Моделі та методи автоматизованої підтримки прийняття рішень щодо технологічної підготовки складального виробництва в літакобудуванні

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Моделі та методи автоматизованої підтримки прийняття рішень щодо технологічної підготовки складального виробництва в літакобудуванні

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В сучасних умовах розвитку вітчизняного авіаційного виробництва має місце чітка тенденція до використання систем підтримки прийняття рішень (СППР) як інструментальних засобів у складі автоматизованих інформаційних систем. На теперішньому етапі розвитку інформаційних систем на авіаційних виробничих підприємствах та у конструкторських бюро нерідко використовуються CAD/CAM/CAE/PDM та CALS системи, в складі яких містяться СППР у вигляді експертної системи, частіше продукційного типу (наприклад «СПРУТ», Unigraphics), однак експертні системи за своєю природою є закритими і не дають змоги поєднати їх у єдину інтегровану систему підприємства або примушують використовувати комплекс систем від одного виробника та не дають можливості формалізованого збереження інформації, що існувала на підприємстві раніше.

Різним аспектам проблеми інтеграції засобів підтримки прийняття рішень присвячено ряд праць вітчизняних і зарубіжних вчених, таких, як: В.А. Віттіх, І.П. Норенков, О.В. Смирнов, П.О. Скобелєв, В.Б. Тарасов (Росія), Е.Г. Петров, І.Б. Сіроджа (Україна), E. Young, M.W. McElroy, M. Shin (США). У роботах цих авторів обговорюються загальнотеоретичні питання інтеграції систем, досліджуються деякі конкретні задачі (наприклад інтеграція CAM-модуля в систему підтримки прийняття рішень щодо підготовці виробництва).

Однак до теперішнього часу не було вирішено задачу формування координуючих рішень щодо розробки технологічних процесів, зокрема. на авіабудівному підприємстві. Ця задача найбільш гостро стоїть при організації підтримки прийняття рішень щодо складальних технологічних процесів, зокрема в літакобудуванні, оскільки саме складання є завершальним процесом виробництва, в якому найбільше виявляються та завдають досить великих збитків похибки і помилки при виготовленні комплектуючих, що виникають за умов нескоординованої розробки технологічних процесів.

Таким чином, можна зробити висновок, що науково-практична задача, яка полягає у розробці моделей і методів автоматизованої підтримки прийняття рішень щодо технологічної підготовки складального виробництва в літакобудуванні є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконувалася в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського «ХАІ» у рамках держбюджетних науково-дослідних робіт Д 603-41/2000 «Створення методології штучного інтелекту для управління складними системами аерокосмічного призначення» (ДР №0100U003442), Д 603-11/2003 «Теорія створення квантових систем штучного інтелекту для прийняття технологічних рішень у виробництві аерокосмічної техніки» (ДР №0103U004081) і Д 104-45/2002 «Моделі й інформаційні технології створення віртуальних машинобудівних підприємств» (ДР №0102U004184), Д 104-45/2004 «Створення системної методології виробництва авіаційно-космічної техніки за допомогою сучасних CALS-технологій» (ДР №0104U002421), у яких приймав участь автор.

Мета і задачі досліджень. Метою дисертаційної роботи є зниження витрат підприємства у вигляді браку та робіт з його виправлення шляхом автоматизації підтримки прийняття рішень щодо розробки технологічних процесів складання в літакобудуванні. Для досягнення поставленої мети в роботі були вирішені такі задачі:

1. Аналіз процесу прийняття рішень щодо забезпечення управління в складних виробничих системах.

2. Синтез моделі типового блока системи підтримки прийняття рішень щодо розробки технологічних процесів складання на авіабудівному підприємстві.

3. Розробка методу синтезу СППР блокової структури в складі АСУ авіабудівного виробництва.

4. Синтез моделі функціонування типового блока системи підтримки прийняття рішень.

5. Розробка методу формування рішень в СППР блокової структури.

6. Алгоритмічна і програмна реалізація розроблених методів в рамках створення системи підтримки прийняття рішень щодо розробки складальних технологічних процесів.

7. Впровадження результатів дослідження в практику прийняття рішень щодо технологічної підготовки виробництва на підприємствах авіаційного профілю.

Об'єкт дослідження - процес підтримки прийняття рішень з управління складними об'єктами авіабудівного виробництва.

Предмет дослідження - моделі та методи підтримки прийняття рішень щодо розробки технологічних процесів складання в АСУ авіабудівним підприємством.

