Розроблення моделей для представлення мікроелектромеханічних систем Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Gubskyy А.М. Combination of wavelet-analyze and genetic algorithm for minimization of global navigational errors

The multilevel algorithm of errors estimation produced by GPS sources of different origin on a basis of wavelet-transformation with intellectual adjustment of wavelet by means of genetic algorithm is proposed

Keywords: GPS, positioning, errors, wavelet transformation, genetic algorithm.

УДК 004.942 А^р. А.Я. Зелтський; проф. В.М. Теслюк, д-р техн. наук -

НУ "Львiвська полiтехнiка "

РОЗРОБЛЕННЯ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ПРЕДСТАВЛЕННЯ М1КРОЕЛЕКТРОМЕХАН1ЧНИХ СИСТЕМ

Розроблено модель збереження даних про мжроелектромехашчш системи (МЕМС) та !х складовi елементи. Ц даш входять до складу конструкторсько! бази даних, яка використовуеться у системi синтезу МЕМС, заснованш на ситуативно-ба-зованш аргументаци.

Ключовг слова: МЕМС, моделi збереження даних, ситуативно-базована аргу-ментащя, синтез, елементи МЕМС, конструкторська база даних.

Вступ. На сьогодш системи автоматизованого проектування мжро-електромехашчних систем (МЕМС) [1] дають змогу автоматизувати якщо не весь процес синтезу МЕМС, то хоча б одну з його складових частин чи про-цешв. 1снуе низка таких систем, кожна з яких волод1е сво!ми перевагами та недолжами. Основною вщмшнютю таких систем е спошб та засоби розв'язан-ня поставлено! задачи Структура 1 спошб досягнення мети системою зале-жить вщ вибраного алгоритму розв'язання задач!, наявносп чи вщсутносп експертних знань у цш галуз1 та вщ багатьох шших чинниюв. Одну з найваж-ливших ролей у процес розв'язання поставлених перед системою задач вь д1грае збереження та представлення шформацп про проблему всередиш системи. Таку шформащю 1 спошб 11 поеднання та структурування найчаспше називають моделлю представлення шформацп про об'ект (проблему) чи спо-иб розв'язання поставлено! задачи Модел1 представлення внутршньо! шформацп будуть вщр!знятись в р1зних системах. На жаль, потужш системи сього-дення не е загальнодоступними, а тим бшьше !х внутршш модел1, що вико-ристовуються для представлення шформацп про МЕМС. Тому е актуальною задача побудови системи для синтезу МЕМС, яка б Грунтувалась на ситу-ативно-базованш аргументаци (СБА) у поеднанш з об'ектно ор1ентованою моделлю представлення знань про складов! МЕМС та !х поеднання. Стаття присвячена розробленню моделей представлення шформацп про МЕМС та задач! синтезу, як! розв'язуе автоматизована система. Система Грунтуеться на ситуативно-базованш аргументаци, яка дае змогу розв'язувати поставлен! перед проектантом задач!, спираючись на юнукш схемотехшчш ршення МЕМС. Вщповщно, розроблення нових метод!в, моделей та засоб!в розроб-лення м!кроелектромехан!чних систем е актуальною задачею сьогодення.

Ситуативно-базована аргументащя - метод розв'язання нових задач на основ! схожих проблем, розв'язаних у минулому [2]. Процес розв'язання поставлено! задач! методами СБА можна звести до таких основних кроюв: 1. По-

шук i отримання проектних ршень, що задовольняють поставлену задачу, в базi проектних ршень. 2. Розв'язання поставлено! задачi за допомогою отри-маних ршень. 3. За необхiдностi оптимiзувати юнукта рiшення (синтезувати новi на базi iснуючих) вiдповiдно до вимог поставлено! задачь 4. Зберегти новостворенi проектш рiшення з метою забезпечення !х подальшого викорис-тання при розв'язанш задач.

Використання СБА дае змогу не використовувати базу знань (як набiр правил для формування ршення) i розв'язувати поточнi задачi на основi юну-ючого досвiду. Ми вдосконалили пiдхiд до використання СБА, розширивши !! шляхом використання правил поеднання структурних елеменлв МЕМС. Таю правила дадуть змогу краще i швидше формувати можливi структурнi схеми та зменшать кiлькiсть можливих помилок.

Основш сутност1, необх1дн1 для опису МЕМС у систем! СБА. Основш сутностi, якi мае описувати модель даних для системи на основi СБА, е шформащя про проблему, шформащя про вирiшення проблеми та засоби, якими ця проблема була виршена. У контексп МЕМС до шформацп про проблему потрiбно вiднести обмеження, як мае задовольняти МЕМС для розв'язання поставлено! задачи Такими обмеженнями можуть бути певш зна-чення характеристик МЕМС, або умови, як стосуються функцiонування МЕМС. До шформацп про МЕМС, яка вирiшуе поставлену задачу, варто вщ-нести повний опис системи, а також !! складових (блоюв) та шформащю про поеднання цих блоюв для утворення МЕМС. Використовуючи конструк-торсько-технологiчну базу елементiв МЕМС, можна отримати iнформацiю про складовi елементи МЕМС. Поеднавши цi данi з шформащею про способи поеднання таких складових частин (правила поеднання), наклавши при цьому на ршення умови вхiдно! задачi, ми отримаемо структуру МЕМС, що е розв'язанням вхщно! задачи Отже, розроблена нами шформацшна модель збереження даних про МЕМС в СБА системи мае мютити таку iнформацiю: iнформацiю про складовi частини МЕМС; способи (правила) поеднання МЕМС; дат про обмеження i вимоги до вхщно! задачi (данi обмеження можуть стосуватись як уие! МЕМС, так i !! складових блокiв).

1нформац1йна модель збереження даних про МЕМС. Проаналiзу-вавши ранiше розроблену конструкторсько-технологiчну базу даних [3], ми дшшли висновюв, що з невеликими доопрацюваннями вона буде повшстю вiдповiдати вимогам СБА системи. Нам необхщно доопрацювати моделi збереження iнформацi! про проблеми, а також вдосконалити iснуючу модель збереження даних про МЕМС.

Основним недолшом збереження шформацп про МЕМС в юнуючих системах е те, що вони не можуть забезпечити ушфжовану структуру для збереження характеристик елеменпв МЕМС. Вiзьмемо, для прикладу, структуру, запропоновану в робот [4], !! використовують автори для збереження шформацп про резонатори. Також автори запевняють, що надалi будуть роз-ширювати базу даних шшими елементами. Але це буде неможливо без втру-чання безпосередньо в структуру бази даних i додавання нових таблиць, яю б несли в собi iнформацiю про iншi типи МЕМС. На рис. 1 зображено фрагмент зв'язюв мiж основними сутностями моделi, що забезпечить можливють

зберiгати в конструкторсьюй базi даних iнформацiю про елементи будь-якого типу, не змшюючи при цьому 11 структуру.

Element

PK lü

Name GeneralProps DataFile

Properties

PK Щ

FK1 ElementID Code Value

Рис. 1. Фрагмент зв 'язтв мж сутностями

Як бачимо з рис. 2, загальну шформащю про елемент можна предста-вити двома таблицями. Таблиця елеменпв буде мiстити властивосп, як при-таманнi усiм елементам МЕМС: iм'я, технологiя виготовлення тощо. Таблиця властивостей мiститиме властивостi конкретних елеменпв. Ця таблиця побу-дована таким чином, що мiстить посилання на елемент, до якого належить ця властивють, значення i код властивости Така структура дае змогу зберiгати для певного об'екта необмежену кiлькiсть властивостей не зменшуючи при цьому можливост пошуку чи вибiрки з БД. Код властивостi буде збер^атись у вигл_вд биово1 маски, що дасть змогу, при вибiрцi властивостей елемента, швидко та зручно вщшукати потрiбнi властивостi.

Зазначимо, що шформащя про проблему, яку було виршено, зберь гаеться окремо вщ шформацп про МЕМС, але у схожш структурi. Це забез-печить можливють пошуку по елементам i можливостi рiшення проблем.

КБД мае збершати iнформацiю про задачi, як вже вирiшувались системою, i забезпечити ефективний алгоритм пошуку ршень за певними крите-рiями. Очевидно, що якщо задача була попередньо розв'язана системою, то мають юнувати результати розроблення МЕМС. Отже, КБД мае збер^ати зв'язки мiж розв'язаннями та МЕМС чи 1х елементами (рис. 2).

Parameters/ Limitations

Рис. 2. Схема зв 'язку мiж розе 'язанням, елементами та обмеженнями 3ada4Í

Осюльки ми трaктyeмо MEMC як нaбiр компонента (елементiв), то о^м зберiгaння iнформaцiï про MEMC, необхiдно зберiгaти перелiк компонента, з яких склaдaeться MEMC тa прaвил ïx поeднaння для утворення сис-теми (рис. 3).

Зaгaльнy сxемa зв'язкiв мiж сутностями, що входять до склaдy розроб-леноï моделi предстaвлення iнформaцiï про MEMC, зобрaжено нa рис. S. Ос-новними сутностями, що входять до склaдy моделi, e: умови вxiдноï зaдaчi; обмеження, що нaклaдaються та рiшення тa його сктадовц MEMC, яю e

розв'язанням поставлено! задачц елементи МЕМС, !х властивосп та правила поеднання.

Рис. 3. МЕМС як комбiнацiя елементгв i правил iX поеднання

Рис. 4. Схема зв 'язтв мж сутностями модел МЕМС в СБА cucmeMi

Як бачимо з рис. 4, розроблена модель охоплюе вш основш сутност необхщш для синтезу нових проектних ршень на основi юнуючих, що е основною метою системи СБА. У програмнш лопщ для роботи з цiею моделлю розроблено об'ектно-орiентовану модель представлення даних, що дае змогу працювати зi згаданими вище сутностями як з програмними об'ектами. Прог-рамна модель буде основою процесу синтезу та оптимiзацi! нових ршень. До переваг об'ктно-орiентовано! моделi потрiбно також вщнести розробленi ме-ханiзми автоматизованого перетворення шформацп про об'екти, якi вона опи-суе до рiзних титв даних та форматiв збереження шформацп.

XML представлення модел1 МЕМС в СБА-систем1. Однiею з ютот-них переваг розроблено! об'ектно-орiентовано! модет, е можливють автоматизованого приведення до шших способiв збереження iнформацi! про МЕМС. Одним iз таких способiв е представлення за допомогою мови XML.

Розширювана мова розмiтки (англ. Extensible Markup Language, скоро-чено XML) - стандарт побудови мов розмтгки iерархiчно структурованих даних для обмшу мiж рiзними застосунками [5]. Стандарт визначае набiр базо-вих лексичних i синтаксичних правил для побудови мови описання шформацп шляхом застосування простих тепв [6].

Оскшьки автоматизоване приведення кожного об'екта буде вщбува-тись за допомогою серiалiзацi! об'екпв, то структура XML, що представляти-ме шформащю про МЕМС у системi СБА, буде залежати вiд iерархi! клашв, що використовуються для представлення модел^ та !х внутрiшньо! структу-ри. За допомогою XML атрибупв ми можемо коригувати процес автоматичного приведення до формату XML, а саме - коригувати структуру XML, при-ховувати певш елементи, додати допомiжнi теги.

Нижче наведено структуру XML моделi для представлення шформацп про МЕМС в СБА системи

<? xml version="1.0" encoding="utf-8"?>

<Entity xmlns: xsi=http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance xmlns: xsd="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"> <Problem>... </Problem> <ID>...</ID>

<Description> ... </Description> <Constraints> . ,.</Constraints> < Solutions >

<Solution>

<Type></Type> <Elements>

<Element> <ID></ID> <Name></Name> <Properties>

<PropName></PropName> <PropValue></PropValue> </ Properties > </Element>

<Element>. </Element> < /Elements > <CombRules>

<RuleID></RuleID>

<RuleType></RuleType>

<CombEl>

<Element>

<ID></ID>

<CombType></ CombType > </Element>

<Element>... </Element> <Element>... </Element> </ CombEl> </CombRules> </Solution>

<Solution>. </Solution> <Solution>. </Solution> < /Solutions > </Entity>

Висновки:

1. Розглянуто переваги та недолжи юнуючих моделей представлення ш-формацп про МЕМС, вдосконалено юнукш модел1 збереження шформацп про елементи МЕМС та ïx властивости Розроблено ушверсальну модель збереження iнформацiï про мжроелектромехашчш системи.

2. Розроблено модель збереження даних про поставлену задачу, властивос-тi та обмеження, що накладаються на МЕМС, яка мае вирiшувати цю задачу, правила поеднання та властивост елеменлв МЕМС.

3. Розроблено об'ектно-орiентовану модель, що дае змогу працювати зi зга-даними вище сутностями як з програмними об'ектами.

4. Наведено приклад автоматизованого перетворення шформацп про МЕМС, представленоï у виглядi об'ектно-орiентованоï модел^ за допо-могою механiзмiв серiалiзацiï у формат XML. Автоматизащя такого перетворення мае очевидш переваги, а сама можливiсть приведення у формат XML дае нам змогу обмiнюватись iнформацiею про МЕМС з шшими системами. Оскшьки формат XML е зрозумiлим для людини, то приведення до цього формату дасть змогу людям ознайомитись з шформа-щею, з якою працюе система пiд час виршення проблем.

5. Розроблено шформацшну модель представлення рiшення задачi. Представлено приклад iнформацiйноï моделi, описаний на мовi XML. Модель складаеться з основних сутностей, що використовуються для розв'язку задачi синтезу МЕМС: МЕМС яю вирiшують поставлену задачу та ïx характеристики, елементи МЕМС, правила ïx поеднання, властивост еле-ментiв.

Л1тература

1. Системы автоматизированного проектирования : учебн. пособ. [для студ. ВУЗов] / И.П. Норенков. - В 9 кн. - Кн. 1. Принципы построения и структура. - М. : Изд-во "Высш. шк.", 1986. - 127 с.

2. Maher M.L. Developing case-based reasoning for structural design / M.L. Maher and A. Gomez de Silva Garza. IEEE.

3. Теслюк В.М. Розробка конструкторсько' бази даних елеменпв МЕМС / В.М. Теслюк, А. Зеленський, Хамза Алi Юсеф Аль Шавабкех, А.Б. Керницький // The Ukrainian - Polish Conf. "CAD in Machinery Design. Implementation and Educational Problems". - Lviv, Ukraine, 2008. - С. 123-132.

4. Corie L. Case-Based Reasoning for the Design of Micro-Electromechanical Systems / Corie L. Cobb - Department of Mechanical Engineering University of California at Berkeley, CA 94720 USA, Alice M. Agogino - Department of Mechanical Engineering University of California at Berkeley, CA 94720 USA.

5. Bray, Tim; Jean Paoli, C.M. Sperberg-McQueen, Eve Maler, François Yergeau (September 2006). "Extensible Markup Language (XML) 1.0 (Fourth Edition) - Origin and Goals".

6. Elliotte Rusty Harold, W. Scott Means XML in a Nutshell. - Вид. 2-ге (англ.).

Зелинский А.Я., Теслюк В.М. Разработка моделей для представления микроэлектромеханических систем

Разработана модель сохранения данных о МЕМС и ее составных элементах. Эти данные входят в состав конструкторской базы данных, которая используется в системе синтеза МЕМС, основанной на ситуативно базированной аргументации.

Ключевые слова: МЕМС, модели сохранения данных, ситуативно базированная аргументация, синтез, элементы МЕМС, конструкторская база данных.

Zelinskyy A.Ya., Teslyuk V.M. Development of models for presentation of microelectromechanic systems

This article is devoted to model development for storing data about MEMS and its components. This data will be included into engineering database, which is used in MEMS synthesis system based on case-based reasoning.

Keywords: MEMS, data storing models, case-based reasoning, synthesis, MEMS elements, engineering database.