CC BY
52
10.24411/2409-5419-2018-10073
формирование концептуальной модели радиоэлектронной аппаратуры на основе
семантических шаблонов, интегрированных
со средой разработки электрических схем
КУРЧИДИС
Виктор Александрович1
АНИСИМОВ Олег Витальевич2
ященко
Анатлий Владимирович3
Сведения об авторах:
1д.т.н., профессор, профессор кафедры автоматики и вычислительных средств Ярославского военного училища противовоздушной обороны, г. Ярославль, Россия, [email protected]
2к.т.н., доцент, профессор кафедры автоматики и вычислительных средств Ярославского военного училища противовоздушной обороны, г. Ярославль, Россия, [email protected]
3адъюнкт Ярославского высшего военного училища противовоздушной обороны, г. Ярославль, Россия, [email protected]
АННОТАЦИЯ
Предложен подход к построению концептуальной модели радиоэлектронной аппаратуры, особенность которого состоит в том, что осуществляется многоаспектное описание радиоэлектронной аппаратуры в пространстве свойств, определяющих описание аппаратуры в предметных терминах и понятиях естественного языка. Такое представление аппаратуры с точки зрения диагностирования позволяет рассматривать всякий отказ, как нарушение совокупности номинальных свойств аппаратуры. При этом свойства, характеризующие функциональность, параметры, структуру и конструктивные особенности аппаратуры, определяются в терминах и понятиях предметной области. При формализации концептуального представления радиоэлектронной аппаратуры предлагается для представления свойств аппаратуры использовать триплетную форму, которая применяется в семантических сетях. Такой представление свойств выступает основой для представления аппаратуры в виде совокупности семантических шаблонов. Выполнена формализация, которая обеспечивает использование семантических шаблонов для согласования представления радиоэлектронной аппаратуры в понятиях и терминах предметной области с представлением аппаратуры на электрических схемах на основе библиотечных элементов систем автоматизированного проектирования. Предложенный подход к созданию концептуальной модели радиоэлектронной аппаратуры может быть использован в процессе совершенствования существующих или при разработке новых систем информационной поддержки технического диагностирования, которые ориентированы на использование электронного дела изделия в составе системы интегрированной логистической поддержки жизненного цикла изделий. Предложенный подход позволяет на этапе разработки изделия с использованием средств автоматизированного проектирования обеспечить формирование концептуальной модели радиоэлектронной аппаратуры, что принципиально отличает его от существующих подходов к формированию моделей аппаратуры. Данный подход реализован в виде программного модуля, интегрированного со средой разработки Altium Designer. Целесообразность использования предлагаемого подхода подтверждена для компонентов аппаратуры конструктивного уровня ячейка и блок.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: концептуальная модель; семантический шаблон; техническое диагностирование; радиоэлектронная аппаратура; семантическая сеть.
Для цитирования: Курчидис В.А., Анисимов О.В., Ященко А.В. Формирование концептуальной модели радиоэлектронной аппаратуры на основе семантических шаблонов, интегрированных со средой разработки электрических схем // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2018. Т. 10. № 3. С. 30-39. doi 10.24411/2409-5419-2018-10073.
Введение
Технической основой современных сложных технических комплексов является радиоэлектронная аппаратура (РЭА), время восстановления которой после отказа оказывает существенное влияние на значение коэффициента готовности таких комплексов. Одной из основных операций при восстановлении радиоэлектронной аппаратуры выступает техническое диагностирование, которое связано с поиском мест и причин отказа с точностью до типового элемента замены.
Существенный вклад в значение времени восстановления РЭА вносит время выполнения операций технического диагностирования, которые связаны с формированием диагностической информации, необходимой для поиска мест и причин отказа. При этом формирование такой информации осуществляется с применением соответствующих средств систем информационной поддержки (СИП).
Исследованию вопросов поиска, предоставления и формирования диагностической информации при восстановлении РЭА посвящены многочисленные работы отечественных и зарубежных ученых [1-2; 4; 8; 11-12]. В этих работах рассматриваются модели для представления РЭА, а также методы и подходы на их основе, направленные на сокращение времени формирования диагностической информации. С точки зрения повышения уровня автоматизации средств информационной поддержки в техническом диагностировании следует отметить работы [4; 11], в которых рассматривается подход к формированию ДИ в виде фрагментов электрических схем, основанный на использовании концептуального модельного представления РЭА.
Основой подхода, предложенного в [4; 11], выступает дескриптивная модель РЭА на основе фреймов (ДФМ), с помощью которой обеспечивается согласование концептуального и схемно-графического представления аппаратуры на основе электрических схем. При этом используется специальное графическое представление электрических схем с помощью паттернов, которое отображается в предметно-графической объектной модели радиоэлектронной аппаратуры. Достоинство описанного подхода состоит в том, что его использование позволяет оперировать с диагностической информацией в рамках конструкций естественно-подобного языка и предоставляет обслуживающему персоналу возможность формировать диагностическую информацию путем задания условий, выражаемых в предметных терминах и понятиях естественного языка.
Однако использование такого подхода в практике связано с необходимостью ручной обработки большого объема данных, содержащихся в эксплуатационных документах, для создания соответствующего формализованного концептуального представления компонентов РЭА в виде модели ДМФ, а также для перехода к предметно-графи-
ческому представлению аппаратуры и естественно-подобному языку запросов [4]. При этом следует отметить, что создание модели ДМФ выполняется «вручную» по имеющемуся комплекту электрических схем на РЭА, что равносильно выполнению отдельного трудоемкого, дорогостоящего проекта и требует создания соответствующих средств автоматизации для его реализации. Вследствие этого для сложных технических комплексов подготовка, верификация и актуализация модели ДМФ с практической точки зрения труднореализуема, так что положительный эффект от использования обсуждаемого подхода носит скорее методологический, нежели прикладной характер. Поэтому подход, представленный в [4; 11], целесообразно рассматривать, как перспективное направление совершенствования систем информационной поддержки технического диагностирования, который требует своего дальнейшего развития.
С этой точки зрения представляет интерес предлагаемый в работе подход к построению концептуальной модели РЭА, особенность которого состоит в том, что осуществляется многоаспектное (структурное, функциональное, параметрическое и т.п.) описание радиоэлектронной аппаратуры в пространстве свойств, которое представляется на основе совокупности семантических шаблонов, определяющих описание аппаратуры в предметных терминах и понятиях естественного языка. Такое представление аппаратуры с точки зрения диагностирования позволяет рассматривать всякий отказ, как нарушение совокупности номинальных свойств аппаратуры. При этом свойства, характеризующие функциональность, параметры, структуру и конструктивные особенности аппаратуры, определяются в терминах и понятиях предметной области.
Особенность предлагаемого подхода состоит в том, что концептуальная модель создается на основе предметных понятий и терминов, которые используются для представления аппаратуры в виде электрических схем. Следует отметить, что электрические схемы в существующих системах информационной поддержки технического диагностирования РЭА выступают в качестве одного из важных источников диагностической информации для определения вероятного места и причины отказа [12-13]. Электрическая схема (как документ) создается на этапе разработки и проектирования РЭА с помощью средств систем автоматизированного проектирования (САПР) и поставляется эксплуатанту в составе комплекта эксплуатационных документов совместно с аппаратурой. Особенностью электрических схем является то, что они представляют компоненты аппаратуры в виде соответствующих схемных элементов. При этом представление компонентов РЭА на схеме определяется типом электрической схемы и используемыми условными графическими обозначениями в соответствии с ГОСТ 2.610-2006, ГОСТ 2.701-2008 и ГОСТ Р 54088-2010.
#
Формализованное представление радиоэлектронной аппаратуры в пространства свойств на основе семантических шаблонов
Формализованное представление РЭА в пространстве свойств Р описано в [5] и имеет следующий вид: Р = ^ Е, Я (Е )У В этом выражении отражен взгляд на представление РЭА, как на конечную совокупность элементов Е = {Ег,Е2,...,Ед} и отношений R(Ег,Е2,...,EQ) между ними. Здесь множество всех элементов представления РЭА определяется экземплярами Е; е Е сущностей у.еТ типа I (I = 1, Q), где ¥ — множество всех сущностей, используемых в предметном представлении РЭА, а Q — общее количество сущностей. Примерами таких сущностей могут выступать понятия предметной области, используемые для названий типов структурных и функциональных элементов аппаратуры, функций, наименований и маркировок, параметров, значений параметров и т.д. При этом всякое свойство РЭА р е Р формально определяется, как отношение р = г (е(1), е(2),..., е^р)), связывающие некоторое число экземпляров сущностей е Е, г = 1, р), где р) — число экземпляров сущностей, участвующих в формировании свойства р. Число д(р) определяет порядок отношения, так, что при ^(р)=1 отношение является унарным, при д(р) = 2 — бинарным и т.д. Совокупность всех рассматриваемых отношений на множестве Е для конкретного РЭА обозначается, как Я = Я(Е). При этом необходимо отметить, что, в отличие от сущностей отношения в множестве Я представляются уникальными понятиями, т.е. используются в представлении Р в одном экземпляре.
Предложенное в [5] пространство свойств Р определяет концептуальное представление РЭА в предметных понятиях и терминах естественного языка. С точки зрения представления РЭА в виде множества Р следует отметить, что оно отражает сведения об аппаратуре, необходимые для выполнения операций технического диагностирования. Источником таких сведений могут выступать, в частности, данные из комплекта эксплуатационных документов на РЭА, а также представления обслуживающего персонала о необходимой диагностической информации.
В отличие от [5], в данной работе для формализации концептуального представления РЭА предлагается использовать триплетную форму определения отношений [3; 7], которая используется в семантических сетях [6]. При этом свойства аппаратуры представляются в виде совокупности триплетов. Примером триплета, выражающего некоторое свойство аппаратуры, является высказывание «блок А выполняет функцию Б», в котором отношение «выполняет» связывает две сущности «блок» и «функция». Эти две сущности характеризуют аппаратуру на основе соответствующих экземпляров — «блок А» и «функция Б».
Всякий триплет т имеет структуру вида «субъект-отношение-объект» и формально может быть записан в виде выражения т =< а^Р >, где а, Я и в определяются понятиями предметной области, отражающими различные аспекты представления РЭА (структурный, функциональный, параметрический и т.п.) на электрических схемах в терминах естественного языка. В триплетах в качестве субъектов и объектов могут использоваться как сущности (сущности-субъекты и сущности-объекты), так и экземпляры сущностей, что определяет два соответствующих вида триплетов: триплеты первого и второго вида, для различения которых предлагается использовать соответствующие обозначения т' и т".
В триплетах т' первого вида используются понятия, связанные с типами структурных компонентов аппаратуры (блок, ячейка, разъем и т.д.) и их атрибутами (маркировка, название, позиционное обозначение и т.д.), выполняемыми функциями (функция, функциональная задача и т.д.) и их атрибутами (имя функциональной задачи, имя выполняемой функции и т.д.), параметрами РЭА и их атрибутами, представлением электрических цепей (цепь, цепь прохождения сигнала и т.д.) и их атрибутами, а также с графическими элементами (графическими примитивами, условными графическими обозначениями и т.д.), используемыми для представления компонентов аппаратуры на электрических схемах.
Триплеты первого вида целесообразно использовать для представления семантических шаблонов. При этом всякий семантический шаблон ^(а) для любой сущности аеТ определяется, как некоторая совокупность триплетов первого вида т' =< а^Р >, так, что:
F (а) с Ц^ {т' | т' =< аКр >}
Триплеты первого вида позволяют отражать различные аспекты представления РЭА, поэтому множество таких триплетов целесообразно определенным образом структурировать. Так, для описания структурного аспекта РЭА в качестве элементов представления на основе триплетов могут выступать понятия предметной области, описывающие элементы структурной иерархии изделия: блок, ячейка, плата, разъем, контакт и т. п. Для описания функционального аспекта РЭА на основе триплетов в качестве элементов представления могут использоваться понятия предметной области, описывающие обозначения, аббревиатуры либо названия выполняемых функций. Для описания параметрического аспекта РЭА на основе триплетов т' в качестве элементов представления могут выступать понятия предметной области, описывающие параметры с их значениями. Все вышеперечисленные триплеты относятся к классу внутриаспектных триплетов. Например, триплет «ячейка входит в блок» является внутриаспектным и определяет представление конкретного структурного свойства аппара-
ты. Триплет «функция зависит от функции» также является внутриаспектным и определяет представление конкретного функционального свойство аппараты.
В то же время при представлении РЭА в виде триплетов т' необходимо учитывать наличие межаспектных свойств аппаратуры, которые отражают отношения между понятиями, описывающими разные аспекты аппаратуры. Так, триплеты «ячейка выполняет функцию» и «функция зависит от параметра» являются примерами межаспектных триплетов.
В этом смысле семантические шаблоны выступают в качестве универсальных концептуальных моделей, поскольку в них учитываются как внутриаспектные, так и ме-жаспектые свойства сущностей. Так как число сущностей РЭА, отражающих представление РЭА на основе электрических схем ограничено и относительно невелико, целесообразно для каждой сущности создать свой семантический шаблон, который позволяет определять раздельное описание сущности. Таким образом, с концептуальным представлением РЭА может быть связана полная совокупность семантических шаблонов 7 = [Е(а)/ае^}, с помощью которой выполняется описание всех сущностей а из множества
Семантические шаблоны формируются для каждой сущности, используемой при описании РЭА, с учетом представления аппаратуры в понятиях и терминах предметной области. При этом всякая сущность представляется понятием предметной области, которое характеризует некоторый элемент описания радиоэлектронной аппаратуры.
Разнообразие семантических шаблонов определяется видом и сложностью рассматриваемой радиоэлектронной аппаратуры, а одни и те же сущности могут использоваться при построении различных семантических
шаблонов. При этом следует отметить, что в структуре семантических шаблонов учитываются правила описания аппаратуры, которые регламентируются нормативной и эксплуатационной документацией. Графически пример семантического шаблона Е(ячейка) для сущности ячейка может быть представлен в виде, показанном на рис. 1.
Основу этого шаблона составляет сущность ячейка, которая связана множеством отношений с другими сущностями (название, конструктивное обозначение, функциональная группа и др.), каждая из которых имеет свой семантический шаблон.
Формирование представления экземпляра сущности по семантическим шаблонам
С точки зрения выполнения операций технического диагностирования нужны не столько семантические шаблоны, сколько описание конкретных свойств аппаратуры. В триплетной форме такое описание осуществляется в виде триплетов т" второго вида, которые создаются на основе экземпляров веЕ. сущностей i = 1,Q. В та-
ких триплетах в качестве субъектов и объектов выступают экземпляры сущностей, например, блок с конкретным названием (Блок А), функция с конкретным названием (функция синхронизации), параметр с конкретным значением (напряжение +5В) и т.д.
С точки зрения описания конкретных свойств аппаратуры следует рассмотреть формирование множества 0в(а) всех триплетов т" второго вида, сопряженных с одним экземпляром еа = е(а) е Е некоторой сущности а = ув(а)еТ. Для этого целесообразно ввести следующие обозначения:
Е(а), Е(в) — множество всех экземпляров сущностей а, в соответственно,
Рис. 1. Графическое представление семантического шаблона сущности ячейка
ф
Е(а) — семантический шаблон для сущности, определяемой экземпляром е(а) е Е,
Я(а) = Я(еа) — множество отношений, участвующих в представлении семантического шаблона Е(а),
В(еа, R) — множество сущностей-объектов в триплетах, определяемых отношением Я е Я(а) шаблона Е(а).
С учетом этих обозначений множество 0е(а) можно определить следующим образом:
®е(а) = У*еЩа) Ур^а)*) Ш 2(Р)бБ(в)< е(а)^ е(в) > (1)
Формула (1) фактически определяет правила формирования концептуального представления экземпляра любой сущности по ее семантическому шаблону. При этом все триплеты множества 0е(а) характеризуются тем, что в качестве первого элемента (субъекта) этих триплетов выступает один и тот же экземпляр е(а) е Е сущности а е Т.
Учитывая, что предлагаемый подход к формированию концептуального представления аппаратуры ориентирован на использование технологий автоматизированного проектирования при разработке электрических схем, целесообразно рассматреть правила выполнения электрических схем разных типов, в особенности правила выполнения таких элементов представления и описания, как условные графические обозначения (УГО) и условные буквенно-цифровые обозначения (УБЦО), и которые представляются в САПР на основе библиотечных элементов [9; 14; 10; 15]. Общая совокупность библиотечных элементов, используемых в при разработке электрических схем, ниже обозначается, как ££ = (01,£2,...,£п} . При этом всякий .-й библиотечный элемент целесообразно представить в виде упорядоченной пары
ц =< г, н >.
В этом выражении Г. определяет вид условного графического обозначения соответствующего схемного элемента, а Н. совокупность полей для определения условных буквенно-цифровых обозначений, имеющих соотвествую-щие атрибуты Oi =< Ои,О2,...,Оц 1 > . При этом следует отметить, что элементы О^ е ОI с точки зрения понятийного анализа схем представляют названия атрибутов соответствующих полей Н1, которые определяют сущности, участвующие в описании схемы. Эти сущности задействованы при формировании семантических шаблонов °, так, что они отражены в структуре хотя бы одного шаблона из множества 0.
Условное буквенно-цифровое обозначение, представляя некоторую сущность, характеризуется тем, что в структуре своих полей оно может содержать либо не содержать представление других сущностей. В связи с этим целесообразно различать сущности двух видов:
сущности первого вида Т(1) с Т, структура представления которых на схеме в виде УБЦО не содержит представления других сущностей,
сущности второго вида Т(2) с Т, структура представления которых на схеме в виде УБЦО содержит представления других сущностей.
Такое разделение сущностей на два вида Т(1) и Т(2) необходимо учитывать при рассмотрении атрибутов библиотечных элементов так, что во всяком библиотечном элементе е £° выделяются две соотвсетвующие группы атрибутов 0\Х) с 01 и о(2) с ОI.
При таком представлении библиотечных элементов находит отражение то обстоятельство, что с точки зрения формирования экземпляров сущностей интерес представляет не анализ графического представления схемных компонентов, определяемых библиотечными элементами, а их логико-предметный анализ, что определяется особенностями концептуального представления аппаратуры.
Предложенное представление библиотечных элементов ^ целесообразно рассматривать в связи с использованием сущностей в семантических шаблонах °. С этой точки зрения необходимо ввести соответствие ^:0 ^ £° между шаблонами множества ° и библиотечными элементами множества При этом ЭТ(а) обозначает соответствие между одним семантическим шаблоном ^(а) и множеством которое осуществляется на основании анализа нотаций, определяющих структуру УБЦО при выполнения электрических схем [10].
Для формального определения ЭТ(а) необходимо ввести следующие множества:
^ = и,'еуи7-е(1 - множество атрибутов, которые соответствуют условным буквенно-цифровым обозначениям, используемым во всех библиотечных элементах
В(а) = и ,=1 а Р,- (а) — множество элементов-объектов триплетов т е ^(а).
Формально ЭТ(а) устанавливает соответствие между множествами В(а) и О , так, что ^(а): В(а) ^ О. Элементами этого соответствия (рис. 2) выступают пары вида < Р(а), О >, причем эти пары устанавливаются путем предметного сопоставления атрибутов полей УБЦО Н1 с сущностями семантического шаблона ^(а). Соотвествие ЭТ(а) может быть представлено в виде таблицы, которая составляется на основе правил создания и использования УБЦО на электрических схемах [9-10].
Тогда для решения задачи формирования представления экземпляров сущностей необходимо для всякого конкретного экземпляра еа сущности а определить все экземпляры сущностей веВ(а), которые удовлетворяют логике соответствия ЭТ(а) и логике семантического шаблона ^(а). При этом необходимо принять во внимание, что при разработке электрической схемы библиотечные элементы используются для создания различных схем-
ных элементов. Для описания этого целесообразно ввести обозначение Л., которое определяет некоторый схемный элемент, создаваемый на основе библиотечного элемента Ц.. Для всякого схемного элемента Л. характерно следующее: графически он представляется в форме УГО, определяемого его видом Г.(Ц), а предметно содержит набор значений Zi =< zli,z2i,...,zц; >, элементы z.. которого являются значениями атрибутов Oji е Оi. Собственно значения атрибутов представляются на электрической схеме в соответствии с правилами заполнения УБЦО, и эти значения являются основой для формирования экземпляров сущностей.
Рис. 2. Графическое представление соответствия между семантическим шаблоном сущности и библиотечными элементами
При этом основная трудность состоит в том, что использование одного библиотечного элемента может быть недостаточно для формирования экземпляра ва е Е(а) сущности а. Это связано с тем, что всякий библиотечный элемент создается под определенный тип t электрической схемы и позволяет отражать только те элементы представления, которые определяются этим типом схемы. Поэтому целес-мообразно определить множество всех схемных элементов Л а =< А;",Л2а,...,Леуа > , которые формируются на основе соответствующих библиотечных элементов £1 (а) для конкретного экземпляра ва сущности а на всех типах электрических схем. В связи с этим следует ввести соответствие 3: ¥ ^ £1, в котором всякой сущности аеТ сопоставляется множество £1 (а) = 3(а) библиотечных элементов, которые могут использоваться для формирования экземпляра ва на электрических схемах разных типов. При этом следует заметить, что максимальное число у библиотечных элементов множества £(а) =<^1(а),£2(а),...,£(а) > не может превышать семи (у < 7), поскольку общее число типов t электрических схем в соответствии с ГОСТ 2.7012008 равно семи 1,2,.. .,7).
В множестве Л а каждый элемент Лi а в соответствии с его схемным представлением характеризуется совокупностью значений атрибутов Z(А®") =< z1?>, причем структура кортежа Z (Леа) определяется структурой множества атрибутов Оi (а) библиотечного элемента Б.(а). В этом кортеже величина ц=ц(ва) определяет количество атрибутов Л1а в зависимости от в и а.
Сформированное множество 2(Л^) является основой для формирования триплетов множества ©в(а), определяющего концептуальное представление экземпляра сущности а в соответствии с ее шаблоном ^(а). При этом для использования шаблона ^(а) необходимо для каждого элемента е Z(А®") установить соответствующую сущность (1В(а), чтобы разрешить значение соответствующего атрибута т^я в понятиях предметной области не естественном языке. Это обеспечивается с помощью соотвествия ЭТ-1(а), обратного определенному выше соотве-ствию ЭТ(а). Такое разрешение является однозначным ввиду однозначности отображения ЭТ-1(а). Определенный таким образом элемент (ji■)(a) в соответствии с шаблоном
^(а) однозначно задает отношение RNeа(ji•)(а) между сущ-
ностью а и сущностью Р^7),что фактически обеспечивает ф°рмир°вание тртлега т" =< е(а)^(..}(а)Р^(.^(а) >
второго вида, который связывает два экземпляра сущностей в(а) и вjf)(a). Таким образом могут быть сформированы все триплеты т"е©е(а), определяющие представление экземпляры ва сущности а.
