Автоматизированное заполнение матрицы проекта на основе онтологии

вооружённости самолёта, подбору в базе данных соответствующего двигателя на основании заданных требований к двигателю проектируемого самолета по тяге, удельному расходу топлива и массе [1-2]. Предлагаемая онтологическая модель, представляющая собой объединение вышеупомянутых этапов проектирования в одну онтологию, повышает скорость проектирования и снижает его трудоёмкость.

Для реализации предложенного интегрирования была создана дескриптивная онтология, предназначенная для описания предметной области и оперирующая такими понятиями, как объект, атрибут, скрипт [1] и онтология мира заказов и ресурсов (онтология виртуального мира).

Предметная область «Проектирование самолёта» содержит три сущности, присутствующие в мире, описанном в онтологии: объект проектируемого самолёта ( Project_Plane ), объект самолёта-прототипа из базы данных ( BD_Plane ) и объект двигателя из базы данных ( Engine ).

Каждый из объектов имеет необходимые атрибуты. Атрибут - характеристика концепта, которая используется для его уточнения [1]. Они бывают качественные (например, «эффективная механизация») и количественные («количество пассажиров», «относительная масса топлива»). Например, объект проектируемый самолет имеет атрибуты: требуемая или расчетная дальность полета, количество пассажиров, минимальное и максимальное значение этих величин или допустимый процент отклонений их от расчетных значений; объект самолет-прототип – атрибуты, характеризующие его лётные характеристики (например, дальность полёта, высота полёта, удельная нагрузка на крыло при заходе на посадку и т.п.) и технические характеристики (тип самолета, количество пассажиров, масса самолета, масса двигателя и т.д.). Для объекта двигатель самолета-прототипа созданы атрибуты: название двигателя, тяга двигателя, удельный расход топлива двигателя, масса двигателя.

Значения некоторых атрибутов рассчитываются при помощи скриптов - определённых правил или алгоритмов расчета, записанных на языке программирования [4]. В конструкторе онтологий для написания скриптов используется подмножество языка Object Pascal. На рис. 1 показан пример расчёта максимально аэродинамического качества с помощью скрипта ( K_max Calculate ), используемого в предложенной модели поэтапного проектирования пассажирского самолёта.

Дескриптивная онтология может быть представлена не только в виде дерева концептов (рис. 2, а ), но также в виде семантической сети (рис. 2, б ), представляющей собой ориентированный граф, в котором вершинами являются концепты онтологии (все они связаны между собой), а ребрами показаны связи между ними.

В отличие от традиционных систем, в которых решение находят с помощью централизованных, последовательных и детерминированных алгоритмов, в мультиагентной системе решение достигается в результате распределённого взаимодействия множества агентов. Агентом считает- ся все, что действует (слово агент произошло от латинского слова agere – действовать) [6]. Но предполагается, что компьютерные агенты обладают некоторыми другими атрибутами, которые отличают их от обычных «программ», такими как способность функционировать под автономным управлением, воспринимать свою среду, существовать в течение продолжительного периода времени, адаптироваться к изменениям и обладать способностью взять на себя достижение целей, поставленных другими [5]. Агенты нацелены на поиск наилучшего из возможных решений на каждый момент времени. Если найденный агентом лучший вариант уже забронирован другим агентом, агенты оказываются способны выявить конфликт и разрешить его путём переговоров, в ходе которых достигается компромисс, отражающий временное, и, как правило, неустойчивое равновесие (баланс) их интересов [1, 4].

В предложенной модели автоматизации проектирования самолёта для получения онтологии мира заказов и ресурсов создан концепт «агент заказа» для концепта «проектируемый самолёт» ( Project_Plane Demand) , «агент заказа» для концепта «самолёт-прототип» ( BD_Plane Demand) и два «агента ресурса» для концептов «самолёт-

- л

ОntologyLibrary_Designing of airplane]

S ф Ontology_ Designing of airplane

5 ^ Objects

£ Project_Plane

Д BD_Plane

^ Engine

| I S Schedules

^ Properties

Ё ^ Attributes

• - 1J Project_Distance

ijQ Percent of the Deviation_Distar

_JJ Project_Min Distance Project_Max Distance

• - 2J Project_N umber of Passengers h] Percent of the Deviation_Numb

• - J-J Project_Min Number of Passenc _JJ Project_Max Number of Passen Щ BD_Name of thePlane Qj BD_Distance

Qj BD_Number of Passengers

Used concepts:

^ K_max Calculate begin result := 1 / ( 0.43 * sqrt("CX_0") ) + 1; end;

Рис. 1. Атрибуты и тело скрипта K_max Calculate

3 BD_Mass

_5j _Effective_mehan

4 _H_kr

LO] Motn_topl

□] V_kr ijQ DeltaH_kr

LC] K_max

^ D^° ig Lambda_fuz by P0_zahpos bQ P0_H Й po bQ _Dist_razb

_N_dvig

LilKsi

Ly K_kreis uh TG

а)

б)

Рис. 2. Представление онтологии предметной области “Проектирование самолета” :

а – в виде дерева концептов дескриптивной онтологии; б - в виде семантической сети

прототип» и «двигатель» ( BD_Plane Resource и Engine Resource соответственно). Для заполнения матрицы проекта пассажирского самолёта реализован матчинг (процесс взаимодействия между агентами), состоящий из двух этапов [2], один из которых – это двусторонний матчинг между проектируемым самолётом и самолётами – прототипами из базы данных. В результате произведён выбор лучшего самолёта–прототипа из представленных в базе данных в соответствии с техническим заданием на проектирование. Второй этап – это односторонний матчинг между выбранным прототипом и двигателями базы данных. После его реализации для лучшего прототипа подобран наиболее подходящий двигатель. На процесс матчинга как в первом случае, так и во втором наложены условия двух видов:

• -    условия матчинга, которые фактически представляют собой ограничения, согласно которым из всего множества агентов, потенциально участвующих в матчинге, выбираются только те агенты, чьи атрибуты находятся в заданных пределах;

• -    условия принятия решения, предназначенные для работы машины принятия решений, позволяют агенту выбрать одно из множества возможных предложений (матчингов). Для условия принятия решения необходимо определить атрибут условия, направление оптимизации (макси-

• мум/минимум) и весовой коэффициент, определяющий «значимость» данного условия.

Онтологическая сцена - модель реальной ситуации, которая обрабатывается системой (рис. 3). Сцена содержит экземпляры всех заказов и ресурсов, участвующих в моделируемом процессе, и отношения между ними.

В предложенной онтологической модели поэтапного проектирования самолёта в окне физического мира созданы базы данных самолётов-прототипов и двигателей. С помощью инспектора агентов установлены указанные в табл. 1 значения атрибутов для агента проектируемого самолета для десяти агентов самолетов-прототипов (табл. 2) и для десяти двигателей-прототипов в базе данных (табл. 3).

На рис. 4 в окне виртуального мира показан процесс двойного матчинга между рассмотренными сущностями.

В разработанной модели автоматизированного заполнения матрицы проекта процесс двустороннего матчинга начинается с того, что агент проекта со своей стороны проверяет значения атрибутов агентов самолетов-прототипов и выбирает агентов, у которых значения атрибутов соответствуют ограничениям на минимально и максимально допустимые значения дальности полета и количества пассажиров. Из рисунка видно, что матчинг прошёл со всеми, кроме самоле-

Рис. 3. Создание онтологической сцены предметной области «Проектирование самолета»

Таблица 1. Значения атрибутов для агента проектируемого самолёта

Дальность расчетная	4000
Количество пассажиров	160
Допустимый процент отклонений от требуемой дальности	0.2
Допустимый процент отклонений от требуемого количества пассажиров	0.1

Таблица 2. Значения атрибутов для агентов самолёта-прототипа

агента	самолета	Высота полета, де	Эффект ивная меха низ крыло; до/нет	Длина разбега по ВПП,	Маха	Колич естео двига телей	Дал внос т в полета, ^	Количество пассажиров	Количество пассажиров в	Взлетная масса, ^
BD_ Plane_l	B-727-200	12192		1770	0,9	2	4020	189	6	95030
BD_ Plane_2	Ty-204-100	12100		2150	0,78	3	4500	165	6	103000
BD_ Plane_3	A-320-100	11800		2000	0,78	2	3890	175	6	70000
BD_ Plane_4	A-320-200	11800		2090	0,88	3	4800	175	6	77000
BD_ Plane_5	MD-90	11300		2160	0,76	3	4200	172	5	70700
BD_ Plane_6	Ил-86	11000	-	2800	0,88	4	3600	350	9	208000
BD_ Plane_7	Ty-214	12500		2050	0,77	3	4340	168	6	110750
BD_ Plane_8	MD-82	11300		2270	0,78	2	3800	172	5	67800
BD_ Plane_9	MD-83	11300		2550	0,78	2	4640	172	5	72600
BD_ Plane_10	Ty-104	11500	-	1900	0,7	2	2750	100	5	78100

Таблица 3. Значения атрибутов для агентов двигателя

Имя	агента	Tun двигателя	Суд кр баз	М дв баз, кг	РО баз
Engine_	.1	Д-З ОКУ-154 lcep	0,71	2675	10500
Engine_	2	Д-30КУ2сер	0,7	2690	11000
Engine_	3	Д-110 (пр.)	0,52	3600	22000
Engine_	4	НК-56	0,625	3340	18000
Engine_		НК-108 (пр.)	0,44	3600	18000
Engine_	.6	НК-63 (пр.)	0,535	5450	30000
Engine_	7	Д-18Т	0,57	4100	23430
Engine_	.8	Д-ЮО (пр.)	0,544	3500	19000
Engine_	9	НК-8-2	0,79	2150	9500
Engine	10	РД36-51	1,23	4200	21000

Рис. 4. Процесс матчинга тов–прототипов под номерами 1, 6 (не соответствуют ограничениям по количеству пассажиров) и 10 (не отвечает ограничениям ни по дальности, ни по количеству пассажиров). В свою очередь агенты самолетов-прототипов взаимодействовали с агентом проектируемого самолета с целью проведения расчетов основных аэродинамических, массовых и иных параметров, необходимых для проектирования.

Агент проекта построил таблицу принятия решений, в которой разместил прототипы по убыванию дальности полета (BD_Distance), с указанием значений максимального аэродинамического качества (K_max), потребной тяговооружен-ности (P0_max), потребной взлетной тяги двигателя (P_0) и по возрастанию взлетной массы самолета, удельной нагрузки на крыло, удельного расхода топлива двигателя на крейсерском режиме, массы двигателя (рис.5) и выбрал из таблицы лучший самолет-прототип под номером 4. Также рассчитаны основные параметры для лучшего прототипа (рис. 6).

Объект самолёта-прототипа являлся в предложенном решении задачи автоматизированного заполнения матрицы проекта как ресурсом (в процессе двустороннего матчинга), так и инициатором матчинга (по отношению к двигателям в базе данных). В окне физического мира агенты самолетов-прототипов созданы единожды, а в окне виртуального мира они автоматически дуб-

Рис. 5. Таблица принятия решений агента проектируемого самолёта

Рис. 6. Структура агента проектируемого самолёта

лировались под одинаковыми номерами, выполняя сразу две роли в сцене.

В процессе одностороннего матчинга BD_Plane Demand – Engine Resource активный агент прототипа запустил скрипты, необходимые для вычисления значений атрибутов. Процесс матчинга начался с того, что каждый агент прототипа проверял значения атрибутов агентов двигателей-прототипов в базе данных и выбирал агентов, у которых значения атрибутов соответствуют установленным ограничениям (по тяге двигателя, удельному расходу топлива двигателя и его массе).

На рис. 7 в таблице принятия решений показаны двигатели по возрастанию удельного расхода топлива (BD_C_kr) и массы двигателя (BD_M_dvig), а на рис. 8 показаны рассчитан-

£# Matchefs I— Decision making machine

Agen t BD C kr' BD M dvig

Engine Resource_5	0.44	3600
Engine Resource_3	0 52	3600
Engine Resource_6	0.535	5450
Engine Resource_8	0.544	3500
Engine Resource_7	0.57	4100
Engine Resource_4	0.625	3340

Рис. 7. Таблица принятия решений агента заказа самолёт – прототип номер 4

Рис. 8. Структура агента заказа самолёт – прототип номер 4

Рис. 9. Структура агента ресурса двигатель номер 5

ные значения параметров для подбора двигателя и параметры лучшего двигателя.

Структура агента ресурса двигатель показана на рис. 9: в левой части указан агент самолета-прототипа (BD_Plane Demand_4), с которым происходил процесс матчинга, а справа - параметры подобранного двигателя.

Целесообразно рассматривать взаимодействие с двигателями только тех прототипов, которые прошли матчинг с агентом проектируемого самолета. Например, лучший прототип под номером 4 (это было выяснено на первом этапе матчинга) взаимодействовал с двигателями 3–8 (рис. 7 и 8), лучшее решение с учетом минимизации удельного расхода топлива и массы – двигатель номер 5.

После двойного матчинга получено, что в соответствии с заданными ограничениями и условиями в контексте данной задачи рационально проектировать самолет по следующей цепочке: проектируемый самолёт ^ самолёт -прототип номер 4 ^ двигатель номер 5.

Сцена в созданной онтологической модели являет собой перечень параметров для конкретного момента времени. По мере поступления событий, влияющих на проектирование, агенты могут обновлять сцену с целью отображения в ней новых установленных соответствий между заказами и ресурсами, появление которых вызвано новым событием.

В результате проведённого онтологического моделирования по данным технического задания поэтапно заполнилась матрица проекта. Был выбран лучший прототип с основными параметрами, уже последовательным образом подсчитанными для него, благодаря использованию двустороннего матчинга. По этим параметрам впоследствии был подобран двигатель, удовлетворяющий требованиям самолета. Очевидно, что, благодаря одновременному выполнению нескольких операций, уменьшилась трудоёмкость работ по проектированию самолёта. Таким образом, решена задача автоматизированного заполнения матрицы проекта при заданных условиях.