CC BY
0
УДК 004
Сырич К.А., студент, МГТУ «СТАНКИН», Москва, Россия
Научный руководитель: Гаврилов А.Г., к.т.н, доцент, МГТУ «СТАНКИН», Москва, Россия
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИКИ ПОСТРОЕНИЯ НАЧАЛЬНОЙ МОДЕЛИ НА ОСНОВЕ IDEF0-ДИАГРАММ НА ПРЕДМЕТНОЙ ЗАДАЧЕ «ПРОСТРАНСТВЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ОДНОЖИЛЬНЫХ ВИНТОВЫХ ПРУЖИН СЖАТИЯ И РАСТЯЖЕНИЯ»
Аннотация
В статье рассматривается применение методики построения начальной модели (в рамках МАИТ -Методологии автоматизации интеллектуального труда) на основе IDEF0-диаграмм, разработанной в ходе работы над выпускной квалификационной работы в магистратуре МГТУ «СТАНКИН» на тему «Исследование методов проектирования автоматизированных систем и разработка методики построения начальной модели на основании ЮEF0-диаграмм». Данная методика была применена на предметной задаче «Построение 3D-моделей и расчет пружин сжатия, растяжения в SolidWorks с помощью программного модуля «Генератор пружин сжатия и растяжения». Была выявлена информационная и функциональная составляющая начальной модели для данной задачи, а также построены матричная диаграмма и графическое представление системы предметных действий (СПД) на объектном уровне.
Ключевые слова
начальная модель, методика, IDEF0-диаграммы, предметная задача, предметное действие,
блоки, система предметных действий.
Для проверки разработанной методики, применим её для предметной задачи (ПЗ) «Построение 3D-моделей и расчет пружин сжатия, растяжения в SolidWorks с помощью программного модуля «Генератор пружин сжатия и растяжения». Данная предметная задача описана для программного модуля SolidWorks, который был создан в рамках работы над выпускной квалификационной работой на тему «Разработка программного модуля «Генератор пружин сжатия и растяжения» для SolidWorks» в бакалавриате Московского политехнического университета.
Опишем иерархию блоков для контекстной А0 и дочерней А1 IDEF0-диаграмм: А0 (А1, А2, А3, А4, А5).
Выявим тип каждого представленного в IDEF0-диаграммах блока:
• простые блоки: А1, А2, А3, А4, А5;
• сложные блоки, то есть родительские: А0.
Переход от контекстной IDEF0-диаграммы к дочерней представлен на рисунке 3.
Расчетные иычеши^
Ркулд щашш _^__jijj<j:iji.iiij>j наформи нрогрхмьпюга и вдул я
-1—-----г Мапка стали . Постросилс iD моделей и расчет нружми сжатия, растяжсшся и Solid Works с 1ю мощью программного модуля "Генератор пружин сжатия и растнжишся' Д() nubapa нешлньзк аипшл ^
---—-—-> ФаОки ркчегша л формате n.htmfc* ^
jlapvjiiiuli .пнаметр иру-жины DL. мы ^ Фл&ти постро^ших тьс р.л отелы lux шщшй тгуж п и с жхтзи л шля же 11 и л ,
Диаметр прополки ир, жнни d, мм w ----->
Длина np'i 1.4üiiiii! i сю6а."рюм с sc к я ins л 10. ны --^
АО
Рисунок 1 - Контекстная IDEF0-диаграмма ПЗ «Построение 3D-моделей и расчет пружин сжатия, растяжения в SolidWorks с помощью программного модуля «Генератор пружин сжатия и растяжения»
пружин сжатия ицвияидшя
Файл сбарин, соз^шной в iiolidWi
Рисунок 2 - IDEF0-диaгрaммa А1 декомпозиции контекстной диаграммы предметной задачи «Построение 3D-моделей и расчет пружин сжатия, растяжения в SolidWorks с помощью программного модуля «Генератор пружин сжатия и растяжения»
Рисунок 3 - Переход от контекстной IDEFO-диаграммы к дочерней
Сформируем информационную и функциональную составляющие начальной модели предметной задачи, представленной выше в виде IDEF0-диаграмм (рис. 3) в соответствии с разработанной методикой
построения начальной модели на основе IDEF0-диагграмм.
