Краткая характеристика методов автоматизации проектных работ

Существующие подсистемы проектирования в большинстве инфор­мационно-поисковые или вариантные, в меньшей степени поисковые.

На рис. 8.10 показана схема методов автоматизации проектных ра­бот, представляющих три группы.

Первая группа — информационно-поисковые подсистемы. На рис. 8.10 приняты следующие обозначения: I^γ_и и Q^γ_u — входные и вы­ходные данные; х^γ_и — оператор (способ проектирования).

Вторая группа представляет типовое вариантное проектирование, при котором создается обобщенная структура, а затем из нее синтези­руется конкретная структура или структуры. При этом в большей или меньшей степени используется типизация. Типовое вариантное проек­тирование использует различные операторы проектирования х^γ_и, осно­ванные на наборе эвристических методов, логических или математи­ческих алгоритмов.

Третья группа методов представляет творческие действия. Они на­правлены на то, что неизвестно. В частности, применяют эвристиче­ское программирование.

Ниже приводится описание ряда подсистем проектирования, ил­люстрирующих приведенные схемы проектных работ.

 

Рис. 8.10. Схема методов автоматизации проектных работ: 1,2,3 — группы методов

 

Подсистемы проектирования

Информационно-поисковые подсистемы. Существуют автомати­зированные информационно-поисковые подсистемы, основанные на методе адресации и с прототипом. На рис. 8.11 показан алгоритм адре­сации обрабатываемой детали к тому или иному ТП. Проектирование включает разработку технологического маршрута, операции и перехо­да. При этом для адресации детали к тому или иному ТП необходимо, чтобы использовались унифицированные элементы (операции, пере­ходы, рабочие и вспомогательные ходы).

Проектирование с прототипом позволяет максимально использо­вать накопленный предприятием опыт, но этот метод проектирования имеет отличительные особенности:

1) выбираемые прототипы не содержат всего состава элементов технологического процесса (операций, переходов, рабочих ходов), ко­торые следует включать при изготовлении изделия;

2) синтезировать структуру ТП должен технолог-проектировщик в режиме диалога с ЭВМ;

3) БД должна иметь сведения не только о типовых и групповых ТП, но и о единичных.

Подсистемы на основе обобщенной структуры. Принципиальная схема такой подсистемы показана на рис. 8.4. При технологическом проектировании, как было сказано выше, получил распространение метод структурного синтеза, основанный на использовании типовых решений и относящийся к методам выделения варианта из обобщен­ной структуры.

Рис. 8.11. Алгоритм проектирования ТП методом адресации

Работа по типизации ТП является базой построения алгоритмов. В качестве основы используют типовые решения в сочетании с индиви­дуальными, учитывающими особенности предприятий и отдельных отраслей в машиностроении. Для данного класса (группы, подгруппы или вида деталей) устанавливают так называемый обобщенный мар­шрут обработки, характерный для определенного класса, подкласса или группы деталей. Этот перечень является упорядоченным и пред­ставляет собой множество существующих единичных маршрутов, кyо­торые имеют типовые последовательность и содержание, причем на уровне предприятия или отрасли отражают передовой производствен­ный опыт.

Необходимое условие включения единичных маршрутов в обоб­щенный — наличие области пересечения операций, например мар­шрутов М_i и M_j как непустого множества М_i ∩ М_j≠ Ǿ.

Важной характеристикой (критерием оптимальности) формирова­ния обобщенного маршрута является мощность пересечения мно­жеств |М_пер| операций индивидуальных маршрутов [число одинаковых операций, входящих в это пересечение без учета отношения порядка элементов (операций) множества]:

| М _пер| = M_i (i = 1, 2,..., п) → max,

тогда мощность обобщенного маршрута должна стремиться к мини­муму:

М^* _y = M_i (i = 1, 2,..., п) → min.

Каждой операции обобщенного маршрута соответствует логиче­ская функция. Она зависит от условий, учитывающих геометрические особенности поверхностей, вид заготовки, требуемую точность обра­ботки, качество поверхностного слоя детали, размер партии, габариты деталей.

В общем случае логическая функция выбора к- йоперации имеет вид

где А_i — условие назначения операций; I =1,2,..., п ₁—число усло­вий, связанных конъюнкцией; j =1,2,..., n ₂— число условий, связан­ных дизъюнкцией.

Тогда логическую функцию, определяющую обобщенный мар­шрут, можно представить в следующем виде:

где к= 1, 2,..., n ₃— число кодов C_k операций в обобщенном маршруте; код операции характеризует вид операции (токарные, фрезерные и т. д.) и особенности операции (например, обработка в центрах, патро­не, люнете и т. д.).

Синтез индивидуальных технологических маршрутов осуществ­ляется путем их выделения из обобщенного маршрута. Исходными данными для такого выделения являются условия, характерные для конкретной детали класса (группы). Обобщенный маршрут содержит логические функции, соответствующие каждой операции:

где к = 1, 2,..., п ₃— количество операций в обобщенном маршруте. Схема алгоритма решения данной задачи представлена на рис. 8.12. Блок 1 вызывает обобщенный маршрут обработки деталей с кодами операций и логическими функциями f_к. Блок 2 осуществляет вызов ус­ловий, характерных для данной детали Л^д (например, особенности геометрии, точность, качество поверхностного слоя, требования к контролю и др.). Блок 3 производит вызов к- йоперации обобщенного маршрута с логической функцией f_k. Если логическая операция f_k= 1, то один из наборов логической функции f_k имеет вид

Если f_k = 0, то из блока 5 дается команда на вызов следующей опе­рации обобщенного маршрута М*_y до тех пор, пока не будут просмот­рены все операции М*_y.

Подсистемы на основе многоуровневого итерационного синтеза. Такие подсистемы основаны на производственном опыте, знаниях технолога и экспертных оценках.

 

Рис. 8.12. Алгоритм синтеза маршрутов

 

Автоматизация проектирования единичных ТП относится к классу наиболее сложных задач. Для их решения используют методы синтеза ТП, представляющие многоуровневый итерационный (пошаговый) процесс. Среди этих методов выделяют синтез на основе типовых про­ектных решений, на основе поиска оригинальных проектных реше­ний; типовых и оригинальных решений. В данном разделе рассмотрен ряд подходов к решению задачи проектирования единичных техноло­гических процессов на основе метода синтеза ТП.

В соответствии с выбором поверхности в качестве базового структурного элемента де­тали общая функция ТП расчленена на совокупность подфункций пла­нов обработки отдельных поверхностей А = { f ₁, f₂,..., f_n }, описывае­мых следующими преобразованиями:

⁰_п : 3₁(ε ⁰₁)→ П₁(ε ^к₁);

…………………….

ⁿ _п : 3_п(ε ⁰_п)→ П_п(ε ^к_п);

где, ⁰_п ..., ⁿ _п — планы обработки поверхностей детали; 3₁(ε ⁰₁),..., З_п(ε ⁰_п) — параметры обрабатываемых поверхностей в заготовке; П₁(ε ^к₁),..., П_п(ε ^к_п) — точностные параметры и физико-механические свойства поверхности детали по чертежу.

Тогда функциональные модели маршрутов обработки поверхно­стей детали примут вид:

3₁(ε⁰₁)М₁П₁(ε ¹₁)...М_/П₁(ε ^к₁);

…………………………….

З_п(ε ⁰_п)М_сП_п(ε ¹_п)... М _q П _n (ε ^к_п),

где M₁,..., М_с,..., М_ь..., М _q — методы обработки поверхности детали.

Граф Н= (С, μ)возможных вариантов маршрутов (рис. 3.13) со­держит вершины С _i в которые может входить несколько дуг μ _j (вер­шина C_2n). Это означает, что два метода обработки характеризуются одинаковыми точностными параметрами промежуточных состояний: от начального (индекс 0) до конечного (индекс к).

Любой путь на графе из С_о в С_к является одним из вари­антов маршрута (плана) обработки поверхности. Дуги графа μ _j характе­ризуют технологическое преобразо­вание поверхности с помощью ме­тода M_i из предшествующего со­стояния С_{i -1} 1 в С_i с более высокими значениями точностных параметров или физико-механических свойств.

Рис. 3.13. Граф возможных вариантов

Маршрутов обработки поверхностей

 

Далее происходит синтез этапов ТП (укрупненных операций) и мор­фологической структуры — опера­ций ТП с привязкой конкретного оборудования, приспособления и инструмента.

Возможна обратная последовательность проектирования от плана и последовательности обработки поверхности к проектированию пе­рехода операции и маршрута изготовления детали. Рассмотрим под­робнее основные этапы проектирования.

В состав исходной информации входят:

- общая характеристика детали и заготовки;

- описание геометрии и точности детали;

- технические требования.

На первом этапе проектируются планы обработки поверхностей. Для достижения заданных чертежом размеров и технических требова­ний все поверхности детали проходят несколько стадий обработки, преобразующих ее из состояния заготовки в состояние готовой по­верхности. Если предположить, что поверхность заготовки можно об­работать не одним способом, то решение задачи можно представить в виде сети, изображенной на рис. 3.14, а. Цифрами на рисунке обозна­чены различные состояния поверхности, начиная от заготовки 3 и кон­чая готовой поверхностью Д. Дугами показаны возможные пути пере­хода из одного промежуточного состояния в другое; через С _ij обозна­чены затраты, связанные с изменением состояния поверхности.

Представим сетевую модель ТП обработки в виде матрицы поверхно­сти (рис. 3.14, б). На пересечении соответствующих строк и столбцов запи­сывают стоимость технологических переходов для однопроходной обра­ботки из состояния заготовки в состояние обработанной поверхности. Для каждой отдельной поверхности формируется совокупность матриц, харак­теризующих каждый метод обработки, применимый для данной поверхно­сти. Совокупность матриц для поверхности детали содержит все множест­во планов обработки данной поверхности.

 

Рис. 3.14. Граф сетевой модели обработки поверх­ностей (а) и матрица сетевой модели (б)

Следующий этап про­ектирования — определе­ние стадий обработки заготовок. В результате выделения стадий проекти­руемый ТП оказывается разделенным на отдель­ные части. Результатом выполнения каждой ста­дии (за исключением по­следней) является некото­рое промежуточное со­стояние обрабатываемой заготовки. Формирование стадий осуществляется на основе теории «наращива­ния точности», т. е. снача­ла необходимо достичь «одного уровня точности» основных поверхностей, затем начинать их повторную обработку, стремясь к следующему «уровню точности» до тех пор, пока не будут обеспечены точностные требования чертежа детали.

Дальнейшее проектирование ТП ведется в пределах каждой ста­дии, т. е. определяется структура операции. Проектирование опера­ции осуществляется в несколько этапов. Сначала из множества вари­антов, описываемых графом последовательности обработки, выби­рают те, которые обеспечивают получение точностных требований чертежа деталей. Затем для каждого из выбранных вариантов форми­руют все возможные структуры операций. И в заключение из множе­ства структур операций выбирают те, которые соответствуют произ­водственным условиям и обеспечивают наибольший экономический эффект.

Подсистемы проектирования на основе преобразования описания детали в описание технологического процесса. Для развития струк­турного синтеза предлагается проектирование структур ТП осуществ­лять поэтапным преобразованием описания изделия в описание техно­логического процесса изготовления этого изделия, которое можно представить как

S _д: А→S _тп,

где А — алгоритм проектирования; S _д—информационная модель структуры детали; S _тп — информационная модель структуры ТП.

Данное преобразование осуществляется в несколько этапов. На первом этапе объект проектирования подвергается декомпозиции на элементы — обрабатываемые поверхности, которые классифицируют с помощью эвристических правил по уровням конструктивно-техно­логической структуры детали. Предлагаемые уровни структуры дета­ли определяют потенциальные возможности объединения поверхно­стей для их совместной обработки.

Множество поверхностей разбивается на ряд подмножеств — комплекты. В один комплект объединяют поверхности, которые можно об­
работать при одном виде движения детали и одних технологических ба­
зах. Полученные подмножества разбиваются на группы-комплексы со­ответственно расположению по сторонам детали. В результате
последующих операций классификации по форме, размерам поверхно-­
стей и взаимному расположению — на подгруппы-совокупности, ком­
бинации и отдельные поверхности.

Конструктивно-технологическая структура дета­ли представляет информа­ционную модель структу­ры детали, по описанию которой можно восстано­вить чертеж детали с дос­таточной степенью досто­верности.

По результатам прове­денной классификации структуры детали можно представить в виде граф-де­рева D = (S, r), где верши­ны — элементы предпола­гаемых структурных уров­ней, а ребра — отноше­ния порядка между ними типа «выполнить решение» (рис. 3.15).

 

Рис. 3.15. Пример определения конструктивно-тех­нологической структуры детали

 

В результате проведен­ных операций формируется исходная предполагаемая структура ТП, содержащая всю необходимую и достаточную информацию для осуществления про­цесса отображения предполагаемой структуры на множестве проект­ных решений (рис. 3.16), которая служит объектом оптимизации при проектировании реальной структуры ТП, так как реальная последова­тельность обработки может отличаться от предполагаемой. Это отли­чие является функцией решений в процессе проектирования и может принимать формы концентрации и совмещения в пространстве и време­ни процессов получения отдельных поверхностей.

Отличительной чертой рассматриваемого подхода является то, что объектом анализа для поиска и выбора проектных решений служит не деталь и не отдельные поверхности, а наборы поверхностей одного комплекса.

 

Рис. 3.16. Синтез укрупненного маршрута обработки: деталь (а); конструктивно-технологическая структура детали (б); функциональная структура мар­шрута (в).

 

Это позволяет сократить число возможных сочетаний ме­тодов обработки для поверхностей одного набора, что в свою очередь сокращает число альтернативных решений. Вторым отличием является способ организации информационной базы единиц проектных решений.

Единицы решений связаны не с де­талью, а с отдельными поверхностями, из которых может быть синте­зирована структура детали любой конфигурации.

Типовыми элементами информационной структуры ТП служат информационные единицы проектных решений:

- для уровня переходов — номер и содержание перехода, обозначе­ние обрабатываемой поверхности, выдерживаемый размер;

- для уровня операции — код, номер и наименование операции, ти­поразмер, обозначение оборудования и др.;

- для уровня маршрута обработки — наименование и обозначение детали, материал заготовки и другие общие сведения о детали, заго­товке и перечне операций.

Выбор проектных решений заключается в поиске допустимой об­ласти существования решений для всех поверхностей набора, выборе среди них альтернативных и оптимального решений по критерию мак­симальной производительности или себестоимости при достижении заданной точности.

Единицы проектных решений выбирают по таблицам норматив­но-справочной информации в такой последовательности: поиск еди­ниц, характеризующих тип и типоразмер оборудования; специальных и нормализованных приспособлений; режущего и вспомогательного инструментов; методов обработки и содержания технологических пе­реходов. При этом выбор оборудования предшествует выбору мето­дов обработки, что дополнительно сокращает число конкурентоспо­собных вариантов.

По мере выполнения процедур проектирования и выбора единиц решений осуществляется направленное совершенствование структу­ры информационной модели ТП. Этот процесс затрагивает измене­ние расположения элементов решений относительно предваритель­но намеченной структуры, что соответствует последовательному уточнению расположения элементов ТП во времени и пространстве (рис. 3.17).

Согласно рис. 3.17 упорядочение операций в маршруте изготовле­ния детали имеет вид:

10 Фрезерно-центральная,

20 Токарная,

30 Химико-термическая,

40 Сверлильная,

50 Слесарная.

55 Контрольная,

60 Термическая,

70 Доводочная,

80 Шлифовальная,

85 Контрольная

Синтез сложных решений осуществляется в соответствии с эвристи­ческими правилами упорядочения проектных решений. На уровне опера­ции упорядочение предусматривает три уровня принятия решений:

формирование совокупности инструментальных переходов;

- поиск оптимальной последовательности выполнения переходов при изготовлении детали на станке;

- окончательное формирование структуры операции с учетом воз­можных совмещений и концентрации переходов.

Рис. 3.17. Структурные преобразования маршрута изготовления детали: деталь (а); из­менение структуры маршрута при включении операций технической обработки (б)

 

Последовательность окончательно сформированных структур операций образует маршрут обработки, который уточняется по ре­зультатам выбора оснастки и инструментов в сторону уменьшения ко­личества операций.

Проектирование завершается синтезом информационной модели структуры ТП, удовлетворяющей совокупности исходных ограниче­ний и наилучшей с точки зрения выбранного критерия предпочтения.

Полученная структура используется как базовая для параметриче­ской оптимизации. Такой подход к проектированию структур процес­сов инвариантен по отношению к объектам проектирования, что по­зволяет использовать его для проектирования как деталей типа тел вращения, так и корпусных деталей. При этом возможно проектиро­вать также типовые и групповые структуры при условии, что в качест­ве исходных будет описание комплексной детали.

Подсистема проектирования на основе эвристического програм­мирования. Проектирование ТП в первую очередь предполагает синтез его структуры. Под структурой ТП механической обработки будем понимать частично упорядоченную последовательность технологиче­ских установов, обеспечивающую полную обработку данной детали, т. е. порядок обработки поверхностей с указанием соответствующих технологических баз. Частичная упорядоченность отражает то, что не­которые установы могут объединяться в одной технологической опе­рации исходя из общности применяемого оборудования и схем бази­рования.

В общем случае это синтез структуры ТП, определение со­става его элементов (установов), технологических связей между ними (технологической топологии) и средств технической реализации (со­став технологического оборудования).

На начальном этапе проектирования ТП изготовляемая деталь рассматривается как совокупность ее элементарных поверхностей (рис. 3.18). На основании анализа требований к точности и качеству получения поверхности детали назначают планы обработки каждой поверхности, которая заменяется набором поверхностей, отражаю­щих различные стадии ее обработки. При этом в мысленном пред­ставлении технолога-проектировщика формируется образ не одной детали, а системы деталей, отвечающих различным стадиям обработ­ки детали в целом.

Для каждого этапа на основании анализа размерно-точностных взаимосвязей между конечными состояниями поверхностей (для окончательного этапа обработки соответствующих готовой детали) и свойствами поверхностей, являющимися технологическими базами, определяется порядок обработки поверхностей детали. В итоге фор­мируется упорядоченная последовательность технологических уста­новов. При этом используются следующие эмпирические правила:

- по­верхности должны обрабатываться в последовательности, обратной степени их точности;

- поверхность должна быть обработана до ее использования в каче­стве технологической базы и т. п.

В основе механиз­ма выработки вариан­та проектного реше­ния лежит отражение объекта производства.

В мышлении проектировщика. Порядок обработки поверхностей устанавливается в резуль­тате «проигрывания» различных действий в текущей проектной си­туации, соответствующей конкретной стадии обработки детали, и оп­ределения возможных будущих ситуаций.

Рис. 3.18. Схема анализа чертежа детали (заштрихованные участки припуски); 1-4 — обрабатываемые пверхности

 

На основании полученного порядка обработки поверхностей стро­ится геометрическая схема ТП и осуществляется анализ соблюдения допусков на выполняемые размеры, расчет припусков на обработку (с проверкой соответствия их значений выбранным методам обработки) и операционных размеров. Выбирается технологическое оборудова­ние. При удовлетворительных результатах анализа полученное про­ектное решение принимается. В противном случае после корректиров­ки исходной гипотезы, например введением дополнительной обработ­ки некоторых поверхностей, синтезируется новый вариант структуры. В заключение окончательно формируются технологические операции при объединении соответствующих установов.

Из вышесказанного следует, что процесс выработки техноло­гом-проектировщиком варианта проектного решения состоит из по­следовательных действий по выдвижению взаимоисключающих аль­тернатив, их оценки и собственно выбора. Задача решается одновре­менно на двух уровнях: выдвижения гипотезы решения задачи и подтверждения этой гипотезы. Синтез лучшего в некотором смысле варианта структуры или первого работоспособного варианта осущест­вляется методом перебора. При этом перебор является не комбинатор­ным, т. е. не проверяются все возможные альтернативные варианты, а направленным. Это достигается как за счет использования общих зна­ний проблемной среды, так и за счет использования «внутренней» мо­дели проблемной ситуации. На основании информации, содержащей­ся в размерно-точностных отношениях, конструктивно-геометриче­ских свойствах детали на различных стадиях ее обработки и эвристических методах, технолог прослеживает в своем мышлении всю эволюцию детали в процессе ее изготовления. Он отбрасывает за­ранее неприемлемые варианты и тем самым сужает пространство по­иска. При этом решение находится за меньшее число шагов, чем по­требовалось бы при полном переборе.

В основе эвристического программирования также лежит прин­цип сокращения области поиска по сравнению с алгоритмическими методами. Результаты приведенного анализа интеллектуальной дея­тельности технолога-проектировщика положены в основу методики автоматизированного проектирования ТП механической обработки, использованной при создании эвристической программы оптимально­го структурного синтеза.

 

8.6. ПОВЫШЕНИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОСТИ ПОДСИСТЕМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Повышение интеллектуальности подсистем проектирования осу­ществляется использованием эвристического программирования (см. § 8.5), экспертных систем, переходом от режима диалога к пакетному режиму более высокого уровня.

Одно из требований автоматизированного проектирования в ре­жиме диалога состоит в максимальном освобождении технолога-про­ектировщика от рутинных работ, требующих каких-либо вычислений или количественных оценок проектных ситуаций. В процессе проек­тирования технолог-проектировщик задает информацию о полезности следствий. Эта информация для сокращения числа целесообразных альтернатив и отбрасывания неприемлемых обрабатывается ЭВМ. Проектировщик, принимающий решение, анализирует результаты расчета на ЭВМ и отбирает рациональные (с его точки зрения) альтер­нативы, а если необходимо, то осуществляет дальнейшую детализа­цию альтернатив и возникающих из них следствий. Под полезностью понимают обобщенную оценку альтернативы, описывающую ее при­годность для дальнейшего проектирования и легкость реализации. Эту оценку дает технолог-проектировщик. Полезность следствия обо­значают через П _ij, где i — условный номер альтернативы, j — номер следствия данной i -й альтернативы. Для освобождения техноло­га-проектировщика от количественной оценки альтернатив (следст­вий) используют несколько способов задания оценок полезностей. На­пример, проводят простое ранжирование следствий или полезности альтернатив, сравнивают их между собой качественно, используя от­ношения типа «больше — меньше», «хуже — лучше», которые техно­лог-проектировщик может задавать знаками «>», «<».

Например, на этапе выбора модели многошпиндельного токарно­го пруткового автомата может сложиться следующая ситуация: для обработки втулки используют либо пруток, либо толстостенную тру­бу. Заготовку можно обработать на трех разных моделях автоматов. Следовательно, имеются две альтернативы и по три следствия из каж­дой. Для первой альтернативы необходимо получить полезность след­ствия П₁₁, П₁₂, П₁₃; для второй — П₂₁, П₂₂, П₂₃. Задача состоит в нахож­дении доверительного интервала для каждого значения П _ij.

Если ввести условие

П _ij =1,

где п — число следствий из i -й альтернативы, то определение довери­тельного интервала сводится к нахождению верхней и нижней границ оценки полезности следствий (альтернатив), т. е. к нахождению П⁺ _ij, и П^- _ij соответственно.

Допустим, что технолог-проектировщик задал отношение между следствиями в следующем виде:

П₁₁<П₁₂;

П₁₃<П₁₂<П₂₃;

П₂₃<П_11;

П₂₂<П₁₁.

Вводят ограничения и преобразуют эти выражения:

П₁₁-П₁₂<0;

П₁₃-П₁₂<0;

П₁₂-П₂₃<0;

П₂₃-П₁₁<0;

П₂₂-П_11> 0;

П₁₁+П₁₂ + П₁₃=1;

П₂₁ + П₂₂ + П₂₃= 1.

Подобную задачу сводят к задаче линейного программирования:

Z = g^lx ₁ + g²x₂ +... + g^j x_j +... + gⁿx_n → min;

a^l₁ x ₁ + a² ₂x₂ +... + a^j _i x_j +... + aⁿ _mx_n > b_i при i =

a^l₁ x ₁ + a² ₂x₂ +... + a^j _i x_j +... + aⁿ _mx_n = b_i при i = s+

где при всех i = 1, 2, 3,..., m; j= 1,2, 3,..., n — вещественные числя; g^j, b_i, и a^j_i заданы, а неизвестные x_j подлежат определению.

Для перехода от режима диалога к пакетному режиму более высоко­го уровня формируют обучающие выборки. Составляют матрицу А «признак — значение». Элемент матрицы А_ij соответствует i -му значению j -го признака, i = ; j = (где т — максимальное число значе­ний, принимаемых j -м признаком, п — число признаков). Тогда

С помощью матрицы А можно описывать любые объекты или си­туации. Разница будет состоять в числе признаков, описывающих объ­ект (ситуацию), и в количествах значений каждого признака/

Матрицу S, полученную добавлением матрицы А к матрице «нуль-единичного» столба, называют полной формой понятия:

где F_i = 1 — объект (ситуация), описываемый i -й строкой матрицы А, является положительным событием; F_ш = 0 — в противном случае.

Чтобы заполнить матрицу S, следует рассмотреть большое коли­чество вариантов комбинаций значений N и классифицировать полученные комбинации N= . Матрицу S строят на основе обучающей выборки. Основной задачей построения обучающей выборки является определение существенных признаков, описывающих объект, и нахо­ждение количества значений, которые может принимать каждый при­знак объекта.

Как показали исследования, многие технологи-проектировщики при опросе не могли четко сформулировать причины выбора одной альтернативы из некоторого количества предлагаемых. Причем при­знаки, по которым определялся объект (например, комплекс элемен­тарных обрабатываемых поверхностей), для разных технологов-про­ектировщиков были неодинаковыми. Поэтому задачу выделения су­щественных признаков, описывающих объект, следует возлагать на технолога-проектировщика, работающего по методам САПР.

Однако на многих этапах проектирования возникает задача отне­сения объекта не к одному из двух классов, а из нескольких (например, при отнесении комбинаций поверхностей к одному из шести комплек­сов элементарных обрабатываемых поверхностей). В данном случае к матрице А добавляется не «нуль-единичный» столбец, а столбец, в ко­тором F, принимает значения F_t = , где k — номер класса объекта, к которому относится классифицируемый объект, или F_i = 0, если объ­ект не был отнесен ни к одному из классов. Значения признаков, оце­нивающих объект в процессе диалога технолога-проектировщика с ЭВМ, накапливаются на диске. Каждому набору i - гo значе­ния признаков ставится в соответствие F_i относящее этот объект к классу, определяемому технологом-проектировщиком.

Области распределения положительных и отрицательных объек­тов не должны пересекаться, иначе могут быть ошибки. Влияние по­добных ошибок на качество проектируемой наладки снижается за счет одновременного проектирования нескольких наладок и ведет к увели­чению их числа.

Для оценки степени обученности системы используется экзамен на контролируемой группе объектов, который можно применить для постепенного перехода от режима диалога к новому уровню пакетного режима.

Степень обученности системы оценивается следующими показа­телями:

- частота ошибок при оценке степени обученности системы;

Р⁺ = ; р^- = — частота ошибок при распознавании положи­тельных и отрицательных объектов,

где N — число контрольных объектов, используемых для оценки сте­пени обученности системы; N⁺, N^- — число положительных и отри­цательных объектов; п⁺, п^- — число ошибок при распознавании поло­жительных и отрицательных объектов.

Экспериментальное определение величины обучающей выборки проводили для этапа расчленения поверхности детали на комплексы элементарных обрабатываемых поверхностей. Нужно было сформи­ровать понятие «комплекс поверхностей, который можно обработать проходными резцами».

Были выделены следующие признаки, описывающие подобный комплекс поверхностей:

1) вид поверхностей, вошедших в комплекс;

2) последовательность диаметров поверхностей, начиная с левой стороны;

3) положение поверхностей, вошедших в комплекс;

4) допустимость обработки этих поверхностей;

5) наличие требования «притупить острые кромки»;

6) вид заготовки.

Первый признак мог принимать восемь значений, второй - три, четвертый — два, пятый — два и шестой — три значения.

Понятие, которое необходимо было сформировать с помощью программы «ПАРК», имело следующий вид:

(1¹ 6¹) 2² (3³ (1³ 1⁴)) 2⁵ (1⁶ 2⁶ 3⁶),

где верхний индекс обозначает номер признака.

Составляли пять обучающих выборок, которые различались по числу входящих в них объектов и по соотношению входящих в них по­ложительных и отрицательных объектов. Выборки составляли так что первая была произвольной, а последующие формировались добавлением нескольких описаний объектов к предыдущей выбор­ке, т. е. осуществлялся посте­пенный рост обучающей вы­борки.

При обработке обучающих выборок на ЭВМ фиксирова­лись показатели степени обу­ченности и были получены за­висимости этих показателей от величины обучающей выборки (рис. 3.19). Эти зависимости имеют монотонно убывающий характер.

Таким образом, при пере­ходе от диалогового режима время процесса проек­тирования. Обучающие выбор­ки следует накапливать на внешних носителях информа­ции проектирования к пакетному более высокого уровня степень обученности системы следует оценивать с помощью экзаме­нующей выборки непосредст­венно во и использовать по мере на­копления этих выборок.

При достижении показате­ля степени обученности систе­мы значений, удовлетворяю­щих технолога-проектировщика (р = 0,05...0,1), следует переходить к пакетному режиму более высокого уровня.

Рис. 3.19. Зависимость частоты ошибок от ве­личины обучающей выборки N: при оценке степени обученности системы (а); при распознавании положительных 1 и отрицательных 2 объектов (б); р — вероятность ошибки

8.7. РАЗВИТИЕ СИСТЕМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Эффективность создания и эксплуатации автоматизированных производственных систем обеспечивается интеграцией отдельных ав­томатизированных систем: АСНИ, САПР К, САПР ТП (АСТПП), АСУТП, АСУ. За рубежом такие системы получили название CIM (Computer Integrated Manufacturing).

В качестве примера рассмотрим интегрированную автоматизиро­ванную систему проектирования ТП и АСУ ТП при изготовлении деталей на многопозиционных станках с ЧПУ. Вначале проектировался ТП и создавалась базовая управляющая программа. При изготовлении деталей возникали отказы, которые регистрировались. Проводился анализ производственной ситуации, и автоматически принималось ре­шение дальнейших действий (рис. 3.20).

Управляющие программы строились таким образом, чтобы можно было исключить отдельные их фрагменты при возникновении различ­ных отказов.

Например, для обработки стороны корпусной детали требуется об­работать поверхности А, Б, В, Г восемью инструментами. На стадии технологического проектирования разрабатывается базовый ТП, представленный на рис. 3.19 в виде графа. Жирной линией показана цепь последовательности обработки поверхностей А, Б, В, Г, а также базовая управляющая программа. Происходит автоматическая оценка текущих производственных ситуаций. Модель эксперта предусматривает алгоритм выработки решений дальнейших действий в случае воз­никновения отказов.

Модель эксперта связана с машиной вывода, на которую также воздействует диагностическая или контролирующая система. В зави­симости от сложившейся ситуации могут возникнуть различные ре­шения для устранения возникающих отказов или их обхода.

Если процесс обработки проходит нормально (по базовому ТП), то булев вектор выполнения переходов имеет вид С 1=<1,1,1,1,1,1,1,1>.

При возникновении отказов возможны следующие ситуации:

1. Замена инструмента на дублирующий (например, инструмента 3, как показано на рис. 3.21). Тогда булев вектор С 2 = <1,1,1,1,1,1,1,1>.

2.Замена инструмента 5 на эквивалентный 5' с изменением режи­ма резания (подачи и скорости резания) (см. рис. 3.21). Булев вектор С 3 = <1,1,1,1,1,1,1,1>.

3.Поломка инструмента 7 (тело инструмента осталось в отвер­стии). Переходы 7 и 8 пропускаются и запоминаются. Булев вектор

С4 = <1,1,,1,1,1,0,0>.

4.Выполнение доделочных переходов 7 и 8 в другую смену. Булев вектор

С5 = <0, О, О, О, О, О, 1, 1>.

5.Отказ технологической системы остановки оборудования. Бу­лев вектор

С 6 = <0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0>.

Модульные структуры управляющих программ в банке данных (БД) формируются с помощью интерпретатора. Получаемая реакция от системы диагностики или контроля воздействует на УП. Происхо­дит корректирующее воздействие.

 

Рис. 3.20. Схема функционирования интегрирования системы проектирования ТП — изготовление деталей на многопозиционном станке с ЧПУ

 

Основой для объединения различных по назначению автоматизи­рованных систем в комплексное автоматизированное производство является общность стратегии создания систем и применение для раз­работки составляющих их подсистем и основных средств обеспечения инструментальных средств.

 

Рис. 3.21. Алгоритм и процедуры принятия решений

 

Дальнейшее развитие САПР связывается с интенсивным развити­ем НИОКР в области компьютерных технологий, созданием компью­терных виртуальных конструкций, технологии, оснастки, инструмен­тов, производств, что приведет к значительному ускорению освоения выпуска новых изделий. Использование методов промышленной ло­гистики дает возможность на стадии проектирования минимизировать издержки на освоение новой продукции.

Методология проектирования собственной продукции, а также специальное программное обеспечение относится к категории «ноу-хау» и будет составлять коммерческую тайну предприятия. По­этому использование инвариантных систем проектирования, постав­ляемых зарубежными фирмами, будет иметь ограниченный харак­тер, так как они не обеспечивают резкое повышение качества про­дукции. Получение экономической отдачи от вложенных средств в компьютерные технологии проектирования и производства будет требовать от предприятий поэтапного и системного подхода к прове­дению работ по компьютеризации, созданию определенной «крити­ческой массы» специализированного программного продукта, обес­печивающего окупаемость производственных затрат и получение прибыли.

Предпочтительны будут интеллектуальные системы. Основой для создания таких САПР является искусственный интеллект на базе эв­ристического программирования. В этом случае значимы эвристики, основанные на дальнейшем развитии научных основ технологии ма­шиностроения, в частности на создании теории и практики принятия решений, в том числе формализованных.

Дальнейшее развитие САПР связано с глобальными процессами информатизации и компьютеризации, что открывает широкие воз­можности повышения эффективности в машиностроении. Эти воз­можности стали реальностью в развивающейся совокупности методов и средств CALS-технологий, представленных в серии международных стандартов.

 

8.8. ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Различают эффективность создания САПР и эффективность ее функционирования. Тип производства САПР, как правило, единич­ный. Эффективность создания САПР рассматривают как создание но­вой техники, но с учетом специфики САПР.

САПР относится к тому типу современных организационно-тех­нических систем, для которых характерно быстрое развитие методов и средств. Поэтому стратегия затрат должна учитывать, с одной сторо­ны, революционный характер создания САПР, а с другой — эволюци­онный характер ее развития, предполагающий периодическое вложе­ние средств в актуализацию систем и повышение ее изменяющейся во времени эффективности. При этом используют следующие критерии выбора средств системы:

максимум производительности (П) при ограниченных затратах (3);

минимум затрат (3) при ограниченной производительности (П);

максимум отношения П/3;

максимум разности экономии (Э) и затрат (3) и пр.

При оценке эффективности создания функционирования САПР ТП используются подходы, описанные выше.

Экономический эффект определяется по формуле

∆Э = ∆Э_П + ∆Э_К,

где ∆Э_П — прямой экономический эффект, ∆Э_П = (С ₁ М ₁ –C ₂ M ₂ ) —прямой экономический эффект от снижения трудоемкости процесса проектирования; С ₁ ,С₂ — стоимость обработки единицы информации до и после внедрения разработанной САПР ТП; M ₁ ,M ₂— объем годо­вой информации технологической задачи до и после внедрения разра­ботанной САПР ТП; п — число взаимосвязанных задач; ∆Э_К — кос­венный экономический эффект, ∆Э_К = Э_р + ∆Э_ПИ + ∆Эф — косвенный экономический эффект, где АЭ_Р — экономия материальных ресурсов; ∆Э_пи — экономия за счет повышения производительности при изго­товлении изделий; ∆Э_ф — экономия в результате высвобождения эле­ментов производительного фонда.

Коэффициент сравнительной эффективности определяют по фор­муле

Е =

где К₀ — единовременные затраты

Срок окупаемости капитальных затрат (годы)

Т_ок=

где ∆Э _г — годовая экономия текущих затрат

 

Вопросы для самопроверки

1.В чем заключаются основные задачи и принципы создания САПР ТП?

2.Какие виды обеспечения подсистемы проектирования вы знаете?

3.Чем характеризуются БД?

4.Какие отличия имеют базы знаний от БД?

5.Перечислите основные требования, предъявляемые к техническим средствам САПР.

6.В чем заключаются тенденции развития технического обеспечения САПР?

7.В чем состоит задача структурного синтеза?

8.Как решается задача структурного синтеза при полном переборе вариантов структуры из конечного множества элементов?

9.Когда используют режим диалога при решении задачи структурного синтеза?

10.В каких случаях целесообразно моделировать мыслительную деятельность тех­нолога-проектировщика?

11.Какую функцию выполняет параметрическая оптимизация?

12.Как происходит выбор целевых функций при технологическом проектирова­нии?

13.Как влияют ограничения на параметрическую оптимизацию?

14.В чем заключается метод регулярного поиска при параметрической оптимиза­ции?

15.Как можно охарактеризовать разновидности систем автоматизированного про­ектирования?

16.Какие характеристики имеют информационно-поисковые системы?

17.Какие характеристики имеют системы, основанные на типовом вариантном проектировании?

18.В чем заключается поисковое проектирование?

19.Какие требования предъявляют к созданию обобщенной структуры ТП?

20.В чем заключается построение обобщенной структуры ТП?

21.В чем заключается многоуровневый итерационный синтез?

22.Какие задачи необходимо решать при создании интеллектуальных подсистем проектирования?

23.Какие преимущества дает интеграция подсистем автоматизированного проек­тирования?