Лабораторный практикум

Раздел V.Методы разработки технологических инноваций

Рис. 9. Ввод данных по патентам для отбора «ядра решений» единых технологий авиационных двигателей

В пространственной форме совокупность имеющихся в электронной базе данных узловых технологий можно представить в виде поверхности (рис. 10), где по осям отложены оценки по данным патентной статистики (тяги, степени сжатия компрессора, температуры перед турбиной), а по вертикальной оси ординат – точка варианта узловой технологии, заданного анализируемым патентом. Как видно из рис. 10, в нижней области фигуры находятся малоперспективные технологии создания авиационных двигателей. В верхней области располагаются «высокие технологии», реализующие наиболее прогрессивные и оригинальные инновационные решения, соответственно, в промежутке между областями имеют место промежуточные технологии.

Патентный поиск можно проводить следующим образом:

−использовать доступные базы патентов и поисковые системы, например, можно воспользоваться поисковой системой (web-адрес: http://google.com),

−проводить поиск российских патентов на сервере Роспатента (web-адрес: http://www.fips.ru) (поиск частично платный, частично — бесплатный),

−осуществлять поиск патентов на серверах Европейской патентной организации (web-адрес: http://www.epo.org) с

361

Раздел V.Методы разработки технологических инноваций

помощью бесплатной поисковой системы Espacenet (web-

адрес: http://www.espacenet.com),

−проводить поиск патентов на российском сервере (web-адрес: http://ru.espacenet.com) сети Espacenet, который даёт возможность доступа с интерфейсом на русском языке к всемирной базе патентной информации и к патентным фондам различных стран и международных организаций;

−пользоваться услугами патентного поверенного — полный список патентных поверенных РФ Вы можете найти на сайте Роспатента (web-адрес: http://www.fips.ru);

−заказать проведение поиска организациям, оказывающей услуги по проведению патентного поиска.

Рис. 10. Теоретическая поверхность развития единых технологий авиационных двигателей с учетом трансферта зарубежных технологий

362

Раздел V.Методы разработки технологических инноваций

2. Описание используемых программных комплексов

решения задач технических вычислений и одноимённый язык

среде Matlab предназначен пакет Fuzzy Logic Toolbox. В рамках этого пакета пользователь может выполнять действия по разработке и использованию нечетких моделей в одном из следующих режимов:

−в интерактивном режиме с помощью графических средств редактирования и визуализации всех компонентов систем нечеткого вывода;

−в режиме команд с помощью ввода имен соответствующих

функций с необходимыми аргументами непосредственно в окно команд системы Matlab.

Fuzzy Logic Toolbox содержит следующие категории программных инструментов:

−функции;

−интерактивные модули с графическим пользовательским интерфейсом (GUI);

−блоки для пакета Simulink;

−демонстрационные примеры.

3.Задание

1.Найти 4 зарубежных патента (на устройство, способ или материал) по газотурбинному двигателю с помощью российского сервера сети Espacenet (web-адрес: http://ru.espacenet.com).

Впатентном поиске рекомендуется воспользоваться такими ключевыми словам, как например, patents USA of gas turbine engines (патенты США по газотурбинным двигателям). Кроме того, в ключевых словах рекомендуется указать интересующий узел ГТД, например:

– ventilator или fan (вентилятор),

363

Раздел V.Методы разработки технологических инноваций

–compressor (компрессор),

–combustion chamber или combustor (камера сгорания),

–turbine – турбина,

–tailpipe burner или thrust augmenter (форсажная камера),

–propulsive nozzle (реактивное сопло)

сдобавлением термина «газотурбинный двигатель» (gas turbine engine).

2. Самостоятельно, по данным, которые содержатся в описании зарубежных патентов, оценить найденные патенты по степени влияния на главный критерий технического уровня – тягу или

удельную тягу двигателя (или по величинам степени сжатия компрессора (π*к) и температуры на турбине (Т*г), от которых зависит тяга двигателя). Оценка найденных патентов должна находиться в пределах от 0 до 1.

3. Построить в качестве примера поверхность развития единых технологий газотурбинного двигателя (ГТД) по результатам назначенных экспертных оценок зарубежных патентов (пункт 2)

спомощью пакета нечеткой логики Fuzzy Logic системы Matlab.

4. По результатам работы выделить массив «высоких» технологий.

4.Методика выполнения задания

1.Запустить систему Matlab дважды «кликнув» левой кнопкой

«мыши» по ярлыку (возможен вариант запуска системы с диска). Таким образом, откроется окно, рис. 11.

Рис. 11. Главное окно системы Matlab

364

Раздел V.Методы разработки технологических инноваций

2. Для открытия пакета нечеткой логики Fuzzy Logic введем в

командное окно системы Matlab после значка >> команду fuzzy и нажмем на клавиатуре клавишу Enter (рис. 12).

Рис. 12 Запуск пакета нечеткой логики Fuzzy Logic системы MATLAB

3. В результате появляется интерактивное графическое окно (рис. 13) с имеющимся входом (input1) и выходом (output1).

Рис. 13. Графический интерфейс пакета Fuzzy Logic

Выходное значение получается в результате работы алгоритма «mamdani». Его параметры: логические операции (min

– для нечеткого логического И (and), max – для нечеткого логического ИЛИ (or)), метод импликации (min), метод агрегации (max) и метод дефаззификации (centroid) (нижняя область рис. 8).

365

Раздел V.Методы разработки технологических инноваций

На этом же рис. 8 также указаны функциональные назначения основных полей графического окна. В нижней части графического окна FIS-редактора расположены кнопки Help и Close, которые позволяют соответственно вызвать окно справки и закрыть редактор.

При этом по умолчанию система сама задает ряд параметров, таких как тип системы нечеткого вывода (mamdani), нечеткие логические операции, методы импликации, агрегирования и дефаззификации и другие. Пользователь может согласиться с этими значениями или изменить их.

Пример. Имеются 19 зарубежных патентов, при этом каждый патент соответствует одному входу согласно количеству патентных документов (input1, input2, input3 и т.д.). В этой связи для добавления входных блоков необходимо «кликнуть» левой кнопкой «мыши» по вкладке меню Edit (правка) -> Add Variable (добавить вариант) -> Input (вход),рис.14.

Рис. 14. Добавление входных величин (input)

Примечание: для удаления блока (input или output), например, в случае большего числа входов, необходимо щелкнуть по блоку левой клавишей «мыши» и нажать кнопку Delete на клавиатуре, после чего произойдет удаление выбранного блока.

366

Раздел V.Методы разработки технологических инноваций

4.После добавления необходимого количества входов и выходов:

−Patent 1, 2, 3, 4, 5 …, где числа – это номера найденных зарубежных патентов и

−одной выходной переменной Technology – разгруппированный массив патентов (рис. 6),

необходимо задать функции принадлежности для каждого входного и выходного значений. Для этого «кликаем» двойным щелчком левой кнопкой «мыши» последовательно по областям input1, input2, input3 и т.д. и в появляющихся окнах Membership Function Editor (рис. 15) устанавливаем диапазоны оценок патентов как на рис. 7 (см. теоретическую часть лабораторного занятия).

Рис. 15. Графический интерфейс задания функций принадлежности патента различным областям развития технологии

Для каждого зарубежного патента по реактивному двигателю в качестве функций принадлежности выбран тип trimf (терм треугольной формы, см. рис. 15) и обозначен диапазон распространения [0 1]. Для рассматриваемых в рамках решаемой задачи зарубежных патентов имеется 7 участков степени их влияния на технический уровень изделия (см. теоретическую часть лабораторного занятия).

5. Далее зададим правила нечеткого вывода (рис. 8, окно Rule Editor) для разрабатываемой системы. Команда Rules открывает

367

Раздел V.Методы разработки технологических инноваций

редактор базы знаний, в данном случае по зарубежным патентам единой технологии ГТД. Диалоговое окно данной команды может быть вызвано нажатием левой клавишей «мыши» по вкладке меню Edit -> Rules... (эта команда может быть также выполнена нажатием клавиш Ctrl+3 с клавиатуры). Поскольку в рабочем окне отображаются не все переменные нечеткой модели, для управления режимом отображения переменных правил следует воспользоваться специальными кнопками >> и <<, расположенными в нижней правой части редактора правил (рис. 8).

Редактор правил позволяет добавлять новое правило, удалять правила и производить редактирование уже существующих правил с помощью кнопок Add rule, Delete rule и Change rule

соответственно (нажатием по ним левой кнопкой «мыши»).

6.Далее необходимо выполнить анализ построенной системы нечеткого вывода для рассматриваемой задачи оценки влияния зарубежных патентов на развитие единой технологии. Для этого нажимаем левой кнопкой «мыши» по вкладке меню View -> Rules (или с клавиатуры вводим комбинацию клавиш Ctrl+5), появляется диалоговое окно рис. 9 (см. теоретическую часть лабораторного занятия).

На рис. 9 продемонстрирован процесс ввода данных для отбора «ядра решений» единой технологии ГТД. В результате массив данных патентной статистики, определяющий «высокие технологии», в данном примере выглядит следующим образом: [patent18, patent19] (третья строка рис. 9). Как видно из рис. 9, патенты № 1, 3, 4, 6, 10, 11, 12, 16 попали в область малоперспективных технологий, а патенты № 2, 5, 7, 8, 9, 13, 14, 15, 17 – в область промежуточных технологий.

7.Для обобщенной оценки итогов анализа полученной модели Fuzzy Logic также может оказаться полезной визуализация соответствующей поверхности нечеткого вывода (рис. 10). Для того чтобы ее просмотреть необходимо: нажать левой кнопкой «мыши» по вкладке меню View -> Surface (или с клавиатуры ввести комбинацию клавиш Ctrl+6), в результате появляется диалоговое окно (рис. 10).

8.Далее студенту рекомендуется самостоятельно осуществить построение поверхностей развития единых технологий по результатам найденных зарубежных патентов по ГТД и вписать

368

Раздел V.Методы разработки технологических инноваций

полученные данные (два массива «высоких технологий») в отчет (см. задание лабораторного занятия), характеризующих области «высоких» технологий (см. пункты 2-7 методики выполнения лабораторного занятия)

9.Оформить отчет о выполненном лабораторном занятии.

5.Контрольные вопросы

1.Какие поисковые системы для патентного поиска зарубежных технологий Вы знаете?

2.Для чего используют пакет нечеткой логики Fuzzy Logic системы Matlab?

3.Что такое функция принадлежности в Fuzzy Logic?

4.Как осуществить формирование совокупности правил для поиска «ядра решений» единой технологии ГТД?

5.Что демонстрирует полученная в ходе выполнения лабораторного занятия поверхность развития единых технологий ГТД?

6.Что можно выяснить по результатам анализа зарубежных патентов (устройств, способов, материалов) для совершенствования технологий (или конструкций) изготовления ГТД?

7.Какие блоки содержат функциональные модели трансферта технологий?

6. Требования к отчету

Отчет должен содержать титульный лист, цель работы, описание 4-х патентных документов (в том числе дата публикации, страна) и иллюстрации к ним, а также фрагменты рабочих окон пакета нечеткой логики Fuzzy Logic, характеризующие ход выполнения лабораторного занятия, графики поверхностей развития единых технологий ГТД по результатам экспертной оценки найденных зарубежных патентов, и выводы о результатах лабораторного занятия.

369

Раздел V.Методы разработки технологических инноваций

7. Критерий оценки результатов

При подведении итоговой оценки рекомендуется руководствоваться следующими критериями: «отлично» – соответствует более 90% качественному усвоению учебного материала; «хорошо» – соответствует более 75% до 90% качественного усвоения учебного материала; «удовлетворительно» – соответствует более 50% до 75% качественного усвоения учебного материала .

В случае невыполнения перечисленных критериев или отсутствия на занятии студент должен пройти повторное выполнение лабораторного задания самостоятельно и представить новый вариант отчета к защите.

Список литературы

1.Селиванов С.Г., Гузаиров М.Б., Кутин А.А. Инноватика. Учебник для вузов. – М.: Машиностроение. 2008. -721 с.

2.Селиванов С.Г., Гузаиров М.Б. Системотехника инновационной подготовки производства в машиностроении. – М.: Машиностроение. 2012. -568 с.

3.Кузнецова К. С., Селиванов С. Г. Экспертно-логический метод оптимизации предварительных проектов технологической документации // Вестник УГАТУ. 2012.Том 16. №1 (47).

Приложение (справочное)

370