ДонНТУ | Портал магістрів ДонНТУ | Кушнір А. Ю.
Магістр ДонНТУ Кушнір Артем Юрійович
Кушнір Артем Юрійович
Факультет комп'ютерних наук та технологій
Програмне забезпечення автоматизованих систем
Тема випускної роботи: Реалізація асоціативного пошуку та
логічного виводу у БЗ із допомогою SQL-запитів

Науковий керівник: доцент, к.т.н., с.н.с. Андрюхін Олександр Іванович

Реферат за темою випускної роботи *

Вступ

Людина часто прагне до того, щоб зробити життя кращим. Є багато відповідей на запитання, чому це відбувається, і вони не є предметом розгляду даної статті. Людина знає свою потребу (ціль) та для її задоволення (досягнення) вона використовує інструменти. Технічний розвиток людства — це розвиток інструментів. Наукова діяльність спрямована на відкриття шляхів задоволення потреб і винахід нових рішень.

По мірі розвитку людства обсяг знань збільшується. «Знання — зафіксована та перевірена практикою інформація, яка може багаторазово використовуватися людьми для розв'язку тих або інших завдань.»[1] В античні часи один учений міг володіти більшою частиною всіх знань і використовувати її в процесі винаходу. Зараз можливості людини з освоєння, запам'ятовування, використання знань зросли, але цей ріст дуже малий у порівнянні з ростом обсягу знань.

Одна людина або навіть група людей не може мати або використовувати весь обсяг знань людства. У той же час, чим більше знань будуть використовувати люди у процесі винахідницької діяльності, тим більш продуктивною вона буде. Наприклад, інженер звичайно знає близько 200 різних фізико-технічних ефектів, може застосовувати не більше 100, а в технічній літературі їх описано більше 3000 [2]. Кругозір і можливості інженера в процесі винаходу зростають разом із числом фізико-технічних ефектів, які він може використовувати.

Збільшення тривалості життя людини, підвищення рівня його розумових здібностей і швидкості освоєння знань поліпшать винахідницькі можливості людини. Однак ці процеси людьми в основному не управляються. Іншим рішенням є побудова штучної інтелектуальної системи, яка, володіючи більшим обсягом знань, могла б синтезувати ідеї, фізичні принципи дії, технічні рішення, які можна використовувати для задоволення потреб людей. Дана робота присвячена дослідженню принципів роботи такої системи та її розробці.

Предмет розробки та дослідження

Предметом дослідження є методи теорії рішення винахідницьких задач (ТРІЗ), призначені для генерації нових технічних рішень. Предметом розробки є система, що провадить асоціативний пошук і логічний вивід у базі знань і генерує варіанти можливих фізичних принципів дії нових пристроїв.

Актуальність теми

У цей час, як показують конференції, проведені в Америці і Європі, у світі ведуться численні дослідження та розробки по різних аспектах і модифікаціям ТРІЗ, накопичується досвід практичного використання теорії в різних областях людської діяльності, що виходять часом за рамки інженерних проблем. Промислові компанії та їх дослідні центри починають переходити до організації систематичного навчання фахівців із ТРІЗ у себе на підприємствах і шукають системні шляхи впровадження ТРІЗ-технологій. Вузи Європи та Азії почали розробку нових спеціалізацій на звання Бакалавр і Магістр Проектування Інновацій. Автоматизація винахідницької діяльності є важливим завданням. Вимоги до наукоємності програмних продуктів підвищуються. Ґрунтуючись на цьому, можна говорити про актуальність теми роботи.

Ціль і завдання розробки та дослідження

Метою роботи є розробка та реалізація методу аналізу та розв'язку винахідницьких задач, який дозволяє одержати множину альтернативних технічних рішень, кожне з яких задовольняє вимогам вихідної винахідницької ситуації. Метод ґрунтується на асоціативному пошуку та логічному виводі в базі знань, робота з даними в якій здійснюється за допомогою SQL-запитів. Завданнями є:
  • Реалізація системи заповнення бази знань, що витягує знання з тексту.
  • Зберігання бази знань у реальній базі даних з використанням існуючого ПЗ для реалізації виводу та пошуку.
  • Побудова механізму роботи логічного виводу та асоціативного пошуку за допомогою SQL-запитів.

Передбачувана наукова новизна розробки та дослідження

Новизна дослідження та розробки полягає в реалізації нового аналітичного та вирішувального інструмента ТРІЗ, а також у способі заповнення та оновлення бази знань, використовуваної даним інструментом. Зокрема, автор вважає новими наступні конкретні пропозиції:
  • Використання мови SQL при роботі з базою знань, що робить систему мобільною та незалежної від СКБД.
  • Динамічне оновлення бази знань під час пошуку технічних рішень.

Практичне значення отриманих результатів

Практична значимість результатів полягає в тому, що вони пропонують реалізацію методу аналізу та рішення винахідницьких задач, який може бути успішно використаний у виробничій практиці та при навчанні.

ТРІЗ — технологія інновації

Винахідницьке завдання — це таке інженерне завдання, яке містить технічне протиріччя, нерозв'язне відомими технічними засобами та знаннями, причому умови завдання виключають компромісний розв'язок. Якщо технічне протиріччя переборене — винахідницьке завдання вирішено, отриманий винахід. Поява нових винаходів — основна форма розвитку та створення нової техніки та технології.

Вважаючи, що винахід — це нове технічне рішення, отримане в результаті подолання протиріччя, вважають, що умови винахідницького завдання сформульовані, якщо зазначені реальна технічна система та її недолік, ідеальний кінцевий результат (ідеальна технічна система) і виявлене протиріччя між ними.

Ідеальний кінцевий результат, тобто ідеальне рішення — це найбільш сильне із усіх мислимих і немислимих рішень даного завдання. Воно засноване на поняттях про ідеальну машину (тобто машини немає, але необхідна дія виконується) та ідеальній речовині (тобто речовини немає, а її функція виконується і т.д.)[3].

Завдання розробника — зрозуміти, що ж є дійсною метою існування технічної системи, та які її функції. Радянський авіаконструктор Роберт Людвігович Бартіні вказував, що кращий агрегат літака — це такий агрегат, який під час польоту залишається в ангарі. Після уточнення цілей і необхідних функцій необхідно зрозуміти, що ж заважає їх здійснити в первісному виді.

Роберт Людвігович рекомендував починати процес проектування з мисленого уявлення собі, що ж потрібно при відсутності обмежень по конструкторських матеріалах і енергії. Зняття обмежень, по роз'ясненню Бартіні, означає, що розроблювач повинен уявити собі наявність матеріалів з будь-якими необхідними властивостями, наявність будь-якого виду енергії в будь-якій кількості в необхідній точці простору [4].

«При вирішенні поставленого завдання необхідно встановити як можливо компактну факторгрупу сильного зв'язку, визначити фактори, які грають вирішальну роль у розглянутім питанні, відокремивши всі другорядні елементи. Після цього треба сформулювати найбільш контрастне протиріччя АБО-АБО, протилежність, що виключає розв'язок завдання... Розв'язок завдання треба шукати в логічній композиції тотожності протилежностей... І-І.»[5]

У цей час підхід, запропонований Р.Л. Бартіні реалізований у таких методах, як АРІЗ (алгоритм рішення інженерних завдань), Узагальнений евристичний алгоритм пошуку нових технічних рішень, комплексний метод пошуку нових технічних рішень і т.д.

Довгий час єдиним інструментом рішень творчих завдань — завдань, що не мають чітких механізмів рішення, — був «метод проб і помилок» («метод наукового тику»).

В 20 столітті різко зросла потреба в рішенні творчих завдань. Це призвело до появи різних модифікацій «методу проб і помилок». Найбільш відомі з них «мозковий штурм», «синектика», «морфологічний аналіз», «метод контрольних питань».

Суть цих методів — підвищити інтенсивність генерації ідей і перебору варіантів. Головна проблема при їхньому використанні — можна заощадити час на генерації ідей, але це приводить до більших витрат часу на їхній аналіз і вибір найкращого варіанта [6].

Творець ТРІЗ — Генріх Саулович Альтшуллер поставив завдання інакше: «Як без суцільного перебору варіантів виходити відразу на сильні розв'язки проблеми?». Він почав розробляти ТРІЗ під час роботи в патентному офісі в СРСР у часи Сталіна. Він і його колеги проаналізували більше 200000 патентів, щоб визначити яким чином в основному відбувається вдосконалення. Був репресований і засланий у ГУЛАГ. Незважаючи на це, Генріх Саулович розробив 40 винахідницьких принципів, багато законів еволюції технічних систем, концепції технічного й фізичного протиріч, які розв'язує ТРІЗ, концепцію ідеальності системи та безліч інших теоретичних і практичних підходів.

ТРІЗ — це наука, методологія, набір інструментів, база знань для генерації інноваційних ідей і рішень. ТРІЗ розширює підходи, розроблені в рамках системної інженерії, і дає потужні інструменти для системних методів, системного аналізу, аналізу поразок, шаблонів еволюції систем. На відміну від таких технологій як мозковий штурм (базується на випадковій генерації ідей), спрямована на створення алгоритмічного підходу до винаходу нових систем і відновленню існуючих [7].

ТРІЗ містить у собі:
  • механізми перетворення проблеми в образ майбутнього рішення;
  • механізми придушення психологічної інерції, що перешкоджає пошуку рішень (неординарні рішення важко знаходити без подолання наших стійких уявлень і стереотипів);
  • великий інформаційний фонд — концентрований досвід вирішення проблем [6].
Найбільш важливими компонентами класичної ТРІЗ є:
  • 40 Винахідницьких принципів для вирішення технічних протиріч.
  • Система з 76 Стандартів для вирішення технічних проблем і матеріально-польового аналізу технічних систем.
  • Алгоритм покрокового рішення винахідницьких завдань (АРІЗ). Це універсальний інструмент для рішення завдань будь-якого типу.
  • 12 інноваційних принципів для рішення нетехнічних і організаційних завдань.
  • Сепараційні принципи для вирішення фізичних протиріч.
  • Методи аналізу системних ресурсів.
  • База даних фізичних, хімічних, геометричних і інших ефектів і їх застосування.
  • Методи стимулювання творчого мислення: оператор РВС (розмірність-час-вартість), візуальне моделювання «маленькими чоловічками» і т.д.
  • Методи попередження відмов у технічних системах для аналізу та пророкування можливих причин неполадок, «диверсійний аналіз».
  • Закономірності розвитку Технічних Систем (ТС) для прогнозування розвитку ТС і створення «патентної парасольки» [8].

Огляд досліджень і розробок по темі

Робота над теорією рішення винахідницьких задач почалася в 1946 році вченим з Баку Генріхом Сауловичем Альтшуллером (1926 — 1998) через 43 роки була утворена Міжнародна Асоціація ТРІЗ. З'явився програмний продукт «Винахідна Машина», який базується на деяких ТРІЗ-технологіях і допомагає інженерам вирішувати їхні професійні проблеми. За два роки в СРСР було продано більше 1000 копій пакета комп'ютерних програм.

В 1995 — 1997 роках програмний продукт, перекладений на англійську мову, здобувають такі відомі фірми, як Ford, Caterpillar, Procter & Gamble, IВМ, а Motorola укладає спеціальний довгостроковий контракт на поставку 1000 копій системи для своїх підприємств. Укладення аналогічного контракту обговорюється й у південнокорейській фірмі Samsung.

Послугами фахівців із ТРІЗ почали користуватися розроблювачі державних програм, політичні діячі, бізнесмени, менеджери. Відома південнокорейська фірма LG запрошує фахівців з колишнього СРСР для створення навчальних центрів. Більше десяти років накопичується цікавий досвід використання ТРІЗ в освіті для розвитку в дітей творчого мислення. У всесвітній комп'ютерній мережі стрімко зростає кількість рекламно-інформаційних матеріалів про ТРІЗ [9].

У Східній Європі розробляються проекти, пов'язані із ТРІЗ. Джонатан Лівінгстон — міжнародний проект, що поєднує фахівців з різних галузей освіти. Теоретична база проекту: загальна теорія сильного мислення — теорія розв'язку винахідницьких завдань — теорія розвитку творчої особистості (ОТСМ-ТРІЗ-ТРТЛ).

Мета проекту — виявлення принципів постійних перетворень освітньої системи у мінливому світі та способів їх реалізації у вигляді динамічної, адаптивної системи, що самоорганізується [10].

Результати, отримані учасниками Проект Джонатан Лівінгстон, викликають серйозний інтерес у таких країнах як Японія, Корея, Канада, США, Франція. Проект присвячений гармонічній інтеграції ОТСМ-ТРІЗ підходів у систему безперервної творчої освіти з поступовою реорганізацією всієї системи освіти — починаючи із дворічного віку до аспірантів і професіоналів різних віків і спеціальностей.

У світі існує кілька компаній, що надають послуги для інновацій і розв'язку винахідницьких завдань. Трісолвер (Trisolver Consulting) був заснований як консалтингова компанія по методиках ТРІЗ в 1997 році в Ганновері, Німеччина. На той момент величезний потенціал цієї методики для інноваційної діяльності був оцінений декількома лідируючими німецькими компаніями. Ґрунтуючись на доскональному знанні ТРІЗ, співзасновник Трісолвер д.т.н. Павло Ливотов протягом короткого проміжку часу зміг вивести компанію на лідируючі позиції.

Починаючи з 1998 року Trisolver Consulting співробітничає з незалежною групою київських розроблювачів програмного забезпечення. Як результат цього співробітництва, в 1998 році перший ТРІЗ-програмний продукт Trisolver 1.0 був випущений на ринок. В 2000 році з'явилася наступна версія програми — Trisolver V2.2 "Idea Generator & Manager". Завдяки вдалій комбінації набору функцій і привабливої ціни Trisolver V2.2 зміг обігнати по продажах на німецькому ринку ТРІЗ-програмні продукти, вироблені в США. На даний момент більш 400 компаній в усьому світі користується Trisolver "Idea Generator & Manager" [11].

В Україні також діє ТОВ «ТРІЗ» (Товариство реалізації інженерних завдань), яке поєднує кваліфікованих фахівців в області відцентрових машин, їх систем і вузлів. Основний вид діяльності — модернізація компресорного та насосного обладнання за власною технологією. У цей час успішне експлуатуються більш 130 найменувань відцентрового обладнання, що пройшло модернізацію за технологією ТРІЗ. Результати експлуатації підтверджують високу економічну ефективність і надійність модернізованих агрегатів [12].

У ДонНТУ дослідження та розробки в рамках теорії розв'язку інженерних задач проводить доцент кафедри ПМІ Андрюхін Олександр Іванович. Під його керівництвом захищено кілька магістерських дисертацій, пов'язаних із ТРІЗ: Книги по ТРІЗ видані в США, Великобританії, Японії, Швеції, Фінляндії, Німеччини, Болгарії й інших країнах. У Росії, Фінляндії, США, Голландії, Швеції, Англії, Чехії існують фірми, що займаються ТРІЗ-консалтингом.

Про те, як стрімко ТРІЗ-технології завойовують мир, можна судити по мережі Інтернет. Усе більше виникає сайтів, що містять інформацію про теорію Г.С. Альтшуллера.

Відомі корпорації світу шукають на території колишнього СРСР фахівців із ТРІЗ для своїх винахідницьких і дослідницьких служб.

Як і сама теорія, так і методологія викладання ТРІЗ безупинно розвиваються. Ідеї й методи ТРІЗ переносяться в гуманітарні області: мистецтво, менеджмент, рекламу, public relations, педагогіку [13].

Короткий виклад власних результатів, наявних на момент завершення роботи над авторефератом

На даний момент вивчені основні підходи до рішення інженерних задач, визначені області застосування ТРІЗ. Була розроблена структура бази знань, що зберігає фонд фізико-технічних ефектів. Програмно реалізована підсистема заповнення бази знань, яка витягує знання з тексту.

На вхід підсистеми заповнення БД надходять текстові описи фізико-технічних ефектів або пристроїв. Для кожного текстового опису підсистема генерує внутрішній опис (образ) ФТЕ, який зберігається в БД.

Для того, щоб згенерувати образ ФТЕ підсистема користується словниками термінів. Словників декілька та користувач може обрати, які словники використовувати для пошуку слів. Образ ФТЕ — це множина послідовностей логічних прапорів. В образі стільки послідовностей, скільки словників використовувалося при генерації образа. Кожна послідовність однозначно відображається на відповідний їй словник, таким чином, у ній стільки елементів, скільки слів у словнику. Кожний елемент послідовності однозначно відображається на слово з відповідного словника та рівний 0, якщо дане слово не було присутнє у вхідному описі ФТЕ та 1, якщо слово було присутнє.

Висновки

Наш світ стрімко змінюється. Нові покоління житимуть в зовсім інших умовах, де виникнуть нові цінності, будуть життєво важливі нові, не відкриті ще сьогодні, знання, будуть потрібні нові вміння.

Ми повинні вчитися жити у світі, про який нічого не знаємо, вирішувати проблеми, з якими ніхто ніколи раніше не зустрічався. Методи штучного інтелекту та ТРІЗ покликаної допомагати людині дивитися на мир по іншому, відкидати обмеженість звичайного мислення, бачити нові розв'язки. Автоматизація цих методів і їх використання принесе багато користі й допоможе людству рухатися далі.

Перелік посилань

  1. Данные — информация — знания // TreKo.RU — портал TРEнеров и КОнсультантов. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://msk.treko.ru/show_dict_336
  2. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества: Учеб. пособие для студентов втузов. — М.: Машиностроение, 1988. — 368 с.
  3. Черный А.А. Принципы инженерного творчества: Учеб. пособие. — Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005. — 43 с.: библиогр. 14 назв.
  4. Кудрявцев А.В. Методы логического поиска // Metodolog.ru — сайт изобретательских задач и методов их решения. [Электронный ресурс] / Кудрявцев А.В. — Режим доступа: http://www.metodolog.ru/00447/00447.html
  5. Чутко И. Красные самолеты. — М.: Сов. Россия, 1982.
  6. ТРИЗ — технология творчества // Сайт Тризисного Центра. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.trizland.ru/trizba.php?id=3
  7. Creativity & Innovation Changing the World // Сайт Creatividad e Innovación. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://homepage.mac.com/penagoscorzo/creativity/triz/index.html
  8. Истоки ТРИЗ // Сайт компании Трисолвер Украина. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.trisolver.com.ua/methoden/erfindungstheorie_triz.htm
  9. Хоменко Н. Теория решения изобретательских задач // Сайт центра ОТСМ-ТРИЗ технологий. [Электронный ресурс] / Хоменко Н. — Режим доступа: http://www.trizminsk.org/intr.htm
  10. Справка о проекте Джонатан Ливингстон // Сайт центра ОТСМ-ТРИЗ технологий. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.trizminsk.org/e/jl.htm
  11. История компании // Сайт компании Трисолвер Украина. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.trisolver.com.ua/news/news_1.htm
  12. ТРІЗ, Товариство Реалізації Інженерних Задач // Портал Бизнес-гид. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://triz.business-guide.com.ua
  13. Развитие и распространение ТРИЗ // Сайт Тризисного Центра. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.trizland.ru/trizba.php?id=4
  14. Филатов В.А., Щербак С.С., Хайрова А.А. Разработка высокоэффективных средств создания и обработки онтологических баз знаний // Блог PhD Щербака Сергея. [Электронный ресурс] / Филатов В.А., Щербак С.С., Хайрова А.А. — Режим доступа: http://shcherbak.net/razrabotka-vysokoeffektivnyx-sredstv-sozdaniya-i-obrabotki-ontologicheskix-baz-znanij
* — При написанні даного автореферату магістерська дисертація ще не завершена. Остаточне її завершення відбудеться 1 грудня 2010 р. Текст і матеріали дисертації можуть бути отримані у автора або його керівника після цієї дати.

ДонНТУ | Портал магістрів ДонНТУ