Книга 1 Киев „Корнійчук 2009 Кононюк Анатолий Ефимович


Формирование фонда материалов и конструктивных элементов



страница26/33
Дата18.05.2019
Размер5.66 Mb.
ТипКнига
1   ...   22   23   24   25   26   27   28   29   ...   33

Формирование фонда материалов и конструктивных элементов. Поскольку многие приемы преобразования прототипов рекомендаций связаны с использованием новых материалов или узлов и деталей, с их заменой или комбинировани­ем, то желательно иметь специально подобранный (для интересующего класса проблем) фонд материалов и конструк­тивных элементов. Этот фонд должен также включать наиболее разнообразные и перспективные материалы и элементы, которые можно подбирать в процессе изуче­ния и анализа истории консультационной эволюции раз­личных проблем, а также на основе изучения справочной литературы и новых стандартов на соответствующие материалы, узлы и детали.

Рекомендации по применению метода. При решении консультационных задач методом эвристических приемов последовательно выполняются следующие этапы поиска и обработки информации:

1) уяснение или формулировка консультационного зада­ния—списка требований к формируемой рекомендации;

2) выбор из фонда аналогов рекомендаций одной или несколько прототипов рекомендаций, в наибольшей мере удовлетворяющих консультационному заданию;

3) анализ прототипов рекомендаций, выявление их недостатков и формулировка постановки задачи в виде ответов на во­просы:

— какие показатели в прототипе рекомендации и на сколько желательно улучшить;

— какие новые свойства должны иметь консультируемая проблема или какие свойства должен утратить рассма­триваемый прототип рекомендации;

4) задачу начинают решать с выбора наиболее под­ходящих приемов из индивидуального фонда эвристиче­ских приемов. С помощью этих приемов преобразуют выбранные на этапе 2 прототипы рекомендаций и анализируют воз­можность решения поставленной задачи. При этом сле­дует иметь в виду, что задачу можно решить не сразу, с помощью одного приема, а последовательно улучшая результаты с помощью различных отдельных приемов. Иногда удачную рекомендацию можно сформировать при одновре­менном комплексном использовании двух и более прие­мов.

Если использование какого-либо из выбранных приемов вызывает затруднение, то анализируют соответст­вующие примеры, которые играют роль обучающих за­дач или полуготовых рекомендаций. Если выбранные приемы не дают желательного результата, то делается попытка применить подряд все приемы фонда. Если консультационная задача весьма важна и нет жестких ограничений по времени, то также целесообразно анализировать ее с точки зрения всех приемов индивидуального или даже межотраслевого фонда. Причем повторный анализ мо­жет дать интересные дополнительные результаты, если в качестве аналогов рекомендаций используются уже сформированные про­межуточные рекомендации.

При неудачных попытках решения задачи необходи­мо вернуться к этапу 2 и изменить состав прототипов рекомендаций или к этапу 1 и изменить список требований.

Рекомендации по программированию и использова­нию метода. Эффективность специализированного ме­тода эвристических приемов можно значительно повы­сить, используя ЭВМ. Рекомендуем следующие пути использования вычислительных средств.

На первом этапе можно сделать обычную фактографическую информационно-поисковую систему, позво­ляющую по определенным запросам выбирать необхо­димую информацию (из фонда эвристических приемов и примеров решения аналогичных задач, фонда мате­риалов и конструктивных элементов), что значительно сократит время поиска нужных приемов и других све­дений. При этом преобразование аналогов рекомендаций (синтез но­вых рекомендаций и их оценка) остается за консультантом.

На втором этапе ведут работы по программирова­нию эвристических приемов, что позволяет, с одной сто­роны, часть работы по синтезу рекомендаций передать ЭВМ, с дру­гой— иметь возможность создания и программирования математических моделей по оценке автоматически син­тезируемых рекомендаций. В некоторых случаях можно создавать универсальные математические модели, позволяющие оценивать весьма широкий класс рекомендаций по части по­казателей. Это позволяет в значительной мере автома­тизировать оценку рекомендаций, синтезируемых консультантом или компьютером.