Методи дослідження. Для досягнення поставленої мети використовувалися методи системного аналізу, теорії прийняття рішень, теорії складних систем, теорії гібридних систем. Для побудови загальної структури СППР використовувались методи теорії складних систем і агрегативне моделювання. В процесі реалізації функціонування блоків прийняття рішень були використані моделі й методи теорії гібридних систем. Для побудови методу формування координуючих рішень крім зазначених вище були використані методи теорії множин та інженерії знань. Для практичної реалізації системи підтримки прийняття рішень використовувався багатоагентний підхід до створення програмних засобів, а також методи моделювання інформаційних потоків.

Наукова новизна отриманих результатів. У процесі вирішення поставлених задач автором особисто отримані такі результати:

1) вперше одержано метод автоматизованого формування управляючих рішень щодо технологічної підготовки складального виробництва, який на відміну від існуючих заснований на виявленні та класифікації потенційних неузгодженостей у вимогах складальних технологічних процесів і дає можливість зменшити непродуктивні витрати підприємства шляхом погодження технічних умов поставки деталей для складання;

2) удосконалено метод агрегативного моделювання в частині опису змінних шляхом введення предикатів на входах і виходах моделі, а також нової схеми сполучення агрегатів, що дозволило створити модель типового блока та відповідно блочну структуру системи підтримки прийняття рішень щодо технологічної підготовки складального виробництва;

3) дістав подальшого розвитку метод гібридного моделювання для опису процесів функціонування системи підтримки прийняття рішень в частині подання взаємодії типових блоків у вигляді композиції гібридних автоматів, що дозволило реалізувати комплексну автоматизацію технологічної підготовки складального виробництва на основі мультиагентної технології.

Практичне значення отриманих результатів. Практична цінність роботи полягає в доведенні здобувачем отриманих наукових результатів до конкретних інженерних методик, алгоритмів і програмних засобів для автоматизованої підтримки прийняття рішень щодо розробки технологічних процесів складання.

На підставі проведених досліджень і запропонованих моделей і методів одержано такі практичні результати: розроблено моделі, методи, процедури, алгоритми і ядро системи автоматизованої підтримки прийняття рішень щодо розробки технологічних процесів складання з урахуванням особливостей літакобудування; модель функціонування системи підтримки прийняття рішень з використанням мультиагентної технології може бути надалі використана для розробки розподілених СППР. Розроблені методи забезпечать скорочення строків технологічної підготовки виробництва, а також зменшення об'ємів браку і робіт з його виправлення, особливо при запуску нового виробу в серію.

Одержані в роботі наукові результати знайшли практичне впровадження при проведенні комплексної автоматизації створення технологічної документації Закритого акціонерного товариства «Авіафірма «Лілієнталь» (Акт впровадження результатів дисертаційної роботи №Н16/01/1 від 17.03.2005 р.) та фірми «Спейс», що спеціалізується на виготовленні самохідних пасажирських трапів (Акт впровадження результатів дисертаційної роботи №04/1-1 від 06.04.2005 р.), а також під час викладання дисципліни «Проектування виробничих експертних систем» в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського «ХАІ» (Акт впровадження результатів дисертаційної роботи від 15.12.2005 р.).

Науково-технічний ефект полягає у підвищенні ступеня автоматизації технологічної підготовки складального виробництва в літакобудуванні, підвищенні якості розробки технологічних процесів виготовлення деталей.

Економічний ефект пов'язаний зі зменшенням непродуктивних витрат підприємства у вигляді браку та робіт з його виправлення.

Соціальний ефект полягає у зниженні трудомісткості, забезпеченні зручності роботи технолога під час розробки складальних технологічних процесів за рахунок використання ефективних методів підтримки прийняття рішень.

Особистий внесок здобувача. Всі результати отримані автором самостійно. В наукових працях, опублікованих в співавторстві, з питань, що стосуються даного дослідження, автору належать: віддзеркалення поточного стану складного об'єкта управління в базі знань експертної системи [1]; агентний підхід до розробки інтегрованих інтелектуальних систем управління авіаційним виробництвом [2]; метод програмної реалізації інтелектуальних агентів для інтеграції підсистем у складі АСУ [3, 11]; визначення проблем побудови виробничих систем управління складними об'єктами [4, 15]; структура класів та фрагмент онтології управління авіаційним підприємством на етапі технологічної підготовки виробництва [5, 12]; онтологія управління технологічною службою авіаційного підприємства [6, 16]; агентний підхід до актуалізації поточного стану виробництва в базах знань систем підтримки прийняття рішень [7, 13]; технологія інтеграції знань в різнотипних інтелектуальних системах [8, 10].

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на міжнародній науково-технічній конференції «Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні», ІКТМ (Харків, 2002-2005), міжнародній конференції «Проблеми управління безпекою складних систем» (Москва, 2003), міжнародній науково-технічній конференції «Штучний інтелект. Інтелектуальні й багатопроцесорні системи» (Таганрог, 2004), чотирнадцятій міжнародній конференції «Нові технології в машинобудуванні» (Харків, 2004).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи викладено в 17 друкованих працях, у тому числі 5 статей в наукових журналах та 3 статті у збірниках наукових праць відповідно до списку ВАК України, 1 навчальний посібник, а також 8 тез доповідей у збірниках праць наукових конференцій.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота має у своєму складі вступ, чотири розділи, висновки і додатки, викладена на 179 сторінках, у тому числі: 23 рисунки, з яких 4 на 4 окремих сторінках, 9 таблиць, список літературних джерел із 112 найменувань на 11 сторінках, два додатки на 16 сторінках.

Основний зміст роботи

управління рішення блоковий програмний

У вступі відзначено актуальність дисертаційної роботи, сформульовано основну мету і задачі дослідження, наведено відомості про зв'язки обраного напрямку досліджень із планами організації, де виконано роботу. Дано стислу анотацію отриманих у дисертації рішень, відзначено їх практичну цінність, обґрунтованість і достовірність. Наведено дані про реалізацію, апробації, публікації результатів досліджень.

У першому розділі проведено огляд проблеми створення й функціонування систем підтримки прийняття рішень з організації виробництва на авіабудівних підприємствах, розглянуто структуру й основні функції технологічної служби, а також особливості прийняття рішень при розробці технологічних процесів складання на авіабудівному виробництві. Також було проведено аналіз недоліків існуючих засобів автоматизації функціонування технологічної служби авіабудівного підприємства та критичний аналіз засобів автоматизації процесів формування рішень щодо забезпечення технологічної підготовки виробництва, що використовуються на сучасних авіабудівних підприємствах.

В розділі було розглянуто основні існуючі системи підтримки прийняття рішень при розробці технологічних процесів, такі, як СПРУТ, T-FLEX, TECHCARD, Pro/ENGINEER, Компас-Автопроект, TechnologiCS та інші. Проаналізовано особливості застосування методів і засобів штучного інтелекту для усунення недоліків існуючих СППР у частині підтримки прийняття рішень при розробці складальних технологічних процесів. Згідно з отриманими під час аналізу результатами автором були сформульовані основні задачі дослідження, які наведено вище.

Другий розділ присвячений синтезу моделей формування рішень з організації розробки технологічних процесів складання на авіабудівному підприємстві.

Проблему прийняття виробничих рішень в умовах невизначеності в загальному випадку опишемо у такий спосіб:

(1)

де: - множина припустимих альтернативних рішень; - множина невизначеностей (класифікацію надано в дисертаційній роботі); - функція витрат, що описує множину оцінок при виборі того або іншого варіанта рішення (це функція виду , де: V - множина оцінок); - функція допустимості (наведена як ).

Проблема прийняття рішень у такому випадку визначається як вибір припустимого рішення , такого, що для кожної невизначеності із множини невизначеностей витрати перебувають нижче за межу задовільності, що визначається функцією , тобто виконується нерівність

(2)

Задоволення нерівності (2) необхідно, тому що вибираються тільки рішення з набору припустимих альтернативних рішень. Таким чином, умова вибору конкретного рішення з набору припустимих альтернативних рішень без урахування його оптимальності записується в такий спосіб:

, (3)

де - множина індексів невизначеностей з .

На підставі формального опису процесу прийняття рішень стає можливим описати ієрархію шарів прийняття рішень стосовно до виробничого підприємства в термінах теорії прийняття рішень у цілому. Суть поділу процесу прийняття рішень на шари полягає в тому, щоб локалізувати види невизначеностей, що супроводжують кожний шар, а також область прийняття рішень, рамками якої є границі конкретного шару. Автором робиться обґрунтування вибору середнього шару (адаптації) як шару, на якому відбувається прийняття складних (комплексних) рішень при розробці складальних технологічних процесів і на якому необхідно забезпечити узгодженість рішень у різних блоках прийняття рішень.

Предметна область подається у вигляді системи, до складу якої входять елементи, що визначаються вхідними і вихідними даними, а також певним набором станів (або кроків), причому для різних цілей моделювання нам необхідно подавати деяку поведінку системи як безперервну (точніше нас не цікавить сам процес, а тільки його результат), а іншу поведінку - як дискретну (з можливістю спостереження за процесом або його зміни). Такі системи прийнято відносити до безперервно-дискретних систем.

Для моделювання загальної структури технологічної служби а також структури створюваної СППР було обрано агрегативний підхід М.П. Бусленка із застосуванням кусочно-лінійного агрегату (КЛА), обґрунтування чого наведено в роботі. Даний вид агрегату дозволяє адекватно описати блоки прийняття рішень, роблячи нерозрізненими моделі, реалізовані в цих блоках, і беручи до уваги тільки вхідні й вихідні сигнали блоків.

Виходячи із специфіки предметної області та аналогічно з визначенням даних для абстрактного КЛА, дається поняття інформації, яка може бути подана вхідними і вихідними сигналами при моделюванні інтелектуального блока прийняття рішень в СППР, що описаний у вигляді кусково-лінійного агрегату.

Для опису процесу функціонування блоків прийняття рішень було удосконалено кусково-лінійний агрегат шляхом використання предикатів для моделювання входів і виходів, чого достатньо для моделювання процесу підтримки прийняття координуючих виробничих рішень.

Наступним кроком опису системи буде синтез структури системи, що забезпечить підтримку прийняття рішень щодо розробки технологічних процесів складання, беручи до уваги припущення про існування розподіленої (можливо інтелектуальної) системи на підприємстві або можливості параметризації технологічних процесів.

Перейдемо до моделювання структури системи та наведемо ряд припущень та тверджень:

1. В агрегативній моделі СППР будь-який блок прийняття рішень (БПР) може бути вирішувачем, розпізнавачем або координатором. Інших блоків прийняття рішень у складі СППР немає.

2. Вирішувачем (K) називається БПР у складі АСУ, функції якого обмежені формуванням локальних цілей із множини Y (результат виводу на знаннях) з появою на вході сигналів з Х (посилки).

3. Розпізнавачем (Id) називається БПР у складі СППР, що виконує функції розпізнавання ознак можливих неузгодженостей за заданим числом параметрів. Множина вирішувачів збігається за потужністю з множиною розпізнавачів, при цьому існує бієктивне відображення множини розпізнавачів на множину вирішувачів.

4. Координатором (C) у складі СППР називається БПР із функціями пошуку необхідних вирішувачів і формування координуючих рішень (для цих вирішувачів) для узгодження окремих локальних цілей і можливості прийняття єдиного (комплексного) рішення.

У результаті моделювання сформовано і наведено типовий фрагмент СППР по формуванню координуючих рішень при розробці технологічних процесів складання (рис. 1).

Наступним кроком буде формальне подання гібридного підходу до опису функціонування СППР щодо формування координуючих рішень і доведення еквівалентності гібридної системи та агрегату.

Твердження. Математична модель гібридної системи еквівалентна моделі агрегату. Можна побачити, що система переходів гібридної системи

(4)

може бути описана агрегатом

(5)

у якому: - модель часу необхідно розширити до безперервної; - фазовим простором є область значень змінних системи , фазові координати, тобто змінні системи ; - множина початкових станів; - множина вхідних сигналів, що вироджується в єдиний сигнал запуску агрегату; - керуючі сигнали відсутні; - вихідними сигналами є вектори з компонентами (компоненти елементів сценаріїв гібридної системи); , де - оператор перевірки належності деякій множині із сімейства .

- оператор переходів, у якому - оператор, що описує перетворення вектора змінних при дискретному переході по дузі (у момент видачі вихідного сигналу), відповідає операторові ініціалізації гібридної системи: , - функція, що описує безперервні зміни в інтервалах між моментами видачі вихідних сигналів (тобто в деякій локації ), відповідає : .

Розбивання на підмножини еквівалентне введенню предикатів гібридної системи і розбиванню простору станів на локації , - генератор вихідного сигналу.

З факту відсутності зручних засобів реалізації агрегатної моделі, а також на підставі наведеного твердження можна зробити висновок про доцільність використання гібридного підходу для моделювання функцій блоків прийняття рішень у створюваній СППР, описаній як агрегативна система.

Агрегативне представлення дозволило маніпулювати результатами прийняття рішень у локальних СППР (або результатами прийнятих технологами рішень) і не враховувати специфіку їхньої структури і функціонування. Це дасть можливість розробити методи формування координуючих рішень щодо розробки технологічних процесів, які повинні забезпечити в подальшому зниження відсотка браку і робіт з його виправлення при запуску нового виробу в серію, а також при внесенні будь-яких змін у конструкцію виробу.

Реалізація функціонування блоків прийняття рішень на основі гібридних автоматів дасть змогу зробити нерозрізненими дискретні процеси, вважаючи їх неперервними діями в певних локаціях.

У третьому розділі виконано синтез методів і алгоритмів формування координуючих рішень щодо розробки технологічних процесів складання в СППР авіабудівного підприємства.

Було виділено певні кроки, які становлять метод синтезу структури СППР для формування координуючих рішень щодо розробки технологічних процесів складання, так само, як і при прийнятті будь-яких складних (комплексних) рішень, що вимагають узгодження результатів локальних рішень у підсистемах АСУ підприємства (тобто узгодження вимог складального технологічного процесу і технологічних процесів виготовлення відповідних деталей і складальних одиниць):

1) Виконати аналіз структури технологічної служби й подати її у вигляді багатошарової ієрархії прийняття рішень у загальній структурі підприємства.

2) Виконати вертикальну декомпозицію предметної області та виділити шар прийняття рішень, у якому відбувається формування складних комплексних рішень (на прикладі рішень щодо розробки складальних технологічних процесів таким шаром є шар адаптації, тобто середній шар) і виявити потенційно можливі зв'язки між різними блоками прийняття рішень на цьому рівні.

3) Виходячи з допущення про необхідність обліку вхідних і вихідних сигналів у блоках прийняття рішень, описати кожний такий блок у формі кусково-лінійного агрегату (вирішувача К) з виділенням вхідних і вихідних сигналів необхідного виду.

4) Зробити зіставлення з кожним вирішувачем K у СППР, що проектується, двох блоків - «розпізнавача» (Id) і «координатора» (C). Сформувати умову допустимості сполучення для системи й синтезувати схему сполучення блоків системи як відображення на множинах вхідних і вихідних сигналів, що задасть адресацію сигналів між блоками в системі.

5) Реалізувати заявлені функції кожного створеного блока в СППР, описавши його у вигляді гібридного автомата з певною системою переходів.

6) Взаємодію між будь-яким координатором і розпізнавачем описати як паралельну композицію автоматів з такими допущеннями: виконання функцій розпізнавачів подати у вигляді локацій (безперервної поведінки) автомата, що описує координатор, а умовами дискретної зміни стану (переходу в іншу локацію) будуть початок і завершення роботи розпізнавачів.

У результаті застосування зазначеного методу буде отримана структура системи підтримки прийняття рішень, здатна виявляти потенційні неузгодженості (назвемо їх колізіями) між локальними рішеннями і формувати координуючі рішення, які, будучи реалізовані в локальних БПР, забезпечать прийняття комплексних рішень.

Технологічний процес складання виробу узагальнено подається набором об'єктів:

, (6)

де: - множина всіх технологічних операцій складання виробу ; - сукупність всіх технологічних операцій складання, наведених у заводському довіднику формулювань операцій (може бути розширений формулюваннями операцій, не зазначених у цьому довіднику, але застосовуваних на підприємстві); - множина індексів операцій складання виробу ; - множина складальних одиниць, що входять у відповідний виріб ;; - номенклатура всіх деталей, що виробляються на підприємстві; - множина індексів складальних одиниць у складі складання ; - множина використовуваних оснащень (інструмента); - цехи-постачальники деталей (підзбірок, агрегатів) із множини ;; - виробничі цехи підприємства; - відповідні відносини на множинах .

Твердження. Для будь-якої технологічної операції складального процесу виробу існують відображення , і ці відображення є сюр'єктивними (наприклад, для кожного елемента з множини існує елемент із множини , або ).

Твердження. Відображення у силу специфіки складального виробництва бієктивне.

Технологічний процес виготовлення деталі спрощено представляється набором об'єктів:

, (7)

де: - множина технологічних операцій; - множина конструктивних елементів деталі ; - множина параметрів елементів деталі; - множини інструмента й оснащення операцій виготовлення; - задані технологічним процесом відносини.

Технологічний процес складання вузла з урахуванням інформації про виготовлення вхідних деталей формально представляється набором об'єктів

(8)

і діаграмою (рис. 2) на якій: - множина вимог до складальної операції; - множина всіх технологічних операцій складання вузла ; - множина складальних одиниць (деталей), що входять до вузла ; - цехи-постачальники деталей із множини ; - множина параметрів елементів деталі з ; , - відображення, які задаються технологічним процесом складання; - відображення, яке визначається з відомості розцеховки (ВР); - множина елементів вхідних деталей; , - утримуються в конструкторській документації та технологічному процесі виготовлення деталі (у механообробних цехах підприємства).

Твердження. Множина елементів деталей подається як , причому для будь-яких двох деталей справедливо

, , .

Твердження. Відображення і сюр'єктивні, беручи до уваги спосіб виготовлення деталей, а також у силу особливостей подання деталі в САПР і АСУ.

Стан поставки і колізії при складанні вузлів

Розробка технологічного процесу складання вузла з урахуванням інформації про виготовлення вхідних деталей, про стан поставки й виникаючі колізії подається формально діаграмою (рис. 3), на якій: - декартів добуток множин характеристик різних деталей, що входять у технологічний процес складання по кожній складальній операції ; - сюр'єктивне відображення множини характеристик деталей на множину деталей; - множина сукупностей характеристик, виділених у деталей, що входять у технологічний процес складання, будемо називати ознаками потенційних колізій; - виділені ознаки потенційних колізій; - відображення, що виділяє ознаки колізій зі всіх сукупностей характеристик деталей залежно від вимог складальної операції; - обмеження, що накладаються на параметри елементів складальних одиниць (бієктивне відображення ) залежно від вимог складальної операції (відображення ), називається «технічний стан поставки на складання»; - координуюче рішення; - результат роботи першого розпізнавача; , - відображення (по суті знання), використовувані першим розпізнавачем; - відображення (знання), використовувані другим розпізнавачем (наявність або відсутність є результатом роботи другого розпізнавача); - відображення (знання), використовувані координатором.

Ознака наявності колізії - при , , тобто розбіжність обмеження і параметра елемента при участі деталі в складальній операції, що накладає це обмеження.

Інтелектуальна підтримка формування координуючих рішень полягає в розпізнаванні потенційної колізії, перевірці реального існування колізії та видачі координуючого рішення у випадку неузгодженості. Виходячи з характеру неузгодженостей та для подальшої визначеності будемо використовувати продукційну модель подання знань (до того ж при модифікації агрегативного підходу було заявлено про використання предикатів в якості сигналів агрегату, отже доцільно буде використати саме продукційну модель для розробки прототипу системи, хоча метод формування координуючих рішень не залежить від моделі знань і дослідження цього виходить за рамки даної роботи).

Для зручності будемо розглядати ознаки двох типів колізій, називаних умовно розв'язними (наприклад, додавання припуску для сумісної обробки деталей) і нерозв'язними (необхідність виготовлення додаткового оснащення) в автоматизованому режимі. Нерозв'язні колізії вимагають втручання користувача і у кожній предметній області виділяються окремо. Показані відображення не мають аналітичного вигляду з причини слабкої структурованості задачі, тому потребують використання знань у процесі роботи системи.

Таким чином, метод формування координуючих рішень при розробці ТП складання в АСУ авіабудівного підприємства буде записаний такою послідовністю кроків:

Для кожної з операцій складального технологічного процесу виділити (за допомогою апріорних правил в базі знань) ознаки наявності потенційних колізій і сформувати конфліктну множину операцій .

Визначити тип кожної потенційної колізії. Сформувати дві підмножини - розв'язних і нерозв'язних в автоматизованому режимі колізій. Для нерозв'язних колізій виконати запит до користувача для формування можливих координуючих рішень.

Для кожної розв'язної колізії з визначити складальні одиниці, що беруть участь у процесі складання .

Шляхом аналізу маршрутного технологічного процесу («відомості розцеховки») визначити попередній цех-постачальник кожної складальної одиниці, що бере участь у колізії та відповідний розпізнавач.

Сформувати необхідні обмеження для вимог складальної операції з .

Здійснити перевірку реального існування колізії, виконавши запит до відповідного розпізнавача (з'ясувати істинність ).

У випадку існування колізії () визначити метод її вирішення по БЗ типових ситуацій (апріорно існуюча база знань, описаних за допомогою будь-якої моделі подання знань).

Сформувати координуюче рішення для кожної виявленої колізії та заповнити проект вихідної форми документа для користувача.

Даний метод був наведений як діаграма станів (локаций) гібридного автомата і далі шляхом складання відповідного алгоритму реалізований у вигляді типового фрагменту СППР.

Четвертий розділ присвячений вибору та обґрунтуванню агентного підходу та агентної платформи для реалізації розроблених моделей, методів і алгоритмів у діючому прототипі системи підтримки прийняття рішень. У розділі проаналізовано існуючі стандарти та платформи для програмної реалізації агентної парадигми щодо застосування як типового агента у фрагменті розробленої СППР. Обґрунтований і вибраний стандарт FIPA на впровадження агентних систем, як найбільш прогресивний і такий, що відповідає стану автоматизації на сучасному авіабудівному виробництві, тобто цей стандарт дозволяє інтегрувати існуючі блоки АСУ в нову агентну систему, що в свою чергу дозволить зберегти накопичений досвід з проектування технологічних процесів на підприємстві.

Продемонстровано використання гібридного автоматного підходу до створення агентних систем шляхом побудови системи актуалізації поточного стану виробництва у базах знань підсистем штучного інтелекту з підтримки прийняття рішень в листоштамповочному виробництві та при виборі обладнання. Побудовані агенти отримують інформацію про поточний стан виробництва в кишенькових комп'ютерах типу PDA та здійснюють зміну відповідних предикатів у базах знань потрібних підсистем.

Показано роботу багатоагентної системи підтримки прийняття рішень при автоматизованому формуванні документа «Технічні умови поставки деталей, вузлів, агрегатів» на авіаційному виробництві.

Проведено випробування системи на тестових завданнях. Загальний рівень помилок (зважене значення помилок 1-го та 2-го роду, тобто зайві та нерозпізнані неузгодженості), що їх припустила система складає близько 16%. Слід зауважити, що метод формування координуючих рішень побудований на принципі мінімізації кількості знайдених потенційних колізій та самі рішення базуються на відмові від виконання певних елементів деталей (або, наприклад, на додаванні припусків на обробку), що входять в складальний технологічний процес з метою подальшого їх виконання під час складання. Згадуючи вказану специфіку прийняття рішень та статистику витрат складального цеху, показано, що витрати, спрямовані на виправлення при прийнятті неправильного рішення, заздалегідь менші, ніж витрати на виправлення браку, який може виникнути при відсутності такого рішення. Зниження витрат на виправлення браку, що виник за умови неузгодженості технологічних процесів виготовлення складальних одиниць становить у середньому 37%.

У додатках наведено акти про впровадження результатів дисертаційного дослідження та копії існуючих документів згідно з ЄСТД.

Висновки

У дисертаційній роботі вирішено актуальну науково-практичну задачу розробки моделей і методів автоматизованої підтримки прийняття рішень щодо технологічної підготовки складального виробництва в літакобудуванні.

Для досягнення зазначених результатів були поставлені й вирішені такі теоретичні й практичні задачі:

Проведено критичний аналіз процесу прийняття рішень щодо забезпечення управління в складних виробничих системах під час технологічної підготовки виробництва. Показано особливості літакобудівної галузі, які не дозволяють використання традиційних методів автоматизації технологічної підготовки складальних робіт, а також виділено розробку технологічних процесів як одну з найголовніших задач технологічної підготовки виробництва. Проведено аналіз існуючих засобів автоматизації технологічної підготовки складального виробництва та зроблено висновок про недостатню їх ефективність.

Обґрунтовано необхідність розробки СППР блочної структури і вибір методу агрегативного моделювання для опису типових блоків. Удосконалено метод агрегативного моделювання в частині опису сигналів агрегату шляхом введення предикатів на входах і виходах агрегативної моделі.

Побудовано агрегативну модель СППР на основі схеми поєднання агрегатів, що дає змогу описати модель типового блоку системи підтримки прийняття рішень. Розроблено метод синтезу структури СППР щодо технологічної підготовки складального виробництва в літакобудуванні.

Формально описано і проаналізовано технологічний процес складання з урахуванням інформації про виготовлення складальних одиниць, а також розроблено уточнену модель цього процесу, яка обґрунтовує необхідність формування координуючих рішень і використання занняорієнтованих методів для підтримки прийняття таких рішень. На основі аналізу інформації щодо складальних технологічних процесів виділено ознаки потенційних неузгоджень (колізій) і розроблено метод формування координуючих рішень у СППР, який дозволяє погодити вимоги складального технологічного процесу і параметри технологічних процесів виготовлення вхідних одиниць, що має на меті зменшення відсотку браку і робіт з його виправлення.

Для реалізації методу формування координуючих рішень обґрунтовано використання гібридного автоматного підходу, який являє собою модель функціонування типового блоку системи підтримки прийняття рішень і всієї системи взагалі. Типовий блок описується композицією гібридних автоматів, локації та переходи яких повністю описані в роботі. На основі побудованої моделі та гібридного підходу розроблено алгоритми функціонування вирішуючих блоків типу «розпізнавач» і «координатор», а також алгоритм взаємодії між цими блоками.

Запропоновано багатоагентний метод програмної реалізації СППР як сукупності типових фрагментів у вигляді гібридних автоматів. Кожний агент у системі має у своєму складі «розпізнавач» і «координатор», а взаємодія між агентами відбувається за допомогою пересилання повідомлень згідно із запропонованим протоколом. Проведено огляд існуючих підходів до побудови агентних систем та обґрунтовано використання стандарту FIPA як найбільш придатного до інтеграції з існуючими системами АСУ на підприємстві, а також можливістю використання спеціального протоколу для обміну повідомленнями в тому числі у вигляді предикатів. Розроблено функціональну структуру агента, який подано у вигляді гібридного автомата і структуру типового фрагмента СППР, що складається з таких агентів. У роботі також наведено загальну структуру існуючої АСУ підприємства і показано місце системи, що розробляється, та інтеграція її з існуючими системами.

Проведено апробацію результатів роботи шляхом вирішення прикладних задач, що виникають при розробці технологічних процесів складання в авіабудівному виробництві, на прикладі задачі з формування документа «Технічні умови поставки деталей, вузлів та агрегатів» при розробці технологічних процесів складання.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. І.В. Шостак, О.С. Топал, О.М. Устінова. Інтелектуальні системи керування складними об'єктами. - Навч. посібник. - Харків: Нац. аерокосм. ун-т «ХАІ», 2005. - 72 с.

2. Шостак И.В., Топал А.С. Интеллектуализация процессов технологической подготовки производства на основе мультиагентной технологии // Вестник двигателестроения. - 2003. - №2. - С. 187 - 191.

3. Шостак И.В., Гордиенко Л.А., Киричук Е.П., Топал А.С. Проблемы разработки мультиагентной интеллектуальной интегрированной системы поддержки принятия решений в авиационном производстве // Авиационно-космическая техника и технология. - 2003. - №8 (43). - С. 14 - 22.

4. Шостак И.В., Топал А.С., Устинова А.Н. Проблемы анализа и синтеза холонических систем управления сложными объектами // Радиоэлектроника и информатика. - 2004. №3 (28). - С. 66 - 69.

5. Шостак И.В., Топал А.С., Устинова А.Н., Кузнецов Д.А. Синтез ИСППР по управлению сложными объектами с использованием нечеткой логики и онтологического подхода // Вісті Академії інженерних наук України. - 2004. №4 (24). - С. 133 - 138.

6. В.С. Кривцов, В.Е. Зайцев, И.В. Шостак, А.С. Топал, А.Н. Устинова. Проблемы создания интеллектуальной системы управления технологической подготовкой производства авиационного предприятия // Авиационно-космическая техника и технология. - 2004. - №5 (13). - С. 5 - 12.

7. Шостак І.В., Устінова О.М., Топал О.С. Інтелектуалізація авіаційного виробництва на основі динамічних експертних систем та ГІС-технологій // Авіаційно-космічна техніка і технологія. - Харків: Нац. аерокосм. ун-т «ХАІ», 2002. - Вип. 30. - С. 164 - 172.

8. Сироджа И.Б., Шостак И.В., Топал А.С. Интеграция знаний в производственных системах искусственного интеллекта на основе мультиагентной технологии // Авіаційно-космічна техніка і технологія. - Харків: Нац. аерокосм. ун-т «ХАІ», 2002. - Вип. 34. - С. 226 - 232.

9. Топал А.С. Формирование комплексных решений в интеллектуальных производственных системах // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологи. - Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «ХАИ», 2005. - Вып. 26. - С. 106 - 110.

10. Шостак И.В., Топал А.С. Интеграция знаний в производственных системах искусственного интеллекта // Міжнародна науково-технічна конференція «Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні», ІКТМ'2002. - Харків: Нац. аерокосм. ун-т «ХАІ», 2002. - С. 189-190.

11. Шостак И.В., Топал А.С. Мультиагентная технология разработки интегрированных производственных систем искусственного интеллекта // Міжнародна науково-технічна конференція «Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні», ІКТМ'2003. - Харків: Нац. аерокосм. ун-т «ХАІ», 2003. - С. 269.

12. Шостак И.В., Топал А.С. Интеллектуальная поддержка принятия решений при управлении сложными системами // Труды XI Международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем». - Москва: Рос. гос. гуманит. ун-т, 2003. - Ч. 2. - С. 4 - 6.

13. Шостак И.В., Топал А.С., Устинова А.Н. Мониторинг текущего состояния объекта в производственных системах искусственного интеллекта // Материалы Международной научно-технической конференции «Искусственный интеллект. Интеллектуальные и многопроцессорные системы». - Таганрог: Таганрогск. гос. радиотехн. ун-т, 2004. - Том 1. - С. 369 - 371.

14. Топал О.С. Онтологічна компонента мультиагентної системи технологічної підготовки виробництва літакобудівного підприємства // Міжнародна наукова конференція «Молода наука Харківщини - 2004». - Харків: ХНУ ім. В.Н. Каразіна, 2004. - С. 12.

15. Колесніков О.М, Шостак І.В., Топал А.С., Устінова О.М. Холонічний підхід до синтезу інформаційної моделі управління військами // II Науково-практична конференція «Пріоритетні напрямки розвитку телекомунікаційних систем спеціального призначення». - Київ: НТУУ «КПІ», 2005. С. 119.

16. Топал А.С., Устинова А.Н. Интеллектуальная поддержка принятия решений при создании технологических процессов в АСУ авиастроительного предприятия // Материалы III Международной научно-практической конференции «Современные информационные технологии в экономике и управлении предприятиями, программами и проектами». - Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «ХАИ», 2005. - С. 137 - 138.

17. Топал А.С. Интеллектуальная поддержка принятия решений при создании технологических процессов сборки в АСУ авиастроительного предприятия // Міжнародна науково-технічна конференція «Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні», ІКТМ'2005. - Харків: Нац. аерокосм. ун-т «ХАІ», 2005. - С. 415.

Размещено на Allbest.ru

...