Таблица 1
Форма В1. Классификация информации предметной задачи
Тип информации Вид информации Содержание информации Примечания
ПИ - - -
УПИ параметрическая Разряд пружины Марка стали Сила пружины при максимальной деформации Наружный диаметр пружины Диаметр проволоки Стрелка «вход» в IDEF0-диаграммах
Тип информации Вид информации Содержание информации Примечания
Длина пружины в свободном состоянии
ППР текстовая, графическая, параметрическая Введенные данные и значения Расчетные значения, выведенные на формы программного модуля после выбора исходных данных Файлы расчетов в формате «.html» Файлы построенных твердотельных моделей пружин сжатия и растяжения Стрелка «вход» и «выход» одновременно в ЮЕР0-диаграммах
ЗПР текстовая, графическая, параметрическая Расчетные значения, выведенные на формы программного модуля после выбора исходных данных Файлы расчетов в формате «.html» Файлы построенных твердотельных моделей пружин сжатия и растяжения Файл сборки, созданной в SolidWorks Стрелка «выход» в ЮЕР0-диаграммах
Таблица 2
Форма А2. Описание действий предметной задачи
Код действия Наименование действия Степень формализации Статус действия Структурное свойство ПД
а11 А0 (Построение 3D-моделей и расчет пружин сжатия, растяжения в Бо^Могкв с помощью программного модуля «Генератор пружин сжатия и растяжения») алгоритмическое П [
а21 А1 (Ввод данных и выбор значений) аналитическое, эмпирическое Э
а22 А2 (Проверка касательных напряжений) аналитическое Э
а23 А3 (Расчет пружин) аналитическое Э
а24 А4 (Построение 3D-моделей пружин) аналитическое Э
а25 А5 (Вставка пружин в сборку) аналитическое Э ]
Таблица 3
Форма D1. Описание элементарных предметных действий предметной задачи
Код действия Наименование действия Степень формализации Аргументы действия Функция действия
а21 А1 (Ввод данных и выбор значений) аналитическое, эмпирическое Разряд пружины Марка стали Сила пружины при максимальной деформации Наружный диаметр пружины Диаметр проволоки Длина пружины в свободном состоянии Введенные данные и значения
а22 А2 (Проверка касательных напряжений) аналитическое Введенные данные и значения Расчетные значения, выведенные на формы программного модуля после выбора исходных данных
а23 А3 (Расчет пружин) аналитическое Расчетные значения, выведенные на формы программного модуля после выбора исходных данных Файлы расчетов в формате «.html» Расчетные значения, выведенные на формы программного модуля после выбора исходных данных
а24 А4 (Построение 3D-моделей пружин) аналитическое Файлы расчетов в формате «.html» Расчетные значения, выведенные на формы программного модуля после выбора исходных данных Файлы построенных твердотельных моделей пружин сжатия и растяжения Файлы расчетов в формате «.html» Расчетные значения, выведенные на формы программного модуля после выбора исходных данных
Код действия Наименование действия Степень формализации Аргументы действия Функция действия
а25 А5 (Вставка пружин в сборку) аналитическое Файлы построенных твердотельных моделей пружин сжатия и растяжения Файлы расчетов в формате «.html» Расчетные значения, выведенные на формы программного модуля после выбора исходных данных Файл сборки, созданной в SolidWorks Файлы построенных твердотельных моделей пружин сжатия и растяжения Файлы расчетов в формате «.html» Расчетные значения, выведенные на формы программного модуля после выбора исходных данных
Таблица 4
Форма А1. Описание структуры предметных действий задачи
Код сложного действия Код начального действия Код конечного действия Вид компоновки Примечания
а11 а21 а22 последовательность
а11 а22 а23 последовательность
а11 а23 а24 последовательность
а11 а24 а25 последовательность
Таблица 5
Форма B2. Описание параметров предметной задачи
Код параметра Наименование параметра
А1.1 Введенные данные и значения
А1.2 Расчетные значения, выведенные на формы программного модуля после выбора исходных данных
А3.1 Разряд пружины
А3.2 Марка стали
А4.1 Файлы расчетов в формате «.html»
А4.2 Файлы построенных твердотельных моделей пружин сжатия и растяжения
А4.3 Файл сборки, созданной в SolidWorks
А5.1 Наружный диаметр пружины
А5.2 Диаметр проволоки
А5.3 Длина пружины в свободном состоянии
А9.1 Сила пружины при максимальной деформации
Произведена проверка уникальности параметров с целью устранения избыточности их описания, определён минимально необходимый набор параметров для решения задачи.