Метод эвристических приемов можно использовать при разработке самостоятельных человеко-машинных программ поиска новых рекомендаций заданного класса. Такую программу можно включить в пакет прикладных про­грамм подсистемы поискового консультирования. Кроме того, этот метод рекомендуется использовать при подготовке информационного обеспечения в машинных методах синтеза рекомендаций, в частно­сти при расширении множества рекомендаций. Межотраслевой фонд эвристических приемов используется также при расширении возможностей методов математического программирования в поисковом консультировании.


2.4.6. Разработка и использование специализированных эвристических методов
2.4.6.1. Методические рекомендации

Разнообразный состав информации, предусмотренной в фондах обобщенного эвристического метода, достаточ­но широкий набор универсальных и специализирован­ных консультационных процедур поиска новых рекомендаций позволяют разрабаты­вать на основе обобщенного метода специализированные эвристические методы, ориентированные на поиск новых рекомендаций в определенном классе проблем. Такой класс может фор­мироваться в результате выделения функционально близких проблем, относящихся к различным проблемным областям, или в него может входить довольно узкий класс проблем, интересующих одну область либо даже одну проблему.

Разработке специализированного метода должно предшествовать изучение специфики консультируемого класса проблем, тенденций их решения и взаимосвязей с дру­гими проблемами. Основной принцип построения специализиро­ванных эвристических методов заключается в выборе из обобщенного метода наиболее эффективного набора этапов и процедур обработки информации, а также со­става информационных фондов и их последующей дора­ботки или разработки.

Выбор этапов при разработке специализированного метода для решения конкретных классов задач не вызы­вает каких-либо затруднений. Как правило, в него вклю­чаются все этапы обобщенного метода. Так как с по­мощью специализированного метода будет решаться широкий круг консультационных задач, то исключать какие-либо этапы без ущерба для качества решения не представляется возможным. Исключать не­которые этапы лучше в процессе решения самой задачи, когда ее характер, объем имеющейся информации о ней и предъявляемые требования к искомой рекомендации позволяют обоснованнее выбрать общую схему решения (последо­вательность и количество этапов и процедур).

Более затруднителен выбор состава консультационных процедур. Для сокращения трудоемкости решения задачи желательно сократить число процедур, однако, излишняя минимиза­ция числа процедур отрицательно влияет на качество получаемых результатов и в целом на эффективность применения специализированного метода. Для упрощения задачи выбора все процедуры обобщенного метода разделяют на две группы:

— инвариантные процедуры, которые рекомендуется включать в любой специализированный метод;

— дополнительные процедуры, выбираемые из остав­шихся процедур с учетом специфики решаемого класса задач и на основе экспериментальной проверки или экс­пертной оценки эффективности их применения.

Инвариантная часть специализированных эвристиче­ских методов имеет следующее структурное описание:



(2.4)

где Еi обозначает i-й этап; Pjij-ю процедуру на i-м этапе. Основные процедуры в п. 2.4.2 отмечены звездочкой. Специализированный эвристический метод можно представить как объединение множеств инвариантных Аи и дополнительных Ад процедур обработки информации



Ас= Аи Ад. (2.5)

Выбор массивов информации для специализирован­ного метода и определение их содержания основывается на изучении класса консультационных задач и экспертной оценке эффективности информационных фондов. При этом в первую очередь рекомендуется использовать фонды Ml, М2, М2А, М4, М6, даже не претендующие на суще­ственную полноту.

Обучение консультантов или студентов составлению и использованию специализированных эвристических ме­тодов лучше проводить групповым способом.

В процессе решения задачи с помощью специализи­рованного метода рекомендуется руководствоваться сле­дующими методическими правилами, обобщающими опыт применения таких методов.

1. Следует полностью выполнять предписания про­цедур, по возможности не оставляя неясных вопросов. Не рекомендуется экономить время на процедурах постановки задачи (этапы 1—3), а также на документировании результатов, полученных после каждой процеду­ры. При этом желательно фиксировать все идеи реше­ния задачи; особое внимание следует уделять графиче­ской проработке идей и рекомендаций. По основным функциональ­ным элементам всегда целесообразно строить морфоло­гическую таблицу с использованием фонда эври­стических приемов для формирования альтернатив. Можно опускать без проработки очередную процедуру лишь в том случае, когда по ее требованиям имеется до­статочная информация.

