Онтология проектирования

Понятие «множество» – одно из ключевых понятий математики и не только. Для развития дискуссии приводятся оценки значимости «множеств» в проектировании, сгенерированные большими языковыми моделями, как некий обобщающий взгляд на важность этого понятия. Приводится разбор понятий «множество» и «класс» в математике и инженерии. Показана множественность их интерпретаций и различие в разных сферах применения, напрямую связанная с понятием «элемент множества». В проектировании понятие «множество» рассматривается в различных аспектах и наполняется различным содержанием. В первую очередь - это множество потребностей, которые непрерывно возникают и на удовлетворение которых направлена проектная деятельность, сопровождаемая множеством участвующих в ней субъектов проектирования. Это также множество уже созданных артефактов (прецедентов), которые являются аналогами и прототипами для проектанта, но по тем или иных основаниям не удовлетворяют возникающим потребностям субъектов. Это множества: проектных параметров и проектных переменных разрабатываемого объекта; критериев оценки нового артефакта; исходных предпосылок, данных и условий, включая ограничения; моделей, описывающих проектируемый объект; методов принятия решений и, наконец, множество проектных решений. Объективно существующее множество значений исходных данных и критериев оценки в проектировании может рассматриваться и рассматривается как неопределённость (неопределённое множество), как данность, которую надлежит раскрыть, сужая область решений, понижая мощность множеств. В практике проектирования (снятие неопределённости, вырождение множественности возможных значений проектных параметров и т.п.) всегда стремятся к синглтону (множеству с единственным элементом), т.е. к тому проектному решению, которое будет воплощено в конструкцию, технологию или систему.

Рассматривается информационная поддержка учебного проектирования на основе персонализированной автоматизации. Учебное проектирование в техническом учебном заведении предполагает разработку конструкторской документации, включающей технические решения и значительный объём формальных сведений, предусмотренных стандартами и методическими требованиями. Автоматизированное генерирование персонализированных шаблонов (заготовок) конструкторских документов позволяет снизить трудоёмкости рутинных этапов процесса учебного проектирования для студентов и преподавателей. Обсуждается концептуальная схема процесса учебного проектирования, включающая соответствующую систему понятий и связывающих их отношений, с учётом многовариантности проектных заданий и многоэтапности процесса проектирования. При персонализации в шаблон вносятся данные участников процесса, варианта технического задания, связанных событий. Для многоэтапных проектов шаблоны персонализируются с учётом технических решений, принятых на предыдущих этапах проектирования. Рассматривается реализация предложенной концепции процесса учебного проектирования на основе ситуационно-ориентированного подхода. Практическое использование результатов при курсовом проектировании моделей баз данных предусматривает генерирование персонализированных графических документов в открытых форматах редактора Visio. Предлагаемая персонализация ориентирована на графические документы в виде схем и может быть применена для чертежей и текстовых документов.

Рассматривается проектирование компонентов бортовой кабельной сети летательного аппарата, удовлетворяющих требованиям нормативно-технической документации. Отмечены этапы жизненного цикла летательного аппарата, на которых происходит анализ и оценка принятых на этапе проектирования технических решений, направленных на приспособленность к монтажу и демонтажу изделий и агрегатов летательного аппарата. Определён состав конструкторской документации, необходимой для изготовления компонентов бортовой кабельной сети. Показаны особенность этапов проектирования и противоречивость требований нормативно-технической документации, используемой при проектировании компонентов бортовой кабельной сети летательного аппарата. Формализована совокупность требований технологичности, работоспособности, безотказности и электромагнитной совместимости компонентов бортовой кабельной сети. Определены критерии технологичности жгута. Предложен метод синтеза образа компонентов бортовой кабельной сети с использованием графа, вершины которого дополнены признаками, характеризующими особенности проводного подключения к элементам бортовых систем. Разработан алгоритм действий проектировщика при определении необходимости введения разъёма в электрическую цепь с учётом требований электромагнитной совместимости проводов. Сформулированы рекомендации проектировщикам компонентов бортовой кабельной сети летательного аппарата.

Работа посвящена поиску в данных особого типа закономерностей, называемых частыми паттернами. Под частым паттерном понимается некоторая совокупность признаков, которая характеризует большое количество объектов обучающей выборки. Существующие методы выявления паттернов, как правило, не позволяют гибко учитывать необходимые требования к их виду. Изменение условий, которым должны удовлетворять искомые закономерности, приводит к трудоёмкой модификации используемых алгоритмов и снижению производительности вычислений. В статье предлагается подход на основе парадигмы программирования в ограничениях, свободный от перечисленных недостатков. Подход основан на оригинальном способе представления обучающей выборки с помощью специализированных табличных ограничений – сжатых таблиц D-типа, на авторском методе поиска с возвратами, а также на специализированных правилах редукции для табличных ограничений. Особое внимание уделяется решению задачи поиска замкнутых паттернов, которая входит как часть в решение рассматриваемых в работе задач машинного обучения и включает учёт дополнительных требований к виду искомых паттернов. В качестве дополнительных требований к виду паттерна рассматриваются ограничения на частоту встречаемости замкнутого паттерна, а также условия на вхождение некоторого элемента (признака) в паттерн. К основным правилам редукции сжатых таблиц D-типа добавляются правила, учитывающие интересующие особенности анализируемых паттернов. Преимуществом подхода является то, что учёт и анализ новых ограничений позволяет на ранних стадиях процесса поиска исключать из рассмотрения заведомо неперспективные кандидаты в паттерны, что способствует сокращению количества этапов вычислений (узлов дерева поиска) и позволяет снизить расход оперативной памяти, требуемой для реализации этих этапов.

В статье предпринята попытка анализа новых тенденций в работе с одарённой молодёжью. Представлена новая форма системной, организационной и научно-направляемой самостоятельной деятельности мотивированного школьника или студента. Эта деятельность, во-первых, направлена на удовлетворение познавательных интеллектуальных, а также иных потребностей учащегося и эффективное развитие его творческого потенциала; во-вторых, связана с последовательным решением исследовательских задач с заранее неизвестными результатами, возрастающей новизной, актуальностью и сложностью; в-третьих, поддерживается специально организованной единой развивающей научно-образовательной средой в рамках образовательной организации, региона, отрасли, страны; наконец, предполагает научно-обоснованную унифицированную оценку развивающего эффекта и научной значимости текущих результатов деятельности. Обсуждаются характеризующие эту деятельность основные понятия и иллюстрирующие их примеры и математические модели. К ним относятся авторская структуризация функций и уровней исследовательской деятельности, многоплановая система критериев оценки научно-развивающих результатов исследовательских работ, выполняемых молодыми исследователями, функциональный профиль, функциональный рейтинг и профессиональный функциональный рейтинг молодого исследователя, рассчитываемые по результатам оценки выполненного им исследования. Впервые предложена математическая модель формирования допустимых вариантов исследовательской деятельности, позволяющая формировать оптимальную развивающую методическую структуру планируемых исследований. Особенностью предлагаемого подхода является использование порядковых оценочных шкал с преобразованием результатов их применения в количественные оценки на основе метода уверенных суждений лиц, принимающих решения. Введённые понятия объединены в виде графической схемы онтологии направляемого развития научных способностей молодежи.

Дистанционное зондирование Земли является одним из главных источников информации о земной поверхности. С развитием беспилотных летательных аппаратов появилась возможность делать аэроснимки с высоким пространственным разрешением, по которым можно более точно идентифицировать объекты. Цель исследования - повышение достоверности интерпретации аэроснимков за счёт разработки методики автоматизированной обработки снимков на основе концептуального моделирования. Анализ методов тематического дешифрирования снимков показал, что ни один из них не обеспечивает необходимое качество сегментации без дополнительной настройки под предметную область. Применена методика концептуального моделирования предметных задач, которая обеспечивает адекватность синтаксических представлений (в т.ч. различных изображений), позволяет контролировать логику решения задач и уменьшить количество ошибок на этапе её программной реализации. Приведено описание информационной системы тематического дешифрирования снимков, реализующей разработанную методику. Проведена оценка достоверности тематического дешифрирования снимков лесных территорий. Показано, что разработанная методика позволила улучшить идентификацию лесных объектов на аэроснимках на 18,6%. Развитие данной методики может выполняться для определения характеристик идентифицируемых деревьев: возраст, порода, высота, запас древесины.