Представление условно-постоянной информации в САПР ТП
Лекция 4. Представление условно-постоянной информации в САПР ТП
Ранее было отмечено, что условно-постоянная информация может храниться в базах данных и в базах знаний. Логично предположить, что эта информация подразделяется на данные и знания. Дадим определения понятиям информация, данные, знания.
Информация – это сведения об объектах окружающего мира.
Объекты – это предметы, процессы, явления.
Представление данных в САПР
Данное–разновидность информации, характеризующая какое-то свойство одного объекта. Т.е., данное – это одно сведение об одном объекте. Объект имеет много характеристик (свойств, параметров, фактов, сведений), значит, и множество данных.
Данному присваивается имя, и определяется значение данного. Например, объект деталь имеет данные с именами: обозначение, наименование, вес, материал. Вместе с присвоенными значениями можно описать конкретную деталь: наименование=вал; вес=0,3; материал=сталь 45.
Таким же образом можно описать и другие технологические элементы:
Технологический элемент
|
Свойства элемента
|
|
Станок
|
Вид станка, Модель станка, Класс точности.
Наибольший и наименьший диаметры обрабатываемой заготовки, обрабатываемого отверстия и т.п.
Диапазон или ряд подач, количество оборотов шпинделя в минуту и т.п, Стоимость, Изготовитель.
|
|
Станочное приспособление
|
Вид приспособления, Геометрические параметры.
Стоимость
|
|
Режущий инструмент
|
Вид инструмента, Обозначение. Геометрические пара-метры, Материал режущей части.
Стойкость, Стоимость
|
|
Измерительный инструмент
|
Вид инструмента, Диапазон измерения.
Единица измерения, Стоимость
|
|
Обрабатываемая поверхность
|
Вид поверхности (цилиндр, плоскость и т.д.).
Положение поверхности (внутренняя,
внешняя), Геометрические параметры.
Точность, Шероховатость, Материал заготовки
|
|
Деталь
|
Наименование, Обозначение, Материал, Вес, Общая шероховатость, Твердость
|
|
Заготовка
|
Вид заготовки, Группа точности, Вес заготовки, Общая шероховатость, Твердость
|
Понятно, что, используя одни и те же приведенные свойства (имена данных), можно описать множество подобных конкретных объектов. Данные будут различаться своими значениями.
Данные бывают числовые, символьные (текстовые), логические, дата и время.
Как нетрудно догадаться, все эти разновидности данных можно организовать (т.е. представить и ими управлять), используя базу данных. Вот пример табличного представления данных о восьми сверлах:
Сверла Таблица 4.1
|
шифр
|
код_изгот
|
стоимость
|
диаметр
|
длина
|
наличие
|
|
2300-0187
|
01
|
15
|
7
|
60
|
Да
|
|
2300-0188
|
03
|
17
|
7,1
|
60
|
Нет
|
|
2300-0189
|
02
|
18
|
7,2
|
60
|
Да
|
|
2300-0190
|
02
|
20
|
7,3
|
62
|
Да
|
|
2300-5052
|
01
|
21
|
7,4
|
62
|
Нет
|
|
2300-0191
|
01
|
22
|
7,5
|
62
|
Да
|
Имена данных представлены как шапки столбцов, а значения–в ячейках. Совокупность значений данных в одной строке соответствует одному сверлу. Одна строка таблицы–это модель одного сверла, а вся таблица–модель ящика со сверлами. Если объекты в базе данных организованы в виде таблицы, база данных является реляционной. Пример такой базы данных – ACCESS. Для представления условно-постоянной информации в САПР ТП могут использоваться именно такие базы данных.
Представление знаний в САПР
Знание–это разновидность информации, содержащее умозаключение. Знание должно быть сведением о характере связи разнотипных объектов. Например, как связаны между собой обрабатываемая заготовка и станок, станок и режущий инструмент.
Существует несколько классификаций знаний. При автоматическом проектировании ТП нас интересуют алгоритмические, или процедурные знания. Они представляются, используя правило «ЕСЛИ-ТО». Например:
ЕСЛИ Наименоване=вал, ТО выбирается Вид станка=токарно-винторезный.
Эта информация является знанием, т.к. содержит сведения о связи формы детали и вида станка двух разнотипных объектов– заготовки и станка, т.е содержит умозаключение или логический вывод.
Выделяют еще фактуальные (или декларативные) знания. Они подобны данным, т.е. характеризуют объект, и их можно представить в базе данных.
Существуют десятки моделей (или языков) представления знаний для различных предметных областей. Большинство из них может быть сведено к следующим классам:
- продукционные модели;
- фреймы.
Продукционная модель, или модель, основанная на правилах. Эта модель позволяет представить знания в виде предложений типа «Если (условие), То (действие)», т.е алгоритмические знания.
Под «условием» понимается некоторое предложение-образец, по которому осуществляется поиск в базе знаний, а под «действием» – действия, выполняемые при успешном исходе поиска (они могут быть промежуточными, выступающими далее как условия, и терминальными, или целевыми, завершающими работу системы).
Чаще всего вывод на такой базе знаний бывает прямой (от данных к поиску цели) или обратный (от цели для ее подтверждения к данным). Данные – это исходные факты, хранящиеся в базе данных, на основании которых запускается машина вывода или интерпретатор правил, перебирающий правила из продукционной базы знаний.
Продукционная модель чаще всего применяется в промышленных экспертных системах. Она привлекает разработчиков своей наглядностью, высокой модульностью, легкостью внесения дополнений и изменений и простотой механизма логического вывода.
Фреймы. Термин «фрейм» (от английского frame, что означает «каркас» или «рамка») был предложен Марвином Минским, одним из пионеров ИИ, в 70-е годы для обозначения структуры знаний и восприятия пространственных сцен. Эта модель имеет глубокое психологическое обоснование.
Фрейм – это абстрактный образ для представления некоего стереотипа восприятия.
В психологии и философии известно понятие абстрактного образа. Например, произнесение вслух слова «комната» порождает у слушающих образ комнаты: «жилое помещение с четырьмя стенами, полом, потолком, окнами и дверью, площадью 6–20 м2». Из этого описания ничего нельзя убрать (например, убрав окна, мы получим уже чулан, а не комнату), но в нем есть «дырки», или «слоты», – это некоторые атрибуты, например, количество окон, цвет стен, высота потолка, покрытие пола и др. Атрибуты–это данные об объекте, и можно сказать, что фреймы используются для представления фактуальных знаний.
В теории фреймов такой образ комнаты называется фреймом комнаты. Фреймом также называется и формализованная модель для отображения образа.
Различают фреймы-образцы, или прототипы, хранящиеся в базе знаний. В них содержатся имена слотов и источник значения этого слота. В слотах указываются имена данных, если данное переменное, или конкретное значение данного, если оно постоянно. Вторая разновидность фреймов – фреймы-экземпляры, которые создаются для отображения реальных фактических ситуаций на основе поступающих данных и они содержат уже значения данных.
Модель фрейма является достаточно универсальной и позволяет отобразить все многообразие фактуальных знаний о мире. Фрейм можно представить в виде таблицы 4.2.
Структура фрейма Таблица 4.2
|
Имя фрейма
|
|
Имя слота
|
Значение слота
|
Способ получения значения
|
Присоединенная процедура
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В табл. 4.2 дополнительные столбцы предназначены для описания способа получения слотом его значения и возможного присоединения к тому или иному слоту специальных процедур, что допускается в теории фреймов. В качестве значения слота может выступать имя другого фрейма, так образуются сети фреймов.
Существует несколько способов получения слотом значений во фрейме-экземпляре:
- по умолчанию от фрейма-образца (Default-значение);
- по формуле, указанной в слоте;
- через присоединенную процедуру;
- явно из диалога с пользователем;
- из базы данных.
Основным преимуществом фрейма как модели представления фактуальных знаний является то, что он отражает концептуальную основу организации памяти человека, а также ее наглядность. Фреймы служат для той же цели, что и базы данных, т.е. с их помощью можно моделировать объекты. При этом, как видно из описания, фреймы позволяют представлять сведения о более сложных объектах, и значения в слотах могут определяться множеством способов.
Вопросы к лекции 4
- Какая информация называется условно-постоянной?
- Дать определение информации, данному, знанию.
- Как называется табличная структура данных?
- Что моделирует таблица данных?
- Какие разновидности знаний знаете?
- Какое правило используется для представления процедурного знания?
- Поясните суть и назовите преимущества продукционной модели.
- Что такое фрейм?
- Для чего служат фрейм-прототип и фрейм-экземпляр?
- Назовите способы определения значений слотов.
- В чем отличие фрейма и базы данных?
Представление условно-постоянной информации в САПР ТП