2. Для сокращения времени и трудоемкости решения последующих задач рекомендуется на основе решения предыдущих задач составлять дополнительный методи­ческий материал, в котором систематизируются и обоб­щаются результаты обработки информации по процеду­рам 1.1, 1.2, 1.5, 2.1—2.4, 2.13, 2.16, 3.1, 3.8—3.10,

7.1—7.3 и др.

3. Периодически рекомендуется проводить ревизию специализированного метода: развивая и дополняя ин­формационные фонды, включая новые эффективные процедуры обработки информации из обобщенного эври­стического метода и других источников, в том числе сформулированные самими консультантами, одновремен­но исключая малоэффективные процедуры и массивы информации или их составные части.

Рассмотрим в качестве примера использование специализированного эвристического метода по формированию рекомендаций конструирования объектов лесного машиностроения

Специализированный метод разрабатывался при решении задач формирования рекомендаций по поиску новых устройств для валки деревьев, обрезки сучьев, разделки стволов (хлыстов) на отдельные части (сортименты), сор­тировки лесоматериалов, окорки сортиментов, переработки отходов и низкокачественной древесины. Основное внимание уделялось формированию рекомендаций по по­иску более рациональных конструктивных решений исполнительных механизмов указанных классов устройств, которые существенно влияют на конструкцию машины в целом. В то же время такое вы­деление области поиска, менее зависящей от особенностей примене­ния различных машин, наиболее полно охватывает всю совокупность лесной техники и одновременно уменьшает число конструктивных элементов в искомом консультационном решении (КР).

Таким образом, областью применения специализированного эвристического метода является класс проблем, представляющий собой класс устройств для выполнения обра­батывающих и переместительных технологических операций в усло­виях лесной и деревообрабатывающей промышленности. Использо­вание метода позволяет находить новые КР при разработке техни­ческого задания и технического предложения на начальных стадиях проектно-конструкторских работ.

Структура специализированного эвристического метода полно­стью содержит инвариантную часть обобщенного метода. Следует заметить, что использование всех процедур обобщенного метода по­зволяет получить наибольшее многообразие искомых КР. Однако при этом значительно возрастает трудоемкость поиска. Поэтому дополнительные процедуры обработки информации отбирались на основе следующих условий работоспособности метода:

— возможность повторного получения наиболее сильных и эффективных КР, защищенных авторскими свидетельствами и патентами, известных из технической литературы, а также внедренных в производство;

— более высокая результативность получения новых КР при относительно меньших затратах времени и трудоемкости процесса поиска по сравнению с методом проб и ошибок.

Кроме того, был использован накопленный опыт проектирования ведущих специалистов лесной отрасли, а также учтены особенности логики развития лесной техники в соответствии с деревом эво­люции рассматриваемого класса машин.

Структурное описание специализированного метода имеет вид



Дополнительные процедуры взяты по следующим мотивам и причинам:

1) процедура Р11 относится в основном к изменению технологического процесса лесозаготовок, где в настоящее время происходят качественные изменения, которые нельзя не учитывать при поиске новых КР (по схеме действие — объект — условие);

2) применение процедуры P61 часто приводит к необычным результатам из-за преодоления психологического барьера;

3) использование процедур P12 и Р64 объясняется тем, что лесная техника является древней отраслью и забытые идеи нередко становятся полезными на новой ступени развития отрасли;

4) процедура Р43 для лесной техники в основном связана с необходимостью сохранения окружающей среды, в первую очередь лесной флоры и фауны;

5) процедуры Р83 и Р103 необходимо использовать из-за природ­ных особенностей технологии лесозаготовок, когда, например, раз­личные машины имеют одну базу и в технологическом процессе должны быть взаимоувязаны по входным и выходным параметрам;

6) процедура Р45 необходима как вспомогательное средство для облегчения обработки полученной информации, поскольку чаще все­го получается значительное число разнообразных вариантов КР;

7) процедура Р75 взята потому, что различные машины имеют одну общую базу и выбор наибольшей доли стандартных узлов и деталей позволяет ускорить внедрение найденных КР;

8) необходимость использования процедуры Р46 объясняется тем, что иногда целесообразнее внести изменения в вышестоящую систему (лесные комбайны, заменяющие собой одно- или многооперацнонные машины) и т. п.

При разработке специализированного метода изменялись и конкретизировались в основном информационные фонды, составленные на основе патентных подборок, имеющихся в НИИ лесной промыш­ленности, и данных технической литературы. Кратко поясним состав и методику формирования специализированных информационных фондов.

