Проектирование тепловых двигателей и энергетических установок в среде базы знаний

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

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

Речь идет о создании предметных баз знаний, представляющих собой интегрированные многофункциональные информационные системы коллективного доступа, объединяющие в себе в качестве подсистем информационно — справочные и инструментальные системы, которые при совместном использовании обеспечивают эффективное решение всего спектра задач, стоящих перед проектировщиками. Подобные системы могут эффективно применятся не только в области проектирования и производства тепловых двигателей и энергетических установок, но и в области научных исследований, образования, подготовки кадров. Поскольку процессы разработки всех видов тепловых двигателей и энергетических установок на их базе методологически похожи и характеризуются одними и теми же этапами и стадиями, то в данной работе рассматривается решение вопроса использования базы знаний при проектировании авиационных двигателей. Цель работы.

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

Цель работы достигается решением следующих задач:

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

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

• разработка методики проектирования авиационных двигателей в среде базы знаний;

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

• разработка технологии использования, наполнения и развития базы знаний.

Актуальность темы

определена:

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

2. Недостаточным уровнем решения вопросов создания и практического использования информационных систем, предназначенных для обработки большого количества разнородной распределенной информации в области проектирования авиационных двигателей с использованием возможностей технологий удаленного доступа. 3. Потребностью накопления и систематизации информации в области проектирования авиационных двигателей и энергетических установок, с целью предотвращения потери накопленных знаний и опыта.

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

Научная новизна работы включает в себя:

1. Методику проектирования авиационных двигателей в среде базы знаний.

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

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

4. Структуру информационных взаимосвязей между отдельными элементами базы знаний.

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

Практическая значимость работы обусловлена:

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

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

На защиту выносятся:

1. Методика проектирования авиационных двигателей в среде базы знаний.

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

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

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

Апробация работы:

Результаты работы докладывались на международных конференциях:

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

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

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

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

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

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

• на всероссийских конференциях:

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

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

Кроме того, компоненты базы знаний апробированы в работе моторного.

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

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

Публикации:

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

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

Основные результаты и выводы.

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

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

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

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

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

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