Материал: Создание демонстрационного прототипа системы поддержки принятия решений в области проектирования радиоустройств

Создание демонстрационного прототипа системы поддержки принятия решений в области проектирования радиоустройств

Введение

Искусственный интеллект, а точнее область наук об искусственном интеллекте, называемая инженерия знаний, связанная с разработкой экспертных систем и баз знаний, получает все большую распространенность в обществе. Данная работа посвящена применению инженерии знаний в сфере проектирования и конструирования приемо-передающих радиоустройств. Практическая актуальность работы заключается в разработке системы помогающей конструктору (лицу, принимающему решения) на всем этапе эскизного проектирования приемо-передающих радиоустройств.Так как данных о подобных системах применимых в области проектирования радиосистем нет, ближайшиманалогом разрабатываемой системы является система «Агротех» разработанная Киевским институтом кибернетики им. В. М. Глушкова в рамках информатизации сельскохозяйственных предприятий. В рамках системы «Агротех» реализованы задачи выбора оптимальной структуры посевных площадей на уровне хозяйства, подразделения и севооборота, задача построения оптимальных схем севооборотов, задача выбора технологических приемов обработки почвы под соответствующие культуры.

Эскизное проектирование рассматривается, как синтез структуры радиоустройства с учетом выполняемых их функций. Так как функции, выполняемые радиоустройством заданы в техническом задании, а синтезируемая структура должна полностью им соответствовать, принято решение о применении функционально-структурного подхода в разрабатываемой системе. Таким образом разрабатываемая система поддержки принятия решений в результате диалога с лицом, принимающим решения получает информацию о функциях проектируемого радиоустройства, и на основании данной информации предоставлять рекомендации о структуре проектируемого радиоустройства.

Функция и структура неразрывно связаны, изменение взаимодействий системы с внешней средой непременно приводит к изменению функций системы, а в результате и структуры. Функционально-структурный подход базируется на зависимости функции и структуры в процессах развития системы при решающей роли функции системы по отношению к ее структуре.

Основная задача, которую призвана решить данная система, это принимаемые решения при многокритериальной оценке, требующейся при проектировании, субъективность которых может служить причиной ошибки. Так как чем раньше будет обнаружена ошибка, сделанная при проектировании, тем меньшими затратами обернется ее исправление. Так же проектируемая система должна быть применима, для конструктора с малым опытом или низкой квалификацией, с целью обеспечения справочной информацией и рекомендациями, которые должны быть применимы к конкретной проблеме, возникающей при проектировании. Ранее подобную роль выполняли различные совещания или справочная литература, однако на данный момент, когда рабочие места подавляющего числа конструкторов оборудованы персональными компьютерами, применение подобной системы может существенно сократить время на проектирование.

Объектом работы являются знания в сфере конструирования радиоустройств, над которыми необходимо провести операции извлечения, структурирования и наполнение ими базы знаний. На основе базы знаний в разрабатываемой системе должно моделироваться поведение эксперта в области проектирования радиоустройств с использованием процедур принятия решений.

Целью работы является создание демонстрационного прототипа системы поддержки принятия решений в области проектирования радиоустройств, обеспечивающего поддержку принимаемых конструктором решений, на начальном этапе проектирования.

Задачами для достижения поставленной цели являются создание базы знаний, реализация структуры полученных знаний в виде графа.

В первой главе работы проводится анализ состояния проектирования радиоустройств, постановка задачи на проектирование системы поддержки принятия решений, извлечение знаний в области проектирования радиоустройств.

Во второй главе проводятся этапы выбора среды разработки, структурирования и формализации знаний, реализация системы поддержки принятия решений

В третьей главе проводится тестирование полученной системы с целью определения ее работоспособности и адекватности, рассматриваются перспективы развития системы.

Созданный в результате работы демонстрационный прототип должен осуществлять поддержку конструктора на начальном этапе эскизного проектирования, вести диалог с конструктором результатом которого должны быть рекомендации касающиеся проектирования радиоустройства.

. Анализ современного состояния проектирования приемо-передающих радиоустройств.

Радиоприемное устройство - устройство, предназначением которого является выделение информации из электромагнитных волн. Радиоприемное устройство состоит из антенны, оконечного устройства, и непосредственно

Рис. 1-Структура радиосистемы радиоприемника.

В данной работе не затрагиваются вопросы проектирования оконечного устройства и антенны.

Зачастую радиоприемное устройство является частью радиотехнической системы. В радиоприемном устройстве, входящем в состав современной радиотехнической системы, осуществляется не только прием сигнала, но и его обработка с целью оптимизации извлечения информации. Под информацией, в данном случае, понимается передаваемое сообщение. Для передачи информации производится модуляция несущей частоты.[9]

Основные задачи радиоприема [10]:

Обнаружение сигнала -решение о наличии или отсутствии сигнала;

Различение сигналов - принятие решения о том, какой из возможных сигналов принят;

Измерение параметров сигнала;

Фильтрация сигнала - решение относительно формы модулирующего колебания;

Разрешение сигналов - решение одной из задач, сформулированных выше, при одновременном действии нескольких сигналов;

Распознавание образов - решение относительно источника сигнала по характеристикам сигнала.

Основные признаки по которым можно классифицировать радиоприемники [10]:

Назначение приёмника;

Диапазон принимаемых частот;

Вид принимаемых сигналов;

Тип структурной схемы;

Форма выполнения основных операций над сигналом;

Вид активных элементов, используемых в приемнике;

Тип конструкции приемника.