Объединение триплетов т", получаемых для всех элементов множества Z (А®"), позволяет определить множество © в следующем виде:
©e(«)=u j:; и; ? <e(±)RNea 0.0
(±)2 e (±)>
v ' N а(j,i)y '
(2)
Выполненная формализация определяет общую логику формирования экземпляра ©в(а), сущности а. С учетом всех принятых обозначений графически эта логика представлена на рис. 3. Фактически на этом рисунке показано, что определяющим элементом при формирование экземпляра всякой сущности а выступает ее шаблон ^(а). При этом выполненная формализация направлена на то, чтобы в соотвествии с выбранной сущностью а по ее семантическому шаблону ^(а) определить множество ©в(а).
Рассмотренные выше действия, связывая структуры семантических шаблонов и библиотечных элементов, обеспечивают формирование подмножества концептуальной модели РЭА в виде совокупности триплетов ©е(а), определяемых одним экземпляром в некоторой сущности а.
Рис. 3. Общая логика формирования множнства триплетов ©
е(а)
Формирование концептуальной модели радиоэлектронной аппаратуры
Множества ©е(а) можно определить для всех экземпляров еа одной сущности а, что позволяет на их основе сформировать полное множество © всех триплетов второго вида в следующем виде:
® = иае¥ ие(а)е£ ®е(а) (3)
У всех триплетов множества © объектами и субъектами выступают конкретные экземпляры сущностей, так, что всякий триплет т" е © определяет конкретное бинарное свойство р е Р радиоэлектронной аппаратуры. Очевидно, что совокупность © сформированных триплетов определяет пространство свойств, совпадающее с пространством Р , которое выступает в качестве концептуального представления аппаратуры. Это означает, что множество © можно рассматривать, как семантическую сеть,
определяющую концептуальное модельное представление радиоэлектронной аппаратуры. Совокупность © триплетов, формируемых на основе семантических шаблонов о, можно рассматривать как основу для формирования пространства свойств Р средствами семантических сетей.
Таким образом, для формирования концептуальной модели РЭА необходимо по аналогии с описанными выше действиями создать множества 0е(а) для всех экземпляров экземпляром еа всех сущностей аеТ. Объединение создаваемых таким образом множеств в соответствии с формулой (3) определяет представление РЭА в виде совокупности триплетов © выступающей в качестве формализованной концептуальной модели аппаратуры. Такой подход к формированию модели РЭА © основывается на формулах (1), (2) и (3), совместное использование которых фактически определяет структуру предлагаемого способа формирования концептуальной модели РЭА на основе семантических шаблонов, интегрированных со средой раз-
работки электрических схем, а также последовательность выполняемых при этом действий.
Выполненная формализация показывает, что для создания концептуальной модели РЭА в виде множества © необходимо, во-первых, сформировать множество семантических шаблонов F, а во-вторых, сформировать множество триплетов, определяющих по электрическим схемам представление экземпляра всякой сущности на основе ее семантического шаблона. В предлагаемом подходе к созданию концептуального модельного представления РЭА формирование множества семантических шаблонов выполняется посредством понятийного анализа предметной области, а экземпляры сущностей создаются на основе интеграции сформированных семантических шаблонов с библиотечными средствами САПР электрических схем РЭА.
Заключение
Предлагаемый подход к созданию концептуальной формализованной модели радиоэлектронной аппаратуры может быть использован в процессе совершенствования существующих или при разработке новых систем информационной поддержки технического диагностирования (СИП ТД), которые ориентированы на использование электронного дела изделия, как основного элемента разрабатываемой системы интегрированной логистической поддержки жизненного цикла изделий. При этом учитывается тот факт, что электронное дело изделия создается разработчиками сложных технических комплексов и содержит актуальную информацию об изделии, в том числе о техническом диагностировании изделия в целом и радиоэлектронной аппаратуры в его составе.
Предлагаемый подход уже на этапе разработки изделия средствами САПР позволяет автоматизировать формирование концептуальной модели РЭА, что принципиально отличает его от существующих подходов к формированию моделей. В настоящее время данный подход реализован в виде программного модуля, интегрированного со средой разработки Altium Designer. Целесообразность использования предлагаемого подхода подтверждена для компонентов аппаратуры конструктивного уровня ячейка и блок.
Характеризуя предлагаемый подход с точки зрения практики технического диагностирования, следует отметить высокий положительный эффект от совмещения концептуального и схемно-технического представления аппаратуры изделий, который состоит в уменьшении времени, затрачиваемого на поиск, извлечение и формирование необходимой диагностической информации, предоставляемой в форме фрагментов электрических схем. За счет этого обеспечивается повышение эффективности выполнения операций технического диагностирования
обслуживающим персоналом и процесса восстановления аппаратуры в целом.
Литература
1. Heider R. Improving the quality of technical data for developing case based reasoning diagnostic software for aircraft maintenance // 13 th International Conference on Data Engineering and Proceedings. 1997. Pp. 584-589.
2. Czichos H. Handbook of Technical Diagnostics/ Fundamentals and Application to Structures and Systems. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013. 566 р.
3. Horridge M., Knublauch H, Rector A, Stevens R, Wroe Ch. A Practical Guide To Building OWL Ontologies Using The Protege-OWL Plugin and CO-ODE Tools Edition 1.0 / The University Of Manchester, Stanford University, 2004. 118 р.
4. Анисимов О. В. Модели радиоэлектронной аппаратуры как основа организации информационных интерфейсов в системах автоматизации технической эксплуатации: Монография. М.: Нобель Пресс, 2013. 88 с.
5. Игнатьев С. В., Тихонов В.Б, Анисимов О. В. Основные направления совершенствования системы технической эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры зенитного ракетного вооружения // Военная мысль. 2011. Т. 8. № 3. С. 72-77.
6. Гаврилова Т. А., Хорошевский В. Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. СПб.: Питер, 2000. 384 с.
7. Муромцев Д. И. Онтологический инжиниринг знаний в системе Protégé. СПб: Изд-во НИУ ИТМО, 2007.62 с.
8. Барзилевич Е. Ю. Модели технического обслуживания сложных систем. М.: Транспорт, 1981. 195 с.
9. Лаврищев И. Б., Кириков А. Ю., Добряков В. А. Разработка принципиальных электрических схем систем управления процессами пищевых производств. СПб.: Изд-во НИУ ИТМО, 2004. 38 с.
10. Мактас М. Я. Проектирование печатных плат в САПР Altium Desiner. В 2 ч. Ч. 2. Ульяновск: УлГТУ, 2015. 94 с.
11. Анисимов О. В., Курчидис В. А. Формирование диагностической информации в виде фрагментов электрических схем радиоэлектронной аппаратуры // Труды МАИ. 2017. № 94. URL: http://mai.ru//upload/iblock/b17/anisimov-kurchidis_rus.pdf.
12. Милерян Е.А. Психология формирования общетрудовых политехнических умений. М.: Педагогика, 1973. 300 с.
13. Ксенз С. П. Диагностика и ремонтопригодность радиоэлектронных средств. М: Радио и связь, 1989. 248 с.
14. Веккер Л. М. Психика и реальность. Единая теория психических процессов. М.: Смысл, 1998. 343 с.
15. Якубовская Е. С. Проектирование и САПР систем автоматизации. В 2 ч. Ч. 2. Минск: Изд-во БГАТУ, 2012. 280 с. ISBN978-985-519-450-8.
RADIOELECTRONIC EQUIPMENT CONCEPTUAL MODEL FORMATION BASED ON SEMANTIC TEMPLATES INTEGRATED WITH THE ELECTRICAL CIRCUITS DESIGN ENVIRONMENT
VIKTOR A. KURCHIDIS, keywords: conceptual model; semantic template; technical diag-
Yaroslavl, Russia, [email protected] nostic; radio electronic equipment; semantic network.
OLEG V. ANISIMOV,
Yaroslavl, Russia, [email protected]
anatoliy v. iashchenko,
Yaroslavl, Russia, [email protected]
ABSTRACT
Radioelectronic equipment conceptual model formation is proposed. The feature of such formation is that a multidimensional description of radioelectronic equipment in the space of properties that determine the equipment description in subject terms and concepts of natural language is realized. Such a representation of the equipment from the diagnosis point of view gives us the opportunity to consider any failure as an equipment nominal properties set violation. In such a case, the properties that characterize the equipment functionality, parameters, structure and design features are defined in terms and concepts of the subject area.
It is proposed to use the triplet form to represent the equipment properties, which is used in semantic networks, during the radioelectronic equipment conceptual representation formalizing. Such a representation of properties is the basis for the equipment semantic templates representation form. The formalization which provides the use of semantic templates for radioelectronic equipment representation in terms and concepts of the subject area and the equipment representation at electrical circuits based on library elements of computer-aided design systems agreement is done. Radioelectronic equipment conceptual model creation method can be used in the process of improving existing or developing new technical diagnostics information support systems that are oriented to the use of the product electronic dossier as a part of product life-cycle integrated logistic support system.
The proposed method provides the radioelectronic equipment conceptual model formation at the stage of product development using computer-aided design tools that fundamentally distinguishes it from existing hardware models formation methods. This method is implemented as a software module integrated with the Altium Designer environment. The proposed method practicability is confirmed for the cell and the unit structural level of the equipment components.
REFERENCES
1. Heider R. Improving the quality of technical data for developing case based reasoning diagnostic software for aircraft maintenance. 13th International Conference on Data Engineering and Proceedings, 1997. Pp. 584-589.
2. Czichos H. Handbook of Technical Diagnostics/ Fundamentals and Application to Structures and Systems. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013. 566 p.
3. Horridge M., Knublauch H, Rector A, Stevens R, Wroe Ch. A Practical Guide To Building OWL Ontologies Using The Protege-OWL Plugin and CO-ODE Tools Edition 1.0. The University Of Manchester, Stanford University, 2004. 118 p.
4. Anisimov O. V. Modeli radioehlektronnoj apparatury kak osno-va organizacii informacionnyh interfejsov v sistemah avtomatizacii tekhnicheskoj ehkspluatacii: Monografiya [Models of radio electronic equipment as a basis for organization of information interfaces in systems of automation of technical operation: Monograph]. Moscow: Nobel' Press, 2013. 88 p. (In Russian)
5. Ignat'ev S. V., Tihonov V.B, Anisimov O. V. Osnovnye napravleniya sovershenstvovaniya sistemy tekhnicheskoj ehkspluatacii radioehlektronnoj apparatury zenitnogo raketnogo vooruzheniya [The main directions of improvement of the system of technical operation of radio-electronic equipment of anti-aircraft missile weapons]. Voen-naya mysl'. 2011. Vol. 8. No. 3. Pp. 72-77. (In Russian)
6. Gavrilova T. A., Horoshevskij V. F. Bazy znanij intellektual'nyh system [Knowledge bases of intellectual systems]. St. Petersburg: Piter, 2000. 384 p. (In Russian)
7. MuromcevD. I. Ontologicheskij inzhiniring znanij v sisteme Protégé [Ontologic engineering of knowledge in Protégé system]. St. Petersburg: ITMO University Publ., 2007. 62 p. (In Russian)
8. Barzilevich E. Ju. Modeli tehnicheskogo obsluzhivanija slozhnyh system [Models of maintenance of difficult systems]. Moscow: Transport, 1981. 195 p. (In Russian)
9. Lavrishhev I. B., Kirikov A. Ju., Dobrjakov V. A. Razrabotka principi-al'nyh jelektricheskih shem sistem upravlenija processami pishhevyh proizvodstv [Development of schematic electric circuits of control systems by processes of food productions]. St. Petersburg: ITMO University Publ., 2004. 38 p. (In Russian)
10. Maktas M. Ja. Proektirovanie pechatnyh plat v SAPR Altium Des-iner. [Designing printed circuit boards in Altium designer CAD]. In 2 pt. Pt. 2. Ul'janovsk: Ulyanovsk State Technical University Publ., 2015. 94 p. (In Russian)
11. Anisimov O. V., Kurchidis V. A. Formirovanie diagnosticheskoj in-formacii v vide fragmentov ehlektricheskih skhem radioehlektron-noj apparatury [Formation of diagnostic information in the form of fragments of electrical circuits of electronic equipment]. Trudy MAI. 2017. No. 94. URL: http://mai.ru/7upload/iblock/b17/anisimov-kur-chidis_rus.pdf. (In Russian)
12. Mileryan E.A. Psihologiya formirovaniya obshchetrudovyh po-litekhnicheskih umenij [Psychology of formation of General equipment Polytechnic skills]. Moscow: Pedagogika, 1973. 300 p. (In Russian)
13. Ksenz S. P. Diagnostika i remontoprigodnost' radioehlektronnyh sredstv [Diagnostics and maintainability of radio electronic equipment]. Moscow: Radio i svyaz', 1989. 248 p. (In Russian)
14. Vekker L. M. Psihika i real'nost'.Edinaya teoriya psihicheskih pro-cessov [Psyche and reality. Unified theory of mental processes]. Moscow: Smysl, 1998. 343 p. (In Russian)
15. Jakubovskaja E. S. Proektirovanie i SAPR sistem avtomatizacii [Design and CAD of automation systems]. In 2 pt. Pt. 2. Minsk: Belarusian State Agrarian Technical University Publ., 2012. 280 p. (In Russian)
INFORMATION ABOUT AUTHORS:
Kurchidis V. A., PhD, Professor, Professor of the Yaroslavl Higher Military College Of Anti-Air Defense;
Anisimov O. V., PhD, Docent, Professor of the Yaroslavl Higher Military College Of Anti-Air Defense;
lashchenko A. V., Postgraduate of the Yaroslavl Higher Military College Of Anti-Air Defense.
For citation: Kurchidis V. A., Anisimov O. v., lashchenko A. V. Radioelectronic equipment conceptual model formation based on semantic templates integrated with the electrical circuits design environment. H&ES Research. 2018. Vol. 10. No. 3. Pp. 30-39. doi: 10.24411/2409-54192018-10073 (In Russian)
HIGH TECHNOLOGIES IN EARTH SPACE RESEARCH * Scientific and Technical Journal .
