САПР технологических процессов

Конспект лекций для студентов специальности
151001 «Технология машиностроения»
всех форм обучения

Редактор Соловьёва С.В.

Корректор Малыгина И.В.

Подписано в печать 29.12.07. Формат 60х84 1/16.

Усл. п. л. 5,44. Уч.-изд. л. 5,81.

Печать – ризография, множительно-копировальный

аппарат «RISO TR -1510»

Тираж 50 экз. Заказ 2007-86.

Издательство Алтайского государственного

технического университета,

656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46

Оригинал-макет подготовлен ИИО БТИ АлтГТУ.

Отпечатано в ИИО БТИ АлтГТУ.

659305, г. Бийск, ул. Трофимова, 29

В.В. Смирнов

САПР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Конспект лекций для студентов специальности
151001 «Технология машиностроения»
всех форм обучения

Бийск

Издательство Алтайского государственного технического
университета имени И.И. Ползунова

2007

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ

ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ

Н.П. Щербаков

Технологическая подготовка производства (ТПП) представляет собой сложнейший комплекс взаимосвязанных процессов, обеспечивающих технологическую готовность предприятия к выпуску изделий заданного качества, при установленных сроках, объеме и затратах.

В настоящее время эффективно и в полном объеме реализовать все функции ТПП не представляется возможным по ряду причин, основные из которых следующие.

В нашей стране ежегодно создается огромное количество новых изделий, причем доля машино- и приборостроения в общем объеме продукции неуклонно увеличивается. Эти изделия становятся все более сложными и точными, следовательно, усложняется их разработка и изготовление, увеличивается цикл и сложность подготовки их производства. Общепринято, что за последние два десятилетия период нахождения изделия в производстве сократился в 3-5 раз, а средняя продолжительность цикла ТПП увеличилась в 2-3 раза. В условиях единичного, мелкосерийного и серийного производства продолжительность ТПП стала соизмеримой с продолжительностью нахождения изделия в производстве, а в ряде случаев и превышает ее.

Таким образом рост трудоемкости и сложности ТПП требуют коренных изменений методов подготовки, их совершенствования.

Одним из первых методов совершенствования ТПП следует считать ТПП на базе единичных технологических процессов (ТП). Под единичным ТП понимается ТП, относящийся к изделиям одного наименования, типоразмера и исполнения независимо от типа производства. Однако практика ТПП, базирующаяся на разработке и применении единичных ТП показала их непригодность для условий единичного и серийного производства. Так как при этом нерационально затрачиваются большие ресурсы на проектирование ТП, конструирование и изготовление средств технологического оснащения, которые в связи с освоением новых изделий быстро оказываются ненужными. Если учесть, что в машиностроении крупносерийное и массовое производство составляют около тридцати процентов, то разработка мероприятий, направленных на сокращение трудоемкости и сроков ТПП, приобретает весьма важное значение.

Дальнейшим совершенствованием ТПП, позволяющим значительно сократить сроки ТПП и выполнить ее на более высоком организационно-техническом уровне, явилась технологическая унификация. В технологической унификации выделены два основных направления: 1) типизация технологических операций и процессов; 2) групповой метод обработки. Применение в ТПП технологической унификации позволило существенно повысить ее эффективность для условий единичного, мелкосерийного и серийного производства.

Накопленный многими отраслями промышленности и передовыми предприятиями опыт системного подхода к процессу подготовки производства, внедрение элементов автоматизированных систем управления процессом ТПП, унификация технологии изготовления и контроля изделий, стандартизация технологической оснастки и оборудования позволили в начале семидесятых годов создать единую систему технологической подготовки производства (ЕСТПП).

ЕСТПП представляет собой комплекс установленных государственными стандартами правил и положений по организации и ведению ТПП на основе широкого применения современных методов организации проектирования, унифицированных ТП, средств вычислительной техники и стандартных средств технологического оснащения.

Однако для выпуска многономенклатурных высококачественных изделий с наименьшими затратами, необходимо повышать качество проектных технологических решений за счет технико-экономических обоснований, рассмотрения большого количества вариантов ТПП и выбора наилучшего. Но просчет нескольких вариантов достаточно сложен и трудоемок. Применение же средств вычислительной техники позволяет более детально выполнять проектные работы и создавать оптимальные ТП. Решению этой задачи и призвана была служить четвертая группа стандартов ЕСТПП, всецело направленная на автоматизацию ТПП путем использования ЭВМ.

К настоящему времени можно считать общепризнанным, что при современном уровне развития науки и техники, автоматизация ТПП является наиболее эффективным из известных направлений работ, обеспечивающим сокращение сроков создания и выпуска новых видов промышленной продукции и улучшение их качества.

Практическая реализация целей и идей автоматизированного проектирования эффективно происходит в рамках систем автоматизированного проектирования (САПР). САПР с каждым годом находят все более широкое применение в различных отраслях промышленности, в том числе и машиностроении. Применение САПР в ТПП позволило существенно снизить ее трудоемкость (от 5 до 50 раз), повысить качество проектных решений за счет их оптимизации, что позволило повысить производительность труда в производстве в 2-3 раза.

Опыт создания САПР ТП показал, что автоматизации решения подлежат лишь несложные, формализованные, сильно структурированные задачи, например, расчет режимов резания и норм времени, расчет припусков и погрешности обработки и т.п. Для сложных, неформализованных, слабоструктурированных задач (например, выбора технологических баз и порядка их смены, синтеза инструментальных наладок для многопозиционных металлорежущих станков, пространственной компоновки инструментальных наладок, оценки и отбора на основе анализа целесообразных вариантов проектных решений) на всех уровнях проектирования в лучшем случае целесообразно использовать режим диалога. Но это вновь увеличивает сроки проектирования и снижает качество проектных решений.

Вместе с тем достигнутый уровень разработок автоматизированных систем ТПП позволяет поставить вопрос исследования сущности и возможности создания экспертных систем (ЭС) технологического назначения. Эти системы должны обладать по крайней мере тремя способностями: 1) способность к накоплению и корректировке знания на основе активного восприятия технологической информации, в том числе обобщенного опыта технологии проектирования и результатов технологических исследований; 2) способность к целенаправленному поведению на основе накопленного знания; 3) способность к объяснению и обучению.

Исходя из этого экспертная система для ТПП должна содержать: базу знаний (БЗ), модуль целенаправленного вывода, модуль объяснения и модуль генерации новых знаний.

В БЗ в некотором закодированном виде хранятся формализованные знания экспертов-специалистов предметной области. Формы представления знаний в ЭС достаточно разнообразны. Это системы продукции, семантические сети, фрейм-структуры, "тройка": объект-атрибут-значение и др. Для решения задач ТПП наиболее приемлемыми являются представление знаний с использованием правил продукции, семантических сетей, фрейм-структур и таблиц принятия решений. Исходя из доступных для широкого пользователя программно-аппаратных средств наиболее удобной формой представления знаний являются системы продукции, базирующиеся на использовании правил типа "ЕСЛИ - ТО".

Семантическая сеть - это ориентированный граф, вершины которого соответствуют объектам (событиям), а дуги описывают отношения между этими объектами.

Фрейм-структуры в определенной степени стали развитием метода электронных таблиц в области обработки знаний. Применение фрейм-структур особенно эффективно в предметной области с четко выраженной иерархической структурой, например, в САПР ТП.

Для представления технологических знаний могут быть использованы обыкновенные и логические таблицы принятия решений, которые формируются на основе знаний экспертов-специалистов.

На современном этапе работ в области ЭС нередко целесообразны смешанные формы представления знаний в БЗ.

Главной задачей модуля целенаправленного вывода является согласованная обработка данных, имеющихся в программной среде или полученных в процессе диалога с пользователем. При этом используются знания, хранящиеся в БЗ с целью получения конечного результата. Полученные таким образом данные анализируются или интерпретируются с помощью хранящихся в БЗ знаний экспертов. В итоге: 1) выдвигаются и проверяются различные гипотезы; 2) вырабатываются новые данные, а в некоторых случаях и новые знания конечного результата; 3) формируются запросы на ввод новых данных; 4) формируются решения, носящие рекомендательный или управляющий характер. Механизм целенаправленного вывода определяется в соответствии со структурой реализации БЗ. Направление вывода может быть двух типов: 1) прямой вывод (от посылок к цели); 2) обратный вывод (от цели к данным).

Безусловно прямой вывод более общий, так как он позволяет просмотреть все дерево возможных решений и найти все существующие терминальные вершины. При этом необходимо в системе предусмотреть возможность отсечения ряда ветвей дерева решения с целью сокращения пространства поиска решения, которое в отдельных случаях может оказаться бесконечным.

Обратный вывод по сути своей служит механизмом проверки гипотез и поэтому (при условии отсутствия ошибок в БЗ) всегда приводит к решению об истинности или ложности гипотезы за конечное число шагов. Однако здесь возникает вопрос о выдвижении начальных гипотез. Если пространство возможных гипотез велико, как, например, при проектировании структуры ТП, и отсутствуют начальные установки о приемлемости тех или иных гипотез, то обратный вывод ничуть не эффективнее прямого. На практике при решении задач ТПП целесообразно сочетать на различных этапах работы модуля целенаправленного вывода прямой и обратный вывод.

Важной частью ЭС является модуль объяснения. Основная цель этого модуля - сделать ЭС "прозрачной" для пользователя, т.е. представить ему возможность понимать логику действий ЭС. Эта возможность имеет большое значение особенно в процессе освоения ЭС пользователем. Развитый модуль объяснения должен состоять из двух компонент: 1) активной, включающей в себя набор информационных сообщений, выдаваемых пользователю в процессе работы, зависящих от конкретного пути решения задачи, полностью определяемых системой; 2) пассивной - основной компоненты модуля объяснения, ориентированной на инициализирующие действия пользователя.

Этот модуль позволяет пользователю: 1) в любой момент приостанавливать работу, ЭС и получать полное описание ее текущего состояния; 2) по запросу пользователя выдавать любую информацию о пройденном системой пути с возможностью возврата на любой его участок; 3) по запросу пользователя сообщать результаты ранее выполненных действий, проверок ранее выдвинутых гипотез с пояснениями; 4) получать ответы на вопросы типа "почему?", "зачем?", "как?". Модуль генерации новых знаний (неконечного результата) вступает в работу когда в БЗ отсутствуют знания экспертов, необходимые для решения конкретной текущей задачи. Эти знания могут быть получены на основе имеющихся в БЗ знаний путем использования методов дивергенции, трансформации и конвергенции. В настоящее время отдельные компоненты ЭС реализованы в некоторых САПР, например, САПР ТП (г.Томск), КОМПАС-ТМ (г.Санкт Петербург) и др. Полностью же созданная ЭС технологического назначения будет являться абсолютно эффективным инструментом для решения задач технологической подготовки производства любой сложности в установленные сроки с минимальными затратами и высоким качеством.

[1]итерация – последовательное приближение

Дата добавления: 2015-04-25