По назначению приемники различают на связные, радиовещательные, телевизионные, радиолокационные и многие другие. Технические решения, выбираемые при проектировании, во многом определяются назначением приемника.

Диапазон частот радиосигналов от 3 кГц до 300 ГГц, что соответствует длинам волн от 10 км до 1 мм. Приемник может быть предназначен для работы на одной или нескольких фиксированных частотах, или в некотором диапазоне частот. От диапазона частот напрямую зависит выбор активных элементов и резонансных систем. [9]

Вид принимаемых сигналов определяется видом модуляции или ее отсутствием. Используются непрерывные, дискретные и цифровые сигналы. В случае непрерывных сигналов применяют амплитудную, частотную или фазовую модуляцию. В случае дискретных сигналов применяют аналогичные виды манипуляции. Радиолокационный импульсный сигнал может быть немодулированным. Кроме простых сигналов, имеющих базу порядка единицы, применяют сложные сигналы, база которых значительно больше единицы по порядку величины. Полоса пропускания главного тракта приемника всегда согласуется с шириной спектра принимаемого сигнала. Способ детектирования определяется видом модуляции.

По типу структурной схемы различают приемники прямого усиления, прямого преобразования и супергетеродинные приемники. Наилучшие качественные показатели обеспечивает применение супергетеродинной схемы. В профессиональных приемниках используют двойное и тройное преобразование частоты.

Основные операции над сигналом могут выполняться в аналоговой, цифровой или цифроаналоговой форме. Усилительно-преобразовательный тракт обычно является аналоговым, демодуляция и последующая обработка сигналов в современных приемниках часто делается цифровой.

В качестве активных элементов широко применяются полевые и биполярные транзисторы и интегральные микросхемы. Элементная база постоянно обновляется.

Конструктивно приемники выполняются на основе печатного или объемного монтажа с использованием интегральных микросхем, представляющих собой каскады, узлы приемников и даже целые приемники.

В соответствии с занимаемым в радиоканале местом радиоприемные устройства должны обеспечивать следующие основные функции:

выделение полезного сигнала из смеси с шумом или другими мешающими сигналами;

усиление полезного сигнала;

ослабление мешающего действия помех, присутствующих во входных колебаниях;

детектирование радиочастотных сигналов с целью формирования колебаний, соответствующих передаваемому сообщению.

Техническое задание - исходный документ на проектирование технического объекта (изделия). ТЗ устанавливает основное назначение разрабатываемого объекта, его технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования, предписание по выполнению необходимых стадий создания документации (конструкторской, технологической, программной и т. д.) и её состав, а также специальные требования. Несмотря на важность, техническое задание слабо регламентировано нормативными документами. По ГОСТ 2.103-68 разработка технического задания не относится к стадиям проектирования.

Стадии проектирования по ГОСТ 2.103-68[11].

Техническое предложение - совокупность конструкторских документов, которые должны содержать технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки документации изделия на основании анализа технического задания заказчика и различных вариантов возможных решений изделий, сравнительной оценки решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий и патентные исследования. Этапы выполнения работ:

Подбор материалов

Разработка технического предложения с присвоением документам литеры «П»

Рассмотрение и утверждение технического предложения

Эскизный проект - совокупность конструкторских документов, которые должны содержать принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы изделия, а также данные, определяющие назначение, основные параметры и габаритные размеры разрабатываемого изделия. Этапы выполнения работ:

Разработка эскизного проекта с присвоением документам литеры «Э»

Изготовление и испытание макетов (при необходимости)

Рассмотрение и утверждение эскизного предложения

Технический проект - совокупность конструкторских документов, которые должны содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемого изделия, и исходные данные для разработки рабочей документация. Технический проект после согласования и утверждения в установлен ном порядке служит основанием для разработки рабочей конструкторской документации. Этапы выполнения работ:

Разработка технического проекта с присвоением документам литеры «Т»

Изготовление и испытание макетов (при необходимости)

Рассмотрение и утверждение технического проекта

Рабочая конструкторская документация. Этапы выполнения работ:

Разработка конструкторской документации, предназначенной для изготовления и испытания опытного образца (опытной партии), без присвоения литеры.

Изготовление и предварительные испытания опытного образца (опытной партии).

Корректировка конструкторской документация по результатам изготовления и предварительных испытаний опытного образца (опытной партии) с присвоением документам литеры "О".

Приемочные испытания опытного образца (опытной партия).

Корректировка конструкторской документации по результатам приемочных испытаний опытного образца (опытной партии) с присвоением документам литеры "О1".

Для изделия, разрабатываемого по заказу Министерства обороны, при необходимости, повторное изготовление и испытания опытного образца (опытной партии) по документации с литерой "О2" и корректировка конструкторских документов с присвоением им литеры "О2".

На сегодняшний день проектирование устройств упростилось, благодаря появлению различных систем автоматизированного проектирования и технологии CALS (Continous Acquisition and Lifecycle Support).- подход к проектированию и производству высокотехнологичной и наукоёмкой продукции, заключающийся в использовании компьютерной техники и информационных технологий на всех стадиях жизненного цикла изделия. Целью применения данной технологии является повышение эффективности деятельности участников создания, производства и пользования продуктом.

Программные продукты, используемые в CALS, можно разделить на два типа:

Программные продукты, используемые для создания и преобразования информации об изделиях, производственной среде и процессах.