М2 — фонд консультационных (технических) решений. Составлен по следующим груп­пам устройств:

— лесовалочные машины (одно- и многооперационные) и механизмы— около 1 100 описаний КР;

— пильные станки по дереву (для продольной и поперечной рас­пиловки) — около 200 КР;

— сучкорезные машины и инструменты — более 250 КР;

— сортировочные транспортеры для лесоматериалов — более 100 КР;

— окорочные станки — более 2000 КР *;

— дереворежущие пилы (в основном круглые) — около 400 КР.

Кроме того, было составлено эволюционное дерево конструктив­ных изменений устройств для обработки лесоматериалов резанием по 700 техническим решениям, начиная с грубо обитого каменного топора дошелльской эпохи до современной лесовалочной техни­ки.

М3 — список требований для рассматриваемого класса устройств (проблем). Включает группы конструктивных, технологических, эксплуатационпых требований, требования по унификации, взаимодействиию с окружающей средой, эргономике, эстетике, инженерной психологии и др.

М6 — специализированный фонд эвристических приемов. Состав­лен на основе межотраслевого фонда приемов. Эвристи­ческие приемы конкретизированы по результатам анализа более 2500 КР, собранных из патентной и технической литературы. Анализ показал, что существующие КР в основном найдены с использованием 2, 3, 5, 8, 9, 11, 12, 14-й групп эвристических приемов. Специализированный фонд включает 60 эвристических приемов.

М7 — фонд КР ведущего класса машин. В лесном машинострое­нии к ведущему классу относится технологическое оборудование по резанию металлов и машины горнорудной промышленности. В це­лом группы машин указанных отраслей выделяются по функцио­нальному признаку. Например, конструкции устройств по распилов­ке лесоматериалов аналогичны конструкциям устройств для разре­зания металлического проката или для резания горных пород и т. д. Использование фонда КР ведущего класса машин позволяет пере­нять готовые идеи и КР при проектировании лесной техники.

М8. Методы оценки и выбора вариантов КР используются без изменения, так как они имеют инвариантную межотраслевую структуру.

Специализированный эвристический метод использовался при разработке некоторых объектов лесной техники


2.5. Обобщенный алгоритм формирования рекомендаций
Алгоритм программного порождения различных вариантов рекомендаций аналогичен алгоритму порождения последовательности нату­рального ряда чисел в позиционной системе счисления с различным числом возможных цифр в каждом разряде. Число разрядов при этом равно числу фрагментов, а число цифр в каждом разряде равно числу вариантов рекомендаций для каждого фрагмента.

В консультируемых проблемах допустимы не любые сочетания парамет­ров. Запреты на конкретные виды сочетаний специфичны для каж­дой предметной области и хорошо известны специалисту, имеющему в этой области опыт работы. Если обобщить указанный подход и продолжить детализацию консультационной задачи, можно любую рекомендацию представить в виде древовид­ного графа (графа фрагментов рекомендаций консультируемых проблем и их признаков), получаемого декомпозицией рекомендации на блоки (фрагменты) вплоть до неделимых (рис. 2.8) с учетом альтернатив их реализации.




Рис. 2.8. Дерево фрагментов и их признаков при формировании рекомендаций

При этом вершинами (типа И или ИЛИ) графа являются фрагменты сформированной рекомендации и ее признаки, а ребра графа показывают соподчиненность между фраг­ментами, между фрагментами и их признаками. Максимальное количе­ство признаков фрагментов рекомендаций содержится на конечных вершинах графа.

Нетрудно видеть, что каждому варианту рекомендации консультационной задачи соот­ветствует частный случай выборки из такого графа альтернатив рекомендаций отдельных блоков и самих блоков, т. е. частный путь на графе от конечной вершины к корневой. Из множества возможных рекомендаций не все являются независимыми друг от друга. Существует некоторая иерархия выбора, когда выбор, сделанный на некоторой стадии формирования рекомендации, существенно снижает свободу выбора не следую­щей за ней стадии.

