|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
| О системе |
 |
1. Назначение
1. Назначение
Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза принципов действия преобразователей энергии является инструментом поддержки этапов концептуального проектирования технических систем (ТС) в области энергетики: преобразователей энергии в теплоэнергетике, атомной энергетике, гидроэнергетике, гелиоэнергетике, ветроэнергетике, водородной энергетике. Она обеспечивает поддержку этапа концептуального проектирования, на котором разрабатываются новые принципы действия ТС. Данный этап является одним из наиболее продуктивных. Как правило, любое концептуальное техническое решение так или иначе затрагивает принцип действия ТС.
Учитывая общий контекст применения Интернет-системы, ее целесообразно рассматривать как компонент интегрированного инструментария поддержки концептуального проектирования, т.е. как Интернет-систему поддержки концептуального проектирования (ИСПП).
ель применения ИСПП – повышение эффективности проектирования преобразователей энергии за счет увеличения удельного веса технических решений, представляющих новые физические принципы действия, предоставления разработчикам современного интеллектуального инструментария поддержки концептуального проектирования, содержащего формализованные сведения о типовых принципах действия преобразователей энергии и лежащих в их основе эффектах и явлениях, реализующего алгоритмы синтеза вариантов принципа действия, а также обеспечивающего новый уровень возможностей при изучении технологий проектирования на базе методологии креативной педагогики.
Другое назначение ИСПП – поддержка процессов изучения физических основ преобразователей энергии, а также методов концептуального проектирования на уровне принципов действия ТС. Процессы обучения, поддерживаемые ИСПП, могут осуществляться на уровнях высшего профессионального образования, послевузовского образования и дополнительного образования, а также в рамках повышения квалификации педагогических работников и проектировщиков ТС.
2. Области применения системы
В контексте обеспечения поддержки решения задач концептуального проектирования ТС (преобразователей энергии) ИСПП ориентирована на применение на следующих объектах:
Наполнение информационных баз данной версии ТС определяет предметную ориентацию деятельности перечисленных объектов – исследование, разработка и совершенствование принципов действия преобразователей энергии.
В контексте обеспечения поддержки обучения профессиональному творчеству и освоения методов креативной педагогики ИСПП ориентирована на применение на следующих объектах:
Наполнение информационных баз данной версии ТС определяет предметную ориентацию деятельности перечисленных объектов – реализация образовательных программ, связанных принципами действия преобразователей энергии, их физическими основами, методами концептуального проектирования, а также методами креативной педагогики.
Конечными пользователями ИСПП являются:
В контексте очерченных областей применения и поддерживаемых видов деятельности ИСПП выступает в качестве:
3. Концепция системы
3.1. Понятия принципа действия ТС, естественнонаучного и научно-технического эффектов
Принцип действия любой ТС (устройства, технологии) определяет структура, образованная взаимосвязанными по входам-выходам ЕНЭ и реализующая требуемую функцию. Типовой принцип действия, реализованный определенными техническими средствами, который может многократно использоваться в различных ТС, целесообразно представить в самостоятельном качестве как НТЭ.
В технических приложениях современного естествознания эффектом называют конкретную, идентифицируемую, измеряемую, устойчивую и потенциально многократно повторяемую причинно-следственную связь, фиксирующую качественно и (или) количественно либо новое свойство объектов вещественно-полевой природы, проявляющееся во взаимодействии их с внешней средой, либо существующие взаимосвязи отдельных свойств в форме теоретических или эмпирических математических соотношений величин.
Эффекты подразделяются на ЕНЭ и НТЭ. Первые либо отражают законы и закономерности, имеющие феноменологический характер (например, нагревание проводника при прохождении по нему электрического тока), либо фиксируют взаимосвязи показателей (величин), фигурирующие в их определениях (например, зависимость давления от силы). ЕНЭ рассматриваются как неделимые, элементарные единицы. В отличие от них НТЭ представляют собой цепочки совместимых ЕНЭ, соответствующих типовым принципам действия ТС. Примеры НТЭ: электрический генератор, микрофон, лампа накаливания и др.
Под ЕНЭ понимают некоторую причинно-следственную связь, в которой обнаруживается одно или несколько ярко выраженных качеств, свойств явления, процесса или отдельных элементов физических, химических или биологических объектов или систем вещественно полевой природы.
В зависимости от принадлежности к тем или иным естественным наукам ЕНЭ подразделяются на физические, химические, биологические, биохимические и др. Аналогично, НТЭ подразделяются на физико-технические, химико-технические, биотехнологические и т.д.
3.2. Основные функциональные возможности, предоставляемые системой
Создание концептуально новых поколений технологий и техники требует разработки и использования новых принципов действия. При этом наиболее существенные практические результаты имеют место при включении в структуру принципа действия эффектов, ранее не применявшихся в данной предметной области. Практика показывает, что расширение интеллектуального багажа разработчика даже несколькими десятками ЕНЭ и НТЭ, реализующих основные функции данной предметной области, значительно повышает качество принимаемых им проектных решений.
Задача построения физического принципа действия обладает большой комбинаторной сложностью. Поэтому, даже располагая информацией о значительном числе эффектов и владея соответствующей методикой, специалист не в состоянии "вручную" (без использования компьютерных средств) эффективно комбинировать ими, выбирая оптимальные с точки зрения заданных критериев сочетания.
Основой синтеза физических принципов действия, реализуемого ИСПП, служит база формализованных описаний ЕНЭ и НТЭ, сформированных в терминах онтологии научно-технических характеристик. Структурированность описания эффекта и наличие в нем формализованной части являются условиями для реализации алгоритмов синтеза принципов действия, а также механизмов информационного поиска, обладающих принципиально более широкими возможностями по сравнению с традиционными процедурами поиска по наименованию и ключевым словам.
Работу с ИСПП конечных пользователей поддерживают программные компоненты, обеспечивающие поиск эффектов, синтез принципов действия, представление описаний эффектов и результатов поиска и синтеза, а также информационные компоненты, применяемые в этих процессах. Соответствующие средства поддерживают основное назначение ИСПП.
Указанные возможности обеспечивают главные функции ИСПП, ориентированные на конечных пользователей. К этим функциям относятся:
Перечисленные главные функции ИСПП обеспечивают основные функции, реализуемые программными модулями системы:
3.3. Информационные компоненты системы
Ядро информационного обеспечения ИСПП составляют базы данных (БД) описаний ЕНЭ и НТЭ. Описание эффекта включает текст, формулы, таблицы, графические иллюстрации, анимации (в составе текстовых описаний) и ссылки на общие информационные компоненты (т.е. компоненты, инвариантные к описаниям эффектов – рубрикаторы, онтология и др.).
Наличие и объем разделов описания разных эффектов различаются. Обязательными разделами описания являются:
По объему БД ЕНЭ и НТЭ значительно превосходят все прочие информационные компоненты. В то же время функциональность ИСПП требует наличия всего комплекса информационных компонентов. Поскольку большая часть информационного обеспечения ИСПП соотносится с ЕНЭ и НТЭ (т.е. представляется в контексте описаний эффектов), компоненты, выступающие в самостоятельном качестве, т.е. не подчиненные описания эффектов, названы общими. К данным информационным компонентам относятся:
3.4. Формализованное описание эффекта и его значение
Формализованное описание эффекта включает:
Входная и выходная системы состоят из объектов и отношений, имеющих вещественно-полевую природу. Объекты и отношения представляются наборами характеристик, выбираемых из онтологии (систематики) научно-технических характеристик и выражаемых качественно или количественно. Во втором случае указываются комбинации диапазонов значений. Выбранные характеристики помечаются как положительные или отрицательные. Качественные положительные характеристики обозначают наличие тех или иных свойств, качественные отрицательные – отсутствие. Аналогично, для количественных характеристик указываются комбинации положительных либо отрицательных диапазонов. Положительные диапазоны обозначают принадлежность, отрицательные – непринадлежность им значений соответствующих показателей.
Во входной системе выделяются характеристики, выступающие в качестве причин действия эффекта, а в выходной – характеристики, являющиеся его следствиями. В множество причин включаются характеристики, влияющие на проявление эффекта, с помощью которых можно управлять его действием. К следствиям относятся изменения в выходной системе по сравнению со входной.
Преобразование входной системы эффекта в выходную представляется совокупностью функций связи характеристик-причин входной системы и характеристик-следствий выходной, выражаемых правилами "при определенном изменении характеристики-причины имеет место определенное изменение характеристики-следствия" (при условии, что прочие характеристики причины не меняются).
Описание отношений между элементами входной и выходной систем отражает траектории преобразования объектов и отношений в рамках эффекта. В данной части описания указывается множество пар, первыми элементами которых являются объекты (отношения) входной системы, а вторыми – соответствующие им объекты (отношения) выходной системы. Смысл подобного соответствия заключается в том, что элементы выходной системы преобразуются из (формируются на основе) элементов входной системы. Важно, что в процессе этого преобразования несмотря на изменение свойств сохраняется качественная суть объектов и отношений. Не всем объектам и отношениям могут быть приписаны корреляты в противоположной системе. Элементы входной системы, не переходящие в выходную систему, исчезают (деградируют). Элементы выходной системы, для которых не указаны соответствующие элементы-источники во входной системе, появляются в результате действия эффекта.
Онтология научно-технических характеристик фиксирует общее терминологическое пространство для экспертов, готовящих описания эффектов, и пользователей фонда. Она используется как при построении формализованных описаний эффектов, так и составлении запросов на поиск по ним. В настоящее время онтология включает более 1200 свойств и отношений, организованных в таксономию с определенными на них ограничениями целостности, отражающими совместимость характеристик.
Проиллюстрируем значение формализованного описания на примере. Ниже приведено формализованное описание эффекта Холла.
|
Входная система
Объект 2
Отношение 1
|
Выходная система
|
Традиционные поисковые средства позволяют находить документы, индексируемые компоненты которых содержат слова или фразы, указанные в запросе. Наличие формализованного описания существенно расширяет возможности поиска. Например, описание эффекта Холла будет выдано в ответ на запросы следующего содержания:
Заметим, что приведенные запросы содержат термины, которых в явном виде нет в формализованном описании эффекта Холла (проводник, вещественный объект, газ, полевой объект). Тем не менее благодаря наличию онтологии поисковые средства фонда успешно обрабатывают подобные запросы. Решение о релевантности им эффекта Холла принимается, исходя из согласования следующих компонентов запросов и описания:
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |