Основы построения автоматизированных систем проектирования технологических процессов и сопровождения производства изделий в геофизическом приборостроении

Предложен механизм принятия решений и накопления знаний в САПР ТП и АССП. Исходя из сути информационных процедур, показан единый подход к информационному преобразованию ПО из одного состояния в другое, выполняемому с помощью различных операторов преобразования R (продукции, табличные и т.п. модели, аналитические и другие зависимости, интуиция проектировщика). Обосновано, что проектная функция R должна состоять из двух подмножеств элементов: множества операторов преобразования и множества операторов накопления и корректировки знаний : Анализируя способы, объекты и субъекты преобразования информации в САПР ТП и АССП, сделано заключение, что функция преобразования должна состоять из подфункций 3-х видов, где ЛФ, ОФ, ИФ - множество логических, оптимизационных и интуитивных подфункций. Первые их два вида функций формируют продукции. Дано математическое описание каждого вида функций. Соотношение ЛФ, ОФ, ИФ в функции различно для каждого конкретного ПП и определяется уровнем типизации ПП, динамикой ПС, динамикой жизненного цикла РС и степенью формальности знаний, отражающих исследованность ПО. Сформулированы общие принципы к формированию критериев и целевых функций на уровнях декомпозиции ПП. Даны основные выводы по главе.

Четвертая глава посвящена формализации методов автоматизированного проектирования ТПр в САПР ТП. Сформулированы функции САПР ТП- разработка ТПр механической обработки и управляющих (УП) для оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ) для условий ГФП. Содержание задач уровней декомпозиции процессов проектирования в САПР ТП должно соответствовать стандартам технологической подготовки производства (ГОСТ Р 50995.3.1.- 96).

Обосновано, что что проектирование ТПр является малоформализованной, многовариантной организационно-технологической и экономической задачей, решаемой в условиях информационной неопределенности. Эффективным способом преодоления указанных проблем является предложенный в работе методологический подход, основанный на следующих принципах: 1) реализация системного подхода, рассматривающего процесс технологического проектирования (ПТП) в САПР ТП как многоагентную иерархическую систему, а САПР ТП как агент ПС; 2) введение элементов ИИ; 3) информационная интеграция с АССП; 4) декомпозиция ПТП и критериальная оценка решений на каждом уровне; 5) накопление опыта проектирования (обучение); 6) интеграция в единое информационное пространство. Учитывая комплексный характер задачи, предложена новая информационная модель ТП. Технические ограничения (ТО), параметры информационного состояния ТП (ПСТП) и изделия на q-м уровне ПТП, технико-экономические ограничения (ТЭО) представляют модель ТП (), в рамках которой реализуется ТПр:. В качестве параметров состояния ТП следует использовать загрузку оборудования по типам и группам.

, где ,,-заданные величины себестоимости, производительности и цикла изготовления. В приведенных выше работах в области САПР ТП модель ТП ограничивалась ТО. Обоснованы правила выбора целевых функций (ЦФ) и перевода ограничений в разряд ЦФ. Параметры необходимы для сравнения этого состояния с фактическим , что при неоднократном совпадении позволит непосредственно переходить от соответствующего исходного информационного описания состояния детали к требуемому (обучение), не применяя операций синтеза.

Исходя из соотношения целостность - разобщенность, предлагается декомпозиция ПТП на уровни, на каждом из которых решается конкретная задача. Декомпозиция, как подход, показана в трудах Н.М. Капустина, В.Д. Цветкова и др., но обоснования способа декомпозиции не предложено. В работе выявлены принципы декомпозиции ПТП: 1) декомпозиция не должна нарушать смыслового содержания этапов решений; 2) уровни должны иметь законченное смысловое значение для обеспечения возможности критериальной оценки и отбора вариантов; 3) глубина декомпозиции должна учитывать возможность корректной оценки решения с помощью целевой функции, пригодна для использования рабочими на универсальном оборудовании и разработки УП для станков с ЧПУ; 4) степень детализации решений должна постепенно возрастать. Уровнями ПТП в условиях ГФП должны являться: 1) проектирование укрупненной схемы (УС) ТПр; 2) проектирование маршрута (М) обработки деталей; 3) проектирование операции (ОП); 3) расчет режимов резания (РР) и разработка УП для станков с ЧПУ. Этот факт подтверждается методологией и опытом проектирования ТПр. Многоуровневые модели поиска решений, рассмотренные в ряде работ (Н.М. Капустин, А.И. Кондаков, В.Д. Цветков и др.), основаны на оценке промежуточных решений в параметрах решения последнего уровня; критерии системно слабо увязаны между собой, не вытекают из целевой функции ПС; модели не отражают необходимость накопления и обобщения информации; проектирование ведется, как чисто технологическое. Предлагаемый в работе способ организации проектных процедур (рис.2), являющийся развитием модели, предложенной В.Д. Цветковым, лишен указанных недостатков. Модель представлена применительно к выявленной иерархии ПТП в условиях ГФП, и отражает особенности систем с элементами ИИ. На каждом уровне, наряду с синтезом решений, производится накопление (Н) и обобщение (О) опыта проектирования и отбора решений. Следующей особенностью является наличие в модели накопления опыта (Нтп) реализации решений в ТП.

В отдельную часть вынесена подсистема формирования критериев (ПКО) отбора окончательных и промежуточных решений. Ее выделение вызвано тем,

что при изменении ЦФ (F) ТПр должны меняться и критерии отбора решений (F1ч F3), системно увязанные с F. ЦФ F задается системой управления организации (СУО), а вся совокупность критериев анализируется с позиции результатов, полученных в ТП. Уточнение критериев на промежуточных уровнях проводится с учётом опыта оценки решений, полученных в более детализированном виде на последующих. Выделение ПКО в отдельный элемент необходимо и с позиции системного подхода к управлению. Следовательно, можно говорить о ПКО, как о подсистеме высшего уровня по отношению к подсистемам, синтезирующим ТПр. Процедуры накопления и обобщения на основе анализа работы ТП состоят в сравнении информационных моделей ТПр и их фактических параметров. Еще одна особенность модели - наличие обратной связи по фактическому состоянию ТП, что позволяет производить модификацию процедур синтеза ТПр.

Рис.2. Модель ПТП с накоплением и обобщением опыта

Разработана теоретико-множественная модель САПР ТП (рис.3), позволившая учесть необходимые информационные связи при синтезе структур и параметров ТПр, и формально описать процедуры, выполняемые системой.

Рис.3. Теоретико-множественная модель САПР ТП

Операторы (агенты) выполняют синтез ТПр на 4-х уровнях, а - накопление информации по УС, М, ОП и УП. Оператор осуществляет функцию накопления фактических параметров изделий после реализации ТП. Агенты  - подсистема обобщения информации по проектированию и реализации ТПр. Агент служит для обобщения, уточнения и перестройки критериев отбора, т.е. реализует сторону процесса обучения, связанную с оценкой вариантов ТПр. Агенты , и реализуют процесс обучения, связанный с синтезом новых правил проектирования.

В работах Н.М. Капустина, В.Д. Цветкова и др. отмечается, что ПТП включает ряд этапов, однако их формального представления не дано. Для сохранения смыслового содержания ПТП, и возможности его оценки пользователем САПР, процедуры разработки ТПр должны соответствовать логике принятия решений проектировщиком, основанной на подходе “анализ-синтез”. Учитывая, что формальные процедуры в САПР ТП характеризуются четкой определенностью и чередованием этапов, то каждый из них представлен последовательностью ”синтез-моделирование-анализ-корректировка” («с-м-а-к»).

На каждом уровне моделируется один и тот же набор характеристик ТПр, а этап “анализ” выполнятся критериями, вытекающими из общей целевой функции ТПр. Набор моделей, используемых на уровнях ПП, должен позволять: оценивать ожидаемую точность обработки отдельных поверхностей и детали в целом; рассчитывать ориентировочные времена и себестоимость обработки отдельных поверхностей и детали в целом; определять производительность обработки и циклы изготовления партий деталей.

Реализация возможностей продукционных моделей позволила осуществить проектирование ТПр с помощью правил (продукций), описывающих суть процедур синтеза, оптимизации и выбора решений в САПР ТП на всех уровнях декомпозиции, и построенных на основе выявленных исходных системно- технологических закономерностей (СТЗ):

Исходные СТЗ отражают фундаментальные технологические (ТЗ), организационно-экономические (ОЭЗ) и системные закономерности (СЗ) синтеза ТПр в условиях ГФП. На основе исходных СТЗ раскрывается четырехуровневая система продукций, являющаяся основой для построения алгоритмов в САПР ТП. Верхний уровень (нулевой) системы представляет множество исходных . На основе формируется ряд промежуточных (1-го уровня) . На основе СТЗ1 логическим выводом формируются подусловия (решающие правила ) и продукции синтеза технологических решений 1-го уровня. Далее, анализом и выведены , получены правила , определяющие решения второго уровня и т.д. Процедуры и т.д. продолжается до получения продукций, определяющих функцию, структуру и параметры ТПр нужного уровня детализации в рамках модели ТП:

Семантическая связанность СТЗ и продукций различных уровней позволяет осуществлять ПТП как единое целое, а не как реализацию отдельных методик, объединенных в единый информационный процесс. Разработанная система продукционных моделей обеспечивает с учетом состояния ТП формальный синтез единичных ТПр, синтез на основе типизации и процесса-аналога.

Обоснована возможность оценки промежуточных решений интервальными критериями, функционально выражаемыми через параметры решений анализируемого уровня и параметры состояния ТП. Сформулированы принципы формирования систем критериальных оценок (комплексность; количественный вид; отражение основных структурных, параметрических и системных свойства ТПр; модифицируемость; иерархичность; соответствие смысловому содержанию уровня; обеспечение получение решений в постепенно сужающихся пространствах поиска). Предложены системы критериев на каждом из 4-х уровнях декомпозиции, определяемые видом глобальной целевой функцией ТПр (минимум себестоимости изготовления, минимум цикла изготовления, максимум производительности). Критерии сформированы по принципу справедливой относительной уступки, в виде произведения локальных критериев, и имеют интервальный вид: (i - номер yровеня, j - вид ЦФ); , , (,- загрузка оборудования типа (группы) l, используемого в ТПр, и средняя по ТП; - параметры ТПр i-го уровня декомпозиции). Определен вид функций f и f , состав параметров и значения границ интервалов и .

В работах (Е.А. Загоруйко, Н.М. Капустин, И.А. Кравченко и др.) рассмотрена оптимизация структур станочных операций. Применены различные методы оптимизации, переходы в операциях зачастую считаются независимыми. В диссертации показано, что для используемого в ГФП оборудования (универсального токарного, фрезерного; станков с ЧПУ и т.д.), может быть применен единый подход, основанный на анализе затрат основного и (или) вспомогательного технологического времени, считая 1. Показаны формальные правила оптимизации для случаев снятия напусков и припусков. Для случая зависимых переходов обычно (при минимизации вспомогательного времени) используется (Н.М. Капустин) метод динамического программирования Беллмана. Для применения единого подхода на основе метода Беллмана доказано положение (имеет 3-и следствия)-«среди оптимальных последовательностей обработки всегда будет такая, в которой переходы, выполняемые одним инструментом, следуют одним за другим», позволившее разработать продукционные модели для синтеза и оптимизации временных структур операций.

В ряде работ (Н.М. Капустин, И.П. Норенков, В.Д. Цветков и др.) отмечается о необходимости введения процедур обучения в САПР ТП, но формального подхода не предложено. Рассмотрены процедуры накопления и обобщения опыта применения критериев при разработке ТПр. Каждое технологическое решение соответствующего уровня декомпозиции запоминается с определенным множеством признаков детали , включающих множества структур и параметров детали, и организационно-производственных признаков , определяющих организационные и производственные условия выполнения ТПр, ЦФ, оборудование, инструмент, оснастку:

Для каждого вида решения ТРi накапливаются множества , обобщением которых получается технологический образ О. Выявляется интервал технологических решений, , соответствующий одному и тому же образу. Технологический образ получается обобщением опыта: , и характеризуется определенными интервалами допустимых значений параметров и структур {?МП} и {?ОРП}:

, где - множество номеров и названий детали, для которых проектировались ТПр. Параметры и структуры решений , проверенных в ТП, должны принадлежать параметрам образа О: , в этом случае решение считается достоверным. Полное позволяет непосредственно выбирать любого уровня. Определен состав элементов в множествах .

Выявлены процедуры накопления и обобщения опыта применения критериев при разработке ТПр:

, где - наборы множества критериев, - множество системных характеристик ТПр,- множество технико-экономических показателей ТПр ; -изменение критериев, соответствующее . Предлагаемое формальное представление процесса проектирования позволяет синтезировать структуры и параметры ТПр согласно требованиям технологической документации ( ГОСТ 3.1119-83, ГОСТ 3.1121-84). Содержание задач уровней соответствует стандартам технологической подготовки производства (ГОСТ Р 50995.3.1.- 96).

В пятой главе показана формализация проектных процедур в АССП. Сформулированы функции АССП - синтез и корректировка (сопровождение планирования производства) объемных, календарных и оперативных календарных планов-графиков (КПГ) для ТП, диспетчирование и выработка управленческих решений (сопровождение производства) на основе анализа результатов диспетчирования. Таким, образом, сопровождения выполняется при планировании производства и выпуске изделий.

С учетом общих закономерностей планирования и управления (Акофф Л., В.Н. Васильев, Т.А., Вумек Д., Т.А. Егорова, В.Г. Самойлович, Тейлор Ф., Файоль А. и др.), были сформулированы принципы создания АССП в условиях ГФП (системное единство и взаимосвязь, соответствие иерархии планов в АССП планам организации, непрерывность и оперативность, обеспечение резервов, участие человека, комплексности и информационной интеграции с САПР ТП). Исходными данными для работы АССП являются: а) планы по реализации продукции, составленные согласно заключенным договорам; б) данные от САПР ТП по трудоёмкостям и станкоёмкостям приборов. Для исследования работы АССП разработана ее теоретико-множественная модель (рис.4), позволившая интегрировать процедуры объемного, календарного, оперативного планирования и диспетчирования.

Рис.4. Теоретико-множественная модель АССП

ТП являются управляемыми АССП подсистемами, состоящими из различных подсистем - участков, и осуществляют преобразование предметов производства в соответствии с алгоритмами (технологической документацией), задаваемыми командами операторами . реализуются мастерами, предназначены для контроля технологической дисциплины, управления работой непосредственно на рабочих местах и получения информации о ходе работ. Функции подсистемы Р связаны с оценкой выполнения КПГ по всем участкам () ТП в целом (Р1), и передачей данной информации () агенту С. Функции агента В связана с разработкой множеств параметров (, ) характеризующих КПГ для операторов и Р (); определения отличия фактического КПГ от задаваемого множеством параметров L2 (), и фактическую загрузку оборудования по типам и группам оборудования участков ТП (). Функции агента О (объемное и календарное планирование): определяет исходные параметры () для расчёта КПГ; - отклонения от задаваемого объемного плана . Подсистема управления (С) реализует следующие функции: определение объемного плана для подсистемы О (3 разновидности подфункций -первичный расчет и итерации); выработка управляющего воздействия L2 на агента В (имеет 3 подфункции, первичный расчет и итерации); осуществляет обратную связь с СУО по отклонениям от планового задания по срокам и номенклатуре изделий на основе анализа , и ; прямое управление L3 работой операторов с целью приведения КПГ в норму. В АССП реализованы три вида обратных связей: по объемному плану, КПГ и диспетчированию ТП. АССП имеет обратную связь с САПР ТП и осуществляет общую обратную связь () с СУО. Анализ связей в модели позволил формализовать с помощью продукционных моделей процедуры принятия решений при синтезе объемных и календарных планов, КПГ и диспетчировании. На основе распознавания ситуации при синтезе планов предложены формальные процедуры их разработки, определены условия перехода к следующему уровню планов, и возврата на предыдущий. Условия определяются путем анализа соотношений длительности циклов и сроков выполнения заказов, станкоемкостей работ по типам и (или) группам оборудования и фондов времени. Для синтеза КПГ (оперативные планы) предложено использовать приоритетные схемы. В работах (М.Х. Блехерман, А.П. Гусев, Зиммерс М, И.М. Макаров, Г.Б. Орловский, В.А. Петрова, В.Г. Раппопорт и др.) показано использование некоторых приоритетов при прохождении деталей по рабочим местам, но комплексно данный вопрос не исследован.

Выявлены принципы формирования систем приоритетов (иерархичность, целевая направленность-соответствие целям функционирования организации и иерархии организации, ситуативность-учет параметров состояния ТП при выборе приоритетных схем, постоянство действия важнейших приоритетов, отражающих смысл функционирования ПС, вариабельность- наложение вариативных приоритетов на постоянные). Обосновано и сформировано 11 систем иерархических приоритетных схем (ПРС), выбираемых продукционными моделями знаний на основе формального распознавания и анализа ситуации в ТП (загрузки оборудования по ходу основного детале-потока, длительности и числа операций в маршрутах запускаемых деталей, времени поступления деталей, наличия свободного оборудования, длительности первой следующей операции и т.д.). Каждая ПРС (рис.5) имеет иерархию приоритетов: глобальный (разряды работ), внутренний (группы работ в пределах разряда), частный (виды работ в пределах группы).

Рис.5. Иерархия приоритетов

Разработаны правила переназначения приоритетов при переходе в следующие интервалы оперативного планирования (ИОП). Обоснован критерий разработки КПГ- минимальный совокупный цикл изготовления запускаемых в обработку партий деталей. Для использования приоритетных схем уточнена постановка конвейерной задачи (М.Х. Прилуцкий, Стайглиц К. и др.) составления КПГ применительно к ТП ГФП путем введения 4-го (первые 3- ненарушаемость маршрута, непрерывность операции, число рабочих мест) ограничения: из находящихся в очереди на обработку на операции l партий деталей первой на станок (время начало операции более раннее) поступает имеющая высший (символ выше - ››) приоритет П:

››(< )]

Требуется построить календарный план с учетом ограничений, и удовлетворяющий целевой функции: , где - время окончания обработки -й партии деталей на -й операции на -й группе станков от начала ИОП. Для последующего синтеза КПГ и сравнения оставляется 2-3 схемы. Для расчета КПГ плановый период разбивается на 5-ти дневные ИОП. В ТП реализуется схема с минимумом . Реализация решение возможна на основе использования известного метода «ветвей и границ», но практически, при использовании ПРС, исключающих неоднозначность, в этом нет необходимости.

Диспетчирование строится на отслеживании фактических времен начала операций и сравнении их с расчетными (КПГ) по каждой обрабатываемой партии деталей. Анализом состояния при запуске деталей , фактических и допустимых величин отставания (опережения) КПГ за данный и предшествующие ИОП (состояния ,), фактических () и плановых () фондов времени работы оборудования по типам и (или) группам, формально определяются причины рассогласования КПГ (несоответствие фондов времени работы, некорректные нормативы, оргпричины). Продукциями на основе подусловий () выявляются управленческие решения (УР) по введению ТП в плановый режим (дополнительные смены и рабочие места, пересмотр планов и т.п.):

В противоречивых ситуациях предусмотрено вмешательство оператора. Схема работы АССП приведена на рис.6.

Если определение и учет большого числа параметров затруднен, при числе рабочих мест в ТП менее 25-30 (возможна оценка отставаний и выявление причин рассогласования КПГ мастерами), предложено применение диспетчирования на основе аппарата нечетких множеств. Объект управления - КПГ. Управление ведется по входам: 1) относительное объемное отставание (опережение) плана по типу и (или) группе станков с начала диспетчирования; 2) относительное среднее объемное отставание (опережение) плана по типу и (или) группе станков за 1-н ИОП с начала диспетчирования; 3) увеличение (уменьшение) отставания (опережения) объемного плана за последний ИОП по сравнению со средним по типу и (или) группе станков.

Рис.6. Схема работы АССП

Выходные параметры: относительное увеличение (уменьшение) фондов времени работы по типу и (или) группе станков за следующий ИОП. Относительные величины определяются в частях от соответствующих фактических фондов времени работы оборудования. Алгоритм управления состоит из 17-ти нечетких правил. Для фази-логической конъюнкции подусловий применяется правило минимума, для нахождения функций совместной принадлежности - правило нечеткой импликации Мамдани, для дефазификации управляющего воздействия - центроидный метод.

Шестая глава посвящена планированию, проведению и анализу результатов апробации, определению степени достоверности предложенных моделей и методов. Учитывая необходимость комплексного подхода к созданию САПР ТП и АССП, выполнены работы по совершенствованию структуры ТП и унификации изготовляемых деталей. В соответствии с классификацией работ, сделанной на основе анализа рабочих и перспективных ТПр изготовления деталей и приборов, предложен состав ТП производственной системы и ее механообрабатывающих подразделений. Предлагаемое оборудование имеет частично общие области по реализации ТПр, что даёт возможность варьировать загрузкой оборудования, и отвечает принципам концентрации, автоматизации и гибкости. Для соблюдения принципа пропорциональности, определение количественного состава оборудования выполнялось анализом станкоемкостей работ, выполняемых по каждому типу и группе станков. Для постепенного уменьшения объема очередей по основному детале-потоку, было обеспечено снижение коэффициента загрузки оборудования по его ходу в пределах 4-6 %. С целью минимизации времени прерывания ТПр, загрузка оборудования на выносных операциях принята меньшей на 20-27%. Пространственная структура ТП формировалась исходя из принципа прямоточности анализом ТПр наиболее трудоёмких в обработке деталей (головки, корпуса и т.д.). Это позволило обосновать и реализовать предложенную функциональную структуру и компоновку (пространственную структуру) ТП на базовом предприятии. Конструкторско-технологическая унификация (КТУ) преследовала 2 цели: сократить время, затрачиваемое на проектирование изделий и создать предпосылки унификации решений в САПР ТП. Проведение КТУ на базовом предприятии позволило достаточно эффективно подойти к проектированию в САПР ТП по методам типизации, и способствовало уменьшению сложности формальных алгоритмов проектирования. Качество проектных решений повысилось за счёт оптимизации элементов технологии для типовых деталей и их поверхностей.

Разработанные методики автоматизированного проектирования и сопровождения ТПр реализованы в виде программно-технического комплекса, связывающего конструкторские подразделения (CAD), технологические службы (САПР ТП), цеховой управленческий персонал (АССП), управленческий персонал (мастеров) ТП и систему управления (СУО) организацией (рис.7.) САПР ТП и АССП могут использоваться автономно, предусмотрена возможность интеграции комплекса с ERP-системами.

На этапе опытной проверки САПР ТП выполнялось моделирование процедур проектирования ТПр для 20 деталей. В качестве примера рассмотрим ТПр обработки детали СТО 8.649.009 (Головка верхняя-2, материал-сталь 40Х13, HRC 28..32) в условиях ООО «Нефтегазгеофизика». Базой сравнения был действующий ТПр (=6,7 смен, =765,9 мин, число операций-8, ЦФ->min). Размер партии деталей принят равный 4.

Моделирование процедур проектирования по методу аналога при целевой функции - минимум цикла () изготовления партии деталей, дало результаты: =5,6 смен, штучно-калькуляционное время, =533,2 мин, число операций-8. При проектировании единичных ТПр при целевой функции >min получено: =4,2 смены, =339,6 мин, число операций-9. Проектирования единичных ТПр при задании ЦФ - минимум себестоимости - =5,5 смен, =307,7 мин, число операций-6. Проведена критериальная проверка вариантов (критерий Стъюдента и Т-критерий Фишера). Результаты позволили констатировать, что модели в САПР ТП эффективнее принятых методов проектирования, чувствительны к изменению целевой функции. 8-ю экспертами по 10-бальной системе оценивалось качество технологий (с точки зрения обеспечения точности) и их соответствие условиям ТП и целевой функции, средние оценки составили 9,11 и 9,03 балла соответственно.

Рис.7. Структура программного комплекса

Исследование моделей диспетчирования АССП показало, что они позволяют вводить ТП в плановый режим в 1,5-2 раза быстрее, нежели при применении «ручного управления».

Апробация методики диспетчирования на основе нечетких множеств выполнялась при работе смены (16 рабочих мест). По результатам работы за 3-й ИОП определялось управляющее воздействие. При его реализации, на 3-4-й день следующего ИОП график работы вводился в плановый режим.

Опытная эксплуатация программно-технического комплекса в 2009-10 гг. показала, что сокращение времени проектирования ТПр обеспечивалось до 3-4 раз (рис.8, 1-й столбец-база; 2-й-перепроектирование по методу типизации; 3-й -проектирование единичных ТПр) по сравнению с базой (программные средства T-Flex) при высоком качестве технологий (брак при изготовлении уменьшен в 1.9 раза). Проанализирована ожидаемая точность и откорректированы 68 ТПр, спроектированным ранее. У 13 из них (порядка 20%), точность размеров обеспечивалась с вероятностью от 74 до 88%. Предложено изменить размеры заготовок для основных деталей, что обеспечило сокращение их материалоемкости до 8%.

Рис.8. Трудоемкость проектирования ТПр деталей средней сложности

Рис.9. Результаты работы ТП

Опытная эксплуатация подсистем объемного и календарного планирования АССП показала возможность оперативной разработки и корректировки планов, расчетных циклов изготовления приборов. Показатели работы ТП показаны на рис. 9 (1-й столбец-база). Время разработки и корректировки планов сокращены в 3,5-4 раза. Обеспечено закономерное снижение очередей по основному детале-потоку: с 1,5-1,6 детале-операции на первых операциях, до 1,12-1,18 на последних. Для информационной интеграции АССП с ERP-системами разработана таблица соответствия, позволяющая исключить нестыковки, вызванные наличием в ERP такого понятия, как рабочий центр, с которым связываются понятия «производственная мощность» и «вид работ». В результате внедрения всего комплекса работ выпуск изделий в расчете на рабочее место увеличен в 1,5-1,6 раза, объем незавершенного производства уменьшен на 15-18%.

В заключение приведена общая характеристика, основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В ходе выполнения исследования получены результаты, обеспечивающие решение крупной научно-технической проблемы, имеющей важное значение для отечественной промышленности и хозяйства: создание теоретических основ для построения систем и применения методов автоматизированного проектирования технологических процессов и сопровождения производства изделий, позволяющих осуществить автоматизацию и интеллектуализацию решения задач, а именно: для предложенного в работе интегрированного организационно-технологического проектирования в производственных системах геофизического приборостроения разработаны:

1. Теоретико-множественные модели производственной системы, САПР ТП и АССП, построенных на основе системных отношений и категорий «часть-целое», «система-подсистема», «целостность-разобщенность», «внешняя среда», «подчиненность целей», «преемственность структур», позволяющие информационно описать процессы технологической подготовки и выпуска изделий, получить новые системные свойства при проектировании ТПр и сопровождении производства изделий, и определить функции, структуры и параметры решений в САПР ТП и АССП.

2. Модель процесса проектирования в САПР ТП, отвечающая выявленным системным принципам преемственности структур, целостности и разобщенности, взаимосвязи и взаимообусловленности, связи с внешней средой, включающая: модели и структуры проектируемого объекта на различных уровнях декомпозиции с соответствующими системными характеристиками, определяющими пространства поиска решений; модели и структуры процесса осуществления проектных процедур: иерархическую 4-х уровневую структуру (способ декомпозиции), модели представления знаний для синтеза решений соответствующего уровня декомпозиции, модели поиска решений (последовательность преобразования одного пространства поиска решений в другое), способы оценки решений, обобщения и накопления опыта проектирования, модель технологичнских подразделений, логико-функциональную структуру (функции и последовательность выполнения проектных процеду), информационную структуру (модели обмена информацией).

3. Принципы построения САПР ТП и АССП, определяющие их информационную интеграцию, связи с ТП и СУО, наличие элементов ИИ, иерархичность и способ оценки решений, интеграцию в единое информационное пространство, и детализируемые: 1) для САПР ТП - а) принципами декомпозиции процесса проектирования, б) принципами разработки системы критериальных оценок, в) методикой структуризации и формализации знаний на основе иерархических системно-технологических положений, отражающих технологические, организационно-экономические и системные закономерности проектирования ТПр, и определяющих базу знаний продукционных моделей, логических, оптимизационных и интуитивных функций, обеспечивающих синтез решений и накопление опыта проектирования в САПР ТП; 2) для АССП - а) принципами разработки приоритетных схем, б) принципами планирования и управления.

4. На основе выявленных принципов построения САПР ТП методика автоматизированного организационно-технологического проектирования для единичных технологических процессов и по методу типизации, состоящая в формальном представлении: проектных процедур на уровнях синтеза укрупненных схем, маршрутной и операционной технологии, разработке управляющих программ для станков с ЧПУ; процедур оценки решений на уровнях системами критериев, зависящими от целевой функции производственной системы, состояния ТП и параметров технологии рассматриваемого уровня декомпозиции; способов модификации решений при изменении загрузки оборудования и целевой функции.

5. Система моделей для информационного обеспечения АССП, включающая: функциональное описание уровней сопровождения, логическую схему взаимосвязи проектных процедур, иерархические системы приоритетов для разработки календарных планов-графиков прохождения деталей по операциям на основе иерархических приоритетных схем, способы осуществления проектных процедур, способы распознавания ситуации в ТП, нечеткое управление.

6. Методика автоматизированного сопровождения процессов изготовления приборов, соответствующая системе планов организации и основанная на: систематизации и формализации процедур расчета на уровнях объемного, календарного, оперативного планирования и диспетчирования; интервальной критериальной оценке, обеспечивающей реализацию обратных межуровневых связей, автоматический переходе от одного уровня сопровождения к другому и в режим диалога; оперативном планировании и диспетчировании на основе интервального метода и распознавания ситуации в технологических подразделениях.

7. Предложены методики и элементы программных средств по проектированию ТПр (зарегистрирована программа для ЭВМ) и сопровождению процессов изготовления приборов, отражающие выявленные принципы создания САПР ТП и АССП и предложенную методологию автоматизированного проектирования и обеспечивающие формализацию и интеллектуализацию процедур синтеза решений. При модификации, методики могут быть использованы в других областях единичного и мелкосерийного машиностроения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Палюх, Б.В. Повышение эффективности управления технологическими подразделениями в условиях единичного и мелкосерийного производства/ Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо// Вестник Донского гос. техн. ун-та.-2009.- Том 9. №4(43).-С.659-666 .

2. Палюх, Б.В. Программные средства имитационного моделирования размерной структуры технологических процессов / Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо, Г.И. Рогозин // Программные продукты и системы.-2010.-№1(89).-С.82 - 85.

3. Палюх, Б.В. Оптимизация процедур поиска технологических решений в комплексной САПР ТП - АСУТП / Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо //Вестник Ижевского гос. техн. ун-та.- 2010.- №3(47).-С. 109-112 .

4. Бурдо, Г.Б Исследование процедур проектирования технологий в системах автоматизированного проектирования и управления технологическими процессами/ Г.Б. Бурдо //Вестник Ижевского гос. техн. ун-та.- 2010.- №4(48).-С.109 -113 .

5. Палюх, Б.В. Теоретические основы комплексной автоматизированной системы проектирования и управления технологическими процессами в многономенклатурном производстве / Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер. технические науки.- 2010.- №4(27).-С.44-54.

6. Палюх, Б.В. Представление знаний в системах автоматизированного проектирования и управления технологическими процессами / Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо // Вестник Тамбовского гос. техн. ун-та.- 2010.-Том 16. №2.-С.258-265.

7. 10. Палюх, Б.В. Механизм синтеза решений при проектировании технологических процессов в комплексных САПР ТП- АСУТП / Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо // Вестник Тамбовского гос. техн. ун-та.- 2010.- Том 16. №3.-С.500-506.

8. Бурдо, Г.Б. Принципы построения автоматизированной системы управления технологическими процессами в многономенклатурных производствах / Г.Б. Бурдо //Вестник Саратовского гос. техн. ун-та.- 2010.- №3(48).-С.113-118.

9. Бурдо, Г.Б. Интеллектуальные средства проектирования технологических процессов / Г.Б. Бурдо // Программные продукты и системы.-2010.-№3(91).-С.51-54.

10. Хаматдинов, Р.Т. Управление производственными системами геофизического приборостроения / Р.Т. Хаматдинов, Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо // Каротажник. - 2009. -№11(188). - С.81-102.

11. Бурдо, Г.Б. Принятие и оценка решений при формировании операций механической обработки / Г.Б. Бурдо, Н.М. Капустин // Изв. высш. учебн. Завед. СССР. Сер. машиностроение.- 1980.- №6.- С 137- 141.

12. Бурдо, Г.Б. Анализ и синтез процесса формирования совмещенных технологических переходов/ Г.Б. Бурдо, Н.М. Капустин // Изв. высш. учебных завед. СССР. Сер. машиностроение.- 1980.- №7.- С 139 -142.

13. Бурдо, Г.Б. Процесс формирования маршрута обработки корпусных деталей / Г.Б. Бурдо // Изв. высш. учебн. Завед. СССР. Сер. машиностроение.-1981.- № 5.- С.135 -138.

Публикации в других изданиях, сборниках трудов, материалах конференций

14. Палюх, Б.В. Иерархическая многоагентная интеллектуальная система проектирования и управления технологическими процессами в организациях единичного и мелкосерийного производства / Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо // 12-я национальная конф. по искусственному интеллекту с международным участием КИИ-2010: тр. конф., Тверь, 20-24 сент. 2010 г / Российская ассоциация искусственного интеллекта.-М.: Физматлит.- 2010.-Том 4.- С.185-193.

15. Бурдо, Г.Б. Оптимизация загрузки оборудования на механообрабатывающих подразделениях/Бурдо Г.Б., Удалов С.В. // Вестник тверского гос. техн. ун-та. 2004.-Выпуск 4.-С.161-163.

16. Бурдо, Г.Б. Обеспечение надежности технологических процессов/ Г.Б. Бурдо, Г.И. Рагозин, А.И. Матвеев//Изготовление, восстановление и упрочнение металлорежущего инструмента: сборник науч. тр. Тверского ГТУ/ Тверской гос. техн. ун-т.- Тверь, 1997.-С. 61-63.

17. Бурдо, Г.Б. Закономерности автоматизированного проектирования в ГПС/ Г.Б. Бурдо, Г.И. Рагозин, В.А. Баранов//Изготовление, восстановление и упрочнение металлорежущего инструмента: сборник науч. тр. Тверского ГТУ/ Тверской гос. техн. ун-т.- Тверь,1995.-С. 83-85.

18. Бурдо, Г.Б. Обеспечение качества технологических процессов/ Г.Б. Бурдо, Г.И. Рагозин, А.И. Матвеев// Юбилейная конф. ученых и преподавателей Тверского ГТУ: материалы конф./ Тверской гос. техн. ун-т. - Тверь, 1998.- С. 37-38.

19. Бурдо, Г.Б. Оптимизация расчета операционных цепей /Г.Б. Бурдо, Г.И. Рагозин, В.А. Баранов//Изготовление, восстановление и упрочнение металлорежущего инструмента: cборник науч. тр. Тверского ГТУ/ Тверской гос. техн. ун-т.-Тверь,1995.-С. 85-88.

20. Бурдо, Г.Б. Модель разработки технологических процессов для производственного участка на основе станков с числовым программным управлением/Г.Б. Бурдо, Н.В. Испирян, В.Г. Бурдо// Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел: межвузовский сборник науч. тр./ Тверской гос. техн. ун-т.-Тверь, 2007.-Выпуск 3.-С.114-118.

21. Бурдо, Г.Б. Системные предпосылки создания комплексных систем автоматизированного проектирования и управления производственными подразделениями/ Г.Б. Бурдо, Н.В. Испирян, С.Р. Испирян//Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел и деталей технологического и энергетического оборудования: межвузовский сборник науч. тр./ Тверской гос. техн. ун-т.-Тверь,2009.-Выпуск 2.-С.117-118.

22. Палюх, Б.В. Исследование механизма синтеза решений при проектировании технологических процессов в комплексной САПР ТП-АСУТП/Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо, Н.В. Испирян// Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел и деталей технологического и энергетического оборудования: межвузовский сборник науч. тр./ Тверской гос. техн. ун-т.-Тверь, 2010.-Выпуск 3.-С.137-143.

23. Палюх, Б.В. Исследование процедур проектирования технологических процессов в комплексной САПР ТП-АСУТП/ Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо, В.Б. Бурдо// Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел и деталей технологического и энергетического оборудования: межвузовский сборник науч. тр./ Тверской гос. техн. ун-т.-Тверь, 2010.-Выпуск 3.-С.143-149.

24. Бурдо, Г.Б. Исследование типовых проектных процедур в системах автоматизированного проектирования технологических процессов/Бурдо Г.Б.// Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел и деталей технологического и энергетического оборудования: межвузовский сборник науч. тр./ Тверской гос. техн. ун-т.-Тверь, 2010.-Выпуск 3.-С.149-153.

25. Бурдо, Г.Б. Системно-технологические предпосылки создания САПР-ТП для ГПС/ Г.Б. Бурдо, В.В. Бойков, Н.В. Испирян// Статья деп. ВИНИТИ, № 434-мш38. - 6 с.

26. Бурдо, Г.Б. Этапы и перспективы развития интегрированных САПР-ТП/ Г.Б. Бурдо, В.В. Бойков, Н.В. Испирян, М.О. Масленников // Статья деп. ВИНИТИ, № 161-мш89.-9 с.

27. Бурдо, Г.Б. Повышение эффективности обработки корпусных деталей на многооперационных станках/ Г.Б. Бурдо, Р.З. Диланян, Н.В. Испирян //Статья деп. ВИНИТИ, № 543-мш87. -5 с.

28. Бурдо, Г.Б. Расчет и составление программы обработки детали на токарном станке с ЧПУ с использованием ЭВМ/ Г.Б. Бурдо, В.В. Бойков, Н.В. Испирян, Г.И. Рагозин // Статья деп. ВИНИТИ, № 213мш-84.-6 с.

29. Бурдо, Г.Б. Использование комбинированного осевого инструмента в ГПК/ Бурдо Г.Б.//Создание гибких комплексов в машиностроении на базе станков с ЧПУ и промышленных роботов (ЧПУ-85): тезисы докладов республиканской науч.-техн. конф., Киев, май, 1985/ Республиканское НТО, Киевский политехн. ин-т, 1985.-С.45-46.

30. Бурдо, Г.Б. Оптимизация инструментального обеспечения в гибких производственных комплексах/ Г.Б. Бурдо// Проблемы автоматизации технологических процессов в машиностроении: тезисы докладов межреспубликанской науч.-техн. конф., Волгоград, июнь, 1989/ Волгоградский политехн. ин-т, 1989.-С.38-39.

31. Бурдо, Г.Б. Разработка компьютерных технологий проектирования технологических процессов/Г.Б. Бурдо, А.И. Матвеев // Технический отчет по НИР. № г.р. 01990007633. Инв. № 02.000085. Тверь.- ТГТУ, 1999.-63 с.

32. Бурдо, Г.Б. Разработка компьютерных технологий размерного анализа технологических процессов/ Г.Б. Бурдо, А.И. Матвеев, Г.И. Рагозин// Технический отчет по НИР. № г.р. 01200006709. Инв. 02.2000104205. Тверь.- ТГТУ, 2001.-84 с.

33. Бурдо, Г.Б. Оптимизация методики автоматизированного проектирования технологических процессов обработки корпусных деталей/ Г.Б. Бурдо, Р.З. Диланян// Усовершенствование технологической подготовки машиностроительных и приборостроительных предприятий с применением средств вычислительной техники: материалы республиканской науч.-техн. конф., Таллинн, ноябрь 1979 г/ Таллиннский политехн. ин-т.-Таллин, 1979.-С.38-41.

34. Бурдо, Г.Б. Обработка деталей на многооперационных станках с применением комбинированного осевого инструмента/ Г.Б. Бурдо, Р.З. Диланян// Автоматизация проектирования и производства с применением ЭВМ и числового программного управления в машино- и приборостроении: материалы республиканской науч.-техн. конф., Таллинн, апрель 1984 г./Таллиннский политехн. ин-т.-Таллинн, 1984.-С.17-18.

35. Бурдо, Г.Б. Моделирование процесса принятия технических решений при технологическом проектировании проектной функцией/ Г.Б. Бурдо, Р.З. Диланян // Молодые ученые и специалисты -народному хозяйству Нечерноземья: материалы III науч.-практ. конф., посвященной 60-летию образования СССР, Калинин,21-22 окт. 1982 г. /Калининскии областной совет НТО.- Калинин, 1982.-С. 27-28.

36. Бурдо, Г.Б. Повышение достоверности принятия решений при проектировании технологических операций/ Г.Б. Бурдо // Молодые ученые и специалисты -народному хозяйству Нечерноземья: материалы III науч.-практ. конф., посвященной 60-летию образования СССР, Калинин,21-22 окт. 1982 г. /Калининский областной совет НТО.- Калинин, 1982.-С. 26-27.

37. Бурдо, Г.Б. Оптимизация режимов резания и параметров комбинированного осевого инструмента при его использовании на многооперационных станках с ЧПУ/ Г.Б. Бурдо // Оптимизация режимов обработки на металлорежущих станках: материалы производственно-технического семинара, Челябинск, 2-13 окт. 1984 г. /Челябинский дом науки и техники. -Челябинск, 1984.-С.63-64.

38. Бурдо, Г.Б. Оптимизация процесса технологического проектирования/ Г.Б. Бурдо, Р.З. Диланян // Молодые ученые и специалисты - народному хозяйству Нечерноземья: материалы IV науч.-практ. конф., Калинин, 4-5 дек. 1985 г./ Калининский областной совет НТО. - Калинин, 1985.-С. 64-65.

39. Бурдо, Г.Б. Закономерности построения систем автоматизированного проектирования в гибком автоматизированном производстве/ Г.Б. Бурдо, Р.З. Диланян // Проблемы создания и эксплуатации гибких производственных систем: материалы науч.-техн. конф., Саранск, 17-19 окт. 1985 г. /Мордовский гос. ун-т.- Саранск, 1985.-С.47-49.

40. Бурдо, Г.Б. Многоуровневое проектирование технологических процессов/ Г.Б. Бурдо, А.И. Матвеев, А.В. Сидоров// Актуальные проблемы развития машиностроительного комплекса тверского региона: материалы науч.-практ. конф., Тверь,13-14 дек. 2001 г./ Тверской гос. техн. ун-т .- Тверь,2001.-С.14-16.

41. Бурдо, Г.Б. Методика принятия решений при проектировании технологии механической обработки/ Г.Б. Бурдо, А.И. Матвеев// Актуальные проблемы развития машиностроительного комплекса тверского региона: материалы науч.-практ. конф., Тверь, 13-14 дек. 2001 г./ Тверской гос. техн. ун-т .- Тверь,2001.-С.28-32.

Программы для ЭВМ

42. Моделирование размерной структуры технологического процесса/ Палюх Б.В., Рагозин Г.И., Бурдо Г.Б., Баженов А.Н.: Роспатент РФ, гос. рег. №2010614613.- Зар. в реестре программ для ЭВМ 13.06.10, заявитель Тверской гос. техн. ун-т.-2010.

Размещено на Allbest.ru