Обобщенный алгоритм поиска (формирования) новых рекомендаций определяет взаи­мосвязь базовых консультационных процедур и эвристических приемов консультационного процесса при решении консультационных задач и основывается на детальном сравнительном исследовании большой группы методов поискового консультирования. Определяемые им основные этапы Еi поиска (формирования) рекомендации и используемые при этом мас­сивы информации Мj могут быть представлены в следующем виде:



Е1 — определение общественной потребности в решении задач консультируемой проблемы (M1, М2);

Е2 — определение цели решения задачи;

ЕЗ —предварительное изучение задачи (М3, M4);

Е4 — сбор и анализ информации о задаче (М4);

Е5 — исследование задачи;

Е6 — выбор параметров проблемы и предъявление к ней ограничений (требований) (M1);

Е7 — уточнение формулировки задачи;

Е8 — формулировка конечной задачи;

Е9 — выявление технических и физических противоречий в консультируемой проблеме (М5);

Е10 — выбор поисковых консультационных процедур и эвристических приемов (М6, М7);

Е11 — поиск рекомендаций решения консультационной задачи;

Е12 — анализ и проработка рекомендаций решения задачи

(М3, М4);

Е13 — формирование рациональных вариантов рекомендаций;

Е14 — выбор наиболее рационального варианта рекомендации;

Е15 — развитие и упрощение варианта рекомендации;

Е16 — анализ технико-экономической эффективности сформированной рекомендации;

Е17 — обобщение результатов решения задачи.

При этом используются массивы информации:



M1 — список требований, предъявляемых к проблеме и рекомендациям;

М2 — список методов выявления недостатков в рекомендации;

МЗ — фонд функциональных элементов;

М4 — фонд рекомендаций, включая последние наиболее

эффективные запатентованные рекомендации;



М5 — список методов выявления причин возникновения недостатков в рекомендации;

М6 — фонд эвристических приемов;

М7 — список поисковых консультационных процедур;

М8—список методов оценки и выбора вариантов рекомендации.

На каждом из выделенных выше этапов формирования новых рекомендаций Еi выполняются определенные процедуры обра­ботки информации рik, где i — порядковый номер этапа, k — по­рядковый номер процедуры. Общее количество процедур ki на каждом из этапов Ei при i = 1, 2, ..., 17 соответственно равно 7, 8, 18, 14, 12, 23, 18, 7, 8, 2, 3, 12, 13, 15, 17, 6 и 6. Эти процедуры обобщают опыт консультантов и рекомендуются для непосредственного использования, при этом часть из них может быть программно реализована и перенесена на машинные носители для осуществления диалогового режима формирования новых рекомендаций.

Рассмотрим фонд эвристических приемов, обеспечивающих преобразование прототипов формируемых рекомендаций в искомые по консультационному заданию. Большинство эвристических приемов содержит в себе информацию о двух важных моментах, необходимых для программирования и использования приема.

Во-первых, прием указывает пространство переменных, которые следует изменять в прототипе с целью получения улучшенной рекомендации.

Во-вторых, в нем указан шаг изменения переменных, т. е. указано, как или на какую величину нужно изменить переменные.

Приемы разделения

1. Изменить характер функционального соединения между элементами проблемы (ЭП), повысив степень свободы перемещения одних элементов по отношению к другим.

2. Разделить проблему на две части: «неудобную» (тяжелую) и «удобную» (легкую), передвигать только последнюю часть.

3. Разделить проблему на две части: «объемную» и «необъемную»; вынести объемную часть за пределы, ограничивающие объем.

4. Разделить проблему на части так, чтобы каждая часть могла быть решена с наименьшими материальными затратами .

5. Разделить проблему на части так, чтобы приблизить каждую часть к тому месту, где она эффективно функционирует или поставить каждую часть в благоприятные для ее функционирования условия.

6. Разделить проблему на части, после чего каждую часть проблемы решить отдельно, а затем произвести «сборку».

7. Разделить элементы проблемы (ЭП) на несколько частей с тем, чтобы при выходе из строя одной части консультируемая проблема в целом сохраняла работоспособ­ность.

8. Выделить из свойств проблемы вредное свойство и изолировать (нейт­рализовать) его.

9. Разделить движущийся поток элементов проблемы «перегородкой» на два или несколько потоков.

10. Разделить проблему на части так, чтобы их можно было заменить при изменении режима функционирования.




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   22   23   24   25   26   27   28   29   ...   33


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница