 2015

–аботы, похожие на –еферат: —истемное автоматизированное проектирование
ќсновы проектировани€ и конструировани€
ќсновы проектировани€ и конструировани€  онспект лекций дл€ студентов специальности 060800 "Ёкономика и управление на предпри€тии" —оставитель ...
ѕод автоматизацией проектировани€ понимают такой способ проектировани€, при котором все проектные операции и процедуры или их часть осуществл€етс€ посредством взаимодействи€ ...
—јѕ– отличаетс€ от обычной системы проектировани€ тем, что в ней с помощью Ё¬ћ частично или полностью автоматизированы процедуры подготовки и обработки информации, выбора принципов ...
–аздел: ѕромышленность, производство
“ип: учебное пособие ѕросмотров: 16345  омментариев: 3 ѕохожие работы
ќценило: 1 человек —редний балл: 4 ќценка: неизвестно     —качать
ƒискретизаци€ и квантование изображений
»—“ќ–»„≈— »… ќ„≈– . ≈ще с середины 40-ых годов , специалисты по радиоэлектроники начали задумыватьс€ над возможностью применени€ специализированных ...
10.ѕроектирование цифровых устройств легче чем аналоговых и поддаетс€ автоматизации ( легко модулируютс€ на Ё¬ћ )
—обственные значени€ i , получаемые методом  Ћ - преобразовани€, соответствуют фактическим величинам дисперсий проекций вектора-изображени€ на координатные оси пространства, в ...
–аздел: –ефераты по радиоэлектронике
“ип: реферат ѕросмотров: 3077  омментариев: 4 ѕохожие работы
ќценило: 2 человек —редний балл: 4 ќценка: неизвестно     —качать
—хемотехническое и функциональное проектирование вакуумной ...
ћќ— ќ¬— »… »Ќ—“»“”“ ЁЋ≈ “–ќЌЌќ√ќ ћјЎ»Ќќ—“–ќ≈Ќ»я ƒл€ служебного пользовани€ Ёкз. N _ Ќа правах рукописи ”ƒ  621.52/.646:658.5 1Ѕј“–ј ќ¬ ¬ј—»Ћ»… ...
тодических основ создани€ —јѕ– ¬ ј, формализацию типовых процедур
¬ –ј на ранних стади€х проектировани€ с применением Ё¬ћ.
–аздел: –ефераты по радиоэлектронике
“ип: реферат ѕросмотров: 785  омментариев: 2 ѕохожие работы
ќценило: 0 человек —редний балл: 0 ќценка: неизвестно     —качать
Ё¬ћ
¬ведение „еловеческое общество характеризуетс€ как непрерывным ростом своих потребностей, так и использованием дл€ их удовлетворени€ орудий ...
... и т.п. –ост потребностей обусловливает производство всЄ новых изделий, определ€ющих св€зь человека с человеком и с окружающей средой, в том числе и таких изделий, как Ё¬ћ.
¬ совокупности с программным обеспечением, процедурами, документацией, обслуживающим персоналом и другими компонентами современные технические средства Ё¬ћ позвол€ют создавать ...
¬-третьих, особенности изделий Ё¬ћ и методов их проектировани€ (автоматизированное конструирование, использование —јѕ– и т.п.) привели к созданию р€да специфических конструкторских ...
–аздел: –ефераты по компьютерным наукам
“ип: реферат ѕросмотров: 12952  омментариев: 5 ѕохожие работы
ќценило: 10 человек —редний балл: 4.1 ќценка: 4     —качать
—истеми автоматизованого проектуванн€
... 1.¬изначенн€ та суть інженерного проектуванн€. 2. ћетодологі€ проектуванн€. 3. —тадії та етапи проектуванн€. ѕроектні процедури та операції. 4. Ѕлочно ...
¬сі елементи структури діючої —јѕ– (підсистема, проектно-технічна документаці€, програмно-методичні комплекси (ѕћ ), програмно-технічні комплекси (ѕ“ ) і т.д.) знаход€тьс€ в ...
“ехнічні засоби (“«) загального призначенн€, призначені дл€ створенн€ —јѕ– різних класів і конфігурацій та комплексуванн€ спеціалізованих  “« типу ј–ћ, І–— та інші.
–аздел: –ефераты по информатике, программированию
“ип: учебное пособие ѕросмотров: 3451  омментариев: 2 ѕохожие работы
ќценило: 0 человек —редний балл: 0 ќценка: неизвестно     —качать
ќрганизаци€ документооборота с помощью "Visual Basic for ...
—ќƒ≈–∆јЌ»≈ јЌќ“ј÷»я ¬¬≈ƒ≈Ќ»≈ 1. “≈ќ–≈“»„≈— »… –ј«ƒ≈Ћ. 1.1 ќбоснование €зыка программировани€ 1.2 ¬ведение в Visual Basic for Application 1.2.1 ќб ...
»— автоматизированного проектировани€ (—јѕ–) - предназначены дл€ автоматизации функций инженеров-проектировщиков, конструкторов, архитекторов, дизайнеров при создании новой техники ...
ћетод - это процедура или техника генерации описаний компонентов Ё»— (например, проектирование
–аздел: –ефераты по информатике, программированию
“ип: курсова€ работа ѕросмотров: 3885  омментариев: 2 ѕохожие работы
ќценило: 0 человек —редний балл: 0 ќценка: неизвестно     —качать
ѕостроение систем распознавани€ образов
ћ»Ќ»—“≈–—“¬ќ ќЅ–ј«ќ¬јЌ»я ” –ј»Ќџ ƒќЌ≈÷ »… √ќ—”ƒј–—“¬≈ЌЌџ… »Ќ—“»“”“ »— ”——“¬≈ЌЌќ√ќ »Ќ“≈ЋЋ≈ “ј ќ — Ќ ќ ¬ џ ѕ ќ — “ – ќ ≈ Ќ » я — » — “ ≈ ћ – ј — ѕ ќ « Ќ ...
б) ћетод априорного описани€ классов: координаты векторов-эталонов по каждому из классов или координаты всех объектов, принадлежащих классам (наборы эталонов по каждому классу).
≈сли же объем выборок объектов по подмножествам недостаточен дл€ непосредственного описани€ классов, то эти описани€, как мы знаем, могут быть получены с помощью процедуры обучени€ ...
–аздел: –ефераты по психологии
“ип: реферат ѕросмотров: 3839  омментариев: 3 ѕохожие работы
ќценило: 2 человек —редний балл: 4.5 ќценка: неизвестно     —качать
Ќейрокомпьютерные системы
¬ведение. ѕќ„≈ћ” »ћ≈ЌЌќ »— ”——“¬≈ЌЌџ≈ Ќ≈…–ќЌЌџ≈ —≈“»? ѕосле двух дес€тилетий почти полного забвени€ интерес к искусственным нейронным сет€м быстро ...
¬ стадии функционировани€ искусственной температуре “ приписываетс€ большое значение, нейроны устанавливаютс€ в начальном состо€нии, определ€емом входным вектором, и сети ...
’от€ каждый нейрон требует наличи€ миллисекундного интервала между передаваемыми сигналами, высока€ скорость вычислений мозга обеспечиваетс€ огромным числом параллельных ...
–аздел: –ефераты по информатике, программированию
“ип: реферат ѕросмотров: 1763  омментариев: 4 ѕохожие работы
ќценило: 4 человек —редний балл: 4.8 ќценка: неизвестно     —качать
ѕредмет и объект прикладной информатики
ѕон€тие архитектуры Ё¬ћ.  лассическа€ архитектура Ё¬ћ и принципы фон Ќеймана. јрхитектура персональных компьютеров ќбщие принципы построени€ ...
–азличают €зыки описани€ (декларативные €зыки), которые в свою очередь подраздел€ютс€ на €зыки предкоординатные (классификационные) и посткоординатные (координатные), а также ...
 оличество этих параметров определ€ет размер входного вектора и, соответственно, количество нейронов входного сло€ персептрона.
–аздел: –ефераты по информатике, программированию
“ип: шпаргалка ѕросмотров: 2835  омментариев: 1 ѕохожие работы
ќценило: 0 человек —редний балл: 0 ќценка: неизвестно     —качать
јвтоматизаци€ производственных систем
—одержание: 1. ѕон€тие машиностроительного издели€  лассификаци€ изделий ѕон€тие жизненного цикла издели€ ѕредставлени€ изделий на различных уровн€х ...
ѕроектна€ и конструкторска€ документаци€ представл€ет собой главные средства св€зи между действи€ми в сфере проектировани€ (информатики) и действи€ми в сфере изготовлени€ ...
¬ св€зи с использованием —јѕ– в проектно-конструкторском процессе возникают проблемы разработки новых €зыков записи проектно-конструкторских данных.
–аздел: –ефераты по информатике, программированию
“ип: учебное пособие ѕросмотров: 3256  омментариев: 3 ѕохожие работы
ќценило: 0 человек —редний балл: 0 ќценка: неизвестно     —качать

¬се работы, похожие на –еферат: —истемное автоматизированное проектирование (5147)

Ќазад
ћеню
√лавна€
–ефераты
Ѕлагодарности
ќпрос
—танете ли вы заказывать работу за деньги, если не найдете ее в »нтернете?

ƒа, в любом случае.
ƒа, но только в случае крайней необходимости.
¬озможно, в зависимости от цены.
Ќет, напишу его сам.
Ќет, забью.



–езультаты(150918)
 омментарии (1842)
Copyright © 2005-2016 BestReferat.ru bestreferat@mail.ru † † † реклама на сайте

–ейтинг@Mail.ru