Диалоговая система поддержки принятия решений при параметрическом синтезе технических систем

ции локального поиска в пределах того или иного портала, и статичные агенты, представляющие интересы своего владельца на стороне портала, в котором зарегистрировано соответствующее бизнес-предложение. Статичные агенты не проявляют инициативу в поиске бизнес-партнеров и обеспечивают коммуникации с другими статичными или мобильными агентами.

Система реализует такие основные функции,

как:

- поиск потенциальных бизнес-партнеров по значениям атрибутов, зарегистрированных на инновационных порталах объектов и предложений;

- формирование инновационных структур в ходе межагентных коммуникаций в рамках виртуальной бизнес-среды;

- трансляция запросов на поиск объектов, сформулированных в общесистемных терминах, в локальные термины портала, являющегося текущим объектом поиска;

- расчет количественных параметров сформированных вариантов инновационных структур и автоматизированный выбор из их числа потенциально наиболее эффективных;

- настройка параметров инновационных предложений и соответствующих им программных агентов в ходе диалога с пользователем.

Систему образуют следующие основные функциональные модули.

• Агентное представительство, загружаемое на стороне серверной платформы инновационного портала. Данное представительство, в свою очередь, состоит из частей, реализующих локальное и гостевое представительства. Первое выполняет функции порождения агентов и обеспечивает выполнение программного кода статичных локаль-

ных агентов, а второе обеспечивает среду выполнения для агентов-гостей, переместившихся с других узлов системы.

• Перемещаемый программный код, реализующий мобильных агентов. Реализация мобильных агентов в виде перемещаемого кода позволяет обеспечить функциональную гибкость системы -произвольно изменять реализации алгоритмов расчета параметров инновационных структур и логики поведения агента при условии сохранения интерфейса вызовов. Мобильные агенты разработаны с помощью языка сценариев Java Language.

• Сервер онтологий предметной области, обеспечивающий единую терминологическую базу для общесистемных и локальных запросов на поиск объектов и инновационных предложений.

• Транслятор запросов, обеспечивающий формирование поисковых запросов к локальным информационным базам портала на основе поступившего запроса в общесистемных терминах. В ходе трансляции используются онтологии предметных областей, хранящиеся на выделенном сервере онтологий.

• Программные компоненты, реализующие внутреннюю логику функционирования агентов и протоколы межагентных коммуникаций.

Представленная система позволяет повысить эффективность информационной поддержки инновационных процессов за счет возможности гибкого совместного использования разнородных территориально распределенных информационных ресурсов инноваций и автоматизации рутинных операций по поиску подходящих бизнес-партнеров по реализации инновационных проектов и оценке перспективности потенциальных инновационных структур.

ДИАЛОГОВАЯ СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Т.В. Кадач

Параметрический синтез технических систем (ТС) представляет собой сложный трудоемкий процесс, связанный с обработкой больших объемов информации и с выполнением различного вида расчетов. Традиционно проектирование ТС базируется на нормативных методах, содержащих методические указания и справочные материалы для выполнения проверочного и конструктивного расчетов.

В настоящее время для выполнения наиболее трудоемких расчетов используется ЭВМ. Для большинства ТС существует много автоматизированных версий указанных выше методов. Однако, как правило, в них слабо отражены подходы, свя-

занные с поиском рациональных параметров ТС, что, вероятно, вызвано сложностью построения адекватных математических моделей проектируемых объектов, трудностями, возникающими при подготовке исходных данных для оптимизационных задач и при использовании полученных результатов в процессах проектирования.

Преодоление этих проблем возможно при внедрении специальных технологий автоматизированного проектирования, включающих в себя соответствующие оптимизационные модели, эффективные методы решения и необходимое программное обеспечение. Пользователю должны быть предоставлены удобные средства подготовки

исходных данных, управления параметрами модели и процессом решения оптимизационных задач, проведения анализа полученных результатов.

Математические операционные модели, описывающие ТС, обычно характеризуются следующими особенностями:

- при поиске значений оптимизируемых параметров возникают оптимизационные задачи различной сложности, от простых однокритери-альных до более сложных многокритериальных;

- зависимости целевых функций и функциональных ограничений являются комбинациями степенных показательных и логарифмических функций от вектора искомых параметров; а в случае использования в моделях программных продуктов, реализующих методы конечных элементов, являются алгоритмически заданными;

- наличие значительного количества параметров и критериев.

Таким образом, исходя из указанных выше характеристик, следует, что система поддержки принятия решений (СППР), предназначенная для решения задачи параметрического синтеза ТС должна предусматривать:

• интерфейсные средства, позволяющие анализировать задания пользователя (который не обязательно должен владеть основами программирования и иметь представление об используемых математических методах), выделять совокупность необходимых исходных данных, подключать разработанную математическую модель и обрабатывать ее;

• модуль для исследования и преобразования исходной модели: анализ и выделение набора существенных оптимизируемых параметров, формирование совокупности независимых критериев оптимальности с последующей оценкой адекватности полученной модели. Необходимость данного модуля особенно оправдана в случае использования целевых функций, описанных средствами существующих CAE-пакетов, когда применение громоздких моделей сказывается на времени поиска решения;

• учитывая недифференцируемость большинства целевых функций, характеризующих ТС и значительную степень их нелинейности, в систему должна быть включена библиотека прикладных программ для решения задач однокритери-альной оптимизации, реализующих ряд методов нулевого порядка с локальными и глобальными свойствами;

• модуль, представляющий собой диалоговый метод многокритериальной оптимизации, позволяющий получить из числа сгенерированных вариантов множество Парето;

• программные средства поддержки принятия решений для выбора окончательного решения из множества Парето;

• модуль, содержащий методы анализа полу-

ченных результатов.

Рассмотрев существующие программные средства, занимающиеся проблемами моделирования и оптимизации технических объектов, автор пришла к заключению, что задача разработки диалоговой СППР, которая, c одной стороны, могла бы учитывать специфику проектируемого объекта, а с другой - обладала бы достаточным набором функциональных возможностей, все еще актуальна.

Функциональные возможности системы DMS

(Decision Making System) и ее структура

Система помогает проектировщику определить рациональные значения оптимизируемых параметров проектируемых объектов в предположении, что структурная схема объекта уже определена на предыдущих этапах проектирования.

Структура системы (см. рис.) выбиралась исходя из состава описанных выше задач с учетом сложившейся стратегии решения оптимизационных исследований и с целью обеспечения интерфейса, удобного для пользователя, не знакомого с методами принятия решений.

В структуре системы можно выделить соответствующие пунктам меню основные модули: администрирования оптимизационной модели; исследования и упрощения математической модели; многокритериальной оптимизации; однокритери-альной оптимизации; анализа решения; экспертных оценок; вспомогательных подсистем.

Модуль администрирования оптимизационной модели предназначен для основных операций, связанных с работой модели (создание новой модели, сохранение уже созданной или измененной модели на жестком диске для дальнейшего использования, изменение оптимизационной модели).

Система позволяет использовать два вида моделей:

1) модель, использующая программу пользователя (МИПП);

2) модель на основе аналитических зависимостей (АМ), построенная в среде системы.

МИПП является автономной, разрабатывается на любом из существующих языков программирования, имеющих компилятор для платформ на базе Windows 95/98/2000/XP.

АМ создается с помощью встроенного языка, похожего по синтаксису на простой математический, позволяет разрабатывать несложные оптимизационные модели пользователю, не знакомому с программированием, и значительно сократить время проведения испытаний.

Модуль исследования и упрощения математической модели позволяет анализировать и выделять информативные из списка оптимизируемых параметров, а также получать упрощенные выражения, описывающие критерии оптимальности или функциональные ограничения.

Предусмотренные в системе средства, реализующие методы анализа чувствительности, корреляционного анализа и случайного баланса, позволяют снизить размерность операционной модели в зависимости от требуемой точности решения задачи.

Ряд функциональных ограничений и критериев, описывающих ТС, может быть описан достаточно сложными алгоритмическими зависимостями, что серьезно усложняет процесс поиска решения. Поэтому на предварительных этапах поиска целесообразно отыскивать приближенные решения с помощью упрощенных аналитических выражений, полученных в результате применения следующих методов с соответствующей проверкой на адекватность:

• для работы с зависимостями, представленными линейными выражениями:

- вычислительный эксперимент вида ПФЭ 2п;

- множественный регрессионный анализ;

• для работы с зависимостями, представленными линейными выражениями для работы с нелинейной моделью:

- вычислительный эксперимент на базе планов 2-го порядка (ОЦКП);

- множественный нелинейный регрессионный анализ;

• для работы с зависимостями, представленными линейными выражениями для модели произвольной формы:

- идентификация параметров модели с введением вида уравнения.

Модуль поиска решения. Так как в процессе поиска оптимизируемых параметров ТС возникают как однокритериальные, так и многокритериальные задачи поиска решений, то в системе были разработаны соответствующие модули. Схема поиска решения, реализованная в модуле многокритериальной оптимизации, включает следующие шаги: проведение испытаний; построение и отображение неупорядоченной, упорядоченной и нормированной таблиц испытаний; обработка критериальных ограничений, введенных пользователем; построение и отображение допустимого множества; построение и отображение паретов-ского множества; нахождение окончательного решения с помощью формальных или неформальных методов.

В основе модуля лежит метод исследования пространства параметров (Соболь И.М., Статни-ков Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах с многими критериями. М., 1981).

Модуль однокритериальной оптимизации используется в случае, если нас интересует решение задачи, полученное по какому-либо одному из критериев, описывающих ТС. Для этого в модуле были реализованы три возможности:

- поиск решения с помощью глобальных методов оптимизации: метода сеток, метода Монте-Карло, эволюционного бионического алгоритма;

- локальный поиск с использованием методов случайного поиска с линейной и нелинейной тактикой и метода Хука-Дживса;

- совместная работа метода Монте-Карло и локальных методов (набросовый алгоритм).

Модуль анализа полученных решений позволяет дать ответ, устойчива ли система в области полученного решения, и оценить ограничения на параметры, при которых она оказывается устойчивой (Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М., 1978).

Модуль экспертных оценок реализован для того, чтобы в режиме диалога с ЭВМ позволить проектировщику принимать участие в процессе оптимизационного исследования (Ларичев О.И., Мошко-вич Е.М. Качественные методы принятия решений. М., 1996). Такая необходимость может возникнуть в случае, если требуется оценить информативность оптимизируемых параметров проектируемого объекта, назначить критериальные ограничения для построения допустимого множества или установить приоритет между критериями оптимальности на этапе выбора окончательного решения и т.д. В модуле используются методы взвешивания экспертных оценок с учетом компетентности экспертов, последовательных сопоставлений и метод ранга.

Основными задачами, решаемыми модулем вспомогательных подсистем, являются:

- ведение и предоставление пользователю возможности просмотра «Журнала работы»;

- получение и просмотр всех последних результатов работы системы без необходимости их повторения;

- предоставление пользователю помощи по работе с системой.

Все модули могут работать как комплексно, так и автономно при решении частных задач исследования модели или поиска решения.

Работоспособность диалоговой СППР БМ8 была проверена и подтверждена в ходе решения задач определения рациональных конструктивных и режимных параметров трубчатых воздухоподогревателей паровых котлов (Карницкий Н.Б., Ка-дач Т.В. К построению оптимизационной модели трубчатых воздухоподогревателей паровых котлов. // Вест. БНТУ, 2006, № 6), а также при параметрическом синтезе типовых зубчатых передач (Кадач Т.В., Попов В.Б. Принятие решений при автоматизированном проектировании типовых зубчатых редукторов. // Вест. ГГТУ им. П.О. Сухого, 2007, № 1). При этом значительно сократились сроки и трудоемкость проектирования при повышении качества полученных проектных решений.

ОЦЕНКА СЛОЖНОСТИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ С УЧЕТОМ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ФАКТОРА

В.В. Фомин, д.т.н.

Если провести классификацию топологических мер сложности качества программных информационных систем (Холстед, Чепен, Майерс, Джилба и др.) по группам сложности проектирования и функционирования, можно отметить, что:

• часть мер сложности функционирования косвенно или напрямую зависит от мер сложности проектных спецификаций;

• подавляющее множество топологических мер сложности носят эмпирический, относительный характер и принадлежат к средствам оценки качества «внутреннего проектирования»;

• понятие сложности носит сугубо замкнутый структурно-организационный характер, каждая метрика направлена на оценку только определенного вида спецификации структур, хотя и выделена часть метрик, направленных и унифицированных на информационную оценку сложности.

Обратимся к методам оценки качества интерфейса управления информационных систем на основе технологии GOMS - «правила для целей, объектов, методов и выделения» (the model of goals,

objects, methods and selection rules). В эту технологию интегрированы законы манипуляции элементами интерфейса (управление) - законы Фитса и Хика. Важной прерогативой этой технологии является то, что она позволяет раскрыть и формально зафиксировать важнейшие аспекты взаимодействия человека с машиной.

Главной составляющей процесса разработки информационных систем является учет человеческого фактора как сложной системы формирования (восприятия, преобразования, хранения) знаний о программно-технических системах, основанной на манипуляции символьными конструкциями.

Используем меру информации (для равновероятных событий) для оценки и расчета качества представления информации по управлению (интерфейс, алгоритм, спецификация) с позиции человеческого фактора «сложности восприятия»: H=logc(n), где n - количество элементов (символов) языка управления; а - критерий оценки параллельности восприятия человеком информации