ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ МОДЕЛЕЙ КОМПОНЕНТОВ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ В ГИБРИДНОЙ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЕ

АННОТАЦИЯ

В настоящее время весьма перспективным на­правлением является разработка гибридных экспертных систем, с базами знаний позволяющих опи­сывать предметную сферу (в частности, область проектирования РТУ) в виде совокупности объектов. Поэтому, в работе рассмотрены модели представлений знаний в ЭС и выделены преимуществ использования объектно-ориентированного представления знаний об области проектирования РТУ.

ABSTRACT

Currently, a very promising area is the development of hybrid expert systems with knowledge bases that allow describing the subject area (in particular, the field of RTU design) in the form of a set of objects. Therefore, the paper considers models of knowledge representations in ES and highlights the advantages of using an object-oriented representation of knowledge about the field of RTU design.

Ключевые слова: База данных, Радиотехническое устройство, Экспертная система, Радиотехника, САПР, синтез, анализ, принципиальная схема.

Keywords: Database, Radio engineering device, Expert system, Radio engineering, CAD, synthesis, analysis, schematic diagram.

Введение

Существенной чертой современных программ­ных комплексов проектирования радиотехнических устройств (РТУ) является их большая и все возраста­ющая сложность. Сложность эта порождается, в первую очередь, свойствами реальных устройств, которые находят свое отражение в реализуемых моделях. Как правило, РТУ обладают, в той или иной степени, иерархической структурой. В РТУ можно обнаружить много разных типов иерархий. В радиоприемнике, например, можно вы­делить системы выделения (фильтрации), демодуляции, усиления сигнала и т.д [5]. Такое разбиение дает структур­ную иерархию типа "это - часть того". С другой стороны, такое устройство, как усилитель звуковой частоты (УЗЧ) - это просто тип усилителя, наделенный свойствами, отличающими его от других усилителей. Исходя из этого, можно выделить типо­вую и структурную иерархии, называемые соот­ветственно иерархией классов и иерархией объ­ектов. Структуры классов и объектов не явля­ются независимыми: каждый объект предста­вляет определенный класс.

Проектирование РТУ

При проектировании сложного РТУ необ­ходимо составлять его из подсистем, каждую из которых можно отладить независимо от других. В качестве критерия декомпозиции можно вы­брать принадлежность элементов устройства к раз­личным абстракциям предметной области. РТУ представляется множеством автономных дей­ствующих компонентов (каскадов, звеньев), которые взаимодействуют друг с другом. Каждый компонент РТУ обладает своим собственным поведением, моделирующим поведение реального устройства. При этом каждый компонент является экземпляром одного из клас­сов, которые, как указывалось, образуют иерар­хию. Такой стиль получил название объектно-ориентированной декомпозиции.

Объектное представление моделей

Наиболее развитым способом представления знаний в гибридной ЭС является объектно-ориентированная парадигма. Этот подход является развитием фреймового представления. В его основе лежат понятия объект и класс. Объектно-ориентированный подход рассматривает ресурсы программы: данные, модули и системы - в качестве объектов. Каждый объект содержит некоторую структуру (или тип знаний), обрамленную набором процедур способных мани­пулировать этими данными [4]. Используя эту методологию, разработчик может создать свой собственный абстрактный тип и отобразить проблемную область в эти созданные абстракции, вместо традиционного отображения проблемной об­ласти в предопределенные управляющие структуры и структуры знаний языка реализации [3]. Благодаря объектно-ориентированной методологии большие программы становятся более понятными, поскольку все взаимосвязанные испол­нимые фрагменты и описание знаний находятся в одном месте. Кроме того, модульность программ позволяет их легко сопровождать и развивать. Таким образом, подход, реализуемый на основе объектно-ориентированной методологии программирования, является более естественным, чем методологии, ориентированные на обработку (на процесс), из-за возможности создавать в процессе проектирования разнообразные виды абстракции типов знаний, наиболее точно описывающих область проектирования неформализованных радиотехнических схем и устройств. На этом пути разработчик может сконцентрироваться на про­екте системы, не беспокоясь о деталях информационных объектов, используемых в системе. Структура каждой модели, ее математическое описание становится проще, при этом, для усложнения моделей используется наследование свойств от раннее созданных (например, при переходе от упрощенной модели биполярного транзистора Джиоколета к полной модели Гумеля-Пуна, достаточно только ввести дополнительные функциональные соотношения, не разрабатывая снова компоненты программы, оперирующие с упрощенной моделью). Это позволяет существенно уменьшить машинное время, необходимое для моделирования РТУ, и требует меньший объем памяти ЭВМ, т.к. сложность моделей и их реализаций оказывает влияние на объем принципиальных или структурных схем РТУ, которые реально могут быть спроектированы программой, за счет использования моделей разной сложности, требующих разного времени анализа [2].

Для иллюстрации приведем следующий пример. "Сопротивление" резистора может быть фиксированным при комнатной температуре. Текущее состояние характеристик устройства определяется температурой окружающей среды, которое может увеличиваться или уменьшаться при ее изменении. Такой объект может быть описан, например, так.

Пример 1.

  ОБЪЕКТ РЕЗИСТОР:

      Сопротивление целое,

  ОПЕРАЦИЯ Увеличить (Сколько целое):

  { Сопротивление = Сопротивление*(1+exp((Ut -Сколько)/Ut));  }

В программе может существовать несколько различных экземпляров объектов данного абстрактного типа в соответствии с резисторами, имеющимися в моделируемом устройстве. Однако важной особенностью объектно-ориентированного подхода является уникальность каждого из созданных объек­тов такого типа, отражающая привязку объекта программы к реальному уникальному объекту и возможность отграничения его от прочих объектов дан­ной программы. Часто применяется ограничение видимости внутреннего устройства объекта для других объектов за счет инкапсуляции.

Иерархия упорядочивает систему абстракций, позволяя создавать сложные типы объектов, в виде на­следования, когда один класс использует структурную и/или функциональную часть одного или нескольких других классов (со­ответственно простое или множественное наследование). Иными словами, наследование - такая иерархия абстракций, в которой подклассы наследуют строение от одного или нескольких су­перклассов. Как правило, в наследственной иерархии общая часть структуры и поведения бывает сосредоточена в общем суперклассе. При этом подклассы отражают более специализированные абстракции [1]. Приведем пример создания новых классов с использованием наследования.

Пример 2.

ОБЪЕКТ электронный_компонент:

       Тип символы 20;

ОБЪЕКТ резистор НАСЛЕДУЕТ электронный_компонент:

       Сопротивление целое;

ОБЪЕКТ емкость НАСЛЕДУЕТ электронный_компонент:

       Емкость целое.

Каждый из объектов "резистор" и "емкость" будет иметь общий атрибут "тип", а также индивидуальные атрибуты, которые они должны иметь согласно специфике моделируемой предметной сферы.

Заключение

Доступ к объекту посредством любого оператора может быть сопряжен с вызовом метода(ов), имманентного этому оператору в соответствии со спецификой предметной сферы. Метод суперкласса не может использовать сведения о подклассах, в то время как для методов подклассов может быть об обстоятельствах, o действиях, которые должны быть произведены с их наследованными частями, уже исполнены к началу обращения к собствен­ным частям.

Список литературы:

1. Долин Г.А., Kudryashova A.Y., Frisk V.V., Shakin V.N. Representation of algorithms for schematic synthesis of radio engineering devices in the knowledge base of the expert system. Представление алгоритмов схемотехнического синтеза радиотехнических устройств в базе знаний экспертной системы./ International Conference on Engineering Management of Communication and Technology, EMCTECH 2020 - Proceedings. 2020. С. 9261556.
2. Долин Г.А., Kudryashova A.Y. Synthesis of structural electrical circuits of radio engineering devices in a hybrid production expert system. Синтез структурных электрических схем радиотехнических устройств в гибридной продукционной экспертной системе./ Synchroinfo Journal. Т. 6. № 3. - М., МТУСИ: ИД Медиа Паблишер, 2020. - С. 5-9.
3. Dolin G.A., Kudryashova A.Y. Modified methods of circuit simulation of radio engineering devices in the time domain. Модифицированные методы схемотехнического моделирования радиотехнических устройств во временной области. /   Synchroinfo Journal. Т. 6. № 2. - М., МТУСИ: ИД Медиа Паблишер, 2020. - С. 7-11.
4. Долин Г.А., Алпеев В.А., Царев П.В., Круглов Н.А., Корыткин А.В. Автоматизация схемотехнического проектирования радиотехнических устройств в экспертной системе./ REDS: Телекоммуникационные устройства и системы. Т. 10. № 2. - М: Российское научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, 2020. - С. 9-15.
5. Долин Г.А., Смирнов Н.П., Тарбаев Т.В., Цыганков Э.О. Использование метода переменных состояний для определения запаса устойчивости против самовозбуждения узлов аналоговых радиотехнических устройств. /REDS: Телекоммуникационные устройства и системы. Т. 10. № 1. М: Российское научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, 2020. - С. 34-36.