Таблица 6
Форма D2. Описание структуры параметров предметных действий задачи
Код действия Код параметра Роль Примечания
а21 А3.1 А А1 (Ввод данных и выбор значений)
а21 А3.2 А А1 (Ввод данных и выбор значений)
а21 А5.1 А А1 (Ввод данных и выбор значений)
а21 А5.2 А А1 (Ввод данных и выбор значений)
а21 А5.3 А А1 (Ввод данных и выбор значений)
а21 А9.1 А А1 (Ввод данных и выбор значений)
а21 А1.1 Ф А1 (Ввод данных и выбор значений)
а22 А1.1 А А2 (Проверка касательных напряжений)
а22 А1.2 Ф А2 (Проверка касательных напряжений)
а23 А1.2 А А3 (Расчет пружин)
а23 А4.1 Ф А3(Расчет пружин)
Код действия Код параметра Роль Примечания
а23 А1.2 Ф А3 (Расчет пружин)
а24 А4.1 А А4 (Построение 3D-моделей пружин)
а24 А1.2 А А4 (Построение 3D-моделей пружин)
а24 А4.2 Ф А4 (Построение 3D-моделей пружин)
а24 А4.1 Ф А4 (Построение 3D-моделей пружин)
а24 А1.2 Ф А4 (Построение 3D-моделей пружин)
а25 А4.2 А А5 (Вставка пружин в сборку)
а25 А4.1 А А5 (Вставка пружин в сборку)
а25 А1.2 А А5 (Вставка пружин в сборку)
а25 А4.3 Ф А5 (Вставка пружин в сборку)
а25 А4.1 Ф А5 (Вставка пружин в сборку)
а25 А1.2 Ф А5 (Вставка пружин в сборку)
а25 А4.2 Ф А5 (Вставка пружин в сборку)
Таблица 7
Форма D3. Описание структурных свойств действий задачи
Код действия Код параметра Структурное свойство ПД Роль параметра
а11 А3.1 [ Функция последовательности
а11 А3.2 [ Функция последовательности
а11 А5.1 [ Функция последовательности
а11 А5.2 [ Функция последовательности
а11 А5.3 [ Функция последовательности
а11 А9.1 [ Функция последовательности
а11 А4.3 ] Функция последовательности
Строим матрицу взаимосвязей предметных действий и параметров (таблица 8), заполняем её на основе описанных таблиц 6 и 7.
Таблица 8
Матрица взаимосвязей действий и параметров предметной задачи
Код предметного действия Код параметра
А1.1 А1.2 А3.1 А3.2 А4.1 А4.2 А4.3 А5.1 А5.2 А5.3 А9.1
а11 [ [ [ [ [ [
а21 * + + + + + +
а22 + *
а23 +* *
а24 +* +* *
а25 +* +* +* *
Далее на основе таблицы 8 строим матричную диаграмму предметной задачи (рисунок 4).
Рисунок 4 -Матричная диаграмма декомпозиции контекстной IDEFO-диаграммы А0 предметной задачи «Построение 3D-моделей и расчет пружин сжатия, растяжения в SolidWorks с помощью программного модуля «Генератор пружин сжатия и растяжения»
Воспроизведём графическое представление СПД на объектном уровне (рисунок 5).
