17. АРХИТЕКТУРА РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА

По материалам статьи: «Акимов С.В. Мультиагентная модель автоматизации структурно-параметрического синтеза // Системы управления и информационные технологии, 2005, № 3 (20). С. 45-48.»

В качестве примера перспективных направлений использования интернет-технологий приведем архитектуру распределенной системы автоматизированного структурно-параметрического синтеза. Структурно-параметрический синтез является важнейшим этапом при проектировании систем, так как в результате его проведения определяется структура объекта и параметры составляющих его элементов (агрегатов), причем структура и параметры должны быть выбраны таким образом, чтобы объект был оптимальным по некоторому критерию (критериям). Такими критериями могут быть массогабаритные, стоимостные и прочие характеристики.

Автоматизация структурно-параметрического синтеза является одной из ключевых проблем, возникающих при создании систем поддержки принятия проектных решений, однако ее решение наталкивается на ряд трудностей, часть из которых состоит в необходимости привлечения знаний из различных областей. Поэтому система автоматизированного структурно-параметрического синтеза должна быть построена по распределенной технологии. Такая технология является наиболее естественной, так как и в реальном мире при разработке сложных систем могут быть задействованы несколько научно-исследовательских институтов и десятки лабораторий.

Для реализации такой системы лучше всего подходит архитектура распределенной системы искусственного интеллекта, выполненной по мультиагентной технологии [7], где каждый агент будет представлять собой класс рассматриваемых объектов. Такими объектами могут быть любые объекты: почтовые отправления, двигатели, усилители, приемопередающие устройства и т. д. Так как реальные системы имеют иерархическую структуру, распределенная система структурно-параметрического синтеза тоже будет построена по иерархическому принципу (рис. 22). В самом деле, для того чтобы провести синтез, например, СВЧ-усилителя, необходимо уметь синтезировать модули, из которых он состоит: цепи связи и активные 4-полюсники. Тогда агент, отвечающий за синтез усилителя, должен будет определить состав модулей, представленных агентами, из которых он будет состоять, и сгенерировать для них технические задания (ТЗ). Далее он должен обратиться на сервер, где размещены агенты, представляющие объекты классов усилительных 4-полюсников и согласующих цепей, которые являются его агрегатами, создать необходимое число экземпляров этих агентов и передать каждому из них соответствующие ТЗ.

Рис. 22. Архитектура распределенной системы структурно-параметрического синтеза
(в скобках указаны классы агентов для случая синтеза однокаскадного СВЧ-усилителя)

После того как эти агенты синтезируют структуры представляемых ими объектов и подберут параметры составляющих их элементов, информация о характеристиках этих объектов в виде макромоделей будет передана создавшему их агенту. В нем будут произведены необходимые вычисления, после чего будет принято решение продолжать процедуру синтеза, используя другой набор ТЗ, а, возможно, и состава агентов, или признать полученное решение удовлетворительным и завершить процесс.

Рассмотренные агенты могут быть размещены как на одном компьютере, так и на разных серверах, объединенных посредством Internet/Intranet. Для взаимодействия агентов необходимо выработать единый язык, что даст возможность создавать их независимыми производителями, специализирующимися на разработке тех или иных классов устройств и систем. Следует заметить, что можно довольно легко урегулировать экономические отношения как между конечными пользователями и владельцами агентов, так и между владельцами агентов, когда одним агентам предоставляются услуги (службы) других агентов. Например, можно учитывать машинное время, затраченное на обработку запроса, число машинных операций, число транзакций или какую-либо другую схему, назначаемую собственником агента. Это приведет к конкуренции между разработчиками агентов, что не позволит монополисту устанавливать завышенную плату за предоставление услуг за пользование агентом.

В основу архитектуры агента может быть положена 4-уровневая интегративная модель области знаний (рис. 23), в которой знания о классах объектов представлены в виде четырехслойной иерархической структуры. Первый уровень (М1) представляет собой модель морфологического множества уровня идентификации, что соответствует представлению знаний в виде морфологического дерева, морфологической таблицы или специализированного языка. Этот уровень идентифицирует структуру объекта, но не позволяет получить ее спецификацию (схему, чертеж). Для того чтобы по идентификатору структуры объекта, представляющему собой значения классификационных признаков и соответствующего морфологическому И/ИЛИ-дереву с вырожденными ИЛИ-вершинами, сгенерировать спецификацию этой структуры необходима библиотека базовых спецификаций и правила генерации. За это отвечает модель морфологического множества уровня спецификации (М2). Такая модель содержит полную информацию о структурах объектов рассматриваемого класса. Для того чтобы вычислить функциональные характеристики объекта, спецификация его структуры передается в систему компьютерного моделирования. Модель М2 и система компьютерного моделирования совместно представляют собой модель уровня реализации (М3). Так как компьютерная модель любого объекта, принадлежащего рассматриваемому классу, может быть получена путем ограничения этой модели, ее можно назвать универсальной моделью. Универсальная модель, дополненная модулем, осуществляющим структурно-параметрический синтез, будет моделью уровня интеграции (М4). В этом модуле содержатся как общие алгоритмы параметрического и структурного синтеза, так и эвристики, специфичные для синтеза объектов рассматриваемого класса. Такая модель содержит все необходимые знания об объектах рассматриваемого класса, как уровня анализа (М1-М3), так и уровня синтеза. Отсюда и ее название – 4-уровневая интегративная модель области знаний.

Рис. 23. Четырехуровневая интегративная модель

Рассмотренная архитектура распределенной системы структурно-параметрического синтеза образует единое информационное пространство исследования и проектирования различных систем. Ввиду независимости агентов, система может легко расширяться за счет добавления новых агентов и может быть положена в основу перспективных систем автоматизированного проектирования (САПР). Так как агенты, составляющие основу этой системы, располагаются на серверах, подключенных к Internet/Intranet, с ее помощью можно обеспечить поддержку работы групп разработчиков, находящихся в различных частях света. Каждый агент интегрирует различные знания о классе объектов, который он представляет, а это ведет к дальнейшей интеграции и систематизации научно-технических знаний.