Модификация модели описания физического эффекта

УДК 531.66

Е.А. Гопта

аспирант, кафедра «Системы автоматизированного проектирования и поискового конструирования», ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет»

МОДИФИКАЦИЯ МОДЕЛИ ОПИСАНИЯ ФИЗИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА

Аннотация. В работе рассматриваются и анализируются методы описания физических эффектов. В результате проведенных исследований было выяснено, что существующие модели представления физических эффектов не дают возможность использовать эффекты, в которых объект испытывает существенные структурные изменения. Также, в рассмотренных нами моделях описания физических эффектов, значения физической величины представлены только в числовой форме. Учитывая данные недостатки, нами было принято решение модифицировать существующую модель описания физического эффекта.

Ключевые слова: физический эффект, объект физического эффекта, физическая величина, синтез структур, физический принцип действия.

E.A. Gopta, Volgograd State Technical University

MODIFICATION MODEL DESCRIPTION OF PHYSICAL EFFECTS

Abstract. The paper discusses and analyzes the methods of describing the physical effects. As a result of the research, it was found that the existing models represent physical effects not allowed to use the effects in which the object is experiencing significant structural changes. Also, we have considered models describe the physical effects values of physical quantities are presented only in numeric form. Given these shortcomings, we have decided to modify the modification model describing the physical effect.

Keywords: physical effect, object of physical effect, physical quantity, synthesis of structures, physical principle of action.

В настоящее время существует ряд подходов к формированию концептуальных моделей представления физических знаний в форме физического эффекта (ФЭ), характеризующихся различным уровнем сложности и специализации алгоритма синтеза физического принципа действия (ФПД) [1]. При этом следует отметить, что большинство методик формирования ФПД сводятся к стыковке выходного воздействия одного физического эффекта к входному воздействию другого физического эффекта в случае равенства их наименования воздействия и их качественных характеристик. Однако для всех методик синтеза ФПД характерны нереализуемые структуры по причине неполноты описания модели ФЭ. Чтобы нивелировать обозначенный минус, нами было принято решение модифицировать существующую модель описания ФЭ разработанной сотрудниками кафедры «Системы автоматизированного проектирования и поискового конструирования» Волгоградского государственного технического университета. Изначально, схема представления ФЭ имела трехкомпонентную структуру и интерпретируется в виде «черного ящика» [2]:

Fi =

где Ai - входное воздействие ФЭ;

Вi - объект ФЭ;

Ci - выходное воздействие ФЭ.

Однако такое представление ФЭ не дает возможность описывать эффекты, в которых объект испытывает существенные структурные изменения, например, изменение агрегатного состояния (плавление, кристаллизация, испарение), изменение электрической структуры (переход полупроводник-металл, диэлектрик-проводник, срыв сверхпроводимости), изменение магнитной структуры (переход парамагнетик-ферромагнетик) и т.д. Данный недостаток является существенным при описании ФЭ и дальнейшего его использования при проверке совместимости с другими ФЭ. Поэтому нами было предложено вместо трехкомпонентной структуры описания ФЭ использовать четырехкомпонентную структуру описания ФЭ:

Fi =

где Аi - входное воздействие ФЭ;

В^ - начальное состояние объекта ФЭ;

В2 - конечное состояние объекта ФЭ;

С - выходное воздействие ФЭ.

Новая схема описания ФЭ позволяет расширить информационное наполнение автоматизированных систем поискового конструирования как за счет эффектов в физике, когда объект испытывает структурные изменения, так и за счет эффектов из смежных с физикой дисциплин, например химии твердого тела, электрохимии, физической химии, материаловедения и др. Особо отметим, что все ранее описанные эффекты, у которых не происходит структурных изменений объекта, рассматриваются как частный случай новой схемы, когда В^ = В2. Описания состояний В^ и В2 проводятся аналогично описанию объекта Вi [3].

В качестве алгоритмической основы при решении задач синтеза структур ФПД нами была выбрана автоматизированная система поискового конструирования «САПФИТ», так как она оперирует с базовой моделью описания ФЭ, рассмотренную нами выше, а также хорошо зарекомендовала себя на практике при решении ряда технических задач. Информационным обеспечением автоматизированной системы поискового конструирования «САПФИТ» является централизованная база физических знаний, включающая 1067 единиц описаний ФЭ [4]. Проанализировав ФЭ в базе данных автоматизированной системы «САПФИТ», мы сделали вывод о том, что существуют ФЭ, у которых значение физической величины представлены не в числовой форме, а в текстовом описании ФЭ. Такой способ задания физической величины усложняет возможность использования ФЭ в количественных условиях совместимости. Данный недостаток является существенным при оценке совместимости ФЭ, так как охватывает значимую часть ФЭ, хранящихся в базе данных. Для нивелирования обозначенного минуса нами было принято решение модифицировать модель представления ФЭ. Изменение модели описания ФЭ подразумевает добавление физической величины представленной в лингвистической форме к существующим параметрам воздействий ФЭ. Все множество значений физических величин можно разбить на три терма лингвистической переменной: «малая величина», «средняя величина», «большая величина». Для нормирования значений физических величин, соответствующих «малому» значению лингвистической переменной, будем использовать Z-образные функции принадлежности. Данный выбор был сделан в силу того, что Z-образные функции принадлежности используются для представления таких свойств нечетких множеств, которые характеризуются неопределенностью типа: «малое количество», «небольшое значение», «незначительная величина». Для нормирования значений физических величин, соответствующих «большому» значению лингвистической переменной, будем использовать S-образные функции принадлежности. S-образные функции используются для представления таких нечетких множеств, которые характеризуются неопределенностью типа: «большое количество», «большое значение», «значительная величина». Для нормирования значений физических величин, соответствующих «среднему» значению лингвистической переменной, будем использовать П-образные функции принадлежности. Эти функции используются для задания таких свойств множеств, которые характеризуют неопределенность типа: «приблизительно равно», «среднее значение».

Таким образом, в модернизированной нами модели описания ФЭ значение физической величины ФЭ может быть представлена двумя способами: числовая форма; лингвистическая форма.

Модификация существующих модели описания ФЭ позволяет повысить качество получаемых структур ФПД за счет сокращения множества физически нереализуемых решений, что обусловливается уменьшением доли ручного труда на этапе синтеза ФПД.

Список литературы:

1. Гопта, Е.А. Автоматизация процесса линейного синтеза физического принципа действия / Е.А. Гопта, С.А. Фоменков, Г.А. Карачунова // Известия Волгоградского государственного технического университета. - 2010. - Т. 11, № 9. - С. 129-133.

2. Фоменков, С.А. Моделирование и автоматизированное использование структурированных физических знаний: монография / С.А. Фоменков, Д.А. Давыдов, В.А. Камаев. - М.: Ма-шиностроение-1, 2004. - 278 с.

3. Гопта, Е.А. Применение свойств объекта физического эффекта в качественных условиях совместимости при синтезе структур физического принципа действия / Е.А. Гопта // Международный научно-исследовательский журнал. - 2013. - № 5-1 (12). - С. 70-71.

4. Фоменков, С.А. Формирование и структура баз данных по физическим эффектам / С.А. Фоменков, С.Г. Колесников, Д.М. Коробкин // Известия Волгоградского государственного технического университета. - 2013. - Т. 18, № 22 (125). - С. 153-157.