Рисунок 5 - Графическое представление СПД предметной задачи «Построение 3D-моделей и расчет пружин сжатия, растяжения в SolidWorks с помощью программного модуля «Генератор пружин сжатия и растяжения» на уровне объектов А0 и А1
Таблица 9
Форма В3. Группировка параметров по объектам
Код параметра Обозначение объекта
А0 (уровень контекстной диаграммы IDEF0) А1 (уровень декомпозиции IDEF0-диаграммы А0)
А1.1 x
А1.2 x x
А3.1 x x
А3.2 x x
А4.1 x x
А4.2 x x
А4.3 x x
А5.1 x x
А5.2 x x
А5.3 x x
А9.1 x x
Вывод
Разработанная методика построения начальной модели на основе IDEFO-диаграмм, описанная в рамках работы над магистерской выпускной квалификационной работой на тему «Исследование методов проектирования автоматизированных систем и разработка методики построения начальной модели на основании IDEFO-диаграмм» помогла произвести начальное моделирование предметной задачи «Построение 3D-моделей и расчет пружин сжатия, растяжения в SolidWorks c помощью программного модуля «Генератор пружин сжатия и растяжения».
Была описана информационная и функциональная составляющая для предметной задачи, а также модель в целом. Представлены спецификации А1, А2, B1, В2, В3, D1, D2, D3, описана матрица взаимосвязей действий и параметров предметной задачи. Также приведена матричная диаграмма и графическое представление СПД на объектном уровне. Список использованной литературы:
1. Волкова, Г.Д. Концептуальное моделирование проектных задач: учебное пособие / Г.Д. Волкова. -Москва : ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН» , 2015. - 117 с. - ISBN 978-5-7028-0597-9.
2. Волкова Г.Д. Методология автоматизации интеллектуального труда. - М.: Янус-К, 2013. - 104 с. - Текст: непосредственный.
3. Гаврилов, А. Г. Разработка метода моделирования и средств поддержки управления развитием визуальной интегрированной среды проектирования автоматизированных систем: дис. канд. тех. наук: Москва, 2022. 224 с.
4. Киселев Д. Ю. Функциональное моделирование на базе стандарта IDEF0 / Д. Ю. Киселев. - Самара : СГАУ, 2014. - 20 с.
5. Мезенцев К. Н. Автоматизированные информационные системы / К. Н. Мезенцев. - Москва : Академия, 2016. - 174 с.
6. Новоселова О.В. Моделирование предметных задач на начальных этапах автоматизации проектной деятельности: учеб. пособие. - М.: ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН», 2016. - 100 с. - Текст: непосредственный.
© Сырич К.А., 2024
УДК 004.891
Царегородцев В. В.
магистрант 2 курса ПГТУ г. Йошкар-Ола, РФ Научный руководитель: Рябова Н. В.
доктор физико-математических наук, профессор, ПГТУ
г. Йошкар-Ола, РФ
РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ НА БАЗЕ НЕЙРОСЕТИ В СРЕДЕ PYTHON ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ MUF и OWF ДЛЯ ДЕКАМЕТРОВОГО РАДИОКАНАЛА
Аннотация
В статье представлена разработка экспертной системы на базе нейросети для прогнозирования максимальной частоты полезного сигнала (MUF) и оптимальной рабочей частоты (OWF) для декаметрового радиоканала. Система построена на исторических данных критической частоты ионосферного слоя F2 (foF2) и его высоты (hF2). Используя исторические данные, нейросетевая модель прогнозирует значения foF2 и hF2, а затем рассчитывает MUF и OWF на основе введенных пользователем даты сеанса и расстояния между передатчиком и приемником. Реализация системы выполнена в среде Python с использованием современных библиотек машинного обучения и инструментов для работы с данными. Система демонстрирует высокую точность прогнозов и обеспечивающую надежную радиосвязь на больших расстояниях.
Ключевые слова
Экспертная система, декаметровый радиоканал, нейросеть, MUF, OWF.
Tsaregorodtsev V. V.
2nd year master's student at PSTU Yoshkar-Ola, Russian Federation Scientific supervisor: Ryabova N. V.
Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, Yoshkar-Ola State Technical University, Russian Federation
DEVELOPMENT OF AN EXPERT SYSTEM BASED ON A NEURAL NETWORK IN THE PYTHON ENVIRONMENT FOR PREDICTING MUF AND OWF PARAMETERS FOR A DECAMETER RADIO CHANNEL
Annotation
The article presents the development of an expert system based on a neural